Un camión de hidrógeno en las dunas del Rally Dakar 2022

Camión de hidrógeno Gaussin Truck H2 en el Rally Dakar 2022

Este año 2022 el hidrógeno se ha hecho un hueco en el Rally Dakar, una de las pruebas automovilísticas más exigentes que existen. El pasado día 1 de enero, fecha de inicio de la competición que se extenderá hasta el 14 del mismo mes, tomó parte en la salida, aunque fuera de competición, un camión de hidrógeno: el H2 RACING TRUCK® de la compañía francesa Gaussin Group. El objetivo de la compañía es testear en un ambiente extremo como es el Rally Dakar su nueva plataforma en forma de camión de hidrógeno, demostrando al mismo tiempo sus habilidades, competencias y conocimientos para desarrollar este tipo de vehículos. Vamos a analizar las características de este camión de hidrógeno y las potenciales cualidades de su futurible versión de carretera (al menos con los datos disponibles hasta el momento).

Gaussin Group, la compañía que ha desarrollado el camión de hidrógeno, es una marca especializada en el desarrollo de vehículos eléctricos tanto de hidrógeno como de baterías para su uso en puertos y aeropuertos, centros logísticos, movilidad de personas, transporte por carretera y obras subterráneas; habiendo entregado más de 50 000 vehículos en el mundo. Dentro de sus líneas maestras se encuentra el desarrollo de camiones cero emisiones, bien mediante baterías o pilas de combustible de hidrógeno, para el transporte por carretera y con las vistas puestas en ese objetivo han desarrollado el H2 RACING TRUCK®. El diseño y fabricación de este camión de competición lo ha llevado a cabo un equipo de unos 40 ingenieros en un tiempo récord, tan solo 8 meses. La idea es que el camión de hidrógeno que está tomando parte en el Rally Dakar, el H2 RACING TRUCK®, sirva como plataforma de pruebas en condiciones extremas de las tecnologías que posteriormente serán introducidas en los camiones de carretera. Así, está previsto que la configuración de carretera de este camión, que se lanzarán a lo largo de 2022, cuente con dos versiones a nivel de planta de potencia. Una basada fundamentalmente en pilas de combustible de hidrógeno que permitirá autonomías superiores a los 800 km con tiempos de repostaje inferiores a los 20 min. Y otra con una menor autonomía, 400 km, empleando únicamente baterías y que permitiría llevar a cabo un cambio de baterías en tan solo 3 min.

Camión de hidrógeno Gaussin H2 RACING TRUCK al inicio de la 2º Etapa del Rally Dakar 2022

El camión de hidrógeno Gaussin H2 RACING TRUCK al inicio de la 2º Etapa del Rally Dakar 2022. Imagen original obtenida de las redes sociales de Gaussin Group.

Pero vayamos a los datos concretos conocidos del camión de hidrógeno que ha tomado la salida en el Rally Dakar. En la Tabla 1 puede verse un resumen con los datos técnicos del H2 RACING TRUCK®. Cuenta con dos motores eléctricos de 300 kW cada uno los cuales son alimentados por un sistema híbrido pila de combustible/baterías, siendo el sistema de pila de combustible la principal fuente de potencia mientras que se hará uso de las baterías cuando se requiera un pico de potencia, por ejemplo, en aceleraciones o subiendo dunas.

Ficha técnica del camión de hidrógeno de Gaussin Group H2 RACING TRUCK®

Tabla 1. Ficha técnica del camión de hidrógeno de Gaussin Group H2 RACING TRUCK® que está participando en el Rally Dakar 2022.

Sistema de pila de combustible

El sistema de pila de combustible está compuesto por 4 módulos de pila de combustible de unos 95 kW cada uno para ofrecer en total una potencia de 380 kW. Posiblemente el proveedor del sistema de pila de combustible sea la compañía estadounidense Plug Power ya que aparece en la página web de Gaussin Group como una de sus empresas de referencia, si bien también aparece Siemens que cuenta con sus propios sistemas de pila de combustible. Las potencias de pila de combustible descritas son acordes con las capacidades de algunos de los módulos de Plug Power presentes en su catálogo como por ejemplo los módulos P85KW y P125KW, con una potencia de 85 kW y 125 kW, respectivamente. Tomando como referencia el sistema de pila de combustible P125KW, este cuenta con una masa de 350 kg correspondiente al módulo de pila de combustible más 103 kg adicionales asociados al sistema de refrigeración. Si el camión estuviese empleando este tipo de pila de combustible, puesto que hay 4 módulos estaríamos hablando de una más de al menos 1400 kg asociada únicamente a los módulos de pila de combustible (4 x 350 kg). El sistema de refrigeración es más complicado de estimar pues quizás no sea necesario integrar 4 módulos de refrigeración o al menos 4 radiadores. En el caso extremo de que sí se requiriesen los 4, estaríamos hablando de otros 412 kg. Es decir, la masa total del sistema completo de pila de combustible con los 4 módulos estaría entre los 1400 kg y los 1800 kg. En aras de una posible comparación con un camión que emplea un motor térmico cabe mencionar que los camiones Tatra T815 certificados para competir en el Rally Dakar montan un motor V8 de 436 CV, esto es 325 kW, y su peso en seco es de 1200 kg, con lo que la masa del sistema de pila de combustible no dista mucho.

