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Los coches eléctricos requieren mucha menos materia prima que los de nafta o diésel

La Federación de Transporte y Medio Ambiente  es una estructura europea que cobija a  organizaciones  no gubernamentales que trabajan en el campo del transporte y el medio ambiente. Promueve el transporte sostenible, lo que significa plantearse el transporte de una manera ambientalmente responsable, económicamente sólida y socialmente justa. La política de transporte debería minimizar los impactos nocivos en el entorno y la salud, fomentar que los recursos  se utilicen del modo más eficiente, y garantizar la seguridad y el acceso suficiente para todos.

Esta organización, periódicamente, emite un documento del que este artículo no es un resumen si no una presentación. Quienes están  interesados en el tema pueden acceder al documento completo en  Transporte y medio ambiente (2021), Del combustible sucio a las baterías limpias

https://www.transportenvironment.org/publications/batteries-vs-oil-comparison-raw-material-needs

Los vehículos eléctricos (VE) consumen solo una fracción de los materiales necesarios para producir y conducir un vehículo con motor de combustión interna (MCI), y usarán cada vez menos a medida que evoluciona la tecnología de las baterías, según un nuevo estudio de la organización europea del transporte Transport & Environment (T&E).

El nuevo estudio publicado en Marzo 2021 destaca que solo se pierden 30 kilogramos de materias primas en la producción y el uso de un automóvil eléctrico después de que el 70% se recicla al final de su vida útil, en comparación con los 17,000 litros de combustible quemado por los automóviles de MCI.

Es una cantidad enorme, aún más notoria con la comparación que hace Lucien Mathieu, analista de transporte y movilidad eléctrica de T&E, coautor del informe, que dice:

"Cuando se trata de materias primas, simplemente no hay comparación", "Durante su vida útil, un automóvil de combustible fósil promedio quema el equivalente a una pila de barriles de petróleo, de 25 pisos de altura. Si se tiene en cuenta el reciclaje de los materiales de las baterías, solo se perderían alrededor de 30 kg de metales, aproximadamente el tamaño de una pelota de fútbol.

Los estudios  subrayan cómo una transición a la movilidad eléctrica puede tener un impacto importante en la reducción de la dependencia del petróleo crudo, porque la mayor parte del material perdido en un vehículo MCI está en su uso de combustible y la producción y distribución de ese combustible.

Como señala T&E, el 77% del consumo de energía durante el ciclo de vida de un vehículo con MCI está en la quema de combustible. Otro 18% se utiliza en la refinación, extracción, producción y transporte de ese combustible. El resto está en la producción del vehículo.

En conjunto, la fabricación y quema de combustible representa el 95% del consumo de energía de un vehículo con MCI. Una vez que el combustible líquido es quemado, no hay forma de recuperarlo, dejando los productos de la combustión en el medio ambiente.

En comparación, el uso de electricidad para recargar un vehículo eléctrico de batería  representa el 60% de su consumo de energía durante el ciclo de vida, mientras que la producción de baterías representa el 23% y la producción del vehículo en sí representa el 11%.Esto supone que el 7% restante es el consumo de energía del ciclo de vida de la energía eólica y solar si el vehículo eléctrico funciona únicamente con energías renovables, hacia lo que la incorporación a las redes eléctrica se está haciendo más frecuente.

T&E también señala que la brecha entre el uso de materiales y energía se incrementará a medida que mejore la tecnología de las baterías y si se logran los objetivos de reciclaje que ahora propone la Comisión Europea.

Esto se debe a que los avances tecnológicos harán que la cantidad de materias primas necesarias para fabricar baterías se reduzca significativamente durante la próxima década.

Específicamente, el documento dice que espera que la demanda de litio por kilovatio-hora de batería se reduzca a la mitad, el cobalto en tres cuartos y el níquel, que es clave para fabricar baterías de alta densidad de energía, en un quinto.

Al reciclar los materiales de las baterías, también dice que se pueden lograr mayores reducciones en la demanda de materias primas, obteniendo el 20% de litio y níquel y el 65% de cobalto de baterías recicladas para 2035.

"Esto está muy lejos de la situación actual en la que la flota de automóviles de Europa depende casi por completo de las importaciones de petróleo crudo", dice Mathieu.

"El aumento de la eficiencia y el reciclaje de las baterías dejarán a la UE significativamente menos dependiente de las importaciones de materias primas que del petróleo".

Durante la próxima década la cantidad de cobalto necesario para alimentar la producción de baterías en Europa se reducirá más de un 75%, mientras que el níquel se rebajará una quinta parte.

Según el análisis, para 2035 más de un 20% del litio requerido para la producción de baterías y el 65% del cobalto podrían provenir de procesos de reciclaje. T&E declaró que las cuotas de reciclaje previstas en un proyecto de ley por la Comisión de la UE reducirán significativamente la necesidad de importar nuevos materiales.

Otro aspecto que permitirá reducir la dependencia exterior de Europa será la fuerte expansión en la producción propia de baterías. Se estima que hay en marcha la construcción de unas 22 gigafábricas que se irán poniendo en funcionamiento de forma paulatina entre 2020 y 2030. Algo que se traducirá en una producción estimada de 460 GWh al año para 2025. Una cantidad suficiente para alimentar una producción de unos 8 millones de coches eléctricos y que debería permitir una autosuficiencia en este aspecto, e incluso utilizar una buena parte para alimentar los modelos destinados a la exportación a otros mercados.

