Punto débil de la energía eólica y solar
Si quieres algo, encuentras una solución, si no quieres algo, ¡encuentras una excusa! Por desgracia, nuestros políticos y, por tanto, los autores de leyes, normas y prohibiciones son más ideológicos que nunca. A menudo se ignoran, malinterpretan o distorsionan los conocimientos de ingeniería y física debido a la falta de educación.
Una cosa cada vez. Veamos hoy por qué los combustibles sintéticos y el hidrógeno pueden tener sentido, aunque su eficiencia sea muy baja(Fig. 1).
Curva de eficiencia de los distintos tipos de propulsión, pero la eficiencia no es el quid de la cuestión
Si se comparan las distintas tecnologías de propulsión de turismos, se observan diferencias significativas, como muestra la figura 2. La figura de Technologie & Environment de 2017 es la diapositiva favorita de casi todos los que quieren hacer absurda una forma de propulsión con hidrógeno o incluso con combustible sintético a través del motor de combustión.
Fig. 2: Curva de eficiencia de la electricidad verde a la rueda motriz
BEV: En un coche eléctrico de batería, hay una pérdida de alrededor del 5% desde el parque eólico o solar hasta la batería (del pozo al depósito). Del depósito (batería) a la rueda (rueda motriz) al convertir de corriente alterna a corriente continua (CA/CC), hay otro 5% de pérdida, así como un 5% de pérdida de la batería y un 5% de pérdida al convertir de corriente continua a corriente alterna (CC/CA). Otro 10% se añade a la eficiencia del motor eléctrico, lo que da como resultado una eficiencia global del 73%.
Hidrógeno: La eficiencia del hidrógeno es menor. La electrólisis para la producción de hidrógeno (H2) consume el 30 % de la energía eléctrica, mientras que las pérdidas por transporte y almacenamiento suponen otro 26 %. La reconversión del H2 en energía eléctrica en la pila de combustible consume otro 50 %. Otro 5 % se consume en la conversión de corriente continua a corriente alterna (CC/CA). El rendimiento del motor eléctrico añade otro 10 %, lo que da un rendimiento global del 22 %.
E-combustible: En la producción de combustible sintético, como se ha mostrado anteriormente, inicialmente se pierde un 30 % de energía en el electrolizador durante la producción de hidrógeno y un 37 % durante la síntesis de FT (desarrollada en Alemania hacia 1920 según Fischer-Tropsch). Otro 70% de la energía restante se pierde en forma de rendimiento en el motor de combustión, lo que deja un rendimiento global del 13%.
Tanto el hidrógeno como la gasolina, el gasóleo o la parafina producidos sintéticamente pueden transportarse a largas distancias (barco, oleoducto, camión cisterna, tren). También se pueden almacenar grandes cantidades de H2 en instalaciones subterráneas de almacenamiento de gases como el gas natural o en grandes instalaciones de tanques para e-combustibles.
La electricidad, en cambio, sólo puede transportarse a largas distancias con un coste económico desproporcionadamente alto. Un no-go económico y la razón por la que Desertec (energía solar del norte de África) fracasó hace unos 15 años. Habría necesitado cientos de cables submarinos muy caros, por ejemplo del norte de África a Europa. Además, habría habido grandes pérdidas en las líneas y en la conversión (CA/CC).
Los e-combustibles y el hidrógeno pueden producirse en zonas ventosas remotas porque pueden almacenarse
Una gran turbina eólica con una potencia de 5 MW funciona una media de 2000 horas a plena carga en tierra en Alemania. En cambio, la misma turbina en el ventoso Chile puede alcanzar unas 6.000 horas a plena carga. Según la Figura 3, en lugar de 4700 coches eléctricos de batería, también podrían funcionar 3600 coches propulsados por eFuel con motores de combustión con un kilometraje anual de 14.000 km. Teniendo en cuenta las pérdidas de transporte de Chile a Europa, esto sólo supondría alrededor de un 25 % menos de vehículos.
Por cierto: las instalaciones de pruebas de Porsche se encuentran en Punta Arenas, en la ventosa Patagonia/Chile.
Fig. 3: Aprovechamiento eléctrico de un aerogenerador en diferentes emplazamientos
Número de coches con motor de combustión 1.300 millones en todo el mundo
El número total de vehículos de motor en todo el mundo ronda los 1.300 millones. En 2022, Alemania contaba con unos 48,5 millones de automóviles. Todos estos vehículos tienen un motor de combustión interna y seguirán circulando en gran medida en 2035. Las estimaciones más optimistas suponen que en 2035 seguirá habiendo en Alemania entre 30 y 35 millones de vehículos de combustión interna. Si se tomaran en serio las emisiones de CO2, aquí se podría mezclar combustible sintético neutro en CO2 o, más adelante, utilizarlo al 100%.