Aun así, como indicaba anteriormente esto es una mera especulación ya que podría ser Siemens el suministrador del sistema de pila de combustible mientras que Plug Power sea el que provee el sistema de producción de hidrógeno que también está en su cartera de productos, como también lo está en la de Siemens.

Las pilas de combustible están situadas en la parte alta del camión, por encima de los tanques de hidrógeno, siendo uno de los motivos de tal disposición el favorecer la refrigeración de las pilas de combustible y evitar en la medida de lo posible el polvo que se genera a ras de suelo con la circulación de los vehículos. El riesgo aquí dada la masa del sistema es que el centro de gravedad del camión se eleve con los consiguientes problemas de estabilidad que podría acarrear.

Disposición de sistemas dentro del camión de competición de hidrógeno Gaussin H2 RACING TRUCK

Disposición de los distintos sistemas dentro del Gaussin H2 RACING TRUCK. Imagen original obtenida de las redes sociales de Gaussin Group con posterior modificación para identificar los distintos sistemas.

Un punto muy importante a tener en cuenta en este caso respecto al mencionado sistema de pila de combustible es si las actuaciones de la pila de combustible se ven afectadas por el movimiento tan notorio a que está sujeto el vehículo, las inclinaciones tan marcadas al navegar por las dunas, así como por las posibles aceleraciones derivadas de una prueba tan exigente. Por ello, de acuerdo con los responsables de la compañía francesa, las pilas de combustible se han probado en banco en condiciones extremas, con una exigencia muy superior a los ensayos que se suelen llevar a cabo para vehículos que van a operar en carretera. Normalmente esto ensayos se llevan a cabo en plataformas inerciales de tres grados de libertad de modo que se puedan simular diferentes actitudes o posiciones del vehículo. En este caso, sería de esperar que se haya probado las actuaciones de la pila de combustible bajo inclinaciones y aceleraciones muy superiores a las que serían de esperar en carretera. Las dinámicas indicadas pueden verse claramente en el siguiente video:

Sistema de baterías

Como hemos indicado, la planta de potencia es un sistema híbrido que se compone del sistema de pila de combustible y de un sistema de baterías. Este último sistema está compuesto por baterías de litio con una capacidad de 82 kWh, que dada la potencia nominal de los motores eléctricos y el sistema de pila de combustible podrá dar una potencia pico en el entorno de 220 kW (Potencia nominal total de motores eléctricos = 600 kW, potencia nominal del sistema de pila de combustible = 380 kW). Por tanto, proporcionando esos 220 kW las baterías se descargarían completamente en unos 22 min. Sin embargo, las baterías previsiblemente no operarán de forma continua, sino que actuarán como amortiguador en el sistema de potencia. Es decir, cuando el camión demande una mayor potencia que la que la pila de combustible puede dar de forma continua las baterías, que tienen un tiempo de respuesta muy rápido, entrarán para poder gestionar dicho pico de potencia sin que la pila de combustible tenga que modificar su punto de operación. Esta situación podríamos imaginarla por ejemplo en una aceleración o al ascender una duna. Por el contrario, cuando la situación requiera menor potencia que la que es capaz de generar la pila de combustible, el exceso de potencia presumiblemente podría ir a recargar la batería, de modo que estás estén completamente cargadas cuando se vuelva a requerir de su entrada en acción.

En cuanto a la masa del sistema de baterías, si tomamos como referencia una potencia específica de unos 300 W·kg-1 y una energía específica de unos 150 Wh·kg-1, se obtiene que el sistema pesaría entre 550 – 730 kg.

