¿Cuál será la tecnología eléctrica de los coches del futuro?

El ingeniero Manuel Capellán Pérez nos da una clase magistral sobre la electrificación del automovil.

Automóvil y contaminación. Tecnologías eléctricas.

Según datos del Instituto para la Diversificación y el Ahorro Energético (IDAE), el sector del transporte es el responsable de únicamente el 37 % de estas emisiones, seguido del sector energético 33 %, manufacturas y construcción con el 19 % y un 11 % por el resto de las actividades económicas entre las que se incluyen las domésticas. Dentro del sector del transporte el transporte por carretera supone el 80 % del total y solo el 48 % es responsabilidad de los vehículos de turismo, el 52 % restante corresponde a camiones y autobuses. En resumen, los turismos son los responsables de la emisión de solo el 15 % del CO2 vertido a la atmósfera.

La industria del automóvil lleva décadas reduciendo constantemente el consumo y  las emisiones. En los últimos cuarenta años el consumo medio de un automóvil se redujo en un 40 %, mientras la calidad de los gases de escape también ha mejorado sustancialmente al mejorar la eficacia de los procesos de combustión y el tratamiento de los gases de escape con el uso de catalizadores.

Aunque no hay unanimidad en la influencia humana en el cambio del clima, si la hay en cuanto hay que reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera y los vehículos de turismo van a la cabeza del cambio tecnológico que lo impulsa. En cualquier caso, la electrificación de los turismos, que reduce la contaminación local especialmente en los núcleos urbanos, solo reducirá la contaminación global si la energía eléctrica que carga sus baterías proviene de las renovables (hidráulica, eólica, solar fotovoltaica, nuclear) y, además, es bastante arriesgado, por no utilizar otro término, intentar resolver un problema global con soluciones locales.

A finales del siglo XX Citroën, Peugeot y Renault, trabajando conjuntamente tenían una gama de vehículos eléctricos (Citroën Saxo, Peugeot 106 y Renault Clío), a punto de comercializarse, pero Toyota con el Prius y Honda con el Insight  iniciaron la comercialización de vehículos híbridos y  se produjo un momento de incertidumbre sobre la tecnología del futuro en los turismos. Tras un período de incertidumbre, en la segunda década del siglo XXI comenzó la era de la electrificación. A partir de ese momento la industria de la automoción evolucionó hacia la electrificación bien a través de baterías (la tecnología que hoy es mayoritaria), o a través de las células de combustible.

Desde que se inició la comercialización de los coches eléctricos la densidad energética de las baterías ha mejorado notablemente desde los 13 Kg/kw-h (utilizadas en el vehículo patrocinado por Acciona que fue el primer eléctrico en participar en el Dakar en 2015), hasta aproximadamente 7 Kg kw-h de los actuales lo que ha permitido incrementar notablemente la autonomía o reducir el peso y que obviamente seguirá mejorando.

Los vehículos híbridos disponen de un motor de combustión interna para proporcionar energía a las ruedasy montaban una batería pequeña (alrededor de 1 Kw-h) que la carga el motor térmico y la frenada regenerativa y les permitía realizar trayectos cortos en modo eléctrico o “ayudar” al motor térmico a dar puntas de potencia. Los híbridos enchufables aumentaron el tamaño de la batería (4/15  kw-h) lo que les permite unos desplazamientos más largos en modo eléctrico y cargar las baterías en la red eléctrica. Existe otra tecnología, los microhíbridos, en los que, por lo general se suele sustituir el motor de arranque y el alternador de los motores por un generador de corriente distinto y reversible que “ayuda” al motor térmico pero que no pueden mover nunca el coche en modo eléctrico. Esta tecnología  parece una artimaña para dotar de etiqueta ECO a modelos de alta gama con unas emisiones de CO2 elevadas.

Tesla, que lanzó el modelo Roadster en 2009,  es la marca pionera en la electrificación lo mismo que Toyota y Honda lo habían sido en la hibridación. En estos vehículos un motor eléctrico, que obtiene la energía de las baterías que se cargan enchufándolas a la red, mueve las ruedas. El problema de esta tecnología está asociado al peso, autonomía, y tiempo de recarga y reducida red de electrolineras, además de la disponibilidad de Litio, lo que  no garantizan que esta tecnología sea la que se imponga a medio y largo plazo.

Los vehículos de hidrógeno son también vehículos eléctricos pero la energía de la batería se obtiene a través de las células de combustible que utilizan H2 para producir energía eléctrica y cargar las baterías, emitiendo vapor de agua a la atmósfera. El repostaje es similar en tiempo al repostaje de un vehículo convencional pero, de momento, la red de hidrolineras es escasa. Las baterías no necesitan ser tan grandes como en los eléctricos y esto supone una reducción de peso. Toyota, el mayor fabricante de vehículos del mundo,  se ha replanteado su futuro eléctrico y ha incrementado su inversión en el desarrollo de las pilas de combustible, lo mismo que Hyundai y BMW.

Una tecnología de transición es la de los vehículos eléctricos de autonomía extendida, que obtienen la energía eléctrica para cargar las baterías de un motor de combustión interna convencional o rotativo (Mazda MX-30 R-EV). GM fue pionero de esta tecnología utilizándola en el Opel Ampera (Europa) Vaushall Ampera (Gran Bretaña), Chevrolet Volt (USA) y Holden Volt (Australia) de los que se fabricaron cerca de 180.000 unidades, aunque en Europa solo se comercializaron unos 12.000 sobre todo en Holanda, Alemania y Reyno Unido, ya que en España se matricularon poco mas de 200 unidades. Curiosamente esta tecnología tan inusual en el plano comercial es la que utiliza Audi en sus coches del Dakar.

El hecho es que hoy conviven seis tecnologías (sin contar los microhíbridos) como se puede observar  en la Tabla siguiente. Tres son impulsados por motores térmicos y de ellos dos (los híbridos e híbridos enchufable), cuentan con la ayuda de un motor eléctrico modo en el que pueden circular entre 5 y 50 Km en modo eléctrico  sin emitir gases en zonas urbanas.

Los tres modelos de impulsión eléctrica se diferencias por su forma de recargar la batería; en la red (eléctricos), a través de una célula de combustible (hidrógeno) o mediante un motor de combustión interna (autonomía extendida).

La electrificación del transporte por carretera, ferroviario y marítimo es un hecho, pero en esos campos las pilas de combustible son la referencia, aunque la tecnología de baterías también está presente en los camiones y furgonetas de reparto. Conviene destacar  que el astillero asturiano GONDAN está construyendo  buques  para el armador noruego Ostensjo Rederi A/S con pilas de combustible.

En el sector aeronáutico no es tan fácil abordar su independencia de los combustibles fósiles. Las limitaciones de peso de los aviones impiden el uso de baterías y apunta al hidrógeno que debería ser criogénico lo que supondría diseñar depósitos en el fuselaje lo que modificaría sustancialmente la aerodinámica.

La UE ha anunciado que para 2035 desaparecerán los vehículos impulsados por motores térmicos, aunque los biocombustibles y el hidrógeno aún no han dicho la última palabra. El futuro dirá si los motores térmicos que utilicen estos combustibles están condenados a desaparecer y cuál será la tecnología eléctrica que se hará mayoritaria. Personalmente creo que a medio y largo plazo se impondrá la electrificación con células de combustible.

(*)        Solo se indican los de autonomía extendida e hidrógeno, en los que la oferta es reducida, puesto que del resto la oferta es amplia y conocida.