Coche Eléctrico

Coche Eléctrico

La revolución eléctrica del automóvil ya está aquí. El Blog del Coche Eléctrico quiere ser una herramienta para entender uno de los grandes desafíos que afrontará el hombre en los próximos 10 años. Un espacio de debate para conocer las fases del proceso, cómo afectará a nuestras vidas y cómo serán los transportes del futuro aportando argumentos para poner a prueba a los escépticos, a los puristas e incluso a los inmovilistas.

Los combustibles más energéticos

Por: | 20 de diciembre de 2012

Repostaje de hidrógeno

Los carburantes de origen fósil, como la gasolina y el gasóleo, tienen una capacidad energética 100 veces superior a la de las baterías de litio que alimentan los coches eléctricos. Gases como el butano y el propano superan a las pilas en 80 veces, y alcoholes como el etanol, en 60. Todos generan emisiones y no pueden ofrecer la potencia ecológica de la electricidad. Pero sí permiten autonomías muy superiores, que es, paradójicamente, el punto flaco de los coches eléctricos.   



 

Los coches eléctricos no producen emisiones al circular y representan una forma limpia de movilidad. Sin embargo, siguen ofreciendo autonomías limitadas, de unos 150 kilómetros de media por carga. Los vehículos de combustión, en cambio, generan emisiones pero permiten recorrer, en promedio, unos 800 kilómetros por depósito (diésel). La clave de la drástica diferencia está en la capacidad energética de sus respectivas fuentes de alimentación, y en cómo se aprovecha finalmente para desplazar un automóvil.

Según datos de Battery University, la gasolina ofrece un potencial energético por unidad de masa de 12.200 Wh/kg (vatios hora por kilo), y el gasóleo, todavía más capaz, alcanza los 12.700. En cambio, una batería de litio manganeso se queda en 120 Wh/kg, 100 veces menos. Y una de litio cobalto, en 150 Wh/kg. Estas son las principales composiciones utilizadas en las baterías de los coches eléctricos actuales. En los laboratorios se trabaja actualmente en la búsqueda de nuevas composiciones que permitan incrementar la autonomía.

Bateria de litio

Pero el combustible de un automóvil hay que almacenarlo, y el tamaño de los 'recipientes' (depósito o baterías) determina la cantidad de energía que puede albergar un coche. Luego, la autonomía resultará de cómo aproveche el vehículo esa capacidad, en función de su mecánica, peso y aerodinámica. Comparando modelos eléctricos y térmicos, y suponiendo pesos y aerodinámicas equivalentes, los eléctricos barren en eficiencia mecánica: aprovechan el 90% de cada unidad de energía disponible, por apenas un 18% de los térmicos convencionales y un casi 25% de los mejores híbridos. La problemática radica en que sus 'recipientes' son más limitados y ponen a su 'disposición' mucha menos energía.

De esta manera, el potencial energético por unidad de volumen es otro valor fundamental para determinar el rendimiento final del carburante. Y bajo este prisma, la gasolina y el gasóleo no solo vuelven a ser notablemente mejores que las baterías, sino que se convierten en las fuentes energéticas más capaces para un automóvil. La gasolina ofrece un potencial por unidad de volumen de 9.700 Wh/l (vatios hora por litro). Y el gasóleo llega a 10.700 Wh/l, explicando que los modelos diésel proporcionen autonomías superiores a los de gasolina. En cambio, una batería de litio manganeso aporta 280 Wh/l, y una de litio cobalto, 330 Wh/l.

Hay otras fuentes de alimentación que, aunque no son desde luego la alternativa más adecuada para vehículos a motor, ofrecen valores muy llamativos de energía. La grasa corporal, por ejemplo, alcanza el mismo potencial energético por unidad de volumen que la gasolina: 9.700 Wh/l. Y el carbón de caldera llega a 9.400. 

