Niveles de electrificación, sistemas de tracción y siglas relacionadas

Existe una gran confusión en torno a las tecnologías de electrificación de los vehículos. Por una parte, las propias marcas, que debieran ser las más interesadas en la transparencia, para que todo el mundo vea que están a la vanguardia, en realidad suelen ser las que más confunden al consumidor, para que este no vea que no están a la vanguardia: Acaban de descubrir el filón eléctrico y que no están preparadas para los nuevos tiempos por venir.

En realidad es comprensible, se las veían muy felices haciendo lo que llevan un siglo haciendo y el dieselgate, con el profundo rechazo que ha causado entre amplios sectores de la sociedad hacia las mecánicas diesel, pero sobre todo las normas europeas sobre niveles medios a no superar, en cuanto a emisiones de carbono, que están causando una verdadera revolución en el sector de la automoción.

Por otra parte, además de cambiar a peor la percepción de la sociedad sobre el motor de combustión interna, que ha pasado a ser un enemigo de la salud, también ha cambiado la percepción de los vehículos movidos por electricidad, que ya no son vistos como torpes vehículos de tamaño ridículo creados para personas “raras”, sino que ahora se los ve como lo que son, vehículos normales, solo que propulsados por otro tipo de energía. Es más, empiezan a ser objeto de deseo, como demuestra que en los últimos meses se han visto diferentes sorteos de los que era objeto un coche eléctrico. Curiosamente, para otros ámbitos, el ser eléctrico era “lo más”, pues, quien no ha oído al hacer algo de forma rápida y eficaz aquello de “que velocidad, pareces eléctrico”.

Antes de terminar esta introducción no quiero dejar de dar un tirón de orejas a una marca (Toyota) que hasta hace poco era de las que estaban más evolucionadas en electrificación de coches y que, ahora que ven que han perdido el hilo, se dedican con su publicidad a despreciar el hecho diferencial de los vehículos que tienen los niveles más altos en la escala que voy a detallar en breve, con afirmaciones como “la batería se carga sola” y “no necesita enchufes”, haciendo creer que la suya es una tecnología superior y más deseable, cuando los que son 100% eléctricos están condenados a vivir cerca de los enchufes y de ser cargados con una energía que obviamente tiene un coste, en vez ser “gratis” como los suyos y no requerir ningún elemento externo. Como decía, tirón de orejas para ellos, y una recomendación de mi parte: Así no. Si os habéis dado cuenta de que os habéis equivocado, no echéis tierra encima del que no lo ha hecho. Invertid y recuperad el tiempo perdido.

Paso pues a detallar esta escala que, como es obvio, está basada únicamente en mi propio criterio. Tal vez se pudiera representar de otras maneras pero yo ésta la he concebido así con un objetivo en mente, la reducción de emisiones de carbono que causa el transporte privado.

Nivel 0: Vehículos con tracción tradicional y mild hybrid

Nivel 1: Híbridos

Nivel 2: Híbridos enchufables

Nivel 3: Eléctricos de autonomía extendida

Nivel 4: Eléctricos, a baterías o con pila de combustible.

Nivel 0

Este es el nivel que tenían los coches que conducían nuestros padres. Vehículos en los que la electricidad solo era un medio para mejorar la seguridad y confort de viaje: Alumbrado, ventilación, entretenimiento… Esta electricidad era generada a bordo mediante un motor, diesel o gasolina, que era el que movía en exclusiva el vehículo.

Con el tiempo, las emisiones de carbono y de otros contaminantes han ido disminuyendo, mucho más los otros contaminantes que las de CO2, pero la fuente de energía mecánica ha sido siempre un combustible, y el sistema de tracción, con diferente mejoras, se ha mantenido prácticamente invariable durante muchas décadas. No voy a profundizar porque todos sabemos perfectamente cómo funciona un coche “tradicional”.

Aquí yo metería también la última incorporación de la industria de la automoción, una engañifa llamada de muchas maneras (mild hybrid, híbrido suave, híbrido de 48v…) y que consiste, casi invariablemente, en que una máquina eléctrica que reúne en uno solo las funciones de alternador y motor de arranque, y que gracias a la energía que acumula de las frenadas y que almacena en una batería de capacidad ridícula (del orden de dos a tres baterías de las usadas en un taladro a batería), es capaz de apoyar al motor de combustión en las siguientes aceleraciones. Es un engaño, como decía, no solo porque la teoría no tiene nada que ver con la práctica, y el ahorro de combustible y emisiones no es el que la intuición nos sugiere (esto ha sido objeto de otro artículo), sino más aún, por haber sido galardonada esta tecnología con la etiqueta de emisiones “ECO”, solo por el hecho de ser híbrida y de contar con una batería de tracción, compitiendo directamente con opciones mucho más superiores, como los vehículos del siguiente nivel.

