BMW es el primer fabricante de automóviles del mundo que presenta un coche con motor de hidrógeno y que ha superado con éxito la fase de desarrollo para la fabricación en serie. Se construirá en una edición limitada a 100 unidades.
El BMW Hydrogen 7 tiene un propulsor de doce cilindros de 191 kW/260 CV que es capaz de acelerar en 9,5 segundos de 0 a 100 km/h y de alcanzar una velocidad punta de 230 km/h con corte electrónico. Mientras que no esté garantizado el abastecimiento de hidrógeno, el motor puede también funcionar con gasolina súper convencional, simplemente conmutando su modalidad de funcionamiento.
De este modo, BMW Group genera un fuerte impulso para la continuación del desarrollo de la infraestructura de abastecimiento necesaria, que debe incluir, principalmente, la instalación de surtidores de hidrógeno adicionales en las gasolineras con el fin de permitir una movilidad sostenible en todo el territorio.
La tecnología del hidrógeno ofrece la posibilidad de reducir drásticamente las emisiones nocivas, especialmente de CO2. Estando activada la modalidad de funcionamiento con hidrógeno, casi solamente emite vapor de agua.
El hidrógeno, que se obtiene de masa biológica o mediante energía solar, eólica o hidroeléctrica, podría estar disponible siempre. Además, el hidrógeno también puede obtenerse recurriendo a gas natural, gas biológico u otros agentes energéticos primarios. En estas condiciones, la producción de hidrógeno puede ser muy diversa, dependiendo de las circunstancias en cada caso.
Abastecimiento
BMW coopera estrechamente con proveedores y organismos de investigación y desarrollo, con el fin de desarrollar los componentes técnicos necesarios para el aprovechamiento del hidrógeno. Además, BMW Group es socio fundador de VES (Verkehrswirtschaftliche Energie-Strategie, Estrategia Energética de la Economía del Tráfico) y es miembro del CEP (CleanEnergy Partnership Berlin), al que también están asociadas otras empresas del sector automovilístico, empresas del sector del abastecimiento y empresas de transporte público. El CEP es parte de la Estrategia Nacional de Sostenibilidad, por lo que cuenta con el apoyo y la promoción de parte del gobierno alemán. Gracias al CEP se inauguró la primera estación de servicio con surtidores de hidrógeno en Berlín. La finalidad de este consorcio consiste en demostrar que el hidrógeno es un agente energético que se presta para el uso cotidiano en vehículos.
Con el fin de promocionar el hidrógeno en su calidad de agente energético, BMW Group ha firmado un acuerdo con la empresa de aceites minerales Total, que dispone de una gasolinera combinada en Berlín desde el año 2004. En el mes de marzo de 2006, Total abrió una gasolinera adicional con surtidor de hidrógeno en la capital alemana, también con el apoyo del CEP.
A finales del año 2006 también empezará a funcionar en Munich una nueva gasolinera combinada de Total, con surtidor de hidrógeno. La inauguración de esta gasolinera coincidirá con el estreno del BMW Hydrogen 7, y se encontrará muy cerca del Centro de Investigación e Innovación (FIZ) del BMW. Adicionalmente, el acuerdo entre BMW Group y Total también prevé la inauguración de otra gasolinera combinada, con surtidor de hidrógeno, en otra capital europea. La forma de repostar hidrógeno es muy similar a la forma de repostar gasolina. Una vez que el conductor acopla el tubo del surtidor a la boca del depósito de su coche, el proceso de llenar el depósito se lleva a cabo de modo automático.
Desde 1978
BMW empezó a investigar la tecnología de los motores de hidrógeno ya en el año 1978. La primera estación de servicio del mundo con surtidores de hidrógeno y abierta al público en general fue inaugurada en el recinto del aeropuerto de Munich en el año 2000. El período de funcionamiento de la primera estación del mundo con surtidores de hidrógeno concluirá, por lo contrario, a finales del año 2006, cuando se inaugurará la nueva estación integrada en Munich.
Hidrógeno líquido, el agente energético del futuro
El hidrógeno líquido y criocongelado tiene una mayor concentración energética que el hidrógeno gaseiforme o muy comprimido. Si se compara la capacidad energética de hidrógeno criocongelado, contenido en un depósito de volumen definido, con la capacidad energética de hidrógeno gaseiforme, comprimido a 700 bar, el hidrógeno líquido criocongelado contiene un potencial energético 75 por ciento mayor. Ello significa que la autonomía de un vehículo con hidrógeno criocongelado es correspondientemente mayor.