Sistema de almacenamiento de hidrógeno

Vayamos ahora con el sistema de almacenamiento de hidrógeno. Gaussin Group ha indicado que el sistema de almacenamiento de hidrógeno del camión se compone de 14 tanques que en total son capaces de almacenar unos 80 kg de hidrógeno a 350 bar. Actualmente el estándar de presión para el almacenamiento de hidrógeno en automoción tiende más hacia los 700 bar, véase el caso del Toyota Mirai o del Hyundai NEXO, aun así, siguen existiendo aplicaciones en las que los almacenamientos se siguen llevando a cabo a 350 bar, ya sea por el tipo de hidrogenera que se emplee para la recarga o por que hace algo más sencillo el diseño. Dado que el poder calorífico inferior del hidrógeno son 120 MJ·kg-1, 80 kg de hidrógeno almacenarán una energía química total de 9600 MJ. Asumiendo una eficiencia del sistema de pila de combustible del 50 % (si bien podría ser algo superior), se tiene que de esos 9600 MJ químicos se transformarán a 4800 MJ eléctricos. Esto implica que con los 80 kg de hidrógeno y proporcionando el sistema de pila de combustible su potencia nominal, 380 kW, el camión de hidrógeno tendría una autonomía de unas 3.5 horas. De acuerdo con la compañía francesa, con 80 kg de hidrógeno el camión de competición sobre las dunas tiene un alcance de unos 250 km, lo que representaría una velocidad media de unos 70 km·h-1. Este valor de autonomía nos conduce a un consumo muy elevado de unos 32 kg de hidrógeno cada 100 km, sin embargo, hay que tener en cuenta la dureza del terreno en el caso del Rally Dakar que va a hacer que el consumo se dispare en comparación con el que el vehículo podría tener en carretera. De hecho, en este sentido Gaussin Group ha indicado que el alcance esperable en carretera podría rondar los 800 km, lo que representaría un consumo más acorde a lo esperado de unos 10 kg de hidrógeno cada 100 km.

Como se ha indicado, la capacidad de almacenamiento de hidrógeno del sistema es de 80 kg los cuales se distribuyen en 14 tanques, asumiendo que todos son iguales, lo que parece ser más o menos cierto por las imágenes distribuidas por la propia compañía, se tiene que cada tanque almacena unos 5.7 kg de hidrógeno. Para tanques de hidrógeno a 350 bar se puede estimar por datos de diversos fabricantes como Hexagon que el contenido en masa de hidrógeno está entre el 6.5 % y el 7.5 % de la masa total de almacenamiento del sistema. Así en este caso el sistema de almacenamiento completo del combustible estaría entre 1.0 – 1.2 toneladas.

De acuerdo con la información proporcionada por Gaussin Group, el repostaje de los 80 kg de hidrógeno requeriría unos 20 min. Para conseguir esta velocidad de recarga se emplearía una estación de repostaje que suministre el hidrógeno a baja temperatura. En el caso particular del H2 RACING TRUCK® que participa en el Rally Dakar 2022, parece que se está empleando una estación de recarga móvil, quizás este también es uno de los motivos por los que se usa un almacenamiento a 350 bar en lugar de a 700 bar. Finalmente, cabe mencionar que Magna aparece también como una de las empresas de referencia en la web de Gaussin Group, por lo que quizás sea la compañía que les provee los tanques de hidrógeno presurizado.

Chasis del camión

El grupo francés ha diseñado tanto para este camión de competición como para los futuros camiones de carretera un chasis ultraligero en forma de monopatín que se pretende adaptar tanto a los camiones que empleen únicamente baterías como a los que monten sistemas híbridos pila de combustible/baterías, sirviendo para camiones Clase 8 así como para camiones con capacidades de 18 a 44 toneladas. La idea era desarrollar una plataforma versátil que pudiese emplearse en todos los camiones de la gama que están desarrollando, de modo que puedan reducir costes en ese sentido y no sea necesario desarrollar un chasis distinto en cada caso.

Versiones de la gama de camiones cero emisiones de Gaussin.

Versiones de la gama de camiones cero emisiones de Gaussin. Imagen original de Gaussin Group.

Carrocería

Finalmente, cabe destacar que el diseño de la carrocería del camión ha sido realizado por la italiana Pininfarina que desde los años 30 del siglo pasado ha realizado multitud de diseños para marcas tan conocidas como Ferrari, Ford, Peugeot o Maserati y que también se ha encargado de diseñar trenes o autobuses.

El camión de hidrógeno desarrollado en tan solo 8 meses por Gaussin Group y que actualmente se encuentra navegando sobre las dunas de Arabia Saudí me parece impresionante. Cierto es que no está compitiendo y que como sus responsables indicaron tan solo está realizando parte de las etapas pues su autonomía y sistema de repostaje no están aún optimizados, pero aun así, que este tipo de vehículos pueda afrontar pruebas tan duras como el Rally Dakar muestra claramente las capacidades de la tecnología y su grado de disponibilidad. Espero lo mejor para el equipo, y si estáis interesados en saber más sobre este camión y la tecnología que alberga os dejo los enlaces de Twitter e Instagram de Gaussin Group ya que están haciendo un seguimiento diario con videos muy interesantes y aportando datos técnicos.

Referencias

Meesala, Y., Jena, A., Chang, H., & Liu, R. S. (2017). Recent advancements in Li-ion conductors for all-solid-state Li-ion batteries. ACS Energy Letters2(12), 2734-2751

Hexagon Hydrogen Flyer February 2019. Hydrogen storage and transportation systems

Plug Power ProGEN Mobility Specifications

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