Por último, aclarar que, también pertenecientes a este nivel y pese a que algunas marcas los están llamando híbridos (supongo que queriendo sumarse al tirón de la electrificación sin llegar a hacerlo), son los vehículos que en realidad debieran ser llamados bifuel. Me refiero a los vehículos movidos a GLP, GNC… Estos coches tienen motores ordinarios de gasolina con una pequeña adaptación para poder alimentarse, a elección, con gasolina o con un combustible gaseoso, que no es más que el tradicional butano/propano (bajo el rimbombante nombre de GLP), o gas natural, el mismo que consumimos en nuestras casas y que algunos llaman incorrectamente «gas ciudad», cuando es vendido bajo la denominación GNC.

Pese a ser galardonados también con la etiqueta ambiental «ECO» estos motores bifuel son marginalmente más ecológicos en emisiones contaminantes de tipo tóxico (óxidos de nitrógeno) y ligeramente menos contaminantes en emisiones de carbono y de partículas respecto a los diésel y gasolina. Esto sólo cuando son alimentados con gas, siendo algo más consumidores y contaminantes cuando son alimentados con gasolina. Comparados siempre con el motor equivalente de sólo gasolina, pues como decía, no pasan de ser meras adaptaciones de un motor preexistente de gasolina. Su ventaja es por tanto meramente económica, pues se pueden alimentar con un combustible menos gravado con impuestos, como ocurría antes con los alimentados a gasóleo, circunstancia que no tiene porqué mantenerse en el tiempo, como ha demostrado el gasóleo.

Nivel 1

Híbridos, o HEV, de Hybrid Electric Vehicle. Si debiera decir un modelo representativo de este nivel diría que es un Toyota Prius. En la actualidad hay muchas más opciones entre las que elegir, en esta marca y en otras, pero este fue el primer modelo producido en masa con las siguientes características:

Tiene un motor de combustión interna, que es el que convierte toda la energía que usa el vehículo, y tiene también, uno o varios motores/generadores eléctricos, ademas de una batería de tracción de tamaño y capacidad ya dignos de consideración.

Todavía toda la energía que ingresa al vehículo lo es en forma de combustibles, casi invariablemente gasolina, por considerarse ya un combustible más limpio que el gasoil, pero el sistema eléctrico es capaz de mover el vehículo por sí mismo, en ocasiones durante un par de kilómetros seguidos, si la demanda de potencia no es muy alta. Como no funciona exclusivamente como una asistencia al motor de combustión (aunque sí puede hacerlo y de hecho se hace con mucha frecuencia), que en condiciones de baja carga (no confundir con baja carga de la batería) aumenta su consumo y emisiones específicas de carbono, si resulta en una alternativa sensiblemente más eficiente y eficaz en reducción de emisiones de carbono.

Por lo explicado, no todo es tan bonito como nos quieren hacer creer algunos fabricantes, pues la reducción de consumo (y emisiones de carbono, pues tienen una relación directa, de 1:1), se cifra entre un 25 a 30 por cien en condiciones propicias, y casi inexistente en condiciones desfavorables. Está muy bien, es una tecnología con la que es necesario contar en el futuro más próximo, pero no nos creamos todo lo que nos cuentan.

Nivel 2

Híbrido enchufable o PHEV, de Plug-in Hybrid Electric Vehicle. Estos vehículos son la evolución lógica del nivel anterior, de hecho muchos Toyota Prius fueron adaptados por sus propietarios para poder cargar su batería con un enchufe. Y es que se diferencian de los del nivel anterior únicamente en la capacidad de la batería de tracción, varias veces mayor, la mayor potencia del motor eléctrico y la posibilidad de ser enchufados a la red eléctrica, siendo muy similares en todo el sistema motor y la transmisión.

Invariablemente, su motor eléctrico es de potencia inferior al de combustión, pudiéndose simplificar como que cumple funciones auxiliares. Esta simplificación reconozco que tiene mucho de exageración y algo de verdad desde el momento en que estos vehículos pueden, durante muchos kilómetros (desde 20 a cerca de 50), desenvolverse perfectamente en el tráfico de la ciudad y sus vías de acceso sin necesidad de utilizar su motor de gasolina si somos cuidadosos en el empleo del pedal de aceleración. Y es aquí donde se podría considerar que el motor eléctrico cumple funciones auxiliares, pues en cuanto demandemos potencia para facilitar una incorporación un poco complicada o para moverse con agilidad en un tráfico urbano denso, el motor de gasolina va tener que entrar en acción, además de que va hacerlo con el motor frío, que es cuando más contaminantes resultan sus emisiones, debido a que, al funcionar sólo en determinados momentos, nunca alcanza la temperatura de servicio. También entrará en funcionamiento, aunque no sea necesario para la tracción, cuando se encienda la calefacción, ya que en la mayoría de modelos ésta sigue estando basada en el calor sobrante del motor de combustión, al no poder la pequeña batería de tracción aportar la potencia combinada del motor eléctrico y de la calefacción.