Otro beneficio al que sumar también a la reducción de emisiones contaminantes y el menor costo operativo de las flotas, que se traducirá cuando los precios de los vehículos sean igual o más económicos que los de combustión interna, más dinero en los bolsillos de los ciudadanos y mayor industrialización  en sectores relacionados como el propio reciclado de baterías, la instalación de energías renovables, instalación y mantenimiento de las redes de recarga…etc.

Estando en las vísperas del  envío por parte del poder Ejecutivo Nacional al Congreso del proyecto de la Ley de Electromovilidad, que se propone fijar las bases para difundir la producción y venta de autos eléctricos en la Argentina, documentos como el citado refuerza la idea de la necesidad de acotar progresivamente, en nuestro país, la gravitación de los vehículos con motor de combustión interna, de considerar los beneficios y los desafíos para tal fin.

Ing. Ricardo Berizzo

Cátedra: Movilidad Eléctrica

U.T.N. Regional Rosario                                                                                       2021.-

Los sistemas de 800 V en los vehículos eléctricos permiten mayor autonomía  y una carga mucho más rápida

Desde que tomó impulso la movilidad eléctrica el punto conflictivo fue la autonomía y/o el tiempo de recarga. Para intentar resolver el problema se estableció, dentro de parámetros técnicos/económicos aceptables, tres niveles de carga. Como resumen podríamos decir una carga estándar (hogareña) una carga semi- rápida (por ejemplo para un estacionamiento de trabajo o de carsharing) y una carga rápida para ruta.

La carga estándar o carga lenta se efectúa en una conexión monofásica convencional

como la que llega a los hogares para alimentar el consumo de los  aparatos eléctricos. El tiempo necesario para cargar una batería sería de: 3 horas, para una batería de 10 kWh; 5,5 horas para una batería de 20 kWh, 11 horas para una batería de 40 kWh.  

La carga semi-rápida está concebida para reducir el tiempo de carga a un intervalo desde 15-30 minutos (para una batería de capacidad 10 kWh) hasta 2 horas (para una batería de capacidad de 40 kWh).La carga rápida permite reducir los tiempos de carga a  30 minutos.

La necesidad de aumentar la autonomía de los vehículos ha hecho que los mismos incorporen baterías de mayor capacidad de almacenaje de energía (Kw-h). Por lo tanto, a los mismos niveles de potencia anteriormente citados los tiempos de carga son mayores.

Nota: En la mayoría de los vehículos eléctricos se utilizan configuraciones de batería que dan como resultado el niveles de voltaje del bus de corriente continua  de 150-450 Vcc, a esta configuración de alimentación de alto voltaje a menudo se denomina sistema de 400 V. Por el contrario, en camiones y vehículos pesados, el voltaje máximo en corriente continua puede alcanzar los 870 V, y esta configuración a menudo se denomina sistema de 800 V.

Siguiendo con el tema de la recarga, la cuestión es que cuando de viajar se trata, después de más de cien años de repostar sus vehículos en menos de quince minutos para una autonomía de 400 km, los conductores se resisten a la idea de tener que esperar de 30 a 40 minutos para obtener la misma autonomía en un vehículo eléctrico. Varios estudios  citan este punto como uno de los principales inhibidores del crecimiento de la movilidad eléctrica.

Es por ello que toda  infraestructura de carga debería adaptarse al comportamiento típico del usuario durante viajes largos y ofrecer una proporción adecuada de tiempo de conducción y paradas de descanso. Durante un tiempo de descanso típico de 15 a 20 minutos, es razonable que los conductores esperen poder cargar la batería de un vehículo eléctrico para una autonomía de aproximadamente 400 kilómetros.

La nueva generación de coches eléctricos, alimentados por baterías de más de 60 kWh de capacidad, permiten autonomías que, en circunstancias normales, están por encima de los 400 kilómetros con cada carga. Para viajar con ellos a distancias superiores son necesarios los nuevos cargadores ultrarrápidos, que funcionarán con potencias de hasta 350 kW. Estos son capaces de recuperar la capacidad completa de la batería en 15 o 20 minutos, lo que supone, en la práctica, igualar los tiempos de parada que actualmente se realizan para repostar combustible líquido a los vehículos de combustión.

Las estaciones de carga de corriente continua (carga rápida) de hoy en día para automóviles eléctricos suelen funcionar con unos 400 V. Con una potencia de carga típica de unos 50 kW, esto equivaldría a un tiempo de carga para una autonomía de 400 km de unos 80 minutos.

Existen numerosos desafíos para reducir significativamente el tiempo de carga, entre los que se destaca el voltaje al que se cargan en la actualidad los vehículos eléctricos.

Aumentar el voltaje de salida del cargador para reducir el tiempo de carga.

El fundamento de este concepto se explica por la fórmula de la energía eléctrica:

 E = U x I x t, donde U es el voltaje, I la corriente y  t  el tiempo.

El tiempo de carga t = E / (U x I) se puede lograr con una corriente constante I aumentando la tensión U.

Al cambiar a una tensión dos veces más alta de aproximadamente 800 V, el tiempo de carga teóricamente se puede reducir a unos 15 minutos con la misma corriente de carga eléctrica en los conectores.

Entre las empresas que están  experimentado esta tecnología se encuentra la marca de automóviles deportivos del Grupo Volkswagen, Porsche, que ha instalado un sistema de 800 voltios en su automóvil deportivo Taycan totalmente eléctrico, que se lanzó el año pasado.

 Para Otmar Bitsche, director de movilidad eléctrica en la unidad de investigación y desarrollo, las razones para optar