mantenimiento y rendimiento, a la de los motores de combustible tradicionales. Para cerrar el círculo necesitamos células de combustible (también llamadas “pilas” de hidrógeno), que conviertan el hidrógeno en corriente eléctrica. Ya empiezan a aparecer equipos bastante compactos, aún caros, capaces de producir 100 o 200 Kw de potencia eléctrica, con los que crear un sistema híbrido de propulsión eléctrica de alta potencia, de cero ruidos y cero emisiones contaminantes.

Las últimas normativas europeas en infraestructuras rodadas, exigirá a los países miembros, tener un punto de recarga de hidrógeno cada 150 km y más adelante debería tener lugar la recarga en puertos e instalaciones portuarias.

Hace una decena de años, las primeras experiencias híbridas en barcos de recreo como por ejemplo la del catamarán Lagoon 42 hibrid, fueron un fracaso. Este catamarán estaba equipado con dos motores eléctricos superados por los que ahora existen, que eran alimentados por un parque de baterías mediocre, que se cargaba con un generador Diesel. El circuito inversor y la electrónica de control era poco fiable y muy voluminoso. Al final Lagoon llamó a los armadores de este modelo para sustituir la propulsión eléctrica por dos motores diesel tradicionales. Pero los tiempos han cambiado y la tecnología evolucionado mucho...

En Austria el astillero Frauscher sacó al mercado hace una decena de años, varios modelos eléctricos, como la motora de tipo runabout Riviera 600 equipada con un pequeño motor 4 Kw y célula de hidrógeno capaz de navegar en lagos de forma suave y silenciosa con una autonomía de 50 millas.

Fountaine Pajot tiene en diseño una versión híbrida para consumos internos, con células de combustible de 70 KW  que sólo 40 kilos de peso, modelo REXH2, fabricadas por el compañía francesa EODev (Energy Observer Developments) co-patrocinado por Toyota, y un parque de baterías de tamaño mediano, aunque para la propulsión siga confiando en el diesel.

La tecnología ha mejorado de forma radical. Motores más compactos de muy alto rendimiento, baterías de Litio con mejores químicas (LiFePo4) que han bajado mucho de precio. Los paneles solares, con los que complementar una buena instalación híbrida, han mejorado mucho en rendimiento y precipitado el precio hasta valores escandalosamente bajos. Las células de combustible han aumentado mucho en potencia, pero siguen siendo caras. Y naturalmente falta por saber cómo y dónde podríamos recargar los tanques de hidrógeno.

Dos motores eléctricos refrigerados por aire forzado. Atrás en el fondo se observan los regulares para trifásica. Tras las dos bocinas de los ejes, observamos los rodamientos de empuje que transmiten la fuerza de propulsión al casco de la embarcación. Los motores eléctricos a diferencia de las grandes reductoras carecen de cojinete de empuje y por tanto es del todo necesario la instalación de estos.

En perspectiva observamos como en solo unos pocos años, han sido superadas muchas de las barreras tecnológicas, y las que quedan van camino de superarse. Solo quedarán las ventajas que dejarán obsoletas a toda la actual flota de recreo.

1) La limpieza durante la combustión es impresionante, pues el resultado de la combustión es solo agua pura, como resultado de la oxidación del hidrógeno. En este aspecto, los políticos vuelven a tener una ocasión perfecta para modernizar la legislación y eliminar impuestos a los barcos Eco o Cero-emisiones como ya ocurre en la industria de la automoción. Por desgracia no debemos confiar en que esto ocurra.  

2) Una importante ventaja proviene de la comodidad de navegar con un sistema que no genera ningún ruido tanto en la célula de combustible (salvo algún susurro de la ventilación) ni en el motor eléctrico de propulsión. Silencio absoluto, tranquilidad total. 

3) La tercera ventaja radica en la fiabilidad de la propulsión eléctrica pues un motor moderno de tipo “brushless” de imanes de neodimio es prácticamente indestructible.

4) La cuarta ventaja es la aparición de espacios donde antes había una sala de máquinas. La arquitectura naval va a mejorar las distribuciones interiores pues los motores eléctricos a penan ocupan espacio. La célula de combustible y el parque de baterías pueden instalarse y distribuirse en cualquier parte del barco y no tienen porqué estar centralizados en ninguna sala de máquinas en la zona central más “valiosa” de la habitabilidad del barco.