Aún con todas estas pegas, a mi parecer, el balance es positivo y debería promocionarse su uso por parte de la administración, siempre que haya mecanismos que garanticen que su parte enchufable se utiliza de forma efectiva, pues no faltan los ejemplos en los que se ha demostrado que nunca se habían enchufado a la red eléctrica y que su compra se había encaminado únicamente a la obtención de beneficios fiscales, subvenciones en el precio de compra o exención de la prohibición de circular por ciertas zonas, al ser acreedores de la etiqueta «cero emisiones», cuando no todo a la vez. Sin esos mecanismos, que actualmente no existen, deberían ser equiparados a un híbrido normal, del citado nivel 1, quedando sus ventajas en prácticamente económicas al ser su coste de utilización mucho menor cuando se usa en modo eléctrico.

Nivel 3

Eléctrico de autonomía extendida. En nuestro país sólo se han comercializado tres modelos de esta variante: los gemelos Chevrolet Volt/Opel Ampera y el BMW i3 rex. Está planeado también por Mazda lanzar un modelo con extensor basado en motor rotativo.

Los dos primeros, siendo puristas, quizá no debieran estar en esta categoría, pues el motor de combustión colabora en algunas ocasiones en la tracción del coche, pero en realidad, el motor eléctrico siempre está presente en la tracción, cuentan con una autonomía eléctrica respetable, de alrededor de 60 kilómetros, y aunque se demande potencia no es necesaria la intervención del motor de gasolina. En ellos, el motor eléctrico y el de gasolina son principales «de pleno derecho» y su transmisión es similar a la HSD que Toyota usa en sus híbridos de nivel 1.

En cambio en el BMW i3 rex, el motor de gasolina se puede considerar completamente auxiliar. Para empezar, en el BMW el motor de gasolina nunca mueve el vehículo, sino que se limita a generar electricidad destinada a reponer la que consume el motor eléctrico, y además su potencia sería insuficiente para mover el coche con soltura. Sin embargo, debido a que el motor eléctrico, que es el que siempre mueve las ruedas, consume electricidad proveniente de la batería, siempre que la potencia media consumida no exceda de la máxima que provee el de combustión, se podrá mantener a la vez el nivel de carga de las baterías y la potencia intacta del motor eléctrico, utilizando la energía almacenada en la batería para los momentos en que la demanda de potencia es alta y reponiéndola más tarde cuando la demanda no sea tan alta. Ello le permite mantener velocidades al límite de la legalidad pese a la discreta potencia de su motor de gasolina. La capacidad relativamente alta de su batería facilita que el motor de combustión sólo deba utilizarse en contadas ocasiones. Además su transmisión está simplificada al máximo, prescindiendo de cambio de marchas de ningún tipo y de consumibles como el embrague.

La calefacción y aire acondicionado siempre funcionan en exclusiva con energía eléctrica, siendo su funcionamiento instantáneo, por no ser necesario esperar a que se caliente el motor. Por tanto, si exceptuamos las contadas ocasiones en que se encienda el motor de combustión, por ejemplo en un viaje largo, se pueden considerar sin problema como cero emisiones en el lugar de uso, ya que las emisiones reales dependerán de el mix eléctrico del país, pudiendo ser algo inferiores a la de un modelo de combustión en países muy dependientes del carbón para la generación eléctrica (por ejemplo Polonia), a virtualmente cero en países con muy poca intervención de combustibles fósiles en la generación de electricidad, como por ejemplo Noruega.

Pese a las últimas polémicas, está demostrado que, aunque el impacto de la fabricación de un vehículo eléctrico es superior a la de uno de combustión, en un país con un mix eléctrico con una presencia razonable de renovables, como el de España, esa diferencia queda amortizada rápidamente y resultando en una emisiones de carbono varias veces menores en el ciclo de vida del vehículo.

Por desgracia, de los modelos nombrados, ya no se comercializa en Europa ninguno de los tres, siéndolo solamente en Estados Unidos, siendo desplazados aquí por los cada vez más capaces modelos del siguiente nivel.

Nivel 4

Eléctricos a batería, o BEV, de Battery Electric Vehicle. Existen modelos desde hace mucho tiempo, de hecho los primeros automóviles a baterías eran superiores en prestaciones a los primeros de gasolina, pero al mejorar el desempeño de estos últimos, lideraron el mercado durante décadas, utilizándose vehículos y maquinaria eléctricos sólo en determinadas situaciones donde no es conveniente un vehículo con tubo de escape. Ahora es cuando, debido a la mejora de las prestaciones de las baterías y a las preocupaciones medioambientales, están volviendo a tener el protagonismo que tal vez nunca debieron perder. Su tracción es siempre eléctrica y consumen energía exclusivamente de la red eléctrica. Igualmente, como en el caso del BMW i3 rex, su transmisión es tremendamente simple, no existiendo embrague y ni siquiera marcha atrás, siendo sustituida ésta por la inversión del giro del motor.

