The Challenges of Hydrogen as a Fuel in Urban Public Transport

Lluis Sanvicens • 8 June 2024

The Challenges of Hydrogen as a Fuel in Urban Public Transport


Recently, I had the opportunity to participate in a roundtable discussion on the use of hydrogen in public transport. It was a great chance to research and reflect on this topic, and here are my conclusions.


In my opinion, hydrogen faces five major challenges:


Challenge 1: Credibility


To tackle decarbonization, public transport is betting on the use of green fuels. In the case of transport that uses catenaries, third rails, batteries, or fuel cells, the primary energy comes from electricity. Transport operators account for the energy consumed during a year, purchase the relevant guarantees of origin, and account for zero CO2 emissions to power the rolling stock.


Now we need to talk about Guarantees of Origin, which are a mechanism by which the green energy generator puts a production accreditation on the market, and the energy consumer acquires them to justify that the energy consumed comes from renewables. This is an administrative process that helps boost the generation of renewable energies; however, it has little to do with reality. The energy consumed comes from the current mix, which contains a percentage of renewables that varies throughout the day.


I believe there is a great opportunity here for hydrogen to be a more credible technology than the rest. Let me explain. If the transport operator uses energy when needed, regardless of the time of day when renewables have more production, they are increasing the energy demand of other more polluting technologies. This harms the environment and benefits electric companies, which will see increased energy prices.


The duck curve and daily energy prices are related; the lowest hourly prices, which have occasionally reached zero, are during hours of maximum solar production. Here, hydrogen has the opportunity to consume this surplus or cheaper energy and store it for later use.


My opinion is that the Guarantees of Origin mechanism needs to be reformed so that it stops being an administrative process and becomes a more technical mechanism to better match supply and demand, making hourly prices less variable. With this reform, hydrogen would gain credibility and market as the only fuel with zero CO2 emissions.


Challenge 2: Technology


Fuel cell buses that use hydrogen as a fuel source, generating electricity through hydrogen for use in an electric motor, are the technology prevailing in the market. The technology that uses hydrogen in combustion or thermal rectified engines seems to have been relegated. Therefore, the hydrogen buses being adopted are fuel cell ones. These buses are nascent, with few kilometers driven and few years of operation, lacking sufficient accumulated experience for successive technological feedbacks that improve the product. Consequently, this technology is in the initial phase of the bathtub curve, which measures the failure rate of a project throughout its life. In this phase, the reliability and therefore, the availability of buses is lower than that of other technologies.


We are dealing with a little-tested technology that requires "early adopters" for its fine-tuning.


Challenge 3: Competitiveness


With the experience accumulated to date, the general idea is that battery buses have a much lower cost per kilometer than hydrogen buses. This is the general thinking, and it is not far from reality.



Below is a comparative table that could be debated in its calculation methodology, but it supports the general view that hydrogen technology is almost three times more expensive than battery technology.

If we include the amortization costs of the buses with a lifespan of 15 years and 60,000 km/year of travel, we get:

After this cost approximation, it is clear that more polluting technologies are more competitive, and for the green transport sector, battery buses are more efficient than hydrogen ones. There is a long way to go to improve this result, which I believe is also related to Challenge 1.


Challenge 4: Generation


Generating green hydrogen makes sense when it is done where it is needed and consumed. Today, there are no technical infrastructures and organization for the distribution of green hydrogen to be feasible and competitive. Generating hydrogen near where it is consumed means dedicating land to industrial facilities near or in bus depots, and constructing facilities with unique characteristics to deal with hydrogen's properties, or in other words, leak-proof installations capable of withstanding explosions.


Land is a scarce resource, and it remains to be seen if cities and transport operators are interested in dedicating it to hydrogen refueling stations, which are essentially the same.


Challenge 5: Marketing and Training


The last challenge is Marketing, understood as the ability to reach and make a place among the technicians of transport operators. Other technologies have come to public transport and fared worse. Here, it is necessary to convince that hydrogen is a technology that is here to stay and makes sense.



