El vehículo eléctrico y su infraestructura de carga. Ana Pozo Ruz
de magnitud de la demanda de energía eléctrica esperada. Si se necesita más información, se pueden consultar los distintos modelos que se ofrecen en la actualidad en el mercado en el Anexo I y II.
Comparado con el motor de gasolina, para la determinación de la eficiencia de un vehículo eléctrico influye de manera considerable el supuesto que se haga del elemento generador. Una central térmica puede tener una eficiencia algo superior al 50 % y otra con fuentes renovables puede alcanzar el 100 %. En cambio, el vehículo convencional de gasolina con motor de combustión interna tiene una eficiencia global del 25 %.
Esto implica que, de la energía del combustible introducido en el vehículo, solo se obtiene en forma de energía mecánica para el movimiento de las ruedas el 25 %, desaprovechándose el 75 % restante de la energía. Esta pérdida de energía deriva de distintas causas: rozamientos dentro del motor o en la tracción, o los propios factores termodinámicos limitadores del rendimiento en los motores de combustión interna.
Por otro lado, para el vehículo híbrido enchufable, la introducción del motor eléctrico, además del motor convencional, contribuye a la mejora de la eficiencia energética. En el caso del vehículo eléctrico puro, el rendimiento puede alcanzar mayores valores si la electricidad que carga las baterías de este vehículo tiene un origen plenamente renovable, menor si proviene de generación eléctrica basada en gas natural. Lógicamente, la eficiencia del PHEV, dado que es una combinación de motor convencional y eléctrico, tendrá una eficiencia variable hasta de un 50 % según la utilización de los mismos, muy superior a la del vehículo convencional o el híbrido tradicional. Según estas cifras, se puede llegar a aprovechar el doble de energía en un PHEV respecto a un vehículo convencional, como puede verse en la figura 2.4.
2.3 Vehículos propulsados por hidrógeno
El vehículo eléctrico está aún en fase de desarrollo e implantación en el mundo, y se perfila como la principal alternativa a los vehículos convencionales de consumo de combustibles fósiles. Sin embargo, las baterías no son la única alternativa disponible para suministrar energía eléctrica al vehículo. Sería aconsejable nombrar, al menos, a uno de los posibles competidores y ver qué características ofrece este al mercado.
Figura 2.4. Análisis de la eficacia del vehículo de gasolina respecto al eléctrico
El esquema simplificado de un vehículo impulsado por pila de combustible de hidrógeno consta de las siguientes partes: un motor eléctrico, para darle motricidad al vehículo (suelen ser motores síncronos); la pila de combustible de hidrógeno, que genera la electricidad para alimentar al motor, y que además puede utilizar combustibles indirectos para la generación de hidrógeno; la unidad de control electrónico, para procedimientos electrónicos de alto rendimiento; los acumuladores de energía, que pueden ser tanto baterías como supercondensadores; y el depósito de combustible, en este caso, hidrógeno. El conjunto de estos elementos queda reflejado en la figura 2.5.
Figura 2.5. Esquema del vehículo de hidrógeno
El uso actual del hidrógeno está centrado principalmente en pilas de combustible limpias y para almacenamiento de energía. La pila de combustible de hidrógeno contiene básicamente hidrógeno y oxígeno, y produce electricidad a través de una reacción química y agua.
Los principales problemas surgen en la producción, almacenamiento y distribución. El rendimiento oscila entre el 35 % y el 40 %, prácticamente el mismo que el motor de gasolina. Entre sus principales inconvenientes pueden citarse:
• La distribución, que dentro del propio vehículo es complicada. Sería más adecuado que fuese suministrado en estaciones de servicio, lo que obliga a generar una infraestructura de producción y distribución totalmente renovada.
• El almacenamiento, para lo que hay que tener en cuenta que el hidrógeno es muy volátil y, a temperatura ambiente, ocupa más espacio que la gasolina normal, por lo que serían necesarios tanques de mayores dimensiones que los actuales. Además, necesitaría un diseño adecuado para evitar las fugas y resistir posibles colisiones de alto impacto. Sin embargo, hay que señalar que es más fácil de almacenar que la propia electricidad.
• La generación, donde en la actualidad los costes de producción son muy elevados, ya que las pilas son muy pesadas. La situación se prevé así durante los próximos treinta años, por lo que sería necesario invertir en mejorar las tecnologías asociadas a la producción de hidrógeno.
La figura 2.6 muestra el ciclo de energía del hidrógeno. A diferencia de las baterías, no es necesario recargar las pilas de hidrógeno, que generan energía mientras que estén recibiendo combustible.
Figura 2.6. Ciclo de energía del hidrógeno1
Para saber cómo funciona la pila de combustible, basta con describir el principio de actuación, que no es otro que el de la inversión del clásico experimento de la electrólisis. Dicho experimento consiste en hacer que una corriente eléctrica atraviese el agua para descomponerla en oxígeno e hidrógeno. En la pila de combustible se alimentan oxígeno (del aire) e hidrógeno en las dos caras opuestas de un lecho reactivo, en el que a través de un catalizador ambos elementos se combinan para formar agua y generar energía eléctrica durante el proceso. De entre todos los procesos desarrollados hasta el momento, el que consigue niveles de funcionamiento más efectivos es el de membrana de intercambio de protones, que funciona a una temperatura en torno a los 80 °C. El principio de funcionamiento está representado en la figura 2.7.
Figura 2.7. Esquema de funcionamiento de una pila de combustible
En definitiva, existe la posibilidad de usar una tecnología muy prometedora, pero aún es necesario retirar la dependencia de los combustibles fósiles. Además, se necesita una gran cantidad de energía eléctrica para separar el hidrógeno de forma individual del compuesto original, ya que es altamente reactivo. Lo ideal sería que, gracias a la energía solar, el hidrógeno se generase a partir de agua de mar. De esta forma se conseguiría un combustible de forma limpia e inagotable, sin contaminar el aire ni emitir partículas nocivas para la salud. Pero la creación de toda una nueva infraestructura formada por plantas de fabricación, distribución mediante tuberías y embotellado, y estaciones de servicio, así como construir el propio vehículo, sigue generando unos costes altísimos. Además, el factor más acuciante a tener en cuenta es que el hidrógeno es un material altamente explosivo, lo que añade muchas especificaciones de seguridad al vehículo, pudiéndose hacer necesario incluir un depósito de grandes dimensiones para permitir recorridos largos como hacen los vehículos actuales. Habrá que esperar para ver cómo se desarrolla esta tecnología de cara a los próximos años.
2.4 Futuro de los vehículos eléctricos
Entre las cuestiones y limitaciones que deben tenerse en cuenta en cualquier análisis sobre el vehículo eléctrico y que pueden afectar a su futuro, destacan las mostradas en la figura 2.8.