La continuidad de la movilidad queda garantizada por la cada vez mayor presencia de puntos de carga rápida y la ya total inclusión de tales sistemas en los modelos comercializados, de manera que, según la capacidad de la batería y la potencia de carga, resulta posible reponer el 80 por cien de la carga en tiempos que van, desde 20 minutos en los modelos de menos autonomía, hasta menos de una hora en los que acreditan autonomías más largas y que permiten atravesar la península con dos o tres cargas, a un coste siempre inferior al de la gasolina.

Aún con todo, la manera preferencial de carga debiera ser lenta y nocturna, para aprovechar los periodos de descanso y el hecho de que por la noche la electricidad es mucho más barata y las emisiones de CO2 asociadas a la generación mucho menores, por la mayor proporción de renovables, siendo de esa manera el coste por kilómetro hasta 10 veces menor al de un vehículo con motor de gasolina.

En este nivel de electrificación entra también los vehículos movidos a pila de combustible (FCEV, de Fuel Cell Electric Vehicle). En éstos, la batería es sustituida por una en la que, en vez de recargarse con electricidad proveniente de un enchufe, lo hace con un suministro constante de hidrógeno, siendo muy similares en todo lo demás. Su ventaja es pues que no es necesario esperar para recargarla, sino que se reposta hidrógeno de manera similar a la que se hace con la gasolina, con autonomías menores, eso sí, por la dificultad en transportar grandes cantidades de hidrógeno.

Por el tubo de escape sólo sale vapor de agua pero su nivel de emisiones de carbono depende de la tecnología empleada en la obtención del hidrógeno (no existen yacimientos de hidrógeno en la naturaleza, debiendo «fabricarse»), siendo, desde sensiblemente más altas en el caso de obtenerse del gas natural (opción predominante en la actualidad) o varias veces mayores si se obtiene por electrolisis del agua usando electricidad generada con gran uso de carbón, a virtualmente cero si la electrolisis se hace con electricidad renovable.

Hay que destacar también que, en comparación con un vehículo BEV, un FCEV consume cerca de tres veces más energía primaria, teniendo por tanto unas emisiones finales de CO2, igualmente del triple, si las hubiera, resultando que, con el mix eléctrico presente en la mayoría de países, los FCEV no contaminan el aire de las ciudades, pero no resultan tan ecológicos como pudiera parecer, pues sus emisiones de carbono son similares a las de modelos a combustión del nivel 0. Nuevamente, naciones como Noruega son la excepción pues su electricidad prácticamente libre de emisiones de CO2 les permite ser neutros en este aspecto.

Por otra parte, en los últimos tiempos está en entredicho la seguridad del hidrógeno, combustible muy difícil de manejar, con varios accidentes graves en instalaciones de almacenamiento y distribución de hidrógeno.

¿Evolución futura?

Con las normas de emisiones de CO2 impuestas por la Unión Europea, los modelos del nivel 0 están condenados a desaparecer, ya que son incapaces de reducir sus emisiones por debajo del máximo establecido de 95 g/km. Serán las marcas las principales interesadas en retirar sus modelos más contaminantes, pues las multas son cuantiosas, pudiendo alcanzar varios miles de euros por unidad vendida en el caso de los modelos menos ecológicos. Serán desplazados pues por versiones del nivel 1 y 2 en los primeros años, alcanzándose rápidamente mayoría de ventas del nivel 4 en la próxima década. La mayor economía de uso y la posibilidad de esquivar multas de la UE por parte de los fabricantes va a  obrar el “milagro”, pues se prevé que los combustibles fósiles van a ser fuertemente gravados con tasas de CO2, siendo que el uso de un vehículo movido a combustibles fósiles va a resultar mucho más caro que ahora.

¿Nivel 5?

No hay tecnología actual que haga creer en una revolución en los sistemas de tracción. Como mucho ligeras evoluciones de los sistemas actuales, baterías más ligeras, compactas y de mayor capacidad, con nuevas químicas basadas en electrolito sólido, azufre, o radicalmente distintas y que prescinden del litio y cobalto, pero en esencia, baterías que almacenan electricidad y se recargan, en más o menos tiempo.

Tampoco se espera una mejora radical en la obtención de hidrógeno que lo haga menos intensivo en consumo de energía primaria, ni que lo haga más fácil y eficiente de transportar y manejar. Por todo ello, ahora mismo se descarta totalmente un posible nivel 5, siendo el 4 el más avanzado tecnológicamente y el que menos emisiones tiene de gases de efecto invernadero, causantes del calentamiento global.

 

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