En un automóvil, el espacio disponible para albelgar la fuente de alimentación es limitado, por lo que el combustible ideal será el que aporte la mejor combinación entre los dos valores: energía por masa y energía por volumen, es decir, la mayor densidad energética. Y, de nuevo, ventaja clara de la gasolina y el gasóleo sobre cualquier otra alternativa. 

Los gases, como el propano y el butano, apenas tienen peso, por lo que al reunir cantidad suficiente como para sumar un kilo, el potencial energético registra valores muy elevados y superiores a los de la gasolina y el gasóleo: 13.900 Wh/kg para el propano y 13.600 para el butano. Aunque luego, a igualdad de tamaño del depósito, cunden menos, por su menor densidad energética. Con las baterías sucede lo contrario, porque como su energía por kilo es baja, se necesitan bastantes kilos para proporcionar la cantidad de energía necesaria para mover un coche durante una cantidad razonable de kilómetros.

El depósito de un modelo térmico actual es pequeño en relación al tamaño del vehículo (fotografía inferior), pero los módulos de baterías de los coches eléctricos son mucho más grandes y suelen ocupar cerca de la mitad de la superficie libre entre los ejes de ruedas delantero y trasero (segunda imagen inferior).

 

Depósito convencional
 

  Módulo de baterías

El inconveniente principal con los gases aparece al tratar de almacenarlos en un depósito, porque ahí entra en juego la energía por unidad de volumen, que es más reducida: 6.600 Wh/l para el propano y 7.800 para el butano. Y es que con valores de compresión comerciales, en un litro de volumen no entra el suficiente gas como para poder rivalizar con la gasolina y el gasóleo. Se podrían comprimir los gases a presiones enormes, pero entonces el coste y complejidad de los depósitos se dispara exponencialmente.

El gas natural (comprimido a 250 bares de presión) proporciona rendimientos por masa similares al propano y el butano y otorga 12.100 Wh/kg, pero baja mucho por unidad de volumen: 3.100 Wh/l. A cambio, es mucho más limpio, porque tiene menos cadenas de carbón y al quemarlo produce cantidades sensiblemente inferiores de CO2.

El hidrógeno, el combustible limpio del futuro, parece prometedor y sobresale por su enorme potencial energético por unidad de masa, porque es el elemento químico más ligero: en estado gaseoso, comprimido a 350 bares de presión, ofrece nada menos que 39.300 Wh/kg, y en estado líquido, 39.000. El pero: que al almacenarlo en depósitos el panorama cambia radicalmente, por su mínima energía por unidad de volumen: solo 750 Wh/l en estado gaseoso, aunque en estado líquido gana densidad energética y sube a 2.600.



Bombonas de hidrógeno a presión

Los coches de hidrógeno resultan esperanzadores porque no contaminan y ofrecen autonomía superiores a los eléctricos puros, o solo de baterías. Los mejores prototipos actuales rondan los 500 kilómetros de radio de acción. Los que funcionan con hidrógeno comprimido equipan células de combustible, que combinan el oxígeno del aire y el hidrógeno del depósito para producir electricidad, y solo expulsan vapor de agua por el escape. Los de hidrógeno líquido, por el contrario, queman directamente el hidrógeno en el motor y generan ciertas emisiones, aunque casi nulas.  

Ante este panorama, lo más lógico sería utilizar hidrógeno líquido, como ya ha hecho BMW en sus prototipos. Pero plantea desafíos técnicos importantes, porque para mantener el hidrógeno en ese estado hay que alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto, es decir, que se aproximen a los 273 grados centígrados negativos (-253ºC en BMW). Y un depósito así no sale precisamente económico.

La inmensa mayoría de prototipos, como los de Honda, Toyota, Mercedes, Nissan y Opel, trabajan con bombonas de hidrógeno comprimido, que llegan hasta 700 bares de presión. Pero todavía no es suficiente para ofrecer autonomías competitivas frente a los automóviles de gasolina y gasóleo actuales, aunque se está cada vez más cerca.

