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El futuro es eléctrico, todo el mundo habla de ello. La práctica totalidad de las marcas han iniciado una frenética carrera para llegar a la meta del vehículo eléctrico, publicitando sus esfuerzos al máximo y realizando importantes avances técnicos.
Una publicación como Tecmovia no puede dejar de realizar un constante análisis crítico sobre estos avances, intentando
arrojar algo de luz sobre la dirección que está tomando el sector automovilístico y las razones por las que nos vemos abocados, aparentemente, a conducir vehículos propulsados por electricidad.
Tal como se refleja en el título del presente artículo, pretendemos analizar las razones que nos llevan a un futuro eléctrico. Esto implica que la propulsión eléctrica debería tener ventajas sustanciales que justifiquen su prevalencia frente a otras opciones. ¿Cuáles son estas ventajas? El motor eléctrico, frente al de combustión interna (gasóil o gasolina) presenta tantas ventajas que cuesta reunirlas todas.
Como su propio nombre indica, funciona con electricidad, con lo que no implica tener que quemar un combustible, al menos durante su uso y no emite nada a la atmósfera. Cuestión diferente es cómo obtenemos la electricidad en primera instancia, pero vayamos por partes.
A igualdad de potencia, un motor eléctrico producido en gran serie es más compacto, más barato y mucho más simple que un motor de combustión interna. No necesita circuito de refrigeración, ni aceite, ni apenas mantenimientos. Prácticamente no hace ruido al funcionar, sus vibraciones son imperceptibles y casi no emite calor.
Funciona a pleno rendimiento sin necesidad de variar su temperatura (disponemos de todas las prestaciones del motor, desde el primer instante). Al no tener elementos oscilantes, ni empuje discontinuo, no necesita volantes de inercia ni sujecciones especiales que lo aíslen del resto del coche. Al generar muy poco calor y no tener vibraciones su duración puede ser muy elevada (el motor no “sufre” durante su funcionamiento). Todo esto redunda en un ahorro de espacio y masa desplazada que (atendiendo exclusivamente al motor) resulta formidable.
Pero eso no es todo.
Un motor eléctrico no necesita cambio de marchas exceptuando algún mecanismo para distinguir avance y retroceso, que bien puede ser la inversión de polaridad del propio motor. Desarrolla un par constante desde 0 rpm hasta su límite de giro (teóricamente más del doble que el límite de un motor de gasolina, no digamos un diésel). Esto es lo que hace posible que en la misma “marcha” podamos arrancar desde parado y circular a la máxima velocidad.
Por otra parte, una vez que se elimina la caja de cambios y la refrigeración, se abre la posibilidad de descentralizar la generación de movimiento, situando un pequeño motor en cada rueda en lugar de uno “central” acoplado a una transmisión. Sólo es necesario algo de software para sincronizar el régimen de los distintos motores y habremos vaciado el hueco del motor. De aquí a una revolución en la distribución del espacio interior, no hay más que un paso.
Hablemos de eficiencia: un motor eléctrico tiene una eficiencia energética que se sitúa en el entorno del 90%, que es el porcentaje de energía consumida que se convierte en movimiento aprovechable. Por limitaciones termodinámicas (a las que un motor eléctrico no está sometido) un motor diésel se sitúa por debajo de un 40% siendo éste superior, a su vez, a un gasolina.
No es necesario mantenerlo al ralentí cuando el coche se detiene, no necesita embrague ni ejerce ningún par de giro que no vaya directamente a las ruedas. Esto es mejor que el mejor sistema start-stop imaginable en el que, al fin y al cabo, hay que volver a arrancar el motor una y otra vez. Por otro lado, resulta sencillo recuperar la energía de las frenadas (parte de ella) para recargar las baterías, porque un motor eléctrico puede ser también un generador eléctrico cuando funciona en retención.
Las ventajas parecen no tener fin. Entonces, ¿por qué no son todos los coches eléctricos desde hace 100 años? De hecho hace 100 años la mayoría de los (pocos) coches eran eléctricos, pero algo no fue bien…
Como acabamos de ver, las ventajas del motor eléctrico aisladamente considerado son muchas. Pero el problema básico es la portabilidad de la energía eléctrica.
La densidad energética de la gasolina y el gasóil es colosal. Al fin y al cabo, estamos utilizando una energía que nuestro planeta ha tardado millones de años en reunir y compactar. Según Phil Barker, ingeniero jefe de Híbridos y Vehículos eléctricos en Lotus Engineering, 6kg. de diesel son aproximadamente equivalentes a 200kg. de baterías, de forma que pronto se alcanza un punto en el que son necesarias baterías adicionales para transportar la masa añadida de las propias baterías. Esto es un problema muy grave, que admite varias soluciones:
La primera solución es crear una red de recarga (que hoy no existe) de forma que se pueda repostar fácilmente y el problema de la autonomía sea más asumible. Aún así, tendríamos el problema del tiempo de repostaje, pues hablamos de horas para una recarga completa y muchos minutos para una recarga parcial que nos permita seguir adelante. Comparado con llenar el depósito con una manguera, no hay color.
