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¿Cuánto tendrían que evolucionar las baterías para poder desarrollar barcos portacontenedores de gran tamaño?

Uno de los principales efectos secundarios de la pandemia, ha sido la mayor concienciación de la gente y gobiernos de la necesidad de reducir las emisiones contaminantes. Uno de los sectores que más está apostando por esto es el del transporte. Pero dentro de este hay apartados cuya electrificación supondrá un reto titánico. Es el caso de los buques portacontenedores. Gigantes que necesitarán una importante evolución de la tecnología de baterías.

La distancia actual hasta lograr un barco capaz de transportar mercancías desde Asia a Europa en las mismas condiciones de espacio y tiempo que los actuales modelos impulsados por motores de combustión se puede medir comparando la propuesta eléctrica más competitiva del momento.

Se trata del proyecto Yara Birkeland. Una iniciativa noruega que hemos conocido en sus primeros pasos en 2018, y que nos propone un porta contenedores con una capacidad de 120 contenedores TEU, a una velocidad de 6 nudos, y en una distancia de 30 millas náuticas. Un barco que además de eléctrico contará con capacidad de moverse de forma autónomo, y que montará un sistema de baterías de entre 7 y 9 MWh.

En el otro lado de la balanza encontramos a los grandes buques portacontenedores, como el Clase triple E de Maersk, capaz de transportar hasta 18.000 contenedores TEU, a una velocidad de crucero de 16 nudos, capaz de hacer el recorrido de Hong Kong a Hamburgo en 31 días.

Esto quiere decir que los buques diésel modernos de hoy en día transportan 150 veces más contenedores a distancias 400 veces más largas y a velocidades de tres a cuatro veces más rápidas de lo que puede hacerlo el modelo eléctrico más puntero. Una señal de lo mucho que tendrán que evolucionar todavía las baterías para convertirse en una alternativa en este tipo de recorridos.

La pregunta es cuánto. La respuesta nos la ha dado hace unos meses la publicación Spectrum.ieee, que se lanzó a realizar una estimación de hasta donde tendrán que llegar las capacidades y las densidades energéticas de las baterías para electrificar un modelo de triple A en un recorrido de 31 días desde Hong Kong a Europa.

Según los datos disponibles, un modelo actual necesita quemar unas 4.650 toneladas métricas de combustible para completar esta distancia. Cada tonelada contiene 42 gigajulios. Una cifra que se puede traducir a una densidad energética de unos 11.700 Wh/kg, y que podemos comparar con los entre 250 y 300 Wh/kg de las baterías de litio más competitivas en la actualidad. Una diferencia de casi 40 veces que se multiplica casi por dos si quisiésemos apostar por las más económicas y duraderas celdas de litio-ferrofosfato (LiFePO4).

La demanda total de combustible para este viaje es de unos 195 terajulios, o 54 GWh. Los motores diesel grandes tienen una eficiencia de aproximadamente un 50%, por lo que su demanda de energía propulsora útil es de aproximadamente 27 GWh. Para satisfacer esa demanda, los motores eléctricos, con una eficiencia estimada de un 90%, necesitarían aproximadamente 30 GWh de electricidad.

Si cargásemos un barco con las mejores baterías de litio de la actualidad, supondría lastrar el conjunto con las 100.000 toneladas métricas que serían necesarias para completar el recorrido desde Asia a Europa sin escalas. Algo que supone el 40% de la capacidad total de carga del buque. Algo que hace imposible no ya desde el punto de vista técnico el reto, sino desde el punto de vista operativo a la hora de recargar semejante batería, y sobre todo desde el punto de vista económico al reducir de forma radical la capacidad del buque.

Incluso con una próxima evolución de las baterías hasta los 500 Wh/kg, un modelo con capacidad para 18.000 contenedores necesitaría casi 60.000 toneladas métricas de baterías para un viaje intercontinental a una velocidad relativamente lenta.

La conclusión es obvia. Para tener un barco eléctrico cuyas baterías y motores no pesen más que el combustible (alrededor de 5,000 toneladas métricas) y el motor diesel (alrededor de 2,000 toneladas métricas) en los grandes buques portacontenedores de hoy, necesitaríamos baterías con una densidad de energía 10 veces más elevada que las mejores celdas actuales, o una densidad energética de entre 2.500 y 3.000 Wh/kg.

