Análisis de sistemas de propulsión para automoción basados en pilas de combustible y estimación de costes

Abstract

Debido al inevitable agotamiento de los combustibles fósiles y de su impacto negativo en el medio ambiente, se presenta el hidrógeno como un vector energético eficiente y versátil capaz de almacenar energía procedente de fuentes de energía renovable, lo que lo convierte en un combustible completamente limpio y compatible con el medio ambiente. Se muestra la evolución que han tenido las aplicaciones relacionadas con este elemento químico a lo largo de la historia y como actualmente, numerosos países de todo el mundo apuestan por la investigación y desarrollo de las pilas de combustible de hidrógeno. En este trabajo se busca realizar un análisis detallado de los sistemas de propulsión para la automoción basados en pilas de combustible. Para ello, se estudia el uso de todos los componentes pertenecientes al sistema de propulsión. Entre ellos, destaca la importancia de la pila de combustible, cuyo funcionamiento es explicado con más detalle. Una vez analizado el uso de las pilas de combustible en el sector de la automoción, se evalúan sus costes actualmente, de fabricación, de infraestructura y del combustible, con el objetivo de mostrar alternativas viables a día de hoy y, gracias a su amplio margen de mejora,su positiva proyección e implementación en determinados tipos de sectores del transporte. A su vez, se expone una comparación entre otra alternativa de vehículo sin emisiones como son los automóviles eléctricos. Finalmente, empleando curvas de polarización experimentales obtenidas de trabajos previos, se realiza un estudio de cómo afectan las condiciones de operación a los costes del stack y del sistema de la pila de combustible, calculando el número de celdas de combustible necesario para cada condición de operación y concluyendo cuáles son los parámetros que optimizan este coste.

Due to the inevitable depletion of fossil fuels and their negative impact on the environment, hydrogen is presented as an efficient and versatile energy vector capable of storing energy from renewable energy sources, which makes it a completely clean and environmentally compatible fuel. It shows the evolution of the applications related to this chemical element throughout history and how many countries around the world are currently committed to the research and development of hydrogen fuel cells. The aim of this work is to carry out a detailed analysis of automotive propulsion systems based on fuel cells. For this purpose, the use of all the components belonging to the propulsion system is studied. Among them, the importance of the fuel cell stands out, whose operation is explained in more detail. Once the use of fuel cells in the automotive sector has been analyzed, their current manufacturing, infrastructure and fuel costs are evaluated, with the aim of showing viable alternatives at present and, thanks to their wide margin for improvement, their positive projection and implementation in certain types of transport sectors. At the same time, a comparison is made between other emission-free vehicle alternatives such as electric cars. Finally, using experimental polarization curves obtained from previous works, a study of how operating and design conditions affect stack and fuel cell system costs is carried out, calculating the number of fuel cells required for each operating condition and concluding which are the parameters that optimize this cost.