La segunda solución es que la tecnología venga una vez más al rescate, y alguien invente una batería que resuelva de un plumazo el problema… cosa que no ha sucedido en los últimos 200 años y de momento no se ve venir. La razón está en la naturaleza misma de la carga eléctrica utilizada y en las limitaciones de la eloctroquímica que la genera. Esto no es como miniaturizar chips, donde el potencial de mejora es casi ilimitado y estamos acostumbrados a ver multiplicarse la capacidad de cálculo y almacenamiento de datos de forma exponencial. Esto es química y no se puede cambiar la naturaleza de los átomos ni “convencerlos” de que capten y cedan electrones en el número y al ritmo que queramos. Simplemente, la materia no funciona así.
No estoy diciendo que no puedan aparecer sustancias de mayor rendimiento, velocidad de recarga y duración, sólo que es extremadamente difícil de lograr y que estas capacidades no se han multiplicado ni van a multiplicarse por el mero paso del tiempo como sucede en otras áreas tecnológicas.
Tal vez, incluso, se invente algo que ahora mismo no está ni en proyecto, que elimine las baterías por completo antes de que éstas se puedan comparar siquiera al petróleo.
En el momento actual, muchas marcas se centran en la hibridación de motores convencionales con motores eléctricos, de modo que los problemas de recarga, autonomía y red de suministro quedan básicamente resueltos. Pero ésta bien podría ser una configuración de transición entre vehículos convencionales y eléctricos puros, dada su extrema complejidad de funcionamiento y que, al final, hablamos de vehículos que, a cambio de una mejora en eficiencia, arrastran lo mejor pero también lo peor de ambos mundos (coste, peso, complejidad, mantenimiento…).
Existe otro problema fundamental con respecto al funcionamiento electroquímico de las baterías, y es que envejecen con el uso y el paso del tiempo. Esto introduce, por el momento, una “fecha de caducidad” de algunos años (7 años ó 100.000km. según Tesla para su Roadster).
Esta circunstancia está dando lugar a diferentes modalidades de adquisición de los primeros vehículos eléctricos que ya están saliendo a la venta: marcas como Renault venden el coche, pero alquilan las baterías que contiene a cambio de una cuota mensual. Esto ayuda a amortiguar el elevado valor de este componente en el precio de compra (otro problema de las baterías) y nos garantiza que, cuando terminen su vida útil, serán repuestas por la marca sin obligarnos a desembolsar ¿miles? de euros de golpe.
Nos queda un tema no menor por analizar: ¿de dónde sale, en primera instancia, la energía eléctrica que recarga nuestro coche?
Los detractores del vehículo eléctrico le reprochan que, al inicio de la cadena, también hay emisiones contaminantes (especialmente en las centrales térmicas de carbón y fuel) y que lo único que hacemos es cambiar de sitio la contaminación. Como respuesta a esta cuestión, cabe decir que es cierto pero sólo en la medida en que nuestra red de suministro eléctrico sea contaminante.
Si la generación de energía que abastece nuestra red es limpia en un alto porcentaje, también lo será nuestro coche. Según datos de Renault, en el promedio de generación en la Unión Europea las emisiones por km recorrido para su Renault Fluence son de 62 g/km, la mitad aproximada de un diésel del mismo tamaño.
En cuando a la cadena de eficiencias energéticas, en todas las referencias que hemos encontrado se llega a la conclusión de que se aprovecha bastante mejor la energía en el ciclo generación + recarga + funcionamiento eléctrico que en el ciclo extracción de crudo + transporte + refinado + quemado en motor de combustión y, además, el potencial de mejora de las redes de generación eléctrica hacia energías renovables es todavía muy grande, con lo que esta diferencia debería incrementarse.
Un motor eléctrico es una máquina esencialmente mejor que un motor de combustión para generar movimiento. La abundancia de petróleo y su enorme poder calorífico, con el que las baterías están muy lejos de poder competir, han evitado hasta ahora una transición hacia la electrificación del parque móvil mundial.
Teniendo en cuenta la creciente conciencia ecológica de las sociedades modernas y el inevitable agotamiento y encarecimiento a largo plazo de los combustibles fósiles, si estamos dispuestos a hacer pequeños sacrificios a cambio de las mejoras sustanciales que promete el vehículo eléctrico, es posible que haya llegado el momento de realizar esa transición.
