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Categoría: HIBRIDO
Combustibles sintéticos, ¿una nueva y larga vida a los motores de combustión?
Hace algunos días en esta columna de Autotest hablábamos de como la industria automotriz no es una recién llegada al tema de la sostenibilidad. Por el contrario, desde hace mucho tiempo trabaja en la investigación y desarrollo de sistemas y tecnologías que permitan a los vehículos ser mucho más amigables con el medio ambiente, desde su fabricación, su operación e incluso al terminar su vida útil.
Y uno de los desarrollos que avanza de manera consistente para hacer de la industria automotriz y de la movilidad un factor que aporta a la sostenibilidad es el de los denominados combustibles sintéticos, o también conocidos como e-fuels.
Tradicionalmente el combustible para mover los carros- gasolina, diésel proviene de las diferentes etapas de refinación del petróleo. Se habla de combustibles fósiles ya que su origen se encuentra en los procesos de descomposición de diferentes organismos vivos que en u proceso de millones de años se han transformado para dar paso al petróleo que tras un proceso de extracción en tierra o del fondo del mar se refina y convierte en diferentes tipos de combustible o materia prima para industria como la petroquímica.
Sin embargo durante años se ha considerado que estos procesos de extracción y luego su uso como combustible, y especialmente en la movilidad, son una alta fuente de contaminación
Es por esto por lo que la industria automotriz y la industria petrolera buscan alternativas para desarrollar fuentes de energía que sean consideradas amigables con el ecosistema. Es ahí donde surgen los combustibles sintéticos. Este es un tipo de combustible que se obtiene de la combinación de hidrógeno- obtenido del agua a través de hidrólisis generada con fuentes renovables de energía- con dióxido de carbono y que también pueden obtenerse de fuentes a partir de desechos (biomasa).
Para su obtención, la industria petroquímica emplea técnicas como el denominado proceso Fischer-Tropsch, que a partir de la oxidación del carbón en presencia de vapor de agua a alta temperatura permite obtener hidrógeno y monóxido de carbono que luego con ayuda de catalizadores, calor y alta presión se transforma en hidrocarburos
Pero ¿son viables los combustibles sintéticos para operar en los vehículos que actualmente ruedan por nuestras vías? Hablamos, por supuesto de los vehículos modernos. La respuesta es sí. Los combustibles sintéticos ofrecen todas las condiciones para trabajar con las tecnologías y los sistemas de alimentación, y distribución de combustible con que cuentan los carros modernos, y también brindan eficiencia similar a la de los combustibles fósiles. Cuentan con una densidad energética muy parecida y por eso son óptimos para trabajar en condiciones autonomía y alta carga energética. Además como lo señalamos, los motores actuales con sus sistemas de inyección pueden trabajar con este tipo de combustibles, quizá algunos requerirán unos pequeños ajustes, pero su funcionamiento es compatible con los bloques actuales, es decir que un proceso de transición a energías o combustibles más limpios también será menos costoso al no requerir cambio de equipos o modificaciones profundas.
Aún no se puede hablar de una utilización masiva de este tipo de combustibles porque, como sucede con todas las innovaciones, su costo de producción y por lo tanto su valor final es aún alto, pero se avanza de manera acelerada en el desarrollo de nuevos procesos, más eficientes desde lo económico, que permitirán en el mediano plazo llevar el costo de este tipo de combustibles a valores muy similares al costo de cargar el auto con combustible fósil actual.
La apuesta de las automotrices por este tipo de combustible es seria. Ya, por ejemplo, Porsche montó una planta de producción piloto en Chile, y plantea otra similar en Texas, Estados Unidos, para los próximos dos años.
Otra firma que apunta hacia esta tecnología es Mazda, que hace parte de la Alianza E-Fuel, con otras 170 empresas que avanzan en la investigación y desarrollo de combustibles sintéticos. Audi es otra de las automotrices que ve una posibilidad para este tipo de tecnologías como una forma de continuar produciendo motores térmicos que puedan ser compatibles con la preservación del medio ambiente.
El mantenimiento de un carro eléctrico puede ser menos costoso que un carro de combustión.