Si echamos un vistazo a los actuales proyectos de desarrollo, podemos ver por ejemplo que Solid Power propone comenzar la producción de sus baterías de electrolito sólido en 2025. Unas celdas que indican lograrán triplicar las actuales densidades energéticas para la fecha de lanzamiento, y que para 2030 se espera alcance los 1.000 Wh/kg.

Como vemos, incluso con las baterías más avanzadas, necesitaremos un par de décadas de evolución para lograr ofrecer una alternativa eléctrica a los desplazamientos más exigentes. Y eso sin contar con otros aspectos como el coste del sistema, y como recargar semejantes capacidades en tiempos mínimamente razonables.

Algo que para muchos debería hacer reflexionar en el sentido del concepto en si de enviar gigantescos barcos de un lado al otro del mundo, con un coste ambiental enorme, y que como vemos por desgracia de momento no cuenta con una alternativa viable a corto o medio plazo.

Un aspecto a pesar del cual los gobiernos no deberían dejar de presionar para mejorar la eficiencia energética, e introducir los sistemas sin emisiones, como sistema principal o como un complemento, en los viajes de menor distancia. De esa forma se lograría que estos vayan paulatinamente ganando espacio según aumente la inversión y su desarrollo.

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Ver comentarios

  • Los transportes marítimos deberán utilizar la fuerza del viento como apoyo a los sistemas de propulsión. Ya existen proyectos que están investigando y aplicando esto.

    • Pues en cierto modo sí. La realidad es que los barcos de largo recorrido NO son la prioridad a convertir en 100% eléctricos, solo hay que mejorarlos. ¿Por qué? Pues porque:

      Primero, porque de momento no es factible hacerlo rentable a corto plazo.

      Segundo, porque a nivel de Cambio climático, son el medio de transporte más eficiente y menos contaminante:
      - De Hong Kong a Hamburgo un TEU por 250 kg de gasóil. Llevar un TEU en un camión una distancia equivalente, 10.000km, serían 4.000 litros de gasóleo. Es decir, cuando un barco genera (entre directo e indirecto) CO2 por valor de 1Tm, llevar esa misma carga es misma distancia por camión implicaría 16 Tm.
      - Los barcos son responsables de un 3% de la generación mundial de CO2. No son la prioridad a nivel de cambio climático.

      Tercero porque los problemas de los barcos son de nivel medioambiental, de envenenamiento. Expulsan NOx y SOx.
      - El SOx es causado porque a algunos barcos se les echa Fuel-Oil con 3,5% de azufre. Prohibir combustibles con azufre soluciona el problema. La OMI ha pactado (a nivel mundial) reducir del 3,5% al 0,5% el azufre máximo en el Fuel-Oil servido a barcos. Sigue siendo una basura impresentable, y hay que presionar para que sea el 0,0% o que no se use Fuel-Oil, ya que genera llúvia ácida. No es el problema principal del mundo ni mucho menos.
      - El NOx es causado por los motores (especialmente los diésel) igual que el los automóviles. Tiene una vida útil de unos días, y envenena a los habitantes de la zona, además de generar lluvia ácida y otros efectos nocivos. El problema urgente está en los puertos y estrechos porque en medio del mar tiene muy poca incidencia el NOx, al desintegrarse en días. Pero ¿Cómo reducirlo? Se puede reducir enormemente electrificando los barcos de corto alcance, poniendo normativas anti-emisiones más duras a los barcos y haciendo que sean PHEVs (la hibridización es una tecnología usada en el mar antes que en los coches, es algo a promover).

      Resumen: no urge desarrollar barcos con 30 días de autonomía eléctrica. No es prioritario ni es factible con la tecnología actual. Ahora que centrarse en electrificar camiones, coches, motos, etc.

      Que rollo me ha quedado.

  • Interesante.
    Un apunte, en el artículo se está analizando el cambio, sin modificar el peso de combustible/motor.
    Si simplemente duplicamos el peso de las baterias, en vez de ser 7.000 tn, y lo llevamos a 14.000 o 15.000 tn con las baterías del 2025 ya sería viable un barco de estas características.
    Siempre está el tema de la carga.
    Hay que tener en cuenta que cada minuto en puerto, sale muy que pero muy caro.
    Habría que saber cuanto tiempo de media están para cargar y descargar, que sería el tiempo disponible para recargar las baterías.

    Pero antes de todo esto, ys sería viable, si quisieran, en los barcos nuevos, hacerlos hibridos.