El cambio estaría plenamente justificado.
Una publicación como Tecmovia no puede dejar de realizar un constante análisis crítico sobre estos avances, intentando
arrojar algo de luz sobre la dirección que está tomando el sector automovilístico y las razones por las que nos vemos abocados, aparentemente, a conducir vehículos propulsados por electricidad.
Ventajas del motor eléctrico
Tal como se refleja en el título del presente artículo, pretendemos analizar las razones que nos llevan a un futuro eléctrico. Esto implica que la propulsión eléctrica debería tener ventajas sustanciales que justifiquen su prevalencia frente a otras opciones. ¿Cuáles son estas ventajas? El motor eléctrico, frente al de combustión interna (gasóil o gasolina) presenta tantas ventajas que cuesta reunirlas todas.
Como su propio nombre indica, funciona con electricidad, con lo que no implica tener que quemar un combustible, al menos durante su uso y no emite nada a la atmósfera. Cuestión diferente es cómo obtenemos la electricidad en primera instancia, pero vayamos por partes.
A igualdad de potencia, un motor eléctrico producido en gran serie es más compacto, más barato y mucho más simple que un motor de combustión interna. No necesita circuito de refrigeración, ni aceite, ni apenas mantenimientos. Prácticamente no hace ruido al funcionar, sus vibraciones son imperceptibles y casi no emite calor.
Funciona a pleno rendimiento sin necesidad de variar su temperatura (disponemos de todas las prestaciones del motor, desde el primer instante). Al no tener elementos oscilantes, ni empuje discontinuo, no necesita volantes de inercia ni sujecciones especiales que lo aíslen del resto del coche. Al generar muy poco calor y no tener vibraciones su duración puede ser muy elevada (el motor no “sufre” durante su funcionamiento). Todo esto redunda en un ahorro de espacio y masa desplazada que (atendiendo exclusivamente al motor) resulta formidable.
Pero eso no es todo.
Un motor eléctrico no necesita cambio de marchas exceptuando algún mecanismo para distinguir avance y retroceso, que bien puede ser la inversión de polaridad del propio motor. Desarrolla un par constante desde 0 rpm hasta su límite de giro (teóricamente más del doble que el límite de un motor de gasolina, no digamos un diésel). Esto es lo que hace posible que en la misma “marcha” podamos arrancar desde parado y circular a la máxima velocidad.
Por otra parte, una vez que se elimina la caja de cambios y la refrigeración, se abre la posibilidad de descentralizar la generación de movimiento, situando un pequeño motor en cada rueda en lugar de uno “central” acoplado a una transmisión. Sólo es necesario algo de software para sincronizar el régimen de los distintos motores y habremos vaciado el hueco del motor. De aquí a una revolución en la distribución del espacio interior, no hay más que un paso.
Hablemos de eficiencia: un motor eléctrico tiene una eficiencia energética que se sitúa en el entorno del 90%, que es el porcentaje de energía consumida que se convierte en movimiento aprovechable. Por limitaciones termodinámicas (a las que un motor eléctrico no está sometido) un motor diésel se sitúa por debajo de un 40% siendo éste superior, a su vez, a un gasolina.
No es necesario mantenerlo al ralentí cuando el coche se detiene, no necesita embrague ni ejerce ningún par de giro que no vaya directamente a las ruedas. Esto es mejor que el mejor sistema start-stop imaginable en el que, al fin y al cabo, hay que volver a arrancar el motor una y otra vez. Por otro lado, resulta sencillo recuperar la energía de las frenadas (parte de ella) para recargar las baterías, porque un motor eléctrico puede ser también un generador eléctrico cuando funciona en retención.
Las ventajas parecen no tener fin. Entonces, ¿por qué no son todos los coches eléctricos desde hace 100 años? De hecho hace 100 años la mayoría de los (pocos) coches eran eléctricos, pero algo no fue bien…
Desventajas del motor eléctrico
Como acabamos de ver, las ventajas del motor eléctrico aisladamente considerado son muchas. Pero el problema básico es la portabilidad de la energía eléctrica.
La densidad energética de la gasolina y el gasóil es colosal. Al fin y al cabo, estamos utilizando una energía que nuestro planeta ha tardado millones de años en reunir y compactar. Según Phil Barker, ingeniero jefe de Híbridos y Vehículos eléctricos en Lotus Engineering, 6kg. de diesel son aproximadamente equivalentes a 200kg. de baterías, de forma que pronto se alcanza un punto en el que son necesarias baterías adicionales para transportar la masa añadida de las propias baterías. Esto es un problema muy grave, que admite varias soluciones:
La primera solución es crear una red de recarga (que hoy no existe) de forma que se pueda repostar fácilmente y el problema de la autonomía sea más asumible. Aún así, tendríamos el problema del tiempo de repostaje, pues hablamos de horas para una recarga completa y muchos minutos para una recarga parcial que nos permita seguir adelante. Comparado con llenar el depósito con una manguera, no hay color.