5) Para pequeños desplazamientos (que en muchos armadores es lo más normal) es posible navegar sin encender la célula de combustible, tomando energía eléctrica de un reducido parque de litio, que puede suministrar autonomía de unas pocas millas, y que puede recargarse lentamente a partir de una extensa y bien dimensionada instalación solar.

Tanques de hidrógeno

No es posible conseguir una autonomía aceptable a partir de parques de baterías. Aunque estas mejoren (que mejorarán) la tecnología en baterías no permite almacenar la energía que suele consumir un barco. Aún es muy complicado navegar con baterías más allá de unas pocas decenas de millas náuticas. Las baterías son sin embargo necesarias para amortiguar la producción de energía y lograr buenos rendimientos en los generadores o pilas de combustible. Por ello son necesarias en una instalación de propulsión eléctrica, vaya con generador diesel o mediante hidrógeno y una célula de combustible.

Para lograr autonomías adecuadas a las necesidades de los armadores, debemos generar energía eléctrica a un ritmo “parecido” al que vayamos a consumir en la propulsión. Para ello existen potentes pilas o células de combustible que transforman el gas hidrógeno en energía eléctrica con un rendimiento del 80%. La densidad energética del hidrógeno es bastante mayor que la del diesel o gasolina, y por ello un kilo de hidrógeno tiene casi el triple de energía que un kilo de combustible fósil.

Pero a temperaturas “normales” el hidrógeno es gaseoso y solo licua a temperaturas cercanas a cero absoluto, por ello debe ser almacenado en tanques de alta presión en su estado gaseoso. Existe ya un estándar para almacenamiento de hidrógeno con dos categorías y presiones de 350 y 700 Atmósferas. El hidrógeno dentro de un tanque de por ejemplo 1 metro cúbico, a presión atmosférica, pesa 71 gramos. Por tanto a 350 atmósferas podemos almacenar unos 25 kilos de gas hidrógeno. Si utilizamos tanques de 700 Atm, almacenaremos 50 kilos de hidrógeno en cada metro cúbico. Como es 3 veces más energético que los combustibles fósiles, un tanque de 1 metro cúbico (y 700 bares) de hidrógeno equivale en términos de almacenamiento de energía a unos 150 litros de Diesel.

Tanque para hidrógeno en fibra de carbono utilizado en pruebas con aviones comerciales. Obsérvese la ligereza y como un ingeniero puede con él sin demasiados esfuerzos. Más de 1.500 litros de hidrógeno cargado a 700 Atmósferas.

Los precios (ahora aún aeronáuticos) bajarán y por ejemplo 3 tanques de esta capacidad (ubicados por ejemplo uno en pique de proa y dos en popa a cada banda) conseguirían el equivalente a un tanque de Diesel de unos 900 litros de combustible fósil ya tenidos en cuenta todos los factores de rendimiento...

Si por ejemplo en nuestro barco actual, tenemos un tanque de 300 litros de combustible, para lograr una autonomía parecida deberíamos llevar unos 2000 litros de hidrógenos en varios tanques de 700 Atmósferas o 4.000 litros cargadas a 350 Atms. El rendimiento de un motor de combustión es de un 30% en el mejor de los casos. El rendimiento de un motor eléctrico tipo brushless de última generación es del 98 % y la célula de combustible del 80%. Por tanto y como aproximación, podemos dividir por 3 el volumen del tanque de hidrógeno para alcanzar una equivalencia en energía aprovechable en potencia de propulsión real.

En conclusión, un tanque de gasolina de 300 litros puede ser sustituido por unos 1.400 litros de hidrógeno a 350 Atm. Un buen desafío, pues aunque podemos distribuir las botellas, en sentinas y huecos, no deja de ser un volumen importante. El segundo desafío es el precio del tanque, pues una presión de 350 bares no es soportada por un tanque cualquiera. Existen tanques de fibra de carbono que son mucho más livianos que los de aluminio y pueden aceptar presiones de hasta 700 Atm.

Para hacernos una idea de la altísima presión de 350 bares, podemos comentar que las botellas de aire a presión utilizadas en el buceo recreativo están cargadas normalmente a 200 atmósferas. La energía de presión almacenada es muy grande y una rotura se convierte en una verdadera deflagración. Conozco a uno, que sacó por error una grifería de una botella de buceo cargada a 200 bares, pensando que estaba vacía, y la grifería salió como un obús, perforando el techo de chapa del club de buceo, perdiéndose en las nubes. El despistado no murió de milagro, pero quedó bastante perjudicado.

