EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 1

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1 EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I Junio2013 EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 1

2 Contenido: 1. Introducción 2. Parte I: Qué tecnologías están actualmente disponibles al alcance del usuario? i. Hidrógeno: ii. Pila de combustible (de hidrógeno): iii. GLP (Gas Licuado de Petróleo): iv. GNC (Gas Natural Comprimido): v. Vehículos híbridos: vi. El vehículo eléctrico: EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 2

3 EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I Introducción: Desde las crisis del petróleo de 1973 y 1979 la sociedad, finalmente, se ha dado cuenta de que los recursos naturales materiales y energéticos del planeta son limitados. Ambos se basan en energía y materia prima acumuladas durante miles de años desde la misma formación de la Tierra y su ciclo de generación es infinitamente más lento que la tasa de utilización de los mismos que los países desarrollados necesitan mantener para continuar con su actual nivel de producción y consumo. En lo referente al transporte de personas y mercancías, desde la Antigüedad se han utilizado los medios más variados: tracción humana, tracción animal, la propia gravedad, máquinas de vapor alimentadas por carbón, motores de combustión interna y externa, reactores nucleares y motores eléctricos independientemente de la fuente de dicha electricidad. A excepción de los dos primeros, todos ellos utilizan normalmente algún tipo de fuente de energía no renovable y limitada. Debido a lo anteriormente expuesto, multitud de empresas y entidades públicas y privadas llevan años investigando y diseñando nuevos prototipos y sistemas que permitan aplicar las conocidas como Energías Renovables a la movilidad. La mayor parte de estas alternativas, y las más avanzadas, se basan en la utilización de motores eléctricos a partir de energía producida de forma renovable, ya sea solar, eólica, hidráulica o cualquier otra. En esta sería de artículos relativos a la movilidad se intentará explicar simple y brevemente cuáles son las tecnologías actuales, ventajas e inconvenientes, qué está por desarrollar y hacia dónde lleva el futuro pero sin que se convierta en un manual de ingeniería detallada a lo que el presente escrito no pretende llegar. Parte I: Qué tecnologías están actualmente disponibles al alcance del usuario? En esta primera parte se definirán brevemente los sistemas que en los últimos 30 años se han desarrollado y comercializado (en su mayoría), hayan tenido mayor o menor éxito, difusión y rentabilidad económica. No se pretende hacer una clasificación absoluta ni excluyente sino una simple enumeración de las tecnologías. EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 3

4 1. Hidrógeno: Utilizando el hidrógeno diatómico (H 2 ) como combustible, de forma equivalente a la gasolina, BMW desarrolló, entre otras marcas que construyeron prototipos, a principios de los 2000 una serie limitada de un vehículo que funcionaba igual que cualquier otro con motor de combustión interna de ciclo Otto con encendido por chispa. Para ello sólo necesitaba algunas adaptaciones para adecuarse a las presiones de funcionamiento, regulación electrónica y resistencia de los materiales y circuitos al paso del fluido combustible. Una desventaja de estos vehículos era la autonomía ya que necesitaban estar provistos de un depósito considerable para contener suficiente H 2 comprimido y enfriado hasta el estado líquido. Esta falta de autonomía viene dada por la baja capacidad calorífica del hidrógeno en comparación con la gasolina lo que lleva a unos consumos que pueden triplicar el de gasolina para el mismo vehículo (en el caso del BMW serie 7 Hydrogen el consumo de hidrógeno era de 50 l/100 km y 14 l/100 km con gasolina). Para poder mantener una autonomía comparable el tamaño del depósito debería ser, obviamente, bastante mayor al de la versión sólo impulsada por combustible tradicional. Adicionalmente a lo anterior se presenta el problema de la producción y distribución del hidrógeno que no se ha llegado a conseguir, por el momento, a unos precios comercialmente rentables que favorezcan su consumo y venta. Sí hay que reseñar que poseía la ventaja de contar con ambos depósitos de combustible y poder usar tanto hidrógeno como gasolina para funcionar, a elección de usuario, y que las emisiones contaminantes usando el hidrógeno son prácticamente nulas. Finalmente, queda reseñar que no se ha extendido suficiente para ser considerado una opción viable de transporte debido principalmente al precio del hidrógeno por km recorrido y su baja disponibilidad. 2. Pila de combustible (de hidrógeno): La pila de combustible o célula de combustible es un dispositivo por el cual se produce una reacción electroquímica, igual que en una batería tradicional, para generar una diferencia de potencial entre los polos de la misma. La diferencia con la batería química normal es que, en la primera se permite un abastecimiento continuo de los reactivos utilizados, hidrógeno y oxígeno, siendo los productos de la reacción energía y agua; y en la segunda los reactivos son sólidos y hay que desecharlos o recargarlos con electricidad. Aplicado al mundo del automóvil, la pila de combustible realiza la misma función que una batería normal suministrando energía a un motor eléctrico junto con un sistema de batería contando con las mismas capacidades que un vehículo híbrido tradicional. El único vehículo que en la actualidad se ha comercializado con esta tecnología es el Honda FCX Clarity que tiene unas prestaciones equivalentes a las de un vehículo híbrido, como el conocido Toyota Prius, siendo la diferencia principal entre ellos el origen de la electricidad EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 4