La segunda solución es que la tecnología venga una vez más al rescate, y alguien invente una batería que resuelva de un plumazo el problema… cosa que no ha sucedido en los últimos 200 años y de momento no se ve venir. La razón está en la naturaleza misma de la carga eléctrica utilizada y en las limitaciones de la eloctroquímica que la genera. Esto no es como miniaturizar chips, donde el potencial de mejora es casi ilimitado y estamos acostumbrados a ver multiplicarse la capacidad de cálculo y almacenamiento de datos de forma exponencial. Esto es química y no se puede cambiar la naturaleza de los átomos ni “convencerlos” de que capten y cedan electrones en el número y al ritmo que queramos. Simplemente, la materia no funciona así.
No estoy diciendo que no puedan aparecer sustancias de mayor rendimiento, velocidad de recarga y duración, sólo que es extremadamente difícil de lograr y que estas capacidades no se han multiplicado ni van a multiplicarse por el mero paso del tiempo como sucede en otras áreas tecnológicas.
Tal vez, incluso, se invente algo que ahora mismo no está ni en proyecto, que elimine las baterías por completo antes de que éstas se puedan comparar siquiera al petróleo.
En el momento actual, muchas marcas se centran en la hibridación de motores convencionales con motores eléctricos, de modo que los problemas de recarga, autonomía y red de suministro quedan básicamente resueltos. Pero ésta bien podría ser una configuración de transición entre vehículos convencionales y eléctricos puros, dada su extrema complejidad de funcionamiento y que, al final, hablamos de vehículos que, a cambio de una mejora en eficiencia, arrastran lo mejor pero también lo peor de ambos mundos (coste, peso, complejidad, mantenimiento…).
Existe otro problema fundamental con respecto al funcionamiento electroquímico de las baterías, y es que envejecen con el uso y el paso del tiempo. Esto introduce, por el momento, una “fecha de caducidad” de algunos años (7 años ó 100.000km. según Tesla para su Roadster).
Esta circunstancia está dando lugar a diferentes modalidades de adquisición de los primeros vehículos eléctricos que ya están saliendo a la venta: marcas como Renault venden el coche, pero alquilan las baterías que contiene a cambio de una cuota mensual. Esto ayuda a amortiguar el elevado valor de este componente en el precio de compra (otro problema de las baterías) y nos garantiza que, cuando terminen su vida útil, serán repuestas por la marca sin obligarnos a desembolsar ¿miles? de euros de golpe.
Nos queda un tema no menor por analizar: ¿de dónde sale, en primera instancia, la energía eléctrica que recarga nuestro coche?
Los detractores del vehículo eléctrico le reprochan que, al inicio de la cadena, también hay emisiones contaminantes (especialmente en las centrales térmicas de carbón y fuel) y que lo único que hacemos es cambiar de sitio la contaminación. Como respuesta a esta cuestión, cabe decir que es cierto pero sólo en la medida en que nuestra red de suministro eléctrico sea contaminante.
Si la generación de energía que abastece nuestra red es limpia en un alto porcentaje, también lo será nuestro coche. Según datos de Renault, en el promedio de generación en la Unión Europea las emisiones por km recorrido para su Renault Fluence son de 62 g/km, la mitad aproximada de un diésel del mismo tamaño.
En cuando a la cadena de eficiencias energéticas, en todas las referencias que hemos encontrado se llega a la conclusión de que se aprovecha bastante mejor la energía en el ciclo generación + recarga + funcionamiento eléctrico que en el ciclo extracción de crudo + transporte + refinado + quemado en motor de combustión y, además, el potencial de mejora de las redes de generación eléctrica hacia energías renovables es todavía muy grande, con lo que esta diferencia debería incrementarse.
Conclusiones
Un motor eléctrico es una máquina esencialmente mejor que un motor de combustión para generar movimiento. La abundancia de petróleo y su enorme poder calorífico, con el que las baterías están muy lejos de poder competir, han evitado hasta ahora una transición hacia la electrificación del parque móvil mundial.
Teniendo en cuenta la creciente conciencia ecológica de las sociedades modernas y el inevitable agotamiento y encarecimiento a largo plazo de los combustibles fósiles, si estamos dispuestos a hacer pequeños sacrificios a cambio de las mejoras sustanciales que promete el vehículo eléctrico, es posible que haya llegado el momento de realizar esa transición.
El cambio estaría plenamente justificado.
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