El “affaire” Volkswagen reabre el debate: ¿para cuándo el vehículo eléctrico?

Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

El reciente escándalo de Volkswagen y sus vehículos con motores diésel está haciendo que crezca el interés por los vehículos 100% eléctricos. En un mundo en el que el consumo de energía está absolutamente dominado por los combustibles fósiles, se plantean varios interrogantes: ¿cuánto durara el petróleo?, ¿será posible extraerlo sin comprometer el territorio?, ¿hasta cuándo seguiremos moviéndonos con los vehículos de motor de combustión interna?, ¿durante cuántos años más? Estas y otras preguntas surgen al plantearse el problema de la movilidad, aspecto esencial al mundo actual, sin el que no es concebible nuestra sociedad.

Las energías renovables están sustituyendo de manera gradual a los combustibles fósiles en el ámbito de la producción de energía eléctrica; pero en el sector de la automoción, la hegemonía del petróleo es absoluta. El planeta tiene unos recursos finitos y el petróleo parece ser uno de los más finitos; con lo que algún día dejaremos de poder desplazarnos ¿o no?

En este artículo analizaré tres características esenciales del vehículo eléctrico que lo hacen claramente superior al vehículo de motor de combustión interna: la eficiencia energética, el ahorro económico en términos de combustible y el ahorro de emisiones. Al final del artículo, expondré también cuales son los principales inconvenientes que al día de hoy, frenan su desarrollo.

1. Eficiencia energética del Vehículo Eléctrico

a) Eficiencia del motor

En los vehículos de motor de combustión interna (en lo que sigue, VMCI), se transforma la energía química del combustible que se quema (gasolina, diésel, keroseno) en energía mecánica, es decir se transforma calor en trabajo. Es imposible que una máquina convierta toda la energía térmica en trabajo o viceversa, pues siempre hay una parte que se pierde. La relación que hay entre la energía mecánica obtenida a la salida del motor y la energía térmica que tiene el combustible se denomina rendimiento o eficiencia energética. En los motores de combustión esta eficiencia no supera el 25%-30%, el resto de la energía se pierde en forma de calor a través del radiador, escape, bloque motor, etc. Esto significa que, de cada cuatro litros que consume un automóvil, únicamente uno se emplea en moverlo y los otros tres se pierden calentando el motor, sin que se aprovechen de ningún modo. Pero se queman y por lo tanto, emiten CO2 y otros gases contaminantes a la atmósfera. El detalle de las emisiones producidas por los VMCI lo analizaré en un párrafo posterior.

Este despilfarro de energía es especialmente significativo en España, pues el consumo de energía en el transporte es, proporcionalmente, el mayor de toda Europa Occidental. Así, mientras en el mundo el consumo de energía final destinado al sector del transporte representa el 28% del total y en Europa el consumo de energía en ese sector representa el 33% del total, en España constituye el 43 % del consumo total, como ya tuve ocasión de detallar en otro artículo publicado en este mismo blog. Además, el 80% de ese consumo se realiza por vehículos diesel, es decir, mayoritariamente por camiones que transportan mercancías, relegando a un segundo plano el transporte ferroviario, cuya potenciación permitiría un enorme ahorro de petróleo -un camión transporta en cada viaje una carga equivalente a un contenedor; un tren puede transportar el equivalente a 15-20 contenedores en un único viaje-.