5 utilizada para sus motores eléctricos y que el segundo cuenta además con un motor térmico que produce la mayor parte de la energía mecánica. En comparación con los vehículos del apartado anterior, la diferencia es clara ya que en aquel el hidrógeno es combustible de un motor convencional y en este el hidrógeno reacciona en la pila de combustible para producir electricidad que alimentará un motor eléctrico productor del movimiento. En términos de eficiencia aventaja claramente a los motores de gasolina por un factor superior a dos, a pesar de la baja capacidad calorífica del hidrógeno, pero el precio de la producción del hidrógeno y su disponibilidad para recarga es muy limitada por el momento Madrid - Spain 3. GLP (Gas Licuado de Petróleo): El GLP o Autogas es una mezcla de gases, principalmente propano y butano, que es encuentran en el gas natural y en el petróleo como derivados de los mismos o subproductos de los procesos de obtención de otros combustibles hidrocarbonados más complejos como gasolinas o gasóleos. Su composición permite un almacenaje en estado líquido, comprimido a una presión relativamente baja en comparación con el GNC del que hablaremos a continuación. Es necesario recordar que el GLP sigue siendo un combustible fósil no renovable y limitado que produce CO 2 en su combustión por lo que no puede considerarse en ningún caso como un combustible ecológico. Ahora bien, su utilización produce una cantidad mucho menor de óxidos de nitrógeno, menos CO 2 y casi nulas partículas pesadas al ambiente en comparación con los motores de gasolina o gasóleo. Aplicado a la automoción, se utiliza de la misma forma que los motores de combustión interna a gasolina y es compatible con esta. De hecho, para un funcionamiento correcto, el vehículo debe arrancar en gasolina hasta que consiga tener una temperatura de funcionamiento adecuada que permita la combustión correcta del GLP. Derivado de esta característica viene impuesta una ventaja, e inconveniente, que es la posibilidad de funcionar independientemente con cualquiera de los dos combustibles y el hecho de estar obligado a mantener el depósito de gasolina y tener un consumo marginal de la misma. En el mercado del automóvil de consumo, el GLP está muy extendido en algunos países de Europa, en Latinoamérica y en Asia en China e India. Es relativamente fácil conseguir una adaptación de un vehículo de gasolina a GLP e incluso, muchas marcas disponen de modelos Bi fuel compatibles de fábrica con ambos combustibles. Como ventajas adicionales a lo expuesto podemos destacar que el precio es más bajo que el de la gasolina. En Europa tiene sus impuestos congelados hasta 2018 y el precio es aproximadamente el 50 60% en comparación con la gasolina. Derivado de la inferior capacidad calorífica del GLP, el consumo de un vehículo impulsado por este combustible es ligeramente superior, %, al del mismo vehículo funcionando con gasolina. En algunos casos se ha tratado de argumentar que la seguridad de los vehículos alimentados a GLP podría ser menor que la de los vehículos tradicionales por contar con un depósito EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 5