Cuando se habla de las ventajas de adquirir un carro eléctrico, uno de los factores que entra en la conversación es su costo de mantenimiento, y si este es más económico o no que el mantenimiento que debe hacerse con un carro de motor de combustión tradicional.
De entrada la respuesta es sí. El análisis que hacen los expertos en cuanto a costos de mantenimiento para los modelos eléctricos indica que son más económicos y representan un alivio a los bolsillos de sus propietarios.
Toda máquina, y por su puesto los carros (eléctricos o no) son máquinas, debe someterse de manera periódica a un proceso de revisión, mantenimiento preventivo, e incluso cambio de piezas y partes que se desgastan por el uso de manera natural.
En el caso de los modelos de vehículos equipados con motor de combustión tradicional el total de piezas (no solo del motor) puede superar las 20.000. Muchas de ellas piezas móviles que están en constante trabajo en condiciones extremas y con fricción entre muchas de ellas.
Por su parte los vehículos eléctricos, especialmente por la conformación de su unidad de potencia, tienen un número de piezas considerablemente menor, incluso hasta un 60 por ciento menos. Esto hace que sus procesos de revisiones, mantenimiento, reemplazo de partes y piezas y tiempo invertido en estos procedimientos sea mucho menos. Igualmente el tiempo entre cada una de las revisiones es más prolongado y eso también puede significar ahorros en el largo plazo.
Esto hace que los mantenimientos preventivos en un carro eléctrico puedan tener una reducción de hasta 30 por ciento, frente a los costos que debe asumir el propietario de un vehículo con motor de combustión tradicional
Solo en el motor, mientras los carros eléctricos en su motor tienen un eje, un rotor, un bobinado, escobillas, cojinetes, estator y carcasa; en un motor de combustión se podrían encontrar hasta 500 piezas
De igual manera mientras en el vehículo térmico se tiene un sistema de caja de cambios y embrague con varias piezas móviles en constante fricción, el carro eléctrico no cuenta con este tipo de elementos.
También, al no tener motor de combustión, el carro eléctrico no depende para su funcionamiento de elementos como bombas, válvulas, actuadores, motor de arranque, alternador.
De igual forma, los frenos reciben un mejor tratamiento: parte de la energia que en los vehiculos de combustion debe ser disipada para frenar causando desgaste en los elementos de frenado, en los electricos desaparece, al ser recuperada via regeneracion.
No existen tampoco los periodicos cambios de aceite de motor con sus filtros. Ni las fugas de lubricante tan comunes despues de unos años de recorrido.
La pieza más importante del carro eléctrico es, como no, su batería, y esta está construida de manera tal que su mantenimiento es básico y especialmente de buenas prácticas, tales y como no cargar la batería al 100 por ciento o dejarla descargar totalmente. Una carga al 80 por ciento y no dejarla bajar más allá del 20% es importante para que su degradación no sea rápida.
También recomiendan los fabricantes usar los sistemas de carga rápida solo cuando sea necesario, ya que también ejercen demasiada presión sobre la batería acelerando su desgaste.
Baterías para carros eléctricos, una evolución en busca de la eficiencia.
En días pasados hablábamos en esta columna sobre el factor de la eficiencia y el consumo como uno de los elementos claves para definir la compra de un carro eléctrico. Y en ese mismo artículo se señalaba como la configuración de la batería es uno de los elementos clave a tener en cuenta cuando se analiza esa eficiencia.
Desde que los carros eléctricos comenzaron a verse como una opción cierta y real para el desarrollo futuro de la industria automotriz, los fabricantes trabajan en el desarrollo de elementos cada vez más eficientes, más durables y también más económicos en su fabricación teniendo en cuenta que son el elemento que más pesa en el costo de fabricación de los autos eléctricos, con cerca de un 30 por ciento del valor.
El trabajo de los departamentos de investigación y desarrollo y de los ingenieros de los fabricantes automotrices y de las firmas fabricantes de baterías ha sido arduo y paso a paso han encontrado alternativas cada vez más acordes con las necesidades de los consumidores de autos que quieren baterías seguras y que les ofrezcan también un rango de autonomía más allá del tránsito urbano.