El hidrógeno para vehículos industriales puede almacenarse en grandes cantidades
Si nos fijamos en la eficiencia de los vehículos comerciales, la imagen es similar a la mostrada en la Figura 2. Sin embargo, también aquí el hidrógeno verde puede almacenarse en grandes cantidades. Sin embargo, también en este caso el hidrógeno ecológico debería producirse en lugares con viento y hasta 6.000 horas de carga completa al año, ya que el hidrógeno para vehículos industriales puede almacenarse en grandes cantidades.
La Directiva sobre Infraestructuras de Combustibles Alternativos (AFID) es el marco jurídico de la Unión Europea para los combustibles alternativos. El objetivo para Europa es construir unas 300 estaciones de repostaje de hidrógeno aptas para camiones para 2025 (u 85 en Alemania) y al menos 1.000 (o 300 en Alemania) para 2030 a más tardar. Además, debe definirse que haya una estación de servicio de hidrógeno cada 200 kilómetros en la red de transporte de larga distancia (autopistas y autovías) para 2030.
Fig. 4: Eficiencia de los vehículos industriales con propulsión de hidrógeno y eléctricos de batería
La tecnología de pilas de combustible de Bosch en China
En Chongqing, en el centro de China, donde AT+S tiene su mayor centro de producción, se utilizan a diario 70 camiones con tecnología de pila de combustible de Bosch (FCEV) como vehículos de prueba.
Un camión con tecnología de pila de combustible de Bosch, cargado con 11,7 kg de hidrógeno, puede recorrer más de 500 kilómetros. Y el repostaje con hidrógeno dura sólo de cinco a diez minutos, incluidas las pruebas de seguridad.
Este sistema de propulsión es especialmente adecuado para camiones debido al reducido peso adicional. Sólo se necesitan baterías relativamente pequeñas. Son unidades intermedias de almacenamiento de la electricidad producida continuamente por la pila de combustible. Se pueden utilizar para alimentar los motores eléctricos de accionamiento cuando no reciben su energía directamente de la pila de combustible.
Fig. 5: Uno de los 70 vehículos de prueba de Bosch con tecnología de pila de combustible (FCEV) que se desplaza diariamente entre Chongqing y Chengdu, a 300 kilómetros de distancia (Imagen: Bosch)
Al grano
- La eficiencia global del "pozo a la rueda" es de aprox. un 73% para los coches eléctricos de batería (BEV), de aprox. un 22% para los coches con propulsión de pila de combustible de hidrógeno y de aprox. un 13% para los combustibles sintéticos (e-fuels).
- Si tomamos como base la producción anual de electricidad de una central eólica en Alemania con una potencia nominal de 5 MW y 2.000 horas reales de funcionamiento a plena carga al año, podría abastecer a unos 4.700 BEV con 14.000 km de producción anual con electricidad alimentada directamente.
- El mismo aerogenerador en Alemania sólo podría suministrar hidrógeno a unos 2.000 coches de la comparativa y combustible sintético a 1.200 coches. Si esta central eólica de la ventosa Patagonia funcionara a 6.000 horas de plena carga al año, se podrían repostar 3.600 coches con e-combustible.
- Según la ADFID de la UE, de aquí a 2030 se construirán en la UE 1.000 estaciones de repostaje de hidrógeno para camiones, 300 de ellas en Alemania.
- Bosch opera desde 2021 una flota de 70 camiones de pila de combustible de hidrógeno en China para probarlos en condiciones reales.
El punto débil de la transición energética, centrada en la energía eólica y solar, es la falta de opciones de almacenamiento a gran escala. Por este motivo, toda la demanda de electricidad debe cubrirse con estructuras duales capaces de soportar la carga base (centrales de gas, carbón y, anteriormente, nucleares) durante los periodos de calma y por la noche, cuando las energías alternativas no rinden. Esto supone casi el doble de costes para los ciudadanos y la industria.
Costes de la electricidad para clientes particulares en céntimos de euro por KWh: Alemania 31,8 - Francia 18,5 - EE.UU. 12,7 - Canadá 9,8 - China 7,3 ct/KWh.
El enfoque especial de Alemania, con estructuras duplicadas, debe ser pagado caro por la industria y los clientes privados. Las centrales de gas y las centrales de carbón también deben pagarse si suministran cero kilovatios hora de electricidad, ya que son la única fuente fiable de electricidad cuando hay oscuridad y calma.
El hidrógeno y el combustible sintético también pueden almacenarse y transportarse en grandes cantidades y, por tanto, pueden producirse allí donde el sol y el viento están disponibles en abundancia.
Sin apertura tecnológica, destruiremos nuestra industria, nuestros empleos y nuestra prosperidad.
Saludos cordiales
Atentamente
Hans-Joachim Friedrichkeit