Motor de combustión bivalente
La autonomía es un criterio fundamental al evaluar la utilidad cotidiana del nuevo sistema de propulsión. Además del consumo y el volumen del depósito, debe tenerse en cuenta también la red de distribución de hidrógeno. Actualmente todavía no existe una red de distribuidores de hidrógeno que cubra todo el territorio. Por lo tanto, los vehículos que únicamente funcionan con hidrógeno sólo pueden recorrer distancias limitadas, lo que significa que aún no ofrecen la versatilidad que exigen los clientes. El motor de combustión del BMW Hydrogen 7 puede funcionar indistintamente con hidrógeno o con gasolina. Con hidrógeno, la autonomía es superior a los 200 kilómetros, y funcionando con gasolina, se agregan 500 kilómetros más. Ello significa que el conductor de un BMW Hydrogen 7 puede confiar plenamente en una movilidad ilimitada, recorriendo distancias mayores hasta que encuentre la siguiente estación de servicio con surtidores de hidrógeno.
Técnica de células electroquímicas
Al mismo tiempo, el departamento de investigación de BMW también trabaja en materia de células electroquímicas y su utilización práctica en automóviles. La meta consiste en la utilización, en un plazo más lejano, de la tecnología de las células electroquímicas en calidad de fuente energética auxiliar (APU, Auxiliary Power Unit), tanto en vehículos con motor de hidrógeno como en los que llevan motores de gasolina. La APU se ocupa de alimentar corriente eléctrica a la red de a bordo, tanto mientras el coche está en movimiento, como también cuando se encuentra detenido.
Motor V12 de hidrógeno
El propulsor V12 de 6.000 cc tiene una potencia de 191 kW/260 CV y un par motor máximo de 390 Nm a 4.300 r.p.m. El BMW Hydrogen 7 acelera de 0 a 100 km/h en 9,5 segundos y su velocidad punta es de 230 km/h con corte electrónico. Estos datos son válidos independientemente del funcionamiento con gasolina o hidrógeno.
En comparación con un motor de células electroquímicas de potencia similar, el peso de un motor de combustión es mucho menor. Además, un motor de combustión también se fabrica a menor costo. El BMW Hydrogen 7 no solamente ha pasado por todo el proceso de desarrollo de BMW para la producción en serie; su producción también está plenamente integrada en el proceso de fabricación convencional. El BMW Hydrogen 7 se fabrica junto con los demás modelos de las serie 7, 6 y 5 en la planta de BMW en Dingolfing. El motor del BMW Hydrogen 7 se fabrica en la planta de Munich, como todos los demás motores de doce cilindros de BMW.
Tubo de aspiración para la inyección de hidrógeno
El motor de combustión de hidrógeno se basa en el motor de gasolina del BMW 760i e incluye el sistema de regulación plenamente variable de las válvulas Valvetronic y el sistema de regulación, también plenamente variable, de los árboles de levas doble Vanos. Funcionando con gasolina, la alimentación del combustible se realiza por inyección directa. Adicionalmente, el motor lleva un conducto de alimentación de hidrógeno. El secreto de la nueva tecnología está en las válvulas de inyección necesarias para la preparación de la mezcla, capaces de agregar al aire aspirado la cantidad exactamente necesaria de hidrógeno en fracciones de segundo.
En comparación con los combustibles convencionales, el hidrógeno tiene una velocidad de combustión hasta diez veces superior. Por ello, el grado de eficiencia es mayor. Para aprovechar este potencial, el propulsor V12 del BMW Hydrogen 7 lleva una unidad de control especialmente versátil. Ello es posible, precisamente, a la tecnología Valvetronic y doble Vanos. Los cambios de solicitación con el acelerador y las secuencias de inyección pueden adaptarse específicamente a la mezcla de hidrógeno y aire.
Minimización de los óxidos de nitrógeno
A plena solicitación, el motor del BMW Hydrogen 7 funciona en modalidad estequiométrica. Ello significa que la relación de la mezcla y de oxígeno e hidrógeno está equilibrada (lambda = 1). Con esta relación, se obtiene la máxima potencia y la menor cantidad de emisiones, también cuando el motor está funcionando con hidrógeno. Considerando que el hidrógeno no contiene carbono, a diferencia de los agentes energéticos fósiles, al producirse la combustión no se obtienen hidrocarburos (HC) y tampoco monóxido de carbono (CO). Las mínimas huellas de emisión de HC, CO y CO2 se obtienen, si acaso, a raíz de la combustión de aceite lubricante o debido a enjuagues del filtro de carbón activo durante el funcionamiento del motor con hidrógeno.