Es así como en la evolución de estos elementos se pueden identificar varios estadios de evolución en aras de llegar a la batería que cumpla con la idea de bajo costo y gran rendimiento
En las primeras etapas del desarrollo de los carros eléctricos como alternativa de movilidad, éstos contaban con baterías de Niquel-Metal-Hidruro (NiMH). Se trata de unas baterías relativamente económicas en su fabricación y que contaban con un muy buen nivel de vida útil. Sin embargo tenían problemas por su no muy alta densidad de energía y también por su peso. Ambos factores castigaban de manera importante la eficiencia en la operación de los carros que estaban dotados con estos elementos.
Antes de continuar es importante señalar que el concepto de densidad de energía se refiere, de manera básica, a la capacidad que pueden tener las baterías para almacenar una gran cantidad de energía en muy poco espacio. Esto es importante porque es una variable fundamental en la búsqueda de la eficiencia.
En una segunda fase en el desarrollo de las baterías, los fabricantes comienzan a trabajar con acumuladores a partir de Ion-Litio/Polímero de Litio. Estas están presentes un alto porcentaje de los vehículos eléctricos que hoy ruedan en el mundo. Su recurrente utilización por parte de las automotrices está relacionada con una alta densidad energética, lo que contribuye a un menor espacio y también menor peso que lastre el vehículo y afecte de manera negativa sus cifras de rendimiento y autonomía.
Pero también tienen dos factores negativos. El primero de ellos es su facilidad de degradación por los ciclos de cargue y descargue de la misma y que la llevan, con el tiempo, a tener una menor capacidad de almacenamiento. Y el segundo factor es su alto costo de producción, y teniendo en cuenta lo señalado unos párrafos atrás sobre el peso del costo de la batería en el valor total del auto, puede influir de manera importante en un alto precio de compra para el consumidor final.
Además este tipo de baterías también se pueden ver afectadas por la operación en situaciones de climas extremos tanto en el frío, como en las temperaturas altas.
Un tercer tipo de batería utilizada en los carros eléctricos es la estructurada a partir de Níquel-Cadmio-Manganeso (NCM) o Níquel-Cadmio-Óxido de Aluminio (NCA). Este tipo de baterías tiene ventajas relacionadas con su alta densidad energética. De hecho en muchos carros que ofrecen altos niveles de autonomía esta es la batería que se encuentra presente. Así mismo son baterías que pueden soportar altas potencias de carga, lo que facilita un proceso de carga más rápido.
Pero pese a estas ventajas no son las baterías más populares porque para su fabricación es necesario utilizar materiales de difícil consecución especialmente por su costoso proceso de su extracción y procesamiento y esto impacta directamente el precio de los carros. Son los denominados metales de tierras raras como el praseodomio, el lantano, neodimio, disprosio, terbio o lutecio, por ejemplo.
Los trabajos en busca de la “batería perfecta” también han llevado a ingenieros a desarrollar baterías a partir de Litio-Ferrofosfato. Estas baterías si bien no implican los altos costos de producción al no utilizar elementos que implican una alta complejidad para su obtención y transformación, tienen la desventaja de no contar con un nivel alto de densidad energética, lo que se traduce en la utilización de mucho espacio y agregar peso a la construcción del vehículo
Lo que depara el futuro
La evolución de las baterías no para, y la industria automotriz sigue apuntando a un futuro de mediano y largo plazo en el que estos elementos brinden las condiciones de una movilidad cada vez más limpia.
Los esfuerzos de los fabricantes se orientan a dos tipos de soluciones:
Baterías de estado sólido. En ellas en lugar de contar con un electrolito líquido que facilita la reacción química que genera la energía que se almacena y luego se utiliza para mover el vehículo, el electrólito es un material sólido. Este cambio le confiere unas cualidades especiales a la batería. Le da una mayor densidad de carga, incluso almacenando hasta tres veces mayor energía que la batería ion litio con electrolito líquido. De igual manera agiliza los tiempos de recarga. También ofrece una mayor fiabilidad y su trabajo no se afecta de manera sustancial por las condiciones extremas en las que pudiera utilizarse el vehículo que las monta. Así mismo ofrece mayor seguridad al evitar sobrecalentamientos o no hacer explosión en caso de un impacto. Estas baterías también podrían tener menor impacto ambiental desde su producción misma.