6 presurizado pero los ensayos y pruebas demuestran por el momento que no supone ningún riesgo mayor que circular con otro vehículo con el depósito lleno de líquido inflamable como es la gasolina. Debido a lo anterior los depósitos de GLP cumplen con normativas y requerimientos mecánicos mucho más estrictos que los de gasolina aunque, a pesar de ello, en algunos aparcamientos públicos no están autorizados a estacionar en determinados países Madrid - Spain 4. GNC (Gas Natural Comprimido): El Gas Natural Comprimido o Gas Natural Vehicular es simplemente gas natural, del mismo tipo que se utiliza comúnmente en las viviendas para el calentamiento de agua caliente sanitaria y para cocinar, comprimido en estado gaseoso a alta presión. Una vez más, este combustible se utiliza en vehículos con motores de combustión interna de gasolina, ciclos Otto, adaptados a sus características particulares. Aunque sigue siendo un combustible fósil, también se considera menos contaminante que la gasolina por producirse una combustión casi limpia de partículas complejas provenientes del carbono y emisor de menor cantidad de CO 2. Es todavía menos contaminante que el GLP. Adicionalmente consigue un menor efecto perjudicial en los motores porque producen menos carbonilla, no dañan los aceites de lubricación al mezclarse con ellos y los sistemas de escape son menos complejos y caros de fabricar. Como contrapartida tenemos que el GNC se almacena en estado gaseoso a muy alta presión por lo que necesita de mucho volumen para el propio gas y de depósitos muy seguros y resistentes. Esto evita que se puedan hacer habitualmente transformaciones de vehículos de gasolina estándar por GNC sin sacrificar la mayor parte del espacio del maletero. Cuando los fabricantes de automóviles como Fiat, Mercedes Benz o Volkswagen diseñan vehículos adaptados de fábrica pueden incorporar los depósitos en los huecos más adecuados y modificar la distribución interna de los mismos pero suelen evitar robar mucho espacio de carga y habitabilidad. La eficiencia energética es mayor aún que la del GLP, y por tanto mucho mayor que la de la combustión de gasolina. Este factor junto a que las reservas de gas natural se estima que son bastante mayores a las de petróleo, y se puede sintetizar natural o artificialmente, hace que el coste por km sea cercano al 50% en comparación con la gasolina además de las ventajas mencionadas anteriormente. Por qué entonces no está mucho más extendido? Realmente sí lo está. En países europeos como Italia son alternativas viables y habituales y en Asia y Latinoamérica, salvo donde el petróleo es muy barato, son también muy comunes por el ahorro en coste de utilización que suponen. En los países que no está extendido no es muy conocido y no hay disponibilidad del mismo porque no ha sido promovido por organismos públicos lo suficiente aunque, irónicamente, en países como España, la mayoría de vehículos de este tipo en circulación son de servicio público a los que las desventajas de espacio y falta de surtidores no les afectan. EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 6

