Las flotas de hidrógeno son mucho más caras de mantener que las de batería e incluso las de diésel – CleanTechnica

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Una de las cosas interesantes que he estado haciendo es participar en un grupo de revisión de un estudio europeo sobre comparaciones y simulaciones de descarbonización de vehículos pesados. Eso significa, entre otras cosas, que estoy hurgando en las suposiciones que se utilizan.

Como el artículo está en revisión y las suposiciones se están probando y mejorando, no identificaré al autor ni a la organización en este momento. No se trata de que estén equivocados o en lo cierto, sino de un montón de suposiciones que se hacen sobre el mantenimiento de vehículos pesados ​​con pilas de combustible que no resisten el escrutinio, pero que se encuentran en muchos estudios que se consideran creíbles.

Comencemos con los primeros principios. Un vehículo pesado de pila de combustible, como un camión de carga o un autobús de tránsito, es un vehículo eléctrico de batería al que se le han añadido componentes del tren motriz de pila de combustible. Eso significa que el tren de potencia de la batería tiene baterías, un sistema de carga de electricidad sin partes móviles excepto la tapa sobre el enchufe, una unidad de administración de energía para mover la electricidad a través de cables hasta el motor y un motor. Hay sensores, controles computarizados y similares, pero muy pocas piezas móviles y muy pocas que requieran mucho mantenimiento. Esto se desprende de los estudios de mantenimiento de vehículos eléctricos de batería pura.

Un vehículo de pila de combustible es un vehículo híbrido con batería de hidrógeno. Añade un sofisticado tanque de hidrógeno de 700 atmósferas o un tanque de hidrógeno líquido aún más sofisticado con sensor de presión y sistemas de alivio, un complejo sistema de movimiento de combustible de hidrógeno que tiene que lidiar con cambios de presión muy grandes en el caso de los tanques presurizados o de volumen muy grande y de ahí los cambios de presión a medida que el hidrógeno líquido se calienta a forma gaseosa, desafíos muy grandes de gestión térmica y, por lo tanto, sensores, actuadores y componentes de gestión térmica en ambos casos, una celda de combustible costosa y de vida limitada que requiere hidrógeno puro y aire limpio, una entrada de aire y un sistema de filtrado como resultado y un sistema de escape para sacar el agua resultante de la pila de combustible fuera del vehículo sin congelarse, por lo tanto, una solución de calentamiento.

Este diagrama del proceso de gestión del aire, que no es necesario para los vehículos eléctricos con batería, debe dejar claro que los componentes añadidos a un vehículo de pila de combustible no son triviales. Hay muchos más puntos de posible falla y muchas más cosas que requieren un mantenimiento programado.

El ejemplo más cercano son los vehículos eléctricos híbridos. Los datos de los vehículos ligeros muestran que el mantenimiento del tren motriz cuesta mucho más en los vehículos híbridos que en los eléctricos de batería pura, aproximadamente lo mismo que en los vehículos de combustión interna.

Una de las cosas que Criticado El estudio sobre camiones profundamente defectuoso del Consejo Internacional de Transporte Limpio del año pasado fue que tuvieron mejoras significativas en los costos de mantenimiento para los camiones con tren de propulsión de hidrógeno y ninguna para los camiones eléctricos de batería. De hecho, supusieron que los camiones pesados ​​y de largo alcance (el único segmento en el que algunas organizaciones todavía tienen esperanzas de contar con celdas de combustible) tendrían costos de mantenimiento muy similares a los de las baterías eléctricas después de 2030, y costos de mantenimiento equivalentes a los de los camiones diésel inmediatamente.

Todas las cifras están en euros cada 100 kilómetros.

Cuando lo revisé por primera vez, me estaba rascando la cabeza acerca de conceder el beneficio de la duda a la maduración de los camiones con pila de combustible de hidrógeno frente a los camiones eléctricos con batería. Después de todo, los autobuses de pila de combustible han estado funcionando en todo el mundo en pruebas desde el año 2000, y las carretillas elevadoras de pila de combustible desde hace más tiempo. Los camiones y autobuses eléctricos de batería son relativamente nuevos.

Pero ahora me pregunto por qué todo el mundo cree que los vehículos pesados ​​con pilas de combustible de hidrógeno requerirán poco mantenimiento.

He estado recopilando datos anecdóticos sobre los costos de mantenimiento. El operador de flotas de Pau, Francia dejó en claro cuando abandonaron los autobuses de hidrógeno en 2023, después de cuatro años de funcionamiento, dijeron que habían requerido mucho mantenimiento y que mantenerlos en funcionamiento era un desafío constante.