Hoy, aún su utilización de forma masiva sigue en proceso de estudio y desarrollo, pero ya son varias las automotrices comprometidas en avanzar en el mediano plazo en su implementación y para ello destinan recursos para su perfeccionamiento. Entre ellas se encuentran Toyota, el Grupo Stellantis, Volkswagen, Renault-Nissan; muchas de ellas trabajando en asocio con firmas expertas en el desarrollo de este tipo de elementos.
Y el segundo frente que el sector automotor explora de cara a ofrecer baterías cada vez mejores es el de las baterías estructurales. Este tipo de baterías tienen la característica de estar integradas a la carrocería del vehículo y no serían una pieza o un elemento adicional que se ubica en la plataforma de desarrollo del carro. Firmas como Tesla o BYD trabajan en su perfeccionamiento. Este tipo de batería lograría un mayor ahorro de espacio y reducción de peso al estar unida a los bastidores adelante y atrás.
Desde Tesla se ha señalado que el perfeccionamiento de este sistema de baterías podría en el futuro contribuir a una reducción de costos de producción de los vehículos eléctricos en casi un 50 por ciento, y también daría una mayor vida útil a los dispositivos y una capacidad de carga aún mayor.
Un futuro que la industria automotriz espera llegue más temprano que tarde.
Algunas claves sobre el rendimiento y autonomía de un carro eléctrico.
Al igual que en los vehículos térmicos, uno de los factores más importantes al momento de decidir la compra de un carro eléctrico esta relacionado con su eficiencia, su rendimiento, que se traduce finalmente en la distancia para rodar que pueda alcanzar el auto por cada carga completa de la forma mas economica.
Y es que la autonomía, hoy cuando aún el tema de la infraestructura de carga en países como Colombia apenas inicia su desarrollo, es vital para poder determinar si ese el tipo de vehículo que un usuario precisa para su solución de movilidad y transporte cotidiano.
Esa eficiencia en los vehículos eléctricos puede determinarse como la relación entre la energía que obtiene, y la que finalmente consume y qué distancia le permite recorrer. A menor cantidad de energía consumida por cada kilómetro recorrido, se puede hablar de un carro más eficiente.
Un aspecto que favorece la eficiencia de los carros eléctricos es su bajo nivel de pérdida de energía en funciones diferentes a las de impulsar el vehículo. Mientras los carros térmicos solo aprovechan en los mejores casos el 30 por ciento de la energía generada por la combustión en el desplazamiento real del auto, en los eléctricos este aprovechamiento puede estar del orden del 75 por ciento.
Para conocer de manera aproximada la autonomía que puede brindar un vehículo eléctrico a su potencial propietario es importante poder contar con el dato de la capacidad que tiene la batería del modelo. Una cifra de capacidad más alta, medida en kWh, también significa un mayor rango de autonomía en kilómetros por cada carga completa que tenga el vehículo.
En el tema de la autonomía, los fabricantes suelen señalar en sus fichas técnicas un indicador de autonomía que denominan autonomía homologada, que es aquella que se obtiene en pruebas que simulan las condiciones de manejo tradicionales, y que en el caso de fabricantes europeos, por ejemplo, o fabricantes de otros orígenes que someten sus vehículos a estas pruebas, es la autonomía en Ciclo WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure).
Por ejemplo, si el fabricante de un carro eléctrico hipotéticamente indica en su ficha técnica una capacidad de batería de 100 kWh, y que su consumo promedio está en 20 kWh por cada 100 kilómetros, lo que se hace es dividir la capacidad total de la batería (100 kWh) por el consumo medio señalado por el fabricante (20 kWh) y este resultado se multiplica nuevamente por la capacidad total de la batería (100 kWh. Así la operación daría un resultado de autonomía de 500 kilómetros por cada carga que en teoría podría rodar el carro eléctrico.