Casi todas las marcas mencionadas han puesto en circulación unidades desde 2000 para ensayar la tecnología en condiciones reales, aunque tanto BMW como Honda dieron un paso más y comercializaron a finales de la pasada década, en régimen de alquiler, una pequeña serie de sus Serie 7 Hydrogen y FCX Clarity, respectivamente. A grandes rasgos, el principal escollo actual de estos vehículos es el coste, en torno al millón de euros por unidad. Por eso se alquilaron y no se vendieron.


Tubos de escape


Los combustibles fósiles son los más sucios, pero también los más energéticos y, además, asequibles. El eterno dilema.
La Agencia Internacional de la Energía lleva años alertando del permanente aumento de emisiones a nivel global, y de sus consecuencias sobre la subida de las temperaturas y el cambio climático. Y paradójicamente de nuevo, la actividad humana que más CO2 expulsa a la atmósfera es la producción de electricidad en centrales. A continuación se sitúan las industrias y las calefacciones domésticas y, después, el sector transporte.

En la siguiente tabla se pueden comparar los valores de energía que otorgan diversos combustibles, incluidos algunos de uso ancestral como el carbón y la madera. Las baterías de litio se emplean en los coches eléctricos modernos, mientras que las de níquel son las más habituales en los modelos híbridos. Las baterías de plomo, por su parte, son las tradicionales, las de pequeño tamaño que llevan todos los automóviles. 

 

Combustible                        Energía por volumen (Wh/l)   Energía por masa (Wh/kg)
Gasóleo                              10.700                                     12.700
Gasolina                              9.700                                      12.200
Grasa corporal                     9.700                                      10.500
Carbón                                9.400                                        6.600
Butano                                7.800                                       13.600
Propano                               6.600                                      13.900
Etanol                                  6.100                                       7.850
Metanol                                4.600                                       6.400
Gas natural (a 250 bares)      3.100                                      12.100
Hidrógeno líquido                  2.600                                      39.000
Hidrógeno (a 350 bares)           750                                       39.300
Madera (valor promedio)          540                                         2.300
Batería litio cobalto                 330                                            150
Batería litio manganeso           280                                            120
Batería níquel metal hidruro     180                                              90
Batería plomo ácido                   64                                              40
Aire comprimido                        17                                             34


Hay 15 Comentarios

oso que su equivalente eléctrico.
Además, el motor de explosión necesita de o

Buen artículo. Ponderado. Pero como pasa a menudo se cuelan datos de la energía "potencial" de la gasolina (12200Wh/Kg) que ignoran la baja eficiencia del proceso de combustión en un coche convencional (aprox. 30%). 3600Wh/Kg es lo que realmente aprovechan. Las baterías son mucho más eficientes como apuntan los propios autores. A esa reducción habría que sumar el peso del depósito y el diferencial de peso de motores (ICE vs eléctrico) y sistemas auxiliares como apunta Rex más abajo. Eso sí, los coches convencionales convierten TODO el combustible en contaminantes, no sólo el 30%. Y la gasolina es barata porque no incluye en su precio los costes sociales (cancer) ni medioambientales (es decir, los costes no internalizados). El cambio es ineludible. Pero no sólo a coches eléctricos sino a producción de energía sostenible y limpia.

so que su equivalente eléctrico.
Además, el motor de explosión necesita de otros accesorios que el m

Es tan fácil ahorrar y mejorar el medio ambiente que me da rabia que no lo hagamos más. Estos coches pasarán a ser el standard en la carretera igual que la iluminación led en las casas y negocios.