“La estación de producción tiene más problemas de los esperados y los autobuses sufren muchas averías muy pequeñas. En cuanto a mí, paso allí las tres cuartas partes de mis días, ¡a pesar de que es sólo una de 17 líneas!

De manera similar, la experiencia de Whistler, Columbia Británica, de una década antes, encontró duplicar los costos de mantenimiento, según el propio Ballard.

Según Ballard Power Systems de Burnaby, que fabrica motores de pila de combustible, el mantenimiento de los autobuses de hidrógeno de Whistler cuesta 1.34 dólares por kilómetro, frente a los 65 centavos por kilómetro de los autobuses propulsados ​​por diésel.

Dos operadores de autobuses, separados por una década y un océano, tuvieron experiencias idénticas con autobuses de diferentes fabricantes. Pero aún así, anecdótico. Si esos fueran todos los datos, los descartaría como un par de malas experiencias.

Pero cuando un ejecutivo de ventas OEM ferroviario de Stadler en Alemania tiene que decir sobre sus propios productos, Pensé que algo estaba pasando.

“Además, las pilas de combustible de hidrógeno requieren mucho más mantenimiento que las baterías por sí solas y requieren ser reemplazadas en un plazo medio de tres años.

"Debido a esto y al tanque de hidrógeno a bordo, el esfuerzo de mantenimiento es, por supuesto, más complejo en comparación con los trenes de batería", explicó Obst, añadiendo que los trenes de hidrógeno también requieren una batería como energía de respaldo.

Como resultado, cuando vi supuestos de costos de mantenimiento muy bajos en el estudio que estoy revisando, proporcioné este material y sugerí que los supuestos de costos de mantenimiento casi idénticos eran inapropiados. El investigador principal señaló la fuente, así que fui allí. Fue un estudio de un grupo de trabajo alemán, en el mismo esfuerzo que el estudio que hice. evaluado hace un par de meses.

El estudio, traducido gracias a una página web en línea muy útil que me enviará correos electrónicos suplicando que les dé dinero para siempre, fue el 2020. Informe del taller Cambiando la conducción de los vehículos comerciales: formas de descarbonizar los camiones más difíciles con especial atención a la electrificación de la Plataforma Nacional Alemana: El futuro de la movilidad.

Me sumergí en eso esperando encontrar una referencia a estudios y datos empíricos. Lo que encontré fue que tres investigadores de dos instituciones: Wolfgang Schade de M-Five y Patrick Fieltsch y Heike Flamig de la Universidad Técnica de Hamburgo habían proporcionado afirmaciones de mantenimiento sin referencias ni citas. Tampoco había nada en la bibliografía que pudiera explicarlos. No pude encontrar ningún otro estudio en alemán que pudiera haber sido la fuente, pero buscar en Google en alemán no es mi principal habilidad, por lo que es posible que me haya perdido algo.

Así que tenemos a ICCT, M-Five y TUHH afirmando lo que parecen ser cifras bajas para mantenimiento y hasta ahora no hay datos o estudios que las respalden.

Volví al estudio ICCT TCO para ver sus cifras de mantenimiento, y cita otra publicación de 2023 del autor principal, así que fui a ver ese estudio. Señala un artículo de Davis de la Universidad de California de 2022 de Wang et al, Estimación de los costos de mantenimiento y reparación de camiones pesados ​​con batería eléctrica y celda de combustible.

¿Tiene datos? No, no, no es así. Enumera los informes en los que se basó, afirma claramente que no había datos en los que basarse y que todo el mundo suponía que los camiones de pila de combustible serían más o menos iguales que los camiones eléctricos de batería o tal vez un poco más caros.

Hasta ahora tengo media docena de informes en dos continentes en dos idiomas y no he encontrado nada más que conjeturas. Pero tengo dos citas de operadores de flotas de autobuses, un tipo de vehículo muy adyacente y similar a los camiones pesados ​​con un ciclo de trabajo alto, con una década de diferencia, lo que deja en claro que sus costos de mantenimiento son muy altos, y una cita de un ejecutivo de OEM de trenes que deja claro que los costes de mantenimiento de su producto de pila de combustible también son mucho más elevados. De hecho, dice que nadie lo compraría a menos que la solicitud de propuesta solicitara explícitamente trenes de hidrógeno y nada más.

Esto me llevó a analizar los datos de mantenimiento de autobuses de pila de combustible, con la esperanza de que, a pesar de todas las fallas que se han ocultado bajo la alfombra en los 25 años que los autobuses de hidrógeno han sido probados y abandonados en docenas de lugares alrededor del mundo, alguien realmente habría capturado algunos datos.

Y he aquí que California salió adelante. Como siempre ocurre en Estados Unidos, publican todo sobre ellos mismos, poniendo los datos a disposición de analistas como yo para intentar extrapolarlos a lugares con presupuestos mucho más bajos o con la sensación de que todos se preocuparán por ellos.