    Motor de tracción eléctricos y generadores o a gas o con diesel/gasolina automotriz (no con la mierda que usan ahora)
    Y una batería que les permita entrar y salir de puerto en eléctrico.

    Una vez a ciarta distancia del puerto, usan los generadores para producir la electricidad para mover los motores.

    Hasta si auieren, pueden usar una pila de combustible, así se ahorran de estar usando una desaladora (que también consume de lo lindo)

    • El artículo está hablando de la relación peso combustible-peso de carga transportada.

      “ Para tener un barco eléctrico cuyas baterías y motores no pesen más que el combustible (alrededor de 5,000 toneladas métricas) y el motor diesel (alrededor de 2,000 toneladas métricas) en los grandes buques portacontenedores de hoy, necesitaríamos baterías con una densidad de energía 10 veces más elevada que las mejores celdas actuales, o una densidad energética de entre 2.500 y 3.000 Wh/kg.”

      • Si, lo sé, lo he leído.
        Yo he apuntado que si se duplica el peso de la batería, se "podría" ya hacer en 2025....

    • Por cierto, para acelerar la transición tendrían que ponerse de acuerdo varios gobiernos y cobrar un impuesto por contaminación de los barcas por cercanía y uso de los puertos.

      Pero deberían hacerlo todos los puertos de la región...
      De nada sirve que el impuesto lo cobre Barcelona y no Valencia....
      Deberían ser todos los puertos Europeos, Holandeses incluidos.
      Y apretar las tuercas a los puertos de paises cercanos que no forman parte de la Unión Europea.

      Igual que con los coches.
      Las industrias solo entienden a basa de normativas.
      ¿Aumentará el coste del transporte?
      ¿Se repercutira el aumento del gasto en los clientes?
      No hay problema, que lo hagan, mucha gente dejará de comprar chorradas de China de golpe, incluido yo....
      Así se promueve la industria local.

      • El problema de los impuestos es que al final el coste se traslada al consumidor, y las empresas siguen contaminando. O pones en marcha políticas mucho más duras, o estás retrasando el cambio durante décadas. Mira los coches, que a base de pagar multas siguen vendiendo coches contaminantes. Pero si les dices como China que pueden perder su licencia para vender, entonces la cosa cambia.

        • No sé yo, hoy día ya hay una amplia oferta de modelos 100% EV...
          Igual que en China....
          Y lo que hace China es una normativa....
          Y que trasladen el aumento a los consumidores, pues compras cosas de industrias locales.
          ¿Hace falta comer piña de Costa Rica en Navidad?
          ¿En serio?
          Si no es época de piña en Europa, pues no se come.
          Come la fruta que se produzca en Europa o has una tarta.

          • Pues tienes el ejemplo de la piña de Costa Rica con los coches. Al final el 95% de la gente solo mira el precio. Si lo que llega de fuera es un 50% más económico, aunque le subas un 10% de precio por el impuesto a las emisiones seguirá siendo un 40% más barato.

          • Vale, pero será solo un 40% más barato y esos impuestos, que vamos a suponer que serán "verdes", se usaran para promover las renovables, los EV, los paneles, la industria local...

  • Lo he dicho muchas veces. Es imposible sustituir la petroldependencia del sistema socioeconómico sólo con baterías. El reto al que nos enfrentamos es muchísimo mayor al que creen algunos (que parece que viven en el mundo de la piruleta).

    • Me sorprende que no hayan analizado en la noticia la factibilidad de la sustitución por pila de H2...

      • A mí no me sorprende....
        Ya saldrá la semana que viene un artículo analizando las bondades del Hidrógeno en transporte marítimo, sin enlazar a este, no vaya a ser que se haga un análisis crítico y sosegado de la situación real....

      • Puede que sea más viable, aunque habría que ver el peso de los propios depósitos para contenerlo y las cantidades que necesitaría.

        Es cierto que el tiempo de recarga sería menor, por lo menos a día de hoy. Pero no nos olvidemos que el H2 por ahora supone emitir CO2 y de las complicaciones logísticas y pérdidas de energía que conlleva su logística.

        • Perdón.. me ha salido redundante.. Quería decir las complicaciones de su generación a través de energía limpia y su transporte.

