La revolución del hidrógeno depende de la eficiencia y, sobre todo, de la seguridad. Si bien la potencia de un vehículo de H₂ proviene de su pila de combustible o motor, el verdadero reto de ingeniería se encuentra en la fase previa: gestionar el hidrógeno bajo presión extrema.
En una reciente charla tecnológica de Hyfindr, el presentador Steven Oji habló con Waldemar Raskop, director técnico sénior de Poppe Potthoff, para analizar los componentes cruciales que salvan la distancia entre un depósito de 700 bares y una pila de combustible de 5 bares. ¿La conclusión? Se acabó la complejidad; la simplicidad es el nuevo estándar.
El sistema de suministro de hidrógeno: menos componentes, más potencia
El hidrógeno se almacena en los depósitos de los vehículos a presiones de hasta 700 bares (o 350 bares), pero las pilas de combustible y los motores de combustión suelen funcionar en un rango de 5 a 60 bares. El sistema que gestiona esta drástica caída de presión es el sistema de suministro de hidrógeno (HSS).
La filosofía central de Poppe Potthoff es reducir el número de componentes y juntas, lo que mejora directamente la seguridad y reduce los costes. Raskop destacó tres elementos esenciales, empezando por el flujo desde los depósitos:
1. Líneas de alta presión (tuberías)
- Material: Poppe Potthoff utiliza su material PPH2 patentado (a base de cromo-molibdeno) como alternativa rentable al acero inoxidable.
- Seguridad: este material tiene un historial probado en el mundo del hidrógeno, con exhaustivas pruebas para mitigar los riesgos de fragilización por hidrógeno.
2. La unidad de carga paralela (PCU)
La PCU (o colector) es un componente modular situado entre la entrada principal y los tanques.
- Función: divide el flujo de hidrógeno para llenar varios tanques de almacenamiento simultáneamente, lo que permite tiempos de repostaje más rápidos.
- Diseño: Es una pieza clave del sistema modular, que ofrece flexibilidad para integrar elementos como sensores de presión, sensores de temperatura y válvulas de control.
- Compensación de movimiento: Es fundamental que las juntas cuenten con una interfaz esfera-cono que permita hasta tres grados de movimiento. Este diseño, adaptado de la tecnología diésel de alto rendimiento, compensa las tolerancias de fabricación y las vibraciones del vehículo, evitando grietas inducidas por la tensión en las juntas.
3. La unidad reguladora de alta presión (HPRU): el componente estrella
La unidad reguladora de alta presión (HPRU) es donde Poppe Potthoff tiene mayor impacto en la simplificación del sistema. Este componente integra varias funciones que normalmente requieren múltiples piezas independientes en una sola unidad compacta.
De 700 bar a «vroom vroom»
La HPRU gestiona todo el proceso de reducción de presión mediante una válvula proporcional controlada electrónicamente. Toma la alta presión del depósito y suministra una presión de salida estable y precisa directamente al consumidor.
Tipo de consumidor Rango de presión objetivo Demanda de caudal
Pila de combustible ≈5 a 15 bar Estático (caudal constante)
Combustión de H₂ ≈15 a 60 bar Dinámico (respuesta rápida)
Raskop demostró que la HPRU puede regular la presión en todo este espectro con una precisión fenomenal, con una desviación de control inferior al 1 %. Este rendimiento es vital para los motores de combustión, que exigen cambios de flujo rápidos y dinámicos (el «vroom vroom») para la aceleración.
Seguridad y servicio integrados
La HPRU está diseñada para sustituir los complejos sistemas de reducción de dos etapas por una unidad robusta, y reúne todas las características de seguridad necesarias:
- Filtro integrado: un filtro de 10 micras gestiona la contaminación por partículas, un problema persistente en los sistemas de hidrógeno.
- Válvula de alivio de presión (PRV): esencial en el lado de baja presión. Dado que los sistemas de H₂ nunca son perfectamente herméticos, la presión puede acumularse lentamente en el lado de baja presión. La PRV se abre para liberar esta presión, protegiendo la sensible pila de combustible de posibles daños, y luego se cierra de nuevo.
- Disco de ruptura: es la medida de seguridad para el peor de los casos. Como señaló Raskop, se espera que nunca se active, pero proporciona un respaldo de seguridad mecánico necesario para las normas de seguridad funcional (ASIL), evitando la complejidad de depender únicamente de soluciones de software.
- Interfaz de servicio: permite realizar tareas de mantenimiento, como despresurizar el sistema o limpiar la zona de baja presión.
Demostración de durabilidad: la prueba de resistencia
La HPRU se sometió a una prueba de resistencia que simulaba entre 15 y 20 años de uso real en condiciones extremas. El componente funcionó durante 100 horas en el peor de los casos, pasando rápidamente de un nivel de rendimiento del 0 % al 100 % mientras funcionaba en una cámara climática a temperaturas de entre −40 °C y 120 °C.
Los resultados de la prueba mostraron que la salida de presión del componente seguía de forma precisa y constante la línea óptima, incluso después de 100 horas de estrés, lo que demostró su idoneidad para la carretera.
El trabajo de Poppe Potthoff para reducir la arquitectura del sistema de un camión de 41 componentes a solo 25 mediante la integración de su PCU y HPRU supone un avance significativo para hacer que la movilidad con hidrógeno sea menos compleja, más asequible y, en esencia, más segura. Vea el vídeo completo aquí.
Si le ha gustado este debate, no olvide suscribirse al canal de YouTube de Hyfindr para obtener más información especializada sobre la tecnología del hidrógeno.