Por el contrario, en el vehículo eléctrico (en lo que sigue, VE), el motor presenta una eficiencia energética elevadísima, del orden del 95%, ya que no hay procesos de combustión de ningún tipo y las partes móviles del mismo son mínimas, por lo que las únicas pérdidas por rozamiento de producen en la transmisión.

b) Eficiencia del ciclo del combustible

Cuando se analiza la eficiencia del ciclo completo del combustible, es decir, desde el pozo al depósito y de éste a la rueda, hay que contabilizar no sólo las ineficiencias del motor en sí, sino también las del proceso de extracción, transporte y refino -en el caso de los hidrocarburos- así como las que se producen en el proceso de generación del combustible del VE, es decir, de la electricidad. Ese es un proceso más complicado de analizar ya que el “mix” energético de España es dependiente en un grado elevado de las energías renovables y estas son por naturaleza, intermitentes; por lo tanto, debemos realizar un promedio anual. Queda fuera del alcance de este artículo detallar estas cuestiones. La eficiencia del ciclo de combustible completo para ambos tipos de vehículos se muestra en la figura. Como resultado final, la eficiencia final es del orden del 15% para el VMCI y cercana al 30% para el VE:

Eficiencia del ciclo de combustible del VMCI (izquierda) y del VE (derecha). Fuente: Endesa, Vehículo Eléctrico

2. Eficiencia económica del VE

Este punto es en el que las ventajas del VE frente al VMCI son más evidentes. En el cuadro siguiente se presentan unos datos comparativos entre los dos tipos de vehículos en el supuesto de realizar con ambos 100 km. En concreto, se analiza el gasto que representa el combustible a partir de los supuestos detallados en el cuadro. Se indica así mismo el consumo energético de los tres motores, expresado en kWh. Para efectuar ese cálculo se han supuesto las equivalencias que figuran en la nota [1] al final de este artículo:

Los precios del kWh corresponden a los dos tipos de contrato que figuran en la tabla, obtenidos de la página web de Red Eléctrica. Los márgenes indicados son las variaciones habidas en septiembre de 2015. Los precios de gasolina y gasóleo también corresponden al mismo mes.

A esto hay que añadir el desgaste del VMCI y el mantenimiento, que en este significa añadir aceite motor, revisiones periódicas, etc. En el caso del VE, el desgaste obedece exclusivamente a los elementos de tracción (ruedas principalmente), idénticos a los del VMCI, pero sin los demás del último.

3. Ahorro de emisiones de CO2

La contaminación de cualquier vehículo debe contabilizarse sumando tanto las emisiones directas, que son las emisiones que produce el propio motor del vehículo, como las indirectas, que son las emisiones producidas principalmente en el proceso de obtención y transporte de los combustibles que utiliza cada uno.

Aunque un VE no produce emisiones contaminantes durante su funcionamiento, la generación de energía eléctrica necesaria para moverlo si las provoca, siendo el grado de tales emisiones muy dependiente del “mix” energético con el que se haya producido dicha energía. El caso ideal sería recargar los VE únicamente a través de fuentes de energía renovables (energía eólica, solar o hidráulica, principalmente).

Unos cálculos sencillos y muy aproximados, permiten cuantificar la diferencia de emisiones producidas por los VE por contraste con los VMCI. Para tal cálculo, considero los siguientes supuestos:

i) El consumo medio de los VE actuales es de 14 kWh/100Km

ii) Las emisiones medias del “mix” de generación eléctrico español en el año 2014, teniendo en cuenta la participación en él de la generación con fuel, carbón y gas fue de 0.26 kg CO2/kWh, dato que varía ligeramente de año a año.

iii) El consumo de un vehículo diesel, con una potencia aproximada de 100 CV, es de 5,5 litros/100 km y las emisiones producidas son de 2,67 kg CO2/litro.

iv) Para el caso de un vehículo de gasolina con una potencia similar, los valores de consumo y emisiones son de 7,5 litros/100 km y 2,35 kg CO2/litro, respectivamente.

Con estos estos valores, las emisiones de CO2 generadas por un VE, por uno de motor diésel y por uno de gasolina por cada 100 km recorridos son las siguientes:

3,6 kgCO2 (VE); 14,7 kgCO2 (VMCI diesel); 17,6 kgCO2 (VMCI gasolina)

Claramente, el balance es positivo para el VE. Como efecto añadido, sobre todo después del escándalo de Volkswagen, pensar en las emisiones reales de otros gases además del CO2 de los motores diésel (emisiones de NOx, origen de la trampa detectada en los motores de la marca alemana) produce algún que otro escalofrío. En una vuelta de tuerca sobre este asunto, esta semana nos acabamos de enterar que las emisiones tramposas también afectan al CO2.