I believe that political support is not enough, which is sometimes hard to achieve. I think that the support of technicians is fundamental for new technologies, such as hydrogen fuel cells, to be implemented as a viable solution for the future.

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Para ello se utilizan datos como: población residente, nivel de ingresos, tasa de motorización, número de empleos, atracción de centros comerciales, educativos, sanitarios o de ocio. Métodos habituales Modelos de regresión: se relacionan los viajes generados con variables socioeconómicas. Modelos por categorías: la población se agrupa en segmentos (edad, renta, ocupación) y se aplican tasas de viaje específicas. Ejemplo práctico: en una ciudad universitaria, los campus generan un gran número de viajes en horarios muy concretos; en una zona residencial, el origen de los viajes está más ligado a los desplazamientos al trabajo. 2. Distribución de viajes Una vez conocidos los viajes generados, surge la segunda pregunta: ¿hacia dónde se dirigen? Aquí se construyen las matrices origen–destino (O/D), que recogen cuántos viajes se producen entre cada par de zonas. Métodos más utilizados Modelo gravitacional: inspirado en la ley de la gravedad, supone que los viajes entre dos zonas aumentan con el tamaño de estas (población, empleos) y disminuyen con la distancia o el tiempo de viaje. Modelos de oportunidades: consideran la accesibilidad a oportunidades intermedias (ej. empleo disponible a lo largo de la ruta). Ejemplo: en una ciudad con varias áreas industriales, los viajes se distribuyen en función de la accesibilidad a los polígonos y de la distancia desde las zonas residenciales. 3. Reparto modal La tercera pregunta es: ¿qué modo de transporte eligen las personas? Esta etapa es crítica, porque de ella depende entender cómo se reparte la movilidad entre coche, transporte público, bicicleta, caminar, motocicleta u otros modos. La ecuación de Coste Generalizado (CG) El mecanismo clásico es la ecuación de Coste Generalizado, que transforma los factores que influyen en la elección en una unidad común (euros). Costes monetarios (out-of-pocket): billete, combustible, aparcamiento, peajes. Costes de tiempo: viaje, espera, acceso, transbordos, convertidos en euros mediante el valor del tiempo. Métodos de modelización Modelos logit multinomial (MNL): los más habituales, asignan una probabilidad a cada modo en función del coste generalizado. Modelos nested logit o probit: introducen mejoras cuando los modos tienen correlaciones (ej. distintos tipos de transporte público). 4. Asignación de viajes La última pregunta es: ¿qué rutas siguen los viajes en la red? Aquí se asignan los desplazamientos a la red viaria o de transporte público, considerando la congestión y el comportamiento de los usuarios. Principios básicos Equilibrio de Wardrop: cada viajero elige la ruta más ventajosa para sí mismo, y el sistema alcanza un equilibrio en el que ningún usuario puede mejorar su viaje cambiando unilateralmente de ruta. Asignación estocástica: introduce elementos aleatorios para representar la incertidumbre en la percepción de los tiempos de viaje. Ejemplo: en hora punta, la congestión en una vía principal puede hacer que algunos conductores elijan rutas alternativas, aunque más largas, para evitar atascos. Aplicaciones prácticas El modelo de 4 etapas se utiliza en múltiples ámbitos: Planes/Estudios de Movilidad. Ordenación Territorial y Urbanística. Evaluación de infraestructuras viarias y ferroviarios. Análisis de demanda de nuevos servicios de transporte público. Políticas de gestión de la demanda: peajes urbanos, zonas de bajas emisiones, tarificación del aparcamiento. Estudios de impacto ambiental y socioeconómico. Limitaciones y nuevas perspectivas Pese a su solidez, el modelo de 4 etapas tiene una limitación importante: no incorpora de manera directa la experiencia de usuario. Los factores que influyen en la elección modal van más allá de los euros y los minutos. 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