Tesla Master Plan 3: coches eléctricos, energías renovables, bombas de calor, electrificación de barcos y aviones…

Esta madrugada, Tesla ha publicado el texto de su Master Plan. La tercera edición de este proyecto que busca cambiar el mundo hacia formas más sostenibles y que ahora además de transporte, también se centrará en la evolución del sistema eléctrico, de generación, pero también abordará otros sectores como el transporte marítimo y el aéreo.

Como recordamos, este era el Master Plan 1:

1. Producir un coche deportivo
2. Usar ese dinero para producir un coche asequible
3. Usar ese dinero para producir un coche aún más asequible
4. Durante el proceso, proveer opciones de generación de energía cero emisiones.
5. No se lo digas a nadie

Como podemos ver, Tesla se han ceñido al plan como hilo conductor de sus objetivos primarios, incluyendo la producción de baterías de respaldo y de paneles fotovoltaicos.

La segunda parte del Plan Maestro de Tesla por su parte contaba con elementos que en algunos casos significaba evolucionar alguno de los primeros puntos.

• Crear sistemas de paneles fotovoltaicos residenciales integrados con baterías estacionarias de un modo sencillo.
• Expandir la gama de vehículos eléctricos para abarcar los mayores segmentos del mercado.
• Crear sistemas autónomos 10 veces más seguros que la conducción manual por medio del aprendizaje conjunto de toda la flota.
• Conseguir que tu coche gane dinero por ti cuando no lo estás usando.

En este caso podríamos decir que solo ha fallado el cuarto punto, los robotaxis, ya que la conducción autónoma aunque ha evolucionado no ha llegado al punto de permitir un nivel de desarrollo suficiente como para que el coche trabaje por nosotros.

Tesla Master Plan Parte 3

La tercera parte de este plan se centra en la búsqueda de la eliminación de los combustibles fósiles tanto en el transporte, como también en la climatización y la alimentación energética de las viviendas e industria.

1. Repotenciar la red existente con energías renovables
2. Cambiar a vehículos eléctricos
3. Cambiar a bombas de calor en el sector residencial, comercial e industrial
4. Electrificar el suministro de calor a alta temperatura e hidrógeno
5. Aviones y barcos de combustible sostenible
6. Fabricar la Economía Energética Sostenible

Según Tesla, una economía energética sostenible es técnicamente factible y requiere menos inversión y menos extracción de materiales que continuar con la economía energética insostenible actual. Si bien muchos estudios anteriores han llegado a una conclusión similar, este estudio busca impulsar el pensamiento relacionado con la intensidad del material, la capacidad de fabricación y la inversión de fabricación requerida para una transición en todos los sectores energéticos en todo el mundo.

Según la Agencia Internacional de Energía en su informe World Energy Balances presentado en 2019, el suministro mundial de energía primaria es de 165 PWh/año, y el suministro total de combustibles fósiles es de 134PWh/año.

El 37% (61PWh) se consume antes de llegar al consumidor final. Esto incluye el autoconsumo de las industrias de combustibles fósiles durante la extracción/refinación, y las pérdidas de transformación durante la generación de electricidad.

Otro 27% (44PWh) se pierde por usos finales ineficientes, como vehículos con motor de combustión interna y hornos de gas natural. En total, solo el 36% (59PWh) del suministro de energía primaria produce trabajo o calor útil para la economía. 

Tesla Master Plan Parte 3: Energías renovables

Uno de los primeros pasos y el más importante es cambiar hacia un modelo energético basado en las energías renovables, lo que supondría mejorar la eficiencia de forma drástica.

El informe indica que globalmente se utilizan 65 PWh/año de energía primaria al sector eléctrico, incluidos 46 PWh/año de combustibles fósiles. Sin embargo, solo se producen 26PWh/año de electricidad, debido a las ineficiencias que transforman los combustibles fósiles en electricidad. Con un giro hacia las renovables, solo se necesitarían 26 PWh/año para cubrir las mismas necesidades energéticas.

Tesla Master Plan Parte 3: Coches eléctricos

Algo similar sucederá con el cambio de los modelos con motor de combustión a los eléctricos. Un sector donde los eléctricos son según Tesla 4 veces más eficientes que los vehículos diésel o gasolina debido a un sistema de propulsión mucho más eficiente, la capacidad de frenado regenerativo y el diseño de plataforma optimizado. Una relación que se mantiene en todos los vehículos de pasajeros, camiones ligeros y camiones e transporte pesado.

Un ejemplo lo podemos encontrar en la comparativa que nos ofrece Tesla, donde vemos las cifras de eficiencia de un Toyota Corolla y un Tesla Model 3.

El Toyota tiene un consumo medio según el ciclo EPA de 34 millas por galón, o unos 6.9 litros cada 100 km. Por su parte el Tesla promedia según el ciclo de homologación un equivalente a 131 millas por galón, que son unos 1.7 litros a los 100 km.

Esto son 3.9 veces menos para el Tesla en una diferencia que aumenta cuando se tienen en cuenta las pérdidas relacionadas con el proceso que viven los carburantes y su famoso «del pozo a la rueda» donde se contabilizan las enormes pérdidas por todo el proceso de consumo de energía relacionado con la extracción y el refinado del combustible.

Las baterías que dominarán el mercado en los próximos años

En la actualidad, hay 1.400 millones de vehículos en todo el mundo y una producción anual de vehículos de pasajeros de 89 millones de vehículos, según la OICA. Una flota de vehículos que se estima  requerirá 112 TWh de baterías.