Por ello, únicamente es relevante la emisión de óxidos de nitrógeno (NOX). Estas emisiones se producen especialmente a temperaturas muy altas durante el proceso de combustión. La gran versatilidad del sistema de control del proceso de combustión logra que el motor funcione a temperaturas que permiten controlar la formación de NOX. Concretamente, el motor funciona con un alto porcentaje de oxígeno (valor lambda > 2) a mediana solicitación. En esas condiciones, el proceso de combustión se lleva a cabo a temperaturas relativamente bajas, con lo que las emisiones de NOX son mínimas.
Este funcionamiento con mezcla de elevado porcentaje de oxígeno, se mantiene en un amplio margen del mapa característico. Dado que el hidrógeno tiene un margen muy amplio de encendido y, además, considerando que la combustión se produce muy rápidamente, es suficiente que el porcentaje de combustible en la mezcla sea muy pobre para conseguir, aun así, un elevado grado de eficiencia.
Para aumentar la potencia, se aumenta el porcentaje de combustible en la mezcla, también en el caso del funcionamiento con hidrógeno. Al aumentar la solicitación, también aumenta la temperatura de combustión. El margen de la mezcla que genera la mayor cantidad de óxidos de nitrógeno está comprendido entre lambda = 1 y lambda = 2. Este margen de funcionamiento, desventajoso en términos de gases de escape, se elimina mediante la unidad de control del motor del BMW Hydrogen 7, sin que ello incida en el par motor.
A plena solicitación (lambda = 1), las emisiones de NOX son casi nulas. Para la conversión de las cantidades mínimas de NOX que se producen en estas condiciones de solicitación, es suficiente montar un catalizador de tres vías sencillo. La composición específica de los gases de escape de un motor de combustión de hidrógeno en funcionamiento estequiométrico (lambda = 1) facilita la conversión de los óxidos de nitrógeno en el catalizador de 3 vías que pueden encontrarse en los gases de escape. De esta manera, el propulsor del BMW Hydrogen 7, funcionando con hidrógeno, tiene el mismo dinamismo que un motor de gasolina, pero por el escape casi sólo sale vapor de agua.
Depósito de hidrógeno
El motor bivalente del BMW Hydrogen 7 no solamente supone un sistema especial de control del motor y de la alimentación de combustible, sino también el montaje de dos depósitos separados. Con el fin de conseguir una máxima autonomía, el BMW Hydrogen 7 tiene un depósito adicional, con capacidad para aproximadamente 8 kilogramos de hidrógeno líquido.
Este depósito es un componente clave en cualquier coche con motor de hidrógeno. La empresa Magna Steyr, que participa en el trabajo de desarrollo, apoya a BMW en la implementación de la tecnología de hidrógeno en vehículos de la marca. El depósito de hidrógeno tiene una chapa exterior doble de acero inoxidable, cada una de 2 milímetros de grosor. Entre la capa interior y exterior de acero se encuentra un material de gran capacidad de aislamiento, de 30 milímetros de grosor. Con este sistema, la conducción de calor es mínima. La capa intermedia tiene un efecto aislante que equivale aproximadamente al efecto que tiene una capa de 17 metros de material sintético espumado tipo Porexpán. La conexión entre el depósito interior y el depósito exterior está a cargo de cintas de material sintético reforzado con fibras de carbono, de mínima conducción térmica.
Este sistema de aislamiento, desarrollado específicamente para el depósito de hidrógeno del BMW Hydrogen 7, permite obtener una temperatura constante que hasta ahora no se alcanzó recurriendo a medios convencionales.
Un ejemplo así lo demuestra: si se llenase este depósito con café hirviendo, el café se mantendría caliente durante más de 80 días. Sólo entonces, la temperatura de la bebida habría bajado a temperaturas apropiadas para el consumo. Del mismo modo se mantiene el nivel de frío. El sistema de aislamiento altamente eficiente, permite que el hidrógeno líquido se mantenga durante mucho tiempo a una temperatura constante de aproximadamente – 250 °C, estando sometido a una presión de 3 hasta 5 bar. Ello significa que la entrada de calor, que provoca la evaporación del hidrógeno, es mínima.
La pérdida que se produce por el aumento de la presión que, a su vez, es el resultado del aumento de la temperatura, puede controlarse específicamente. Este sistema de gestión, llamado «Boil-Off-Management», limita la presión interior del depósito y regula la retirada controlada de hidrógeno ya vaporizado. Este hidrógeno gaseiforme se diluye en un tubo tipo Venturi y se oxida en un catalizador para obtener vapor de agua. La fase en parado, que dura hasta el vaciado controlado de un depósito de hidrógeno lleno hasta la mitad, tiene 9 días de duración. Pero aún después de esos 9 días, el coche puede recorrer aproximadamente 20 kilómetros funcionando con combustión de hidrógeno.
Estando en movimiento, la conversión definida de hidrógeno líquido a hidrógeno gaseiforme es un proceso continuo, ya que el combustible es extraído del depósito en su forma gaseiforme, para ser alimentado a la mezcla. Por ello, el hidrógeno líquido es vaporizado de modo controlado dentro del depósito, creándose una reserva de gas que está sometido a una presión determinada. El hidrógeno obtenido en forma gaseiforme desde el depósito, debe calentarse para que sea apropiado para el proceso de preparación de la mezcla. Con ese fin, se aprovecha el calor del sistema de refrigeración del motor. El sistema incluye dos intercambiadores de calor, acoplados entre sí.
El intercambiador que se encuentra en la así llamada cápsula del sistema secundario (NSK, según las siglas en alemán) obtiene calor proveniente del circuito de refrigeración del motor y lo dirige hacia el depósito de hidrógeno a través del segundo intercambiador, para calentar el hidrógeno y prepararlo para la mezcla.
Operación de repostar
Una vez acoplado el sistema a la boca del depósito, la operación de rellenar el depósito se lleva a cabo sin que tenga que intervenir el conductor. El conductor no tiene más que abrir la tapa del depósito pulsando una tecla que se encuentra en el salpicadero de su coche. A continuación, debe conectar el acoplamiento del tubo flexible a la boca del depósito de su coche. A partir de ese momento, la operación de relleno se lleva a cabo de modo automático y dura unos ocho minutos.
Los surtidores de hidrógeno de las estaciones de servicio de todo el mundo podrían equiparse con un acoplamiento estándar para repostar. Este acoplamiento es el resultado de la cooperación entablada entre fabricantes de automóviles, las empresas del sector de abastecimiento de combustible y la empresa Linde, que aporta los conocimientos técnicos necesarios para la obtención, distribución y utilización de hidrógeno. En su calidad de representante de los fabricantes europeos de automóviles, BMW ha participado en el trabajo de desarrollo que define el estándar técnico de sistemas de llenado de hidrógeno que podría aplicarse en cualquier parte del mundo.
El sistema para repostar gasolina en el BMW Hydrogen 7 es idéntico al que se emplea en cualquier automóvil con motor de gasolina convencional. El propulsor de doce cilindros funciona con gasolina súper plus.
El conductor puede recibir en todo momento informaciones sobre el contenido de ambos depósitos y sobre la autonomía restante, igual que en el caso del BMW 760i. Para ello tiene que accionar el mando correspondiente en la palanca de las luces intermitentes. Entonces, en el display que se encuentra debajo del velocímetro en el tablero de instrumentos, aparece la información respectiva. El cambio entre utilización de gasolina y utilización de hidrógeno se realiza pulsando una tecla que se encuentra en el volante de funciones múltiples. Considerando que la potencia y el par motor son idénticos en ambos casos, la operación del cambio de tipo de combustible no incide en absoluto en el comportamiento del BMW Hydrogen 7.
Mientras se conduce con hidrógeno, en el display aparece el símbolo químico de hidrógeno molecular (H2) en vez de la temperatura exterior y la hora. De esta manera, el conductor siempre sabe en qué momento su coche está consumiendo hidrógeno.
En términos generales, el control del funcionamiento del BMW Hydrogen 7 siempre le concede prioridad a la modalidad de consumo de hidrógeno. En principio, el motor se pone en marcha en modalidad de hidrógeno. De esta manera se consigue minimizar la emisión de CO y HC durante la fase de calentamiento del motor y del catalizador. Esta solución logra optimizar adicionalmente la reducción de emisiones nocivas. Si uno de los depósitos está vacío, el sistema cambia automáticamente al consumo del otro combustible.
Modificación específica en el chasis y la carrocería
El BMW Hydrogen 7 lleva de serie llantas de aleación ligera, tamaño 8J x 18. Opcionalmente también puede ser equipado con llantas de aleación de 19 pulgadas, incluyendo el Mobility Set. Todos los neumáticos para llantas de 18 pulgadas son tipo runflat, sin importar si se trata de neumáticos para el verano o para el invierno. De esta manera siempre se puede llegar hasta el siguiente taller, aunque la pérdida de presión sea total. Además, el sistema de control de la presión de los neumáticos (RDC, según las siglas en alemán) de última generación, ofrecido por primera vez en el mercado europeo, se encarga de controlar los neumáticos de modo permanente. Los sensores del sistema RDC están integrados en las válvulas de las cuatro ruedas y detectan cualquier cambio de la presión en función de la presión nominal correcta. De esta manera es posible evitar el peligro que puede significar una pérdida de presión, ya que el sistema también detecta una pérdida lenta y paulatina.
El montaje de los componentes adicionales en la parte posterior del coche supuso un nuevo reglaje en los sistemas de amortiguación y suspensión del BMW Hydrogen 7. A pesar del mayor peso sobre el eje posterior, fue posible conseguir una solución óptima en términos de estabilidad dinámica y confort. Adicionalmente, el BMW Hydrogen 7 está equipado de serie con el sistema electrónico Adaptive Drive con compensación de inclinaciones y regulación ajustable de la amortiguación, especialmente adaptado.
También fue necesario hacer algunas modificaciones específicas en la carrocería del BMW Hydrogen 7 para compensar el aumento de peso del conjunto propulsor y, además, con el fin de cumplir con todos los criterios de seguridad pasiva. Con el uso de material sintético reforzado por fibras de carbono se obtiene una mayor rigidez y el aumento de peso es mínimo. En el caso del BMW Hydrogen 7 se utiliza un sistema combinado de material sintético reforzado y de acero, especialmente desarrollado para este modelo. Los marcos laterales de ambos lados son de plástico reforzado con fibra de carbono, por lo que la jaula del habitáculo adquiere una rigidez adicional.
El capó también ha sido modificado y salta más a la vista por sus nervios más marcados. Este cambio de la forma del capó fue necesario porque el motor de doce cilindros es algo más alto que el motor original. Al mismo tiempo, así resulta evidente que se trata de un automóvil que tiene una fuente de energía diferente.
Homologado para cuatro personas
Debido a la ubicación del depósito de hidrógeno debajo de la bandeja posterior y detrás del asiento trasero, fue necesario cambiar el diseño del fondo del habitáculo. Por ello, el maletero tiene un volumen menor de ahora 225 litros. Por razones técnicas, también el apoyabrazos central de los asientos posteriores está montado fijamente, lo que significa que el BMW Hydrogen 7 está homologado para cuatro personas. La banqueta posterior se ha adelantado aproximadamente 115 milímetros en comparación con la banqueta de la versión larga del BMW Serie 7, pero sigue estando unos 25 milímetros más atrás que la versión de la berlina con distancia normal entre ejes.
Además del equipamiento básico del BMW 760i, el Hydrogen 7 lleva adicionalmente cristales climáticos de confort, climatizador «High», calefacción estacionaria, calefacción en los cuatro asientos, apoyo lumbar, regulación eléctrica de los asientos con función de memoria en los asientos delanteros, anclaje ISOFIX para asientos de niños, sistema de medición de distancias al aparcar PDC, espejos retrovisores exteriores y espejo interior con función automática día/noche, sistema automático de cierre suave de las puertas y sistema de regulación de las luces largas. Las persianas de las ventanas laterales llevan impreso el texto «BMW Hydrogen Power». El mismo texto se encuentra también en los umbrales iluminados de las puertas.
Adicionalmente, incorpora sistema de navegación, equipo de sonido con cambiador de CD, una pantalla en la parte posterior con cambiador de DVD y función TV con recepción DVB-T y un teléfono por separado para los pasajeros del fondo. Además, también se puede incorporar volante con calefacción, asientos activos adelante, asientos delanteros de confort, sistema de ventilación activa de los asientos delanteros, BMW Night Vision, luz de adaptación automática en curvas y sistema de reconocimiento de voz para controlar el navegador, el teléfono y el equipo audio. Finalmente, el servicio BMW Online también incluye informaciones mediante páginas especiales sobre BMW e hidrógeno.
