viernes, 2 de agosto de 2013

El coche eléctrico y las mejoras que acarrea

Nuestras calles están llenas de coches, cajas de acero y aluminio con cuatro ruedas. Para moverse utilizan lo que se llama «motor de combustión interna», habitualmente de cuatro tiempos y como combustible, al menos en España, gasoil aunque parece que la gasolina está recuperando de nuevo el terreno por el estrechamiento de la diferencia entre sin plomo y el menos refinado aceite de gas. Numerosos avances se han realizado en estos motores que se nutren de subproductos del petróleo. Tratar de mejorar su eficiencia para gastar menos, mejorar la sonoridad, disminuir la contaminación... todo tipo de mejoras a una máquina que en el fondo de su corazón es bastante tosca, consistente en hacer explotar mediante combustión instantánea un líquido en el interior de sus cilindros.
El motor Otto nos lleva acompañando 150 años. A día de hoy se usan derivados, pero fundamentalmente siguen usando el mismo ciclo Otto del siglo XIX.
Casi siglo y medio después y a pesar de tanta mejora, del tanque de 50 litros que echamos a nuestro coche cada vez que lo llevamos a una gasolinera, sólo un 35% de lo introducido se convierte en movimiento y electricidad. Bastante pésimo.
En una central termoeléctrica la cosa mejora bastante pero sigue siendo bajo. Una de ciclo combinado consigue aprovechar el 60% de la masa quemada, casi el doble que el motor de un coche. Y las emisiones contaminantes siguen estando ahí.

La electricidad también es algo que nos lleva acompañando durante mucho tiempo, la guerra entre la corriente continua y la alterna protagonizada entre Thomas Edison y Nikola Tesla, al final se impuso el método de Tesla como forma de transporte a larga distancia. El componente continuo nunca ha sido bueno. Con la electricidad vino la luz, el teléfono, la radio ... y también necesariamente el motor eléctrico, ya que no deja de ser un generador funcionando a la inversa.

Los motores eléctricos tienen una eficiencia de hasta el 90% o más. Entonces, si del 60% de las centrales actuales aprovechamos el 90% obtenemos un rendimiento final del 54% si despreciamos pérdidas por almacenamiento de energía en una batería, de otro modo podría quedarse en total en torno al 50% de eficiencia energética. Si el origen de la electricidad está en renovables, la cosa mejora más, no por la eficiencia en sí (que en las placas solares actuales es muy pobre, del 40% como mucho), sino porque con la abundancia energética del Sol, mareas y vientos no hay problema, además de eliminar la contaminación. Además también hay que tener en cuenta que para obtener la gasolina hay que hacer un paso previo de refinado que no se ha tenido en cuenta en la eficiencia de los motores de combustión interna. El proceso de extracción del petróleo, gas, uranio o lo que sea en términos energéticos es aproximadamente el mismo.
Además de una mejor eficiencia energética (convertir casi la totalidad de la electricidad entrante en movimiento), también son más simples que un motor de combustión interna. Así a lo bruto un motor eléctrico no deja de ser un eje con unos imanes y un bobinado que los rodea. En cambio un motor de gasolina tiene que refrigerarse, necesita bujías, árboles de levas, pistones, aceite para lubricarse, agua ... un largo etcétera. Los motores eléctricos son autoventilados y la necesidad de lubricante queda reducida al mínimo.
Esta simpleza repercute en el mantenimiento necesario, que es menor. Además, los motores eléctricos permiten reaprovechar la energía perdida en el frenado y porqué no, si se ponen placas solares en los techos, aumentar la autonomía.
Otro punto fuerte es que no necesitan complicadas transmisiones, cajas de cambio como esta nueva de Mercedes Benz son historia:
Las cajas de cambios son convertidores, y los motores eléctricos no necesitan convertidores. Son totalmente lineales y van de cero al máximo sin necesidad de engranar una relación de cambio distinta. Par máximo constante. Que se lo digan a Tesla Motors. Otro problema menos.

Adicionalmente, los motores eléctricos son más silenciosos y compactos, dejando más sitio para otras cosas. De hecho se puede acoplar un motor eléctrico independiente para cada rueda y tener un tracción total con mínima pérdida y peso, y se podrían desconectar para tener tracción trasera o delantera y aprovechar igualmente los desactivados para generar electricidad en el momento de frenada. Un motor de 18 CV es capaz de dar 245 Nm, o eso es lo que indica la ficha de un Toyota Auris híbrido.

