Toyota lanzará en los próximos días en Japón el Mirai, el primer auto a hidrógeno en fabricarse en serie. ¿Cómo funciona este sistema que emite agua por el caño de escape?
Así como el Prius fue el pionero en los autos híbridos, Toyota se coloca de nuevo al frente en la búsqueda de combustibles (*) alternativos a los derivados del petroleo con el lanzamiento del Mirai, el primer auto de serie a pila de hidrógeno. El primer mercado en recibir al Mirai será obviamente Japón y a mediados del año que viene llegará al Reino Unido, Alemania y Dinamarca. También se lanzará en esa misma época en California, donde Toyota regalará el hidrógeno a sus clientes por tres años.
El futuro de la industria automovilística mundial en la era post hidrocarburos se debate en la actualidad básicamente entre dos tecnologías: las puramente eléctricas y las que utilizan una pila de hidrógeno para generar electricidad para mover el auto. Hasta ahora, los eléctricos vienen ganando la batalla, pero esta movida Toyota puede cambiar las relaciones de fuerza.
El principal desafío y a la vez oportunidad del auto a hidrógeno son las estaciones de carga. A diferencia de los eléctricos, que pueden cargarse en estaciones pero también en la red doméstica, los autos a pila de hidrógeno requieren sí o sí de estaciones de servicio. Esto puede demorar bastante su masificación, pero a la vez garantiza la continuidad del sistema actual dominado por las grandes multinacionales petroleras. El hidrógeno les permitiría seguir en el negocio de los combustibles. De hecho, Toyota ya tiene un acuerdo con la multinacinoal AirLiquide para desarrollar las estaciones de carga.
¿Cómo funciona?
En realidad, los autos a hidrógeno y los puramente eléctricos son muy similares, ya que ambos utilizan motores eléctricos. La diferencia está en cómo acumulan esa energía para moverse: mientras que los 100% eléctricos utilizan costosas baterías (para que el sistema funcione, los fabricantes suelen alquilarlas en comodato), los autos a hidrógeno utilizan un depósito en el que se carga el combustible a presión. El hidrógeno, a su vez, se transforma en agua dentro del auto, liberando energía en el proceso, que es la que se utiliza para mover el motor eléctrico.
¿Y como se genera el hidrógeno? Si bien es cierto que el hidrógeno es el elemento más abundante en nuestro planeta (está en el agua), la realidad es que por el momento es bastante costoso separarlo del oxígeno. Y, además, por el momento tampoco es un proceso «limpio», ya que en el total del circuito de generación se liberan gases. Claro que para generar la energía que carga las baterías de los autos eléctricos también se queman hidrocarburos en muchos casos o se utiliza energía nuclear.
En todo caso, con ambas tecnologías lo que se eliminan son las emisiones de gases en los autos y al final del proceso, con el hidrógeno es posible bajar drásticamente la cantidad de CO2 por kilómetro recorrido (de 140 gramos por km en promedio a 40), según algunos cálculos actuales. Además está el tema de la eficiencia energética: si bien el auto a hidrógeno es menos eficiente que el 100% eléctrico, es mucho más que los actuales motores de combustión (en los eléctricos está alrededor del 77% mientras que en los de hidrógeno en 55%, teniendo en cuenta todo el proceso). La eficiencia se va a ir modificando a medida que más investigación se vaya volcando en cada tecnología.
No es casual que el Reino Unido sea uno de los primeros mercados para el Mirai, ya que el gobierno británico hizo una fuerte apuesta al hidrógeno al anunciar inversiones millonarias en el desarrollo de estaciones de carga de hidrógeno. Y anunció que espera tener 1,6 millones de autos a hidrógeno en 2025. Parece una locura, ¿no?
Como decíamos, el futuro del auto a hidrógeno va a depender en gran medida de las decisiones que tome la industria y del lobby que pueda hacerse para una u otra tecnología. Por el momento, cada vez más automotrices parecen enfocarse en el hidrógeno, y un reciente acuerdo de cooperación para compartir costos de desarrollo entre grandes grupos (Daimler, Ford, Renault–Nissan y BMW,entre otros, además de Toyota) parece indicar que la balanza se inclina por el hidrógeno. Otros fabricantes como Fiat le han dado la espalda a este combustible, optando -atención- por nuestro querido GNC.
El Toyota Mirai
Volviendo a la noticia que dio lugar a esta nota, Toyota comenzará a vender el Mirai en Japón en menos de un mes. Se trata de un sedán bastante grande, de dimensiones mayores que el Camry (segmento D). Mide 4.890 mm de largo, 1.815 mm de ancho y 1.535 mm de alto, con una generosa distancia entre ejes de 2.780 mm. Toyota destaca su bajo centro de gravedad y su aceleración silenciosa y potente.
El Toyota Mirai dearrolla una potencia máxima de 154 caballos y todo el torque disponible desde la primera acelerada, tal como ocurre en los eléctricos. Toyota asegura que el Mirai tiene la misma autonomía de un auto equivalente a combustión, aunque no aclara cuál es ése valor. El proceso de carga del hidrógeno lleva solamente tres minutos.
El interior y el nivel de equipamiento es acorde con lo que uno se imagina de semejante producto, con una gran pantalla para el entretenimiento y el navegador y un tablero central (¡hola, Etios!) para la información de conducción. Una tercera pantalla brida información del climatizador y está situada junto a la palanca selectora, que no sabemos bien para qué sirve, pero suponemos que para seleccionar entre marcha adelante y marcha atrás.
El Mirai incorpora llantas de aleación de 17 pulgadas, cuyo peso se ha reducido mediante un proceso de grabado. La carrocería está disponible en seis colores distintos. Más detalles se pueden consultar en el comunicado de prensa que reproducimos más abajo.
El precio por el momento no va a ser nada barato. Para Europa, se calcula un precio de alrededor de 66 mil euros más iva. En Estados Unidos, con los descuentos que establece el estado de California para los vehículos a combustibles ecológicos, el precio final será de 57.500 dolares con carga de hidrógeno gratis por tres años. Una apuesta muy fuerte que seguro causará impacto en la industria del automóvil.
(*) Utilizamos «combustible» como término genérico por más que no haya combustión propiamente en este caso.
Galería de fotos
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Video
Akio Toyoda presenta el nuevo Toyota Mirai (en inglés).
Comunicado de prensa
Toyota se abre al futuro con el lanzamiento del Mirai, su sedán de pila de combustible
Producto
• Comenzará a venderse en Japón el próximo 15 de diciembre y llegará a Europa en septiembre de 2015.
• El sistema de pila de combustible, que funciona con hidrógeno, da una potencia máxima de 154 CV.
• El Toyota Mirai tiene una autonomía similar a la de modelos de similar tamaño con motor de gasolina y se puede repostar en unos tres minutos.
Toyota Motor Corporation (TMC) lanzará su nuevo vehículo de pila de combustible —Fuel Cell Vehicle (FCV)— de hidrógeno, el Toyota Mirai1, el próximo 15 de diciembre en Japón, a través de los concesionarios ‘Toyota’ y ‘Toyopet’2. En Europa, se comercializará en varios mercados a partir de septiembre de 2015.
El Toyota Mirai anuncia el inicio de una nueva era en la automoción. Empleando el hidrógeno —una importante fuente de energía para el futuro— como combustible para generar electricidad, el Mirai alcanza un rendimiento medioambiental superior, combinado con la funcionalidad y el placer de conducción que se espera de cualquier vehículo.
El Mirai utiliza el sistema de pila de combustible de Toyota —Toyota Fuel Cell System (TFCS)—, que incorpora tecnología de pila de combustible y tecnología híbrida, e incluye el nuevo diseño FC Stack y los depósitos de hidrógeno a alta presión patentados por Toyota. El TFCS es más eficiente desde el punto de vista energético que los motores de combustión interna y no emite CO2 ni contaminantes al funcionar. Por otra parte, los conductores pueden esperar elmismo nivel de comodidad que la que ofrecen los vehículos con motor de gasolina, con una generosa autonomía y un tiempo de repostaje de hidrógeno de unos tres minutos3.
El Mirai ofrece todo lo que se puede esperar de un vehículo de nueva generación: un diseño inmediatamente reconocible, una conducción apasionante gracias a la estabilidad superior que proporciona su bajo centro de gravedad y una aceleración silenciosa pero potente gracias a su motor eléctrico.
Se puede generar hidrógeno a partir de una amplia variedad de recursos naturales y de subproductos creados por el hombre, como lodos de depuradora. También se puede crear a partir del agua, empleando fuentes de energía renovables como la solar y la eólica. Al comprimirse, tiene una mayor densidad energética que las baterías, y es relativamente fácil de almacenar y transportar, por lo que también ofrece expectativas de un posible uso futuro en generación energética y un amplio abanico de otras aplicaciones.
Los FCV pueden generar su propia electricidad a partir del hidrógeno, lo que significa que pueden ayudar a hacer realidad una sociedad basada en el hidrógeno, y también es de esperar que contribuyan aún más a acelerar la diversificación energética.
Información comercial en Europa
Lanzamiento: septiembre de 2015
Mercados: Reino Unido, Alemania, y Dinamarca en 2015. Más mercados en 2017
Volumen anual: 50-100 vehículos/año en 2015 y 2016
Precio: Alrededor de 66.000 € + IVA (Alemania)
Planta de producción: Motomachi (Japón). Toyota Motor Corporation (TMC)
Información del vehículo
1. El TFCS ofrece un rendimiento medioambiental y una comodidad superiores
El Mirai incorpora el TFCS, una fusión de la tecnología de pila de combustible con la tecnología híbrida. El sistema alcanza una mayor eficiencia energética que la de los motores de combustión interna, un rendimiento medioambiental superior sin emisiones de CO2 ni contaminantes durante la conducción y una comodidad y una autonomía del mismo nivel que los vehículos con motor de gasolina, así como un tiempo de repostaje de hidrógeno de unos tres minutos3.
El sistema emplea componentes desarrollados por Toyota, como el Toyota FC Stack, el convertidor de voltaje FC y depósitos de hidrógeno a alta presión.
Toyota FC Stack
Alcanza una potencia máxima de 114 kW (155 CV DIN). La eficiencia de generación eléctrica ha mejorado gracias al uso de canales de flujo de malla fina 3D4, una innovación a escala mundial5, que aseguran la generación uniforme de electricidad en la superficie de las celdas, lo que da lugar a un tamaño compacto y un alto rendimiento, así como una densidad energética de primera clase5, de 3,1 kW/L. Son 2,2 veces más que el modelo anterior Toyota FCHV-adv.
La cantidad de agua en las membranas de electrolito de la pila de combustible afecta de forma importante a la eficiencia de la generación eléctrica. El control de la cantidad de agua se lleva a cabo mediante un sistema de circulación interna que hace circular el agua creada al generar electricidad, lo que implica que el Toyota FC Stack es un sistema único en el mundo5 que, a diferencia de los sistemas empleados en todos los demás vehículos de pila de combustible anteriores de Toyota, no se requiere el uso de un humidificador.
Convertidor de voltaje FC
Se ha desarrollado un nuevo y compacto convertidor de alta eficiencia y gran capacidad, para aumentar la potencia generada por el sistema Toyota FC Stackhasta los 650 voltios. El mayor voltaje ha permitido reducir las dimensiones del motor eléctrico y el número de celdas del Toyota FC Stack, lo que ha dado lugar a un sistema de pila de combustible más pequeño y con mayor rendimiento, lo que implica unos costes más reducidos.
Depósitos de hidrógeno a alta presión
Se emplean depósitos con estructura de tres capas hechas de plástico reforzado con fibra de carbono y otros materiales para almacenar hidrógeno a una presión muy elevada: 70 MPa —70 megapascales, es decir, unos 700 bares—. En comparación con los depósitos de hidrógeno a alta presión utilizados en el modelo Toyota FCHV-adv, el almacenamiento se ha incrementado aproximadamente en un 20 %, mientras que tanto el peso como el tamaño se han reducido, hasta suponer tan solo un 5,7 %6 del peso, un valor único en el mundo5.
Principales especificaciones del sistema de pila de combustible de Toyota (TFCS)
| FC stack | Nombre | Toyota FC Stack |
| Tipo | Polymer electrolyte fuel cell | |
| Densidad energética por volumen | 3,1 kW/L | |
| Potencia máxima | 114 kW (155 CV DIN) | |
| Sistema de humidificación | Circulación interna (sin humidificador) | |
| Depósitos de hidrógeno a alta presión | Número de depósitos | 2 |
| Presión de trabajo nominal | 70 MPa (aprox. 700 bares) | |
| Densidad de almacenamiento del depósito | 5,7 % del peso | |
| Volumen interno del depósito | 122.4 litros (depósito delantero: 60.0 litros; depósito trasero: 62.4 litros) | |
| Motor eléctrico | Tipo | Generador eléctrico síncrono de CA |
| Potencia máxima | 113 kW (154 CV DIN) | |
| Par máximo | 335 Nm | |
| Batería | Tipo | Hidruro de níquel |
2. Vehículos seguros con una completa gama de prestaciones de seguridad
Medidas de seguridad del FCV
El Toyota Mirai ha sido diseñado pensando ante todo en la seguridad, partiendo de la premisa básica de asegurar que no haya pérdidas de hidrógeno, y en el improbable caso de que se produzcan, garantizar la detección y detención inmediata de las mismas, y evitar que se acumule hidrógeno en la carrocería del vehículo.
• Desarrollo de depósitos de hidrógeno a alta presión con una excelente prevención de la filtración de hidrógeno, resistencia y durabilidad
• Sensores de hidrógeno que emiten alertas y pueden cerrar las válvulas principales de seguridad de los depósitos
• Los depósitos de hidrógeno y otros componentes relacionados con el hidrógeno están ubicados fuera del habitáculo, de forma que si hay pérdidas de hidrógeno, este se disipe fácilmente
El uso de características tales como una estructura que dispersa y absorbe con eficiencia la energía en caso de impacto entre varios componentes, asegura unelevado nivel de seguridad ante impactos, ya que protege el Toyota FC Stack y los depósitos de hidrógeno a alta presión en caso de impactos frontales, laterales o traseros.
El bastidor del Toyota FC Stack está hecho de un nuevo plástico reforzado con fibra de carbono termoplástica, que es ligero, resistente y fácil de producir en serie. Esta estructura protege el Toyota FC Stack absorbiendo los impactos de baches en la carretera u otras interferencias de la vía.
Una completa gama de equipamiento de seguridad avanzada, idóneo para vehículos de nueva generación. Incorporación de tecnologías de seguridad avanzada de serie:
• El Sistema Precolisión, con radar de ondas milimétricas, que ayuda a evitar colisiones o a reducir los daños en caso de colisión mediante alertas y control de los frenos si se detecta una alta probabilidad de colisión.
• El Sistema de Aviso de Cambio Involuntario de Carril utiliza una cámara para detectar las líneas blancas o amarillas del carril y avisa al conductor si el vehículo está a punto de salirse del carril.
• El Control de Arranque y Conducción limita los arranques bruscos o la aceleración repentina al accionar el cambio de marchas.
• El Control de Ángulo Muerto utiliza un radar para detectar los vehículos de los carriles adyacentes y ayuda a confirmar lo que se ve en los retrovisores antes de cambiar de carril.
3. El diseño inmediatamente reconocible del Mirai
Exterior
Se ha aplicado una nueva técnica en el diseño frontal para enfatizar las parrillas izquierda y derecha que dejan pasar aire para el suministro de oxígeno y para la refrigeración del sistema de pila de combustible. Esta nueva imagen subraya la individualidad del vehículo.
El elegante perfil lateral evoca la forma fluida de una gota de agua, para expresar el rasgo característico del vehículo de absorber aire y emitir agua. Los raíles del techo y el capó parecen separarse de la carrocería, y dan la impresión de un vehículo pegado al suelo que, al mismo tiempo, transmite una sensación futurista.
La parte trasera del vehículo presenta un perfil atrevido, con una forma trapezoidal que se extiende desde el embellecedor de la matrícula hasta la parte inferior de los extremos del paragolpes y hacia fuera hacia las ruedas, mientras que la parte superior del paragolpes resalta la amplitud y expresa una potente imagen de estabilidad. También crea una impresión ágil y nítida de aire que pasa a través del paragolpes y por debajo del mismo.
Los faros delanteros transmiten una sensación de tecnología avanzada y lujo sofisticado a través de un diseño novedoso que presenta un perfil ultrafino con una disposición en línea de cuatro luces LED, además de unos disipadores visibles y otros dispositivos ópticos. Los intermitentes delanteros y las luces de posición están separados de los faros delanteros, lo que contribuye a un perfil de faros ultrafinos que, al mismo tiempo, se fusionan con las parrillas laterales. Esto da lugar a un diseño nítido y avanzado, con una aerodinámica que mejora el paso del aire.
El Mirai incorpora llantas de aleación de 17 pulgadas, cuyo peso se ha reducido mediante un proceso de grabado7. La carrocería está disponible en seis colores distintos.
Interior
El perfil del Mirai conecta la parte delantera con la trasera en una agradable expresión continua de espacio. Crea un espacio sofisticado en el habitáculo con acolchados en las puertas y en otras superficies interiores, así como un acabado general cromado de alta luminancia.
Los asientos delanteros se ajustan a la forma del cuerpo y lo sujetan a la perfección, gracias a un proceso de producción de espuma integrada en los asientos y las fundas8. También se montan de serie asientos eléctricos para el conductor y el pasajero delantero, regulables en ocho direcciones, para conseguir una posición óptima, y con una función de apoyo lumbar motorizado.