350 bares es mucho más y si en vez de aire cargamos hidrógeno, el asunto es extremadamente serio. Sin embargo es del todo viable y el estándar incluso maneja presiones de 700 bares, como demuestra el fabricante de coches Toyota que YA ofrece en España vehículos con esta tecnología disponible en el mercado. Y conviene apuntar que un coche es bastante más peligroso en cuánto a velocidad, impactos y accidentes que un barco.

El motor

Son muchos los modelos y las potencias que se pueden instalar y conectar mecánicamente al eje de la hélice. Las ventajas respecto al motor de gasolina o diesel son evidentes y muy importantes:

1) La potencia eléctrica que consumen se convierte en energía mecánica en un porcentaje muy alto y aunque deben ser refrigerados, el sistema es muy sencillo. El aprovechamiento energético es tremendamente alto y sin parangón con los motores de combustible.

2) Los motores eléctricos pueden invertir su sentido de giro de forma trivial. No es necesario instalar ninguna inversora a la salida del motor. Tampoco necesitan en casi todas sus aplicaciones reductora, al entregar un par de giro constante en casi todo su régimen de revoluciones. Ahorro importante de precio, de peso, de complejidad y mejora de la fiabilidad.

3) Los motores eléctricos son muy poco voluminosos y ligeros, por tanto su instalación es muy sencilla y al no ocupar espacio, hace innecesario la sala de máquinas. Los arquitectos navales pueden mejorar el diseño de las embarcaciones de forma drástica, lo cuál significará un antes y un después en el diseño naval.

4)  La fiabilidad y seguridad es altísima. No requieren apenas mantenimiento y son extremadamente confiables. En comparación con los motores de combustión interna, los eléctricos ganan por fantástica goleada.

OceanVolt propone este 'SailDrive' muy fácil de instalar y con un altísimo rendimiento.

Como estamos acostumbrados a los motores de combustión interna que suelen medir la potencia en caballos (CVs) también es muy importante retener la conversión entre CVs y Kw; 1 Kw es igual a 1,36 CVs. O sea, por ejemplo, un motor eléctrico de 100 KW es equivalente a un diesel de 136 CVs. Y para el resto aplique una regla de 3…

Pero en realidad si montamos un barco según este factor, estaremos sobre-motorizando pues el motor eléctrico además de las ventajas ya explicadas, ofrece la potencia en su máximo par en todo régimen de revoluciones. En la práctica un típico velero de 12 metros con un Yanmar de 40 CVs podría ser sustituido por un motor “brushless” de unos 25 Kw. Una motora con dos colas de 200 caballos irá que se mata con dos eléctricos de 100 Kw.

Yanmar Power Technology junto con Japan Engine Corp se han unido para crear soluciones basadas en hidrógeno. Rolls-Royce Power Systems especializado entre otras cosas en motores de alta potencia para la industria marina ya está probando una solución basada en un célula de hidrógeno de 250 KW con electrodos de membranas creadas con polímeros (PEM) capaces de generar mucha potencia eléctrica en un volumen muy reducido.

Las Baterías (Litio)

Son necesarias para poder ajustar la generación y consumo de energía, de tal forma que la producción de un generador si es excesiva, sea aprovechada y alimente la carga del parque. Y si esta es insuficiente, las baterías puedan aportar la diferencia de energía o el pico de potencia demandado. A mayor parque de baterías, mayor autonomía en cortas distancias sin necesidad de poner en marcha el generador o la célula de hidrógeno. Naturalmente en químicas de iones de litio.

En el año 2023 volverán a bajar de precio y –en grandes volúmenes- la compañía de automoción Tesla indica que estaremos en rango de precios sobre los 100€/Kw-hora. Actualmente una batería de un Tesla Model-3 de 82 KWh cuesta 13.500 US, es decir a razón de 164 dólares USA/KWh. A finales de 2022 y olvidando las marcas caras, el aficionado (en compra al detalle), puede conseguir ya racks de 48 Voltios, en torno a los 340€/KWh.

Es importante que nos acostumbremos a la unidad de Kw-hora (Energía), que es desde luego la más natural y clara para poder entender el “juego” que viene. 1 Kilo-Watio-Hora de energía, equivale a la energía necesaria para mantener encendido un motor de 1 Kw durante una hora de tiempo. ¿Fácil no?