Esto, repetimos, es un dato homologado y teórico a partir de pruebas controladas que, aunque simulan en lo posible la conducción real, pueden variar a la hora de enfrentar el camino por parte de cada conductor.
Los expertos señalan que en promedio un vehículo eléctrico puede consumir entre 15 y 22 kWh por cada 100 kilómetros de recorrido. Un vehículo de gama media puede tener una batería con una capacidad alrededor de los 70kWh, y su consumo ronda los 20 kWh por cada 100 kilómetros recorridos.
Cabe resaltar que para lograr la mayor eficiencia posible al manejar un carro eléctrico se deben tener en cuenta varios factores que inciden en ese desempeño, entre ellos,
El tamaño del auto: a mayor peso, el carro necesitará una mayor potencia, y por tanto un mayor consumo de energía.
El estilo de conducción: un manejo calmado con un uso racional y tranquilo del acelerador, sin arrancones bruscos, y tampoco con frenadas bruscas constantes, permiten que la energía utilizada tenga una mejor dosificación y el rendimiento se optimice.
Las especificaciones mismas del motor eléctrico: como ya se vio, los datos de capacidad y consumo de energía dan un dato aproximado y pueden orientar a los conductores sobre su mejor forma de manejo.
Las condiciones meteorológicas: no solo porque hacen que se activen por parte de los ocupantes del auto funciones como calefacción o aire acondicionado; también porque las temperaturas extremas pueden incidir en la operación del motor eléctrico.
El terreno por el que se esté desplazando: un terreno quebrado va a exigir mas potencia, aunque también puede contribuir al uso del sistema de regeneración de energía al frenar.
La capacidad de regeneracion: Todos los fabricantes hablan de regeneracion pero muy poco se dice del tamaño o capacidad de esta. A mayor capacidad mayor posibilidad de recuperar energia frenando o descendiendo y por tanto mayor rendimiento de la carga almacenada.
Y por ultimo y tambien muy importante, la eficiencia del cargador electrico que aunque ya no depende del vehiculo en cuestion, si hace que tengamos unas perdidas al cargar el auto, haciendo que la enenrgia consumida en cargar el auto sea mayor o menor para un mismo tamaño de bateria y por estar despues del contador de energia que factura el consumo, siempre estara a cargo del propietario del vehiculo.
Una clave para optimizar la eficiencia de las baterías en el carro eléctrico es no dejar que se descargue totalmente antes de volver a recargarlo. Cuando se encuentre aproximadamente en 20-25 por ciento de su carga se debe conectar para recargar la batería. Ese pequeño remanente hace que la bateria tenga una mayor vida util.
De acuerdo con los cálculos de los fabricantes, los vehículos eléctricos en un año pueden perder alrededor de un 2,3% de su autonomía. Esto quiere decir que tras 10 años de vida útil, la autonomía de un coche eléctrico como el del ejemplo puesto unas líneas más atrás, se habrá reducido en poco más de 115 kilómetros y se situará sobre los 395 kilómetros de autonomía, un 23% menos. Sin embargo, la calidad de la bateria instalada, no siempre la misma en todos los carros, hace que este valor pueda ser mucho mayor o menor en algunso casos, y por ende, dado el alto costo de una bateria de este tipo, podria tener un componente importante dentro del calculo del valor del kilometro recorrido por un auto electrico.
En conclusion, debemos tener en cuenta muchos factores al decidirnos por la compra de un auto electrico. No es solo la autonomia que el fabricante promete, sino tambien cuanto nos cuesta hacerla. Tambien, al estar tomando energia de la red electrica para la recarga, el valor del kwhr es diferente de acuerdo al sitio donde hagamos la carga y podria ser mayor si la eficiencia del cargador es baja.
Podria esperarse tambien, que las tarifas de la energia electrica utilizada para cargar autos, pueda en algun momento ser tratada como lo hacen hoy en dia los gobiernos con la gasolina, lo que podria tender a hacer desaparecer los benificios en terminos de costo contra este tipo de combustibles, haciendo menos atractivas este tipo de tecnologias.