Los vehículos de autonomía baja y media utilizarán las químicas de menor densidad de energía (LFP), mientras que los vehículos de largo alcance requieren mayor químicas de densidad de energía (con alto contenido en níquel). 

En la tabla vemos como de de sustituir a  los 89 millones de coches que se venden cada año por eléctricos, el 76.4% de los que se vendan usarán las baterías de litio-ferrofosfato, mientras que los dotados de baterías ricas en níquel serán apenas el 21% del total.

Tesla Master Plan Parte 3: las bombas de calor

Uno de los apartados nuevos del plan de Tesla que da protagonismo a unas bombas de calor capaces de producir calor o frío de una forma extremadamente eficiente y que tiene potencial para atender la demanda tanto de viviendas particulares como edificios comerciales e incluso formar parte de muchos procesos industriales.

Las bombas de calor son según Tesla, la tecnología más adecuada para los sistemas de calefacción a gas en hogares, y pueden entregar 2.8 unidades de calor por unidad de energía consumida en base a un factor de rendimiento estacional de calefacción (HSPF) de 9.5 Btu/Wh. Los hornos de gas generan calor quemando gas natural. Tienen una eficiencia de utilización de combustible anual (AFUE) de ~90%12. Por lo tanto, las bombas de calor utilizan 3 veces menos energía que los hornos de gas (2,8/0,9).

Electrificar barcos y aviones

Tanto el transporte marítimo continental como el intercontinental pueden electrificarse optimizando la velocidad de diseño y las rutas para permitir instalar baterías más pequeñas y usando paradas de carga más frecuentes en rutas largas.

Según la AIE, el transporte marítimo consume 3,2 PWh/año a nivel mundial. Al aplicar una ventaja de eficiencia de electrificación estimada de 1,5 veces, una flota de transporte marítimo global totalmente electrificada consumirá 2,1 PWh/ año de electricidad.

Los vuelos de corta distancia también se pueden electrificar mediante el diseño optimizado de la aeronave y la trayectoria de vuelo con la energía de la batería actual.

Vuelos de mayor distancia, estimados en el 80% del consumo de energía de los viajes aéreos (85 000 millones de galones/año de combustible para aviones en todo el mundo), puede funcionar con combustibles sintéticos generados a partir del exceso de electricidad renovable aprovechando el proceso Fischer-Tropsch, que utiliza una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2) para sintetizar una amplia variedad de hidrocarburos líquidos, y ha sido demostrado como una vía viable para la síntesis de combustible de aviación sintético.

Esto requiere 5PWh/año adicionales de electricidad, con:

• Hidrógeno generado por electrólisis
• CO2 capturado mediante captura directa de aire
• CO producido por electrólisis de CO2

Almacenamiento estacionario

Para aplicaciones de almacenamiento estacionarias, las tecnologías que ayudarán a almacenar los excedentes de las energías renovables, serán diferentes y cada una con sus propias características, y donde Tesla destaca el almacenamiento térmico. Un sistema capaz de ofrecer hasta 15 horas de respaldo, y que además tendrá el menor coste de la comparativa, con un coste de instalación de 78 dólares por kWh y operativo de 15 dólares kW/año para el periodo 2030-2040.

El bombeo también será una parte importante, pero sus elevados costes de instalación disparan su precio hasta los 270 dólares por kWh, y el operativo hasta los 17.8 dólares kW/año. Cifra que podemos comparar con los entre 184 y 231 dólares el kWh instalado de las baterías, que logran con mucha diferencia el menor coste operativo con apenas 0.8 dólares por kW/año.

Coste de las renovables

Los planes de expansión de las energías renovables necesitarán una inversión. Una enorme inversión. Pero esta no será igual para todas las tecnologías, y Tesla ha realizado una estimación del coste de cada una.

Podemos ver como en cuanto a costes de instalación, la solar fotovoltaica no tiene rival gracias a sus apenas 752 dólares el kW de instalación, y sobre todo los 15.97 dólares de coste operativo.

Por detrás se coloca la eólica terrestre, con 855 dólares el kW en instalación, pero subiendo a los 27.57 dólares el kW/año a nivel operativo. Con una eólica marina justo por detrás con unos costes que se disparan hasta los 2.401 dólares de instalación y 76.51 dólares el kW/año en el operativo.

Por su parte otras tecnologías actuales, como la nuclear, se quedan totalmente atrás con unos elevados costes de instalación, 10.500 dólares el kW, y operativos de 127.35 dólares kW/año. Algo que le dejan fuera de juego frente a las renovables.

Tesla Master Plan 3: tráigame la cuenta

La cuestión es cuánto costará todo esto. Según Tesla, construir la infraestructura de fabricación para la economía de energía sostenible costará 10 billones (europeos) de dólares en los próximos 20 años. 

Una cifra que parece elevada, pero que podemos comparar con los 14 billones que necesitarían los combustibles fósiles en las próximas dos décadas según las inversiones en 2022.

El apartado que más inversión necesitará será el de la construcción de fábricas de baterías, que absorberá en torno a los 2.1 billones de dólares, seguido de la puesta en marcha de nuevas fábricas de coches, con 1.7 billones, y los 1.6 billones del transporte, minería y refinado de los componentes para hacer baterías y motores eléctricos.

El resultado será un planeta más limpio en cuanto a emisiones contaminantes, con unos 30 TW de producción con energías limpias, 240 TWh de almacenamiento, en unas instalaciones que requerirán apenas el 0.21% de la superficie de la tierra, y logrando un sistema energético que necesitará la mitad de la actual energía para funcionar.

Fuente | Tesla