Diferencias en impacto y eficiencia entre diferentes sistemas de tracción

Es un típico en las conversaciones cuando alguien se me acerca al ver que pongo mi coche a cargar, en la calle, en un centro comercial… el que te pregunten ¿Y qué autonomía tiene?, ¿Y cuanto gasta?, porque con lo cara que está la luz…Pues de eso vamos a hablar hoy, de cuánto gasta un coche, atendiendo a su sistema de tracción, no sólo en dinero, que es muy importante, sino en energía, que me parece más importante aún.

No hay muchas diferencias en la cantidad de energía mecánica que necesita un vehículo para moverse a cierta velocidad, o para acelerar o afrontar una pendiente. La primera depende fundamentalmente de su aerodinámica, de lo fácilmente que corte el aire. La segunda es directamente dependiente de su peso.

En cuanto a la aerodinámica, un coche alto y con formas más bien cuadradas siempre va a consumir más que uno más bajo y con formas redondeadas. Aquí, más que diferencias en cuanto al sistema de tracción, las hay en el tipo de vehículo: una furgoneta, todoterreno, SUV, siempre van a tener un consumo más alto a la misma velocidad.

En cuanto al peso, cuanto más peso tenga un vehículo, por sí mismo o por la carga que transporta, más energía va a necesitar para acelerar su masa o para subir por una pendiente. Vamos a ir introduciendo ya términos de física: la energía se mide en kWh. Si, kilovatios hora, los mismos que se cobran en la factura de la luz en el epígrafe de… energía. Si en vez de energía eléctrica se trata de energía «mecánica» es perfectamente correcto emplear también kWh, aunque no es tan habitual, al menos conversando con el vecino, o con un amigo. Hay que tener en cuenta, no obstante, que aunque los términos sean equivalentes, no lo es la eficiencia del sistema empleado para llegar a energía mecánica, por lo que en este artículo hablaremos de energía primaria.

Como decía, si un coche pesa más, va a consumir más energía. Aquí sí hay ya una diferencia en cuanto al sistema de tracción. Un vehículo eléctrico, por lo general, tiene un mayor peso, debido a las baterías, aunque también es cierto, que a la hora de frenar o de bajar la pendiente, toda esa energía tiene el potencial de ser recuperada, cosa que un vehículo eléctrico tiene muy fácil y que otro con motor de combustión lo tiene mucho más difícil, si no es por medio de un sistema eléctrico, y que es la razón de ser de los vehículos híbridos.

En el funcionamiento de un vehículo se dará siempre una combinación de los dos factores, aerodinámica y peso, a la hora de consumir una cantidad de energía para hacer cierto recorrido. Por ello, se han ideado diferentes ciclos de conducción que consiguen, con mayor o menor precisión, predecir que consumo va a tener un vehículo en unas condiciones de uso reales. Generalmente suelen pecar de optimismo dando unos consumos bastante menores a los que se van a conseguir en el uso diario. Aún así, esos consumos resultan empequeñecidos de manera bastante similar en un caso u otro, así que nos sirven para hacer la comparación.

Cojamos pues los consumos, medidos por el ciclo WLTP, de un  modelo que cuente con los dos sistemas de motorización y que pese a ser un SUV, ha demostrado contar con una aerodinámica bastante aceptable, el Hyundai Kona.

En su versión eléctrica, consume 14,3 kWh/100 km., mientras que en su versión de gasolina más cercana en potencia (1.6 T-GDI) consume 6,7 litros a los 100 km.

Vale, tenemos un problema, no son medidas equivalentes, por lo que debemos armonizarlas. Como convertir de kWh a litros sería muy complejo, vamos a hacerlo al revés, convertir cuántos kWh de energía genera la combustión de 6,7 litros de gasolina.

Cada litro de gasolina proporciona 9,66 kWh de energía calorífica (si, los kWh sirven también para calor), de manera que un Hyundai Kona de gasolina necesita de 64,72 kWh de energía para recorrer 100 km. En el eléctrico ya tenemos la cifra de antes, 14,3. Es decir un Kona de gasolina necesita más de cuatro veces más energía para moverse que su equivalente eléctrico, aún con su mayor peso. Ello es debido al mucho menor rendimiento de su motor de combustión interna.

¿Y en cuanto a las emisiones de CO2? Existe el mito de que la electricidad se genera quemando carbón o petróleo, y que por tanto contamina lo mismo o más. Veamos cuánto hay de cierto en ello.

Según datos oficiales, la generación de 1 kWh supuso en España 321 gramos de CO2 en 2018. Esta cantidad es resultado de que el 62% de la energía eléctrica producida en el 2018 fue libre de emisiones de carbono (eólica, fotovoltaica, hidráulica, nuclear…). De esos 321 gramos se calcula que un Kona eléctrico que se alimente de la energía de la red eléctrica emite, de forma indirecta, 4,59 kg de CO2 cada 100 km. Su contraparte de gasolina emite de forma directa 15,43 kg, además de otros gases tóxicos. Esta cifra es fija, puesto que el origen de la gasolina siempre es el petróleo, mientras que el CO2 que emite la generación de electricidad es dependiente de la proporción de renovables, cuya participación en el mix eléctrico es cada vez mayor, y por tanto resulta que la emisión de CO2 es cada vez menor.

Queda pues claro que el uso de un vehículo eléctrico resulta en un consumo de energía y una emisión de CO2 de aproximadamente la cuarta parte que si se tratase de uno movido a gasolina.