    • sólo afrontando lo imposible se vuelve posible.también eran imposible muchas cosas pero quedarse quieto ahí no es una opcion

      ión. baterias ,hidrógeno,viento ect pero movrse y no quedarse en lo imposible

  • A corto y medio plazo parece que hay 2 posibles alternativas, el hidrógeno y los biocombustibles. La idea de una bateria de dimensiones colosales no parece razonable por todos los motivos mencionados en el artículo.
    Quízás el primer paso seria que dejasen de usar los combustibles actuales por sus niveles tan elevados de azufre.

    • Con que usaran diésel automotriz, ya la cosa mejoraría brutalmente

  • Cuanto deberían pagar estos barcos contenedores en un futuro cercano por producir CO2,NOx en impuestos por los 4650tm de combustible por viaje?.

  • Se estima que en el 2020 se habrán consumido 101.6 millones de barriles de petroleo "al día". El petróleo no es infinito. Este artículo está bien porque compara uno y otro modelo, pero hay que tener en cuenta que el modelo de petróleo ha de acabar por contaminante, porque causa cambio climático y porque simplemente se acabará. ¿ Quién vive en el mundo de la piruleta ?.

    • Hay que concentrarse en la evolución tecnológica de las baterías y si el higrógeno verde es factible o no más cualquier otra alternativa limpia.

      Queda mucho más petróleo del que imaginamos con unos 50 años del petróleo convencional (cada año se descubren nuevas reservas por lo que en realidad son muchos más de esos 50 años lo que queda) + el petróleo no convencional que es rentable con la tecnología actual en los 60-80$ que es un precio perfectamente asumible por las economías del primer mundo fácilmente nos vamos a más de 100 años de petróleo (convencional + no convencional).

      Si no hacemos nada nos vamos a muy entrado el siglo XXII para cuando realmente empiece a haber escasez de combustibles fósiles.

      El mundo no soportará otros 100 años de emisiones de combustibles fósiles tenemos que buscar alternativas explorando múltiples tecnologías limpias lo más rápido posible.

  • Excepcional artículo. Gracias.

    Para buques de corta distancia (ferrys) siempre he pensado que el vector aire comprimido podría ser ideal.

    ¿Alguien aquí con conocimientos para calcular el volumen necesario para acumular 1 MWh con aire comprimido?

    • Te olvidas del factor repostaje....
      Y pérdida de energía en el proceso.
      No me parece muy buena idea.

      • El factor repostaje es sencillo... o tienes el compresor y depósito de aire comprimido en el muelle y tiras una manguera de presión, o lo tienes en el propio buque y enchufas un cable. Los Ferrys se llevan atracados durante la carga de mercancias/pasajeros muchos minutos en cada trayecto.

  • Placas solares cubriendo el barco y replegables para la carga y descarga, reduciria mucho la necesidad de capacidad y de carga de las baterias, y por lo tanto tambien el peso a remolcar, estamos hablando de muchos m2 de placas solares, ademas se puede mejorar todavia mucho mas la eficiencia de estas

    • En este tipo de barcos no es factible lo que dices, no siempre tienen lo contenedores a la misma altura, una estructura como esa podría generar efecto vela y detener al barco, el mantenimiento sería complicado...
      En un portacontenedores no lo veo.
      En cambio, en un petrolero, gasista, cerealero, en esos si sería más factible.

    • Están trabajando en pinturas fotovoltáicas y que la propia estructura pueda ser la batería cómo ha hecho volvo en un vehículo experi,ental.Espero que se muevan y rápido pues nos va la vida en ello

  • Esta bien la electrificación del transporte, pero vemos las limitaciones, es verdad que se están sacando proyectos de aprovechar la fuerza del viento...

    Pero en este caso, el tema del repostaje es importante como se ha indicado, por ello creo que el tema del hidrógeno será la que pueda suplir a la carga del combustible en menos tiempo, claro ¿Reduciría el peso de las baterías por unas baterías de hidrógeno?

    Claro tampoco todo hidrógeno, puede encontrarse un término híbrido que la carga de combustible y unas baterías, porque el barco claramente va a estar un tiempo fijo para la carga y descarga, incluso en otros barcos pues no hará falta el transporte.

    • Baterías de Hidrógeno?. Tanques de Hidrógeno líquido a presión como un combustible más.Pero para producir este hidrógeno hace falta mucha electricidad.Porque derrochar energía eléctrica en un combustible H y no utilizarla directamente en motores eléctricos, plasma.La única forma eficiente del hidrógeno es en H2O en los embalses.

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