Para Abraracurcix y en general acabas de describir perfectamente el modelo hibrido de una marca japonesa que empieza por la letra T (para no hacer Publicidad).Su motor termico (gasolina) actualmente un 1.8 y antes 1.5 .Motor electrico con capacidad regenerativa de las baterias en frenadas y en bajadas...y conduccion pulse&glide...ya esta inventado solo lo van mejorando a cada generacion

el motor mueve un alternador , que a su vez carga una batería y alimenta la motorización eléctrica a través de un sistema electrónico de rectificado y regulación. En cuanto a la motorización, lo ideal es que cada rueda sea un mo

Buen articulo. Esperemos que avance la tecnología en esto de los coches electricos.

Me apunto 100% a lo que expone Abraracurcix, al menos mientras las baterías no almacenen más Y a A menor Coste.

Hay una alternativa intermedia que presenta ciertas ventajas:
El sistema sería:
Un motor de explosión, alimentado con gasóleo o gasolina, de mucha menor potencia (y tamaño/peso) que los actuales. Si se le hace trabajar en su régimen de revoluciones por minuto más eficiente, se optimiza el rendimiento, minimizando bastante el consumo y las emisiones. El eje del motor mueve un alternador , que a su vez carga una batería y alimenta la motorización eléctrica a través de un sistema electrónico de rectificado y regulación. En cuanto a la motorización, lo ideal es que cada rueda sea un motor eléctrico tipo brushless o de continua, para evitar transmisiones mecánicas.

Puede parecer engorroso, pero batería y alternador ya llevan los coches (los nuevos serían algo más grandes). Por otro lado el motor de explosión sería mucho más pequeño y te ahorras la caja de cambios. Al hacer un uso más eficiente del combustible, el depósito puede ser más pequeño. Se parece a un híbrido pero hay notables diferencias.

Además, cuando se resuelva el problema de la capacidad energética por volumen/peso de las baterías, o pilas de combustible, los cambios para adaptar el vehículo a la nueva tecnología serian menores.

prueba

Un artículo de lo más interesado enhorabuena.

http://www.recargacocheselectricos.com

Bueno hay que entender y ser realista ya que llegara el dia en que el petroleo, la gasolina, e incluso el gas natural junto con el ethanol desaparezcan y se extingan y cuando eso ocurra las empresas automotricez tendran que optar por fabricar autos electricos asi quieran o no eso es un hecho que no se puede negar...

Interesantisimo post. Datos y objetividad. Bienvenidos.

Muchos datos relevantes, los estudios de eficienia energetica confirman que para casi cual alternativa a los combustibles fosiles son notablemente menos contaminantes y sus contraprestaciones cada vez mas similares, intentemos mejorar nuestro medio ambiente con argumentos....

Enhorabuena por el post.

C.L.J - EuroAir.es

Excelente artículo, sólo una pequeña pega:
Comparar sólamente el volumen que ocupa el depósito de gasolina con las baterías de un coche eléctrico no es justo.
No hay que olvidar que un coche de gasolina también necesita de una batería y que un motor de explosión es mucho más voluminoso que su equivalente eléctrico.
Además, el motor de explosión necesita de otros accesorios que el motor eléctrico prescinde como son los sistemas de refrigerado y de escape de gases.

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Sobre los autores

Luis Pérez-Sala, expiloto de Fórmula 1, y Manuel Gómez Blanco, su gerente entonces y también periodista, han probado para El País todos los nuevos modelos que han salido al mercado en España en los últimos 20 años. Ahora, con la llegada del coche eléctrico, afrontan una nueva etapa en su viaje por las tecnologías del automóvil. Y contarán con la ayuda de Marcos Baeza, periodista especializado en motor.

Manuel Gómez BlancoManuel Gómez Blanco.
Periodista, expiloto y único jurado español de los premios World Car of the Year (WCOY) y Green Car of the Year.

Luis Pérez-SalaLuis Pérez-Sala.
Piloto de Fórmula 1 en 1988 y 1989, Campeón de España de Turismos y Campeón de España de GTB (Gran Turismo).

Marcos BaezaMarcos Baeza.
Periodista especializado en tecnologías del automóvil y piloto amateur.

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