7 5. Vehículos híbridos: Comúnmente conocemos como vehículos híbridos aquellos que tienen un sistema de propulsión mixto con un motor de combustión interna y un motor eléctrico alimentado con la electricidad almacenada en una batería la cual, a su vez, ha sido cargada por medio del mismo motor eléctrico funcionando de forma reversible como alternador en los periodos de frenada o retención. El fundamento principal de un vehículo híbrido, y de todo vehículo con estas tecnologías aplicadas con motores eléctricos y baterías, es evitar disipar la energía cinética del automóvil en movimiento por medio del sistema de frenos en forma de calor, recuperando una parte de la misma en la batería. En los periodos de arranque e impulsión el motor eléctrico actúa, alimentado por dicha batería, ayudando al motor térmico a generar suficiente potencia en las ruedas para mover el coche disminuyendo parcialmente su necesidad de combustible. Actualmente existen muchos modelos comerciales con tecnologías híbridas más o menos funcionales y económicas ya que la regulación de la Unión Europea, entre otros, plantea obligar a los fabricantes a reducir las emisiones medias de los vehículos hasta los 95 gr CO 2 /km para el año 2020 lo que tiene considerables consecuencias comerciales, macroeconómicas y políticas en Europa. Obviamente el objetivo es reducir el consumo de petróleo y la generación de gases de efecto invernadero. Tiene la ventaja de que ello no implicaría el uso de nuevos sistemas de distribución de combustibles alternativos y los ingresos de impuestos por gasolinas y gasóleos se mantendrían aceptablemente constantes a diferencia de otros combustibles menos contaminantes y más subvencionados. Los primeros vehículos para uso privado que consiguieron un hueco en el mercado a partir de finales de los años 90 fueron el Honda Civic IMA y el Toyota Prius, siendo el segundo el que consiguió un mayor éxito de ventas. Sin embargo, todos los vehículos híbridos, se hayan diseñado como tales desde el principio o se haya adaptado un modelo tradicional al sistema, tienen un sobrecoste por el sistema eléctrico y las baterías, que en ciertos modelos es más amortizable que en otros, por lo que no se ha extendido a todos los modelos en venta, independientemente del combustible que usen, como sería lógico pensar. La principal ventaja de uso de un híbrido se da en la ciudad debido al alto número de paradas y arranques realizados y a los periodos de inactividad del vehículo. La reducción de consumo es mayor en este escenario en comparación con los motores gasolina y diésel y la contaminación que producen es igualmente proporcional a dicho consumo del combustible que corresponda. Como desventaja se puede señalar que el sistema híbrido tiene, no sólo, un mayor coste sino un peso extra a mover por el motor de coche con lo que ciertas cifras de prestaciones se ven ligeramente perjudicadas. EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 7

8 6. El vehículo eléctrico: Podemos llamar vehículo eléctrico a cualquier automóvil que posea como generador de movimiento exclusivamente uno o más motores eléctricos, independientemente de la fuente utilizada para producir dicha energía. Esto englobaría también al automóvil que cuenta con una célula de combustible de hidrógeno para producir la electricidad y al que tiene un motor de combustión interna muy eficiente que es usado como generador de electricidad exclusivamente y nunca para transmitir directamente potencia mecánica a las ruedas. En este caso nos vamos a centrar en el vehículo eléctrico alimentado a baterías que almacenan la energía para generar el movimiento. Dichas baterías se recargan en los enchufes tradicionales o en cargadores rápidos que están siendo desarrollados a mayor velocidad en los últimos años para paliar una de las principales carencias de estos vehículos: el tiempo de recarga. Para un gran porcentaje del uso que se le da a los vehículos, estos tendrían suficiente autonomía cargando las baterías por la noche lentamente ya que los trayectos habituales diarios no son más de km. Ahora bien, para viajes interurbanos y uso intensivo del vehículo estos tiempos de recarga y autonomía no son suficientes por lo que se está trabajando en mejorarlos hasta llegar a ser comparables a los de los automóviles impulsados por combustibles tradicionales. Junto con el tiempo de recarga existe el problema de la autonomía/peso/precio de las baterías. Todos esos factores son generalmente proporcionales por lo que limitar o aumentar uno de ellos implica perjudicar también los otros dos. Las baterías de litio han supuesto un cambio sustancial en la densidad de carga mejorando mucho la autonomía y el peso en comparación con las de Nimh pero suponen un sobrecoste muy elevado mientras que no se extienda su uso. Todas sus ventajas y desventajas, características técnicas, tipos de baterías, estaciones de recarga, intercambio de baterías, practicidad, disponibilidad comercial de los vehículos eléctricos, optimización de uso, autonomía, mantenimiento, deportividad, contaminación teórica cero y sus posibilidades de llegar a ser el futuro de la movilidad se tratarán en las siguientes entregas del presente artículo del futuro de la movilidad y el transporte. Continuará EL FUTURO DE LA MOVILIDAD Y EL TRANSPORTE EL VEHÍCULO ELÉCTRICO? Parte I 8