A día de hoy, el único inconveniente de estos trastos es su fuente de energía y almacenamiento. Las baterías no tienen tanta autonomía como la gasolina, salvo honrosas excepciones como los Tesla con unos 500 Km, y todavía no se han desarrollado estándares tales como enchufes para recargar el coche, voltajes para su recarga, tamaño de las baterías y su emplazamiento en el vehículo. Por ejemplo Tesla Motors utiliza unas baterías que van en los bajos de los coches ocupando casi toda la plataforma, así pueden ser más grandes, distribuir mejor el peso a lo largo de todo el coche y tener más capacidad. Sin embargo esto presenta problemas para distintos modelos de coche con distintas distancias entre ejes y alturas. Si se quisiera estandarizar un tipo de batería así, habría que analizarlo concienzudamente para permitir interoperabilidad entre fabricantes y no caer en soluciones como el alquiler de batería del Renault Tweezy, que como solución a día de hoy está bien pero claramente hay que avanzar hacía un sistema unificado.
Continuando con Tesla Motors, están desarrollando un sistema de carga rápida en 15 minutos y otro de intercambio de baterías en 3 minutos. Las baterías están garantizadas por 8 años y el intercambio es totalmente gratuito. Supongo que tendrán una garantía mínima para las baterías intercambiadas de forma que puedas continuar haciendo cambios. Está claro que esto sería un tema a investigar. En caso de generalización de un sistema similar las distribuidoras tendrían que cargar con los costes de mantenimiento de las baterías y desechar o enviar a reciclar las que estén a punto de terminar su vida útil. Se les debería de incluir cierta electrónica para controlar la cantidad de kilómetros y ciclos de carga/descarga realizados con cada batería y así la estación de servicio sabe cuáles reemplazar de su stock disponible. Las gasolineras se convertirían en un negocio similar al de las distribuidoras eléctricas con su constante reparación de cables. Claro, un cambio de batería tendría un coste determinado, pongamos 30 euros, y a partir de cierto kilometraje o ciclos de carga/descarga no podrías cambiarla o el cambio sería más elevado. Sin embargo una recarga sería a coste de electricidad o poco más para sufragar gastos de cambios de batería, es más, podría permitir el intercambio de baterías sea cual sea el estado, quizá abonar un pago adicional por entregar una batería casi muerta pero nada más.
A modo de ejemplo de intercambio, a continuación una demostración de la tecnología de Tesla Motors. Comparan el tiempo de llenar el depósito de un Audi A8 con el tiempo necesario para intercambiar una batería. La prueba dura unos 5 minutos en total.

El tema de las baterías es algo muy importante ya que es el único inconveniente real de los motores eléctricos. Se está avanzando en ello y a muy buen ritmo de la mano de compañías especializadas, se investiga continuamente las maneras de aumentar la capacidad de las baterías así como su capacidad de retención de carga y ciclos de carga/descarga.
En cuanto a coches, los fabricantes más generalistas como el grupo VAG lanzarán entre este año y el que viene híbridos enchufables (Toyota lleva desde el 1997 con el Prius). Otras como Renault ya tienen vehículos en la calle como el Tweezy, el Zoe, el Fluence Z.E. o Kangoo Z.E.. Son vehículos 100% eléctricos con alquiler de batería y como servicios adicionales facilitan la puesta de un punto de recarga. Claro, las baterías y sistema son específicos de Renault.
Para el desarrollo del vehículo eléctrico y la generalización de su uso hubiera sido buena idea crear normativas al respecto como por ejemplo la obligatoriedad de añadir líneas de alta tensión en los garajes de nueva construcción. El tipo de enchufe a acoplar debería ser intercambiable para evitar los problemas iniciales de normalización. Bueno sería empezar a pensar ya en ello, crear planes de desarrollo, normativas marco, normalización de baterías, sistemas de recarga, métodos de intercambio y colocación de las mismas en el automóvil, etc.
El pico de producción del petróleo ya lo hemos pasado, muestra de ello es que empiecen a aparecer más vehículos híbridos y ya llevan ofreciéndose bastante tiempo vehículos GLP (gas licuado).

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