Por ejemplo, una típica batería de ácido plomo de 100 Ah en 12 voltios es capaz de entregar, en teoría, 1,2 Kw durante una hora y como no podemos utilizar más allá de 40% o a lo sumo 50% (So pena de destruirla en una decena de ciclos), en realidad esa batería por mucho que sea AGM o Gel nos puede entregar unos 500 watios-hora. O lo que es lo mismo, en los próximos años, las baterías de Litio van a barrer el ácido plomo del mercado.

En la práctica, por debajo de los 200€ el Kwh, sería estúpido continuar montando baterías de plomo, pues aunque el precio esté ya casi equiparado, en la práctica y en “usabilidad” estaremos en Litio a mitad de precio. Si tenemos en cuenta la capacidad de ciclos y vida útil de las baterías de Litio, por debajo de los 300€/KWh el Litio, ya es caballo ganador…. Y ya estamos llegando a esos precios. (Naturalmente no hablo de fabricantes caros como Battleborn , Victron, Mastervolt, etc… que habrán de ajustar sus tarifas si quieren competir en el inminente futuro)

Calcular la capacidad del parque

Es casi intuitivo si hemos retenido los factores de conversión ya explicados. Si por ejemplo queremos navegar 5 horas con un motor de 25 Kw en un velero de 12 metros con unas prestaciones equivalentes a un motor diesel de 40 CVs, tendremos que tener un parque: 5 horas x 25 KWh= 125 KWh de capacidad. Como referencia, recordemos que las baterías de un coche Tesla están en torno a los 100 KWh. O sea que con un par de baterías de un Tesla S, podríamos tener, sin llevar al barco a tope, más de 10 horas de autonomía. Para más ejemplos, aplique sucesivas reglas de equivalencia.

Hagamos otro ejercicio ilustrativo. El depósito diesel de un velero de 13 metros puede ser de unos 200 litros de combustible con los que se pueden navegar del orden de 50 horas. Ese tanque tendrá una energía en forma de combustible de unos 1.250 KWh. Como por ejemplo una batería de un Tesla de 100 kWh pesa 625 Kilos, necesitaríamos del orden de 12 baterías testa y lastrar el barco con más de 6 Tn de Litio. Con un parque parecido al de un coche Tesla, tendremos una autonomía en este velero de 12 o 14 metros de unas 4 horas. Queda clara la necesidad de los tanque de hidrógeno y la célula de combustible.

Un Kilo de hidrógeno puede producir a través de una célula de combustible, una energía eléctrica de ente 15 y 20 kWh, y por tanto tal depósito de 200 litros de diesel podría ser sustituido por unos 60 Kilos o 70 kilos de hidrógeno, que en tanques a 700 bares ocuparán un poco más de un metro cúbico. (Recuerde la equivalencia de 50 Kilos de H2, en cada metro cúbico a 700 bares).

Células de combustible

Van apareciendo en el mercado como la ya citada REXH2 de 70 KW y 40 kilos de peso, aunque su volumen es molesto pues ocupa del orden de un metro cúbico. Hynova es otra marca en ofrecer células de hidrógeno de 80 Kw.

Hay que aclarar que las células de combustible permiten “quemar” hidrógeno puro y que el oxigeno del aire debe ser muy puro para no estropear las membranas, para lo cual el sistema de las células de combustible tienen varios filtros dedicados para ello. También existen otras células de combustible que “queman” Metanol en vez de hidrógeno y tienen una química en sus membranas distinta. Al final lo que hacen es obtener el hidrógeno a partir de las moléculas de metanol, pero con un rendimiento menor, al necesitar algo de energía para lograr descomponer previamente la molécula de Metanol. La ventaja actual de este tipo de células de metanol-hidrógeno, reside en la facilidad de almacenar este alcohol, pues para ello vale cualquier depósito como los utilizados para almacenar gasolina. Otro “punto” negativo de la célula de metanol, es la generación de dióxido de carbono y por tanto no son “limpias” como las de hidrógeno que estrictamente producen agua tan pura como la destilada, como resultado de la generación eléctrica.

En Holanda, Natural Yachts ofrece la motora de 12 metros de eslora Northman 1200 de fabricación polaca, motorizada en eléctrico, y que puede equipar una célula de Metanol, y una batería de 42Kwh con las que se consiguen 55 kilómetros de autonomía, o una batería de 84 kWh con una autonomía de 115 Km, o más del doble de autonomía utilizando la célula de metanol. El precio con la mayor batería es de 261.000€ aunque por ahora no se incluye la opción con la célula de metanol.