Encontré tres estudios de flotas de autobuses en tres organizaciones de tránsito diferentes en California,

Este Estudio OSTI de EE. UU. de una flota de diez autobuses de pila de combustible en Oakland, California, durante todo el año 2020, se encontró que el mantenimiento promedio de la distancia recorrida era mucho mayor que los costos de mantenimiento de los autobuses diésel, alrededor de 59 centavos por milla frente a 35 centavos por milla. Por cierto, eso estaba muy cerca de la flota diésel de batería híbrida, que costaba 62 céntimos.

Este estudio del sur de California por NREL de 10 autobuses de pila de combustible durante 16 meses encontró costos por distancia recorrida más bajos que el estudio OSTI a 42 centavos por milla, pero aún más altos que la base de referencia de diésel de 35 centavos por milla. Cabe destacar que el mantenimiento relacionado con la propulsión representó el 37.3% del total.

Este estudio NREL que cubre seis años de mantenimiento para autobuses de pila de combustible en el condado de Riverside, el condado de Sunline, ciudad adyacente a Coachella, encontró que los costos de mantenimiento eran 2.5 veces más altos para la flota de pila de combustible que la flota de GNC más antigua durante el período, 56 centavos por milla o muy cerca del primer estudio.

Al buscar un poco más, no se encontraron otros datos empíricos disponibles en inglés sobre los costos de mantenimiento. Miré un par de documentos sobre listas de horquillas de hidrógeno, pero no desglosaban los costos de mantenimiento u otros costos de manera útil. Como nota, casi todas las aproximadamente 50,000 carretillas elevadoras de hidrógeno se encuentran en EE. UU., en centros de distribución que recibieron una gran cantidad de dinero del Departamento de Energía de EE. UU. para estaciones de servicio de hidrógeno y la compra inicial de carretillas elevadoras. Y como nota adicional, solo en 1.2 se compraron 2022 millones de carretillas elevadoras eléctricas de batería en todo el mundo.

Entonces ahora el conjunto de datos es el siguiente:

• Los estudios de flotas de autobuses de California que abarcaron más de ocho años entre tres flotas encontraron costos de mantenimiento mucho más altos que para una línea base diésel.
• Los artículos publicados con citas de operadores de flotas de Whistler, BC y Pau, Francia, dejan en claro que los costos de mantenimiento de sus flotas de autobuses, tanto la experiencia de Whistler de 14 años como la de Pau de un año, fueron muy altos. Una década sin movimiento no es indicativa de una industria en proceso de maduración.
• El ejecutivo de Stadler afirma que los costes de mantenimiento de sus trenes nuevos son mucho más elevados.

Para mí, lo que parece estar claro es que hay un grupo de investigadores del transporte que están conjeturando, basándose literalmente en ninguna evidencia, de que los camiones de hidrógeno claramente más complejos y propensos a fallas serán más o menos iguales que los camiones eléctricos de batería mucho más simples, o tal vez un poco más. más caro. Además, todos suponen que su mantenimiento será mucho más económico que el de los camiones diésel, donde al menos tienen el sistema de transmisión al que destacar.

Ninguno de ellos parece haber examinado los datos de mantenimiento de los autobuses de hidrógeno muy adyacentes, con una historia de 25 años, ni las declaraciones de los operadores ferroviarios, aunque esa cita fue bastante reciente. Ninguno de ellos parece haber acudido a los fabricantes de equipos originales que han realizado pruebas de camiones de hidrógeno y preguntarles sobre sus experiencias de mantenimiento. Ninguno de ellos parece haber notado el cargo de más de $100,000 por reemplazo de celda de combustible que tenía el propietario de un automóvil Hyundai y comenzó a hacer preguntas.

Como recordatorio, prácticamente todos estos autobuses cuentan con celdas de combustible Ballard, tecnología que Ballard ha estado vendiendo a nivel mundial durante más de 25 años, con pérdidas de 1.3 millones de dólares desde 2000. Esta no es una tecnología inmadura, simplemente no logra comercializarse a escala después de cada prueba.

Al igual que la hipótesis del hidrógeno verde barato, la hipótesis de los camiones con pila de combustible de bajo mantenimiento no resiste el más mínimo escrutinio. Los investigadores del transporte por carretera en la década de 2010 hicieron algunas suposiciones infundadas y bajas y en la década de 2020 esas suposiciones se consideran válidas porque han sido citadas con mucha frecuencia.

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• Fuente: https://cleantechnica.com/2024/01/26/hydrogen-fleets-are-much-more-expensive-to-maintain-than-battery-even-diesel/