El Hyundai Kona no tiene una versión a gas (GLP o GNC) por lo que no tenemos datos exactos y tendremos que hacer estimaciones de cuánto consumo y emisiones tendría un hipotético Kona a GLP, pero es una cifra bastante aceptada que el consumo en litros de gas aumenta un 15% con respecto a gasolina. Ello es debido a que cada litro de gas proporciona menos energía que la gasolina. En cuanto a emisiones de CO2, son poco menores, ya que, aunque la quema del GLP o GNC emite menos CO2, al ser el consumo mayor, esa ventaja queda parcialmente eliminada, siendo las emisiones totales de CO2 reducidas en ese 15% aproximadamente, es decir, en el caso del Kona serían 13,12 kg de CO2 por cada 100 kilómetros, con un consumo de energía similar.

En resumen, por cada 100 km:

• Gasolina: 64,72 kWh de energía, con unas emisiones de 15,43 kg de CO2.
• GLP: consumo de energía similar, 13,12 kg de CO2.
• Eléctrico: 14,3 kWh de energía, que en España supone una emisión de CO2 de 4,59 kg.

Anexo: Ha habido voces que decían que la batería de un eléctrico, en su fabricación, genera emisiones de CO2 superiores a la de un modelo equivalente de gasolina en todos los kilómetros que recorrerá en su vida. Como tenemos ya calculadas las emisiones de uno y otro, es muy fácil averiguar cuánto tiene esto de verdad.

Para ello vamos a calcular las emisiones que supone la fabricación de la batería (no voy a pormenorizar los cálculos por no alargar innecesariamente y tratarse de cálculos muy sencillos). El artículo en cuestión, pese a no tener mas de tres meses, está desaparecido, así que no tengo sus cifras exactas, pero tengo el gráfico que usó en su justificación. En ese gráfico, según estudios que son del 2011, una batería supone unos 200 kg de CO2 por cada kWh. Si nos atenemos a las estimaciones más recientes, donde las renovables tienen mucho más peso en el mix energético mundial, esta cifra ronda los 50 kg.

De manera que, en una vida de 200.000 km, un Kona eléctrico con los datos de 2011 emite (sumando la fabricación de su batería de 64 kWh): 21.980 kg de CO2.

Un Kona de gasolina: 30.860 kg.

Un hipotético Kona a GLP: 26.240 kg.

Esto según la cifra más pesimista, que es de lo que se estimaba de impacto de la fabricación de la batería en 2011. Si nos atenemos a las cifras más recientes, y seguramente más exactas para el momento actual, el eléctrico supondría unas emisiones totales (electricidad + batería) de: 12.380 kg. Poco más de la tercera parte que su equivalente de gasolina.

Pero incluso la producción de baterías puede tener diferencias notables dependiendo de la localización de la fábrica. No será lo mismo la planta de LG en Polonia, un estado fuertemente dependiente del carbón, que la de Northvolt en Suecia. Un estado que se alimenta al 80% de renovables y nuclear, y que en 2040 quiere hacerlo al 100% con renovables. Incluso podemos ir más allá, y dentro de un mismo país una planta podrá emitir menos si se apuesta por las renovables en su construcción. Como ejemplo la inversión que Audi está realizando en la planta húngara de Győr, que contará con la instalación fotovoltaica más grande del mundo sobre tejado, con 160.000 metros cuadrados de superficie y 12 MW de potencia.

Si contásemos en el cálculo del gasolina, el impacto que produce el aceite que va a usar durante toda su vida, pastillas y discos de freno, filtros… probablemente llegaríamos a la conclusión de que el eléctrico tiene unas emisiones de CO2 de un tercio con respecto al de gasolina. O incluso menos, ya que tampoco se ha incluido toda la parte de extracción del petróleo, refino, transporte, y que algunas fuentes valoran en 13 kWh de energía primaria por cada 6 litros de combustible, con sus correspondientes emisiones de CO2, además de las que van a generar los 6 litros en su quema.

Curiosamente, con la energía que cuesta producir los 6 litros de combustible con el que el Kona de gasolina hace casi 100 km., el eléctrico recorre esos mismos kilómetros, sin necesidad de generar electricidad adicional.

Aún con las cifras más pesimistas en la fabricación de las, según algunos, contaminantes baterías, y sin contar con el resto de externalidades que he relatado en los últimos párrafos, el uso de un vehículo eléctrico supone un ahorro de 9 toneladas de CO2, cifra que aumenta a las más de 18 toneladas en el caso de estimaciones más realistas, acordes a la técnica actual. Según ello se desprende que, a partir de los 20.738 km, un vehículo eléctrico resulta en un ahorro neto de energía y emisiones de CO2.

De tener unas emisiones de CO2 mayores en cada kWh, como ocurre en algunos países muy dependientes del carbón para la generación eléctrica, esto llega más tarde, pero aún en el caso de ser del doble, sigue resultando más interesante el uso de un eléctrico, aún dando como ciertas las estimaciones más pesimistas en la fabricación de la batería.

Fuente | Ivl.se

Acerca de Jesús Gómez: Divulgador de la sostenibilidad en sus muchas vertientes. Bueno, más que fan, pienso que es una necesidad en el mundo moderno. Anecdóticamente, además de informático fracasado, también soy instalador eléctrico por lo mis inquietudes medioambientales pasan necesariamente por mi oficio actual. Interesado en todo tipo de ciencias, especialmente física y todo lo relacionado con la exploración y observación del espacio.

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Artículo creado bajo licencia Creative Commons BY-SA

Gráficos: Articulo del IVL “The Life Cycle Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions from Lithium-Ion Batteries – A Study with Focus on Current Technology and Batteries for Light-duty Vehicles” Figura 3, de Mia Romare y Lisbeth Dahllöf.

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