4. Problemas y frenos al desarrollo del vehículo eléctrico

¿Por qué no están ya rodando masivamente los VE por nuestras carreteras? Hay un gran número de problemas aún por resolver para hacer realidad el VE. Sin entrar en detalles ni ser exhaustivo, los principales factores que al día de hoy limitan su desarrollo son los siguientes:

a) Autonomía de las baterías. Es uno de los principales factores que limitan el desarrollo del VE. Los modelos más vendidos hasta la fecha, como el Nissan Leaf o el Think City disponen de baterías con unos 150 km de autonomía. Sólo los vehículos de alta gama Tesla disponen de baterías con autonomía cercana a los 500 km. Las previsiones estiman que en un plazo de 10-15 años, la autonomía para vehículos de gama media estará en los 300-400 km. El reciente trabajo de la Universidad de Cambridge sobre baterías de litio-oxígeno abre nuevas expectativas a esta limitación.

b) Materias primas para la fabricación de las baterías. Las de más autonomía están fabricadas con litio, elemento químico cuyos yacimientos más numerosos se encuentran en unos pocos países como Bolivia, Chile y Afganistán. Las previsiones de desarrollo indican que en un futuro próximo, el litio se reciclará, con lo que no será un problema encontrar yacimientos. Hay un mínimo de 35 millones de toneladas de reservas de litio reconocidas a nivel mundial. Las baterías de litio para los coches eléctricos necesitan menos de 15 kilogramos por batería y uno de los principales fabricantes, Renault-Nissan, indica que sólo necesita 4 kilogramos, por lo que muchos de los agentes implicados en el sector del VE esperan que este factor no suponga un freno excesivo.

c) Infraestructura de recarga y cargadores rápidos. El tiempo de recarga de las baterías se presenta como un factor crítico en el desarrollo del VE. Mientras haya incertidumbres o dudas sobre dónde se podrá recargar la batería si se hacen muchos kilómetros, el VE no se generalizará. Además, a esta limitación severa se unen unos tiempos de recarga muy elevados, entre 6 y 8 horas. Con una infraestructura de “electrolineras” distribuidas por todo el territorio y cargadores rápidos de 20-30 minutos todo sería más fácil, pero en este momento no deja de ser una utopía, lo que sitúa a estos factores como los principales escollos a superar para lograr la generalización del uso del VE.

5. Perspectivas de futuro

La apuesta por el VE por parte de algunos de los grandes fabricantes del mundo parece clara y en un período de tiempo no muy lejano los veremos circular masivamente por las carreteras de todo el mundo. En la siguiente figura se muestra la evolución esperada hasta 2050 para el número de vehículos en circulación según el tipo de combustible utilizado:

Hoja de ruta del VE en comparación con el resto de sistemas de propulsión. Fuente: International Energy Agency

Es obvio que unas previsiones a tan largo plazo pueden cumplirse en parte, apenas o nada, pero como es bien sabido, las previsiones se cumplen si se hacen los esfuerzos necesarios para que se cumplan.

Hay que potenciar los sistemas de transporte que eviten emisiones, reduzcan nuestra descomunal factura de petróleo (más de 38.000 millones de euros en combustibles fósiles, la mayor parte petróleo) y nos permita desarrollar nuestra propia infraestructura energética. De manera inmediata, lo agradecerá nuestra economía y a medio plazo, nuestro medio ambiente.

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[1] Las energías promedio que contienen un litro de gasolina y uno de gasoil, expresadas en kWh, son las siguientes:

1 litro de gasolina 95 = 9,2 kWh

1 litro de gasóleo = 10,3 kWh