Combustible para el futuro: aspectos que hay que tener en cuenta en la producción de pilas de combustible
Publicado a las 10 de marzo de 2022 el Sustainable Manufacturing
Las empresas del entorno ACES necesitan estrategias y tecnologías de producción inteligentes, para aprovechar el potencial del hidrógeno.
Cuando la gente habla de movilidad sostenible, lo primero que le viene a la mente son los coches eléctricos alimentados por batería. Sin embargo, las pilas de combustible o los quemadores directos de hidrógeno son tecnologías complementarias que, a menudo, pasan desapercibidas, pero que tienen mucho que ofrecer en lo que respecta a la reducción del CO₂ y a la hora de aumentar las opciones del mercado.
La industria automovilística alemana y europea son de la misma opinión: según un estudio reciente de Expleo, el 80 % de los fabricantes de automóviles encuestados afirmaron que consideraban que los vehículos impulsados por hidrógeno eran más respetuosos con el medio ambiente y más limpios que los coches eléctricos. el 64 % cree que los primeros coches de hidrógeno listos para la producción en serie estarán en el mercado en los próximos dos años.
No obstante, lo que se necesita es un espíritu más innovador por parte de los fabricantes y proveedores, el apoyo de los políticos, así como inversiones en una infraestructura energética mejor. Además, es importante tener en cuenta que las empresas del entorno ACES (ACES significa conducción autónoma, conectividad, electrificación y movilidad compartida) necesitan instalaciones de producción eficientes y preparadas para el futuro; el término clave es «fábrica inteligente». Es decir, que las líneas de producción deben automatizarse y digitalizarse, los procesos manuales deben eliminarse y las innovaciones deben tomar su lugar.
Producción de hidrógeno verdaderamente sostenible solo con energía renovable
La producción moderna y automatizada de baterías y pilas de combustible, con el respaldo de la robótica, la tecnología de sensores y la IA, es el núcleo de las estrategias sostenibles. La batería es el elemento central tanto de los vehículos de hidrógeno como de los vehículos eléctricos «clásicos», aunque sea mucho más pequeña y se construya de una forma diferente. Además de la electricidad y el hidrógeno, también hay que sumar los combustibles sintéticos a la ecuación de los tipos de propulsión sostenibles. No obstante, para utilizar el hidrógeno de una forma realmente sostenible, el combustible de H₂ debe producirse con electricidad procedente de fuentes renovables (electrólisis), lo que aún no es del todo factible en grandes cantidades.
Algunas de las grandes empresas automovilísticas son demasiado cautelosas respecto del hidrógeno
A diferencia de las celdas de batería, las pilas de combustible no dependen de materiales como el litio o el cobalto. En el caso de las pilas de combustible, el material principal es el hierro. Otra ventaja es que el hidrógeno, como sustancia molecular, puede almacenarse, transportarse y ponerse a disposición de las aplicaciones fácilmente. Los motores de hidrógeno ya se utilizan en un número cada vez mayor de vehículos comerciales, como los autobuses urbanos, lo que se debe, sobre todo, a que ofrecen más espacio para la unidad de propulsión necesaria. Los motores de hidrógeno siguen siendo relativamente raros en los coches «normales», lo que se debe en parte a la falta de estaciones de servicio de H₂, pero también a la vacilante implementación en la industria del automóvil.Aumento de la automatización de los procesos de producción de pilas de combustible y electrólisis
Si queremos tan siquiera acercarnos a los objetivos climáticos de la cumbre de París, no existe otro camino que los vehículos propulsados por las nuevas energías, los denominados NEV (New Energy Vehicles). El hidrógeno puede producirse a partir de energías renovables sin emisiones de CO₂ y convertirse en energía eléctrica en pilas de combustible. Sin embargo, para garantizar la eficiencia y la precisión es necesario superar primero varios retos en la producción de estas pilas de combustible tanto en la producción de los componentes individuales como en el montaje de las pilas, así como en la fabricación de todo el sistema.
Para impulsar un despliegue generalizado de la tecnología de pilas de combustible y electrólisis se requiere la innovación de los productos y los procesos a fin de reducir los costes de producción. Es necesario ampliar los volúmenes de producción manteniendo a la vez unos requisitos de calidad uniformes. Para ello, sería conveniente crear líneas de producción flexibles y escalables que puedan adaptarse rápida y fácilmente a las necesidades individuales. Además, son necesarios enfoques que reduzcan los costes de producción de las pilas de combustible, ya que es la única forma de que esta tecnología sea aceptada a largo plazo.
La experiencia en baterías respalda la producción de las pilas de combustible
A diferencia de la producción de celdas de batería, en la que los procesos llevan automatizados muchos años y se perfeccionan constantemente, la producción de pilas de combustible está todavía en estado embrionario. Esto se debe principalmente a que las tecnologías relacionadas con el hidrógeno aún no tienen la aplicación y la aceptación necesarias para un aumento de la producción. Por tanto, muchos flujos de trabajo se realizan de forma semiautomática o incluso manual. Para que las aplicaciones de hidrógeno resulten más atractivas, es urgente aumentar la automatización en la fabricación. Dado que la fabricación de celdas de batería y pilas de combustible es similar en muchos aspectos, es aconsejable contar aquí con un socio que esté familiarizado con la fabricación automatizada de celdas de batería. Además de la tecnología y los conocimientos técnicos, también se necesitan integradores de sistemas y fabricantes de maquinaria para impulsar conjuntamente este tema. Un proceso especialmente crítico en la producción de pilas de combustible y celdas de batería es el apilamiento, donde pueden producirse errores, como fugas.La fábrica del futuro: procesos de producción modernizados, tecnología innovadora
Las piedras angulares de la producción de pilas de combustible orientada al futuro para promover una movilidad sostenible son los procedimientos y las tecnologías de la «fábrica inteligente» (la producción del futuro), ya que permiten modernizar ampliamente la producción y racionalizar las cadenas de suministro desde la base, en paralelo a la expansión y conversión a nuevas tecnologías de propulsión. La innovadora robótica industrial, los robots móviles y los cobots, el «edge computing», la tecnología de sensores, el acoplamiento de la mecatrónica y la TI, así como la realidad aumentada (RA) son algunos ejemplos de procedimientos y tecnologías de esta fábrica del futuro.
El máximo nivel de digitalización posible es la clave del éxito para que el proceso de fabricación pueda optimizarse por sí mismo de forma independiente. Pero la trazabilidad también resulta esencial, por ejemplo, para poder realizar un seguimiento de cada una de las capas de una pila de combustible y poder determinar dónde no está funcionando de forma óptima la producción.
Otro pilar es la inteligencia artificial (IA), ya que puede utilizarse para liberar un nuevo potencial de eficiencia a partir de cadenas de producción muy complejas. Si se utiliza correctamente, la IA puede ayudar a los líderes del sector de la automoción a comprender mejor sus procesos. La información recopilada por la IA y las tecnologías basadas en sensores dan lugar a nuevos conocimientos que permiten optimizar los procesos, tanto dentro como fuera de la empresa. Un ejemplo es el mantenimiento predictivo que puede utilizarse para detectar patrones de desgaste, peculiaridades y anomalías, y así contrarrestar fallos, paradas y errores de las máquinas. También hay que prestar especial atención a contar con unos procesos intralogísticos flexibles y sin fisuras, o lo que es lo mismo, una cadena de suministro transparente.