El grupo central de indicadores, situado en la parte superior del cuadro de mandos, incluye un velocímetro y una pantalla multiinformación de cristal líquido TFT, de alta definición y 4,2 pulgadas, con un diseño que parece separarse de la consola. El conductor puede cambiar la visualización mediante los mandos montados en el volante.
Los mandos de los asientos calefactados y otros controles se accionan mediante un panel de control electrostático del climatizador, tocando ligeramente la pantalla plana.
Se ofrecen de serie varias funciones que dotan de mayor comodidad el espacio interior, como el volante y asientos calefactados —dos ajustes de temperatura en todos los asientos—, que se calientan al instante al tiempo que reducen sustancialmente el consumo energético, climatizador con control independiente de la temperatura izquierda y derecha totalmente automático con mandos de modo eco, y tecnología de purificación del aire ‘Nanoe’10, para llenar el habitáculo de aire fresco. Hay disponibles tres colores interiores, incluido el ‘Blanco Cálido’.
Estructura
La disposición de la batería ofrece un espacio abundante en el maletero.
4. La estabilidad de manejo superior y el excepcional silencio potencian el placer de conducción
La gran potencia del Toyota FC Stack y el control óptimo de la energía de la batería impulsan el motor eléctrico y garantizan una potente respuesta a cualquier velocidad. El resultado es un aumento inmediato del par enseguida que se toca el acelerador, y una aceleración suave y potente a partir de ahí.
La estabilidad y el confort de marcha mejoran gracias a la ubicación de componentes importantes, como el Toyota FC Stack y los depósitos de hidrógeno a alta presión, centrados bajo el suelo, para conseguir un bajo centro de gravedad y una distribución óptima del peso entre delante y detrás, así como el uso de una carrocería de gran rigidez, que presenta una mayor solidez en torno a la suspensión trasera.
La cubierta inferior completa y las luces de posición de diseño aerodinámico reducen la resistencia del viento y contribuyen a mejorar la eficiencia de combustible y la estabilidad. Las aletas aerodinámicas empleadas a los lados de los faros combinados traseros mejoran la estabilidad en línea recta.
Se consigue un silencio excepcional gracias al funcionamiento del motor eléctrico a cualquier velocidad y a un menor ruido del viento, además del sellado de todas las piezas de la carrocería y el uso de materiales de absorción o bloqueo acústico, dispuestos de forma óptima por el habitáculo, incluido el uso de vidrio amortiguador del ruido en el parabrisas y en todas las ventanillas.
El modo ‘BS’ —Brake Support: Freno asistido— hace un uso eficiente del sistema de frenada regenerativa cuando el conductor quiere reducir sustancialmente la velocidad del vehículo, por ejemplo, en largos tramos de vía en pendiente descendente.
Especificaciones principales del Mirai
| Longitud | 4.890 mm |
| Anchura | 1.815 mm |
| Altura | 1.535 mm |
| Distancia entre ejes | 2.780 mm |
| Ancho de vía (delante/detrás) | 1.535/1.545 mm |
| Distancia mínima al suelo | 130 mm |
| Longitud interior | 2.040 mm |
| Anchura interior | 1.465 mm |
| Altura interior | 1.185 mm |
| Tara | 1.850 kg |
| Plazas | 4 |
1 Futuro en japonés
2 Las ventas comenzarán en zonas donde haya estaciones de hidrógeno instaladas y en los alrededores.
3 Medido por Toyota al repostar en una estación de hidrógeno que suministre hidrógeno a una presión de 70 MPa en condiciones de la norma SAE J2601 (temperatura ambiente: 20°C, presión del depósito de hidrógeno al repostar: 10 MPa). El tiempo variará en función de la presión de repostaje del hidrógeno y la temperatura ambiente.
4 Canales dispuestos en una estructura de entramado tridimensional fino. Mejora la dispersión del aire (oxígeno), lo que permite una generación uniforme de electricidad en la superficie de las celdas.
5 En noviembre de 2014, según estudios de TMC.
6 Masa de hidrógeno almacenado por peso del depósito
7 Proceso de fabricación utilizado para reducir el peso de las llantas de aluminio. El metal se rebaja desde la línea de intersección entre el disco y el aro, para reducir el peso de cada llanta de aluminio en unos 500 gramos.
8 En el proceso anterior, se moldeaban por separado los acolchados de los asientos y luego se enfundaban. En el proceso de espumado, las fundas de los asientos se colocan en moldes y se inserta directamente en ellas uretano.
9 Marca comercial de Panasonic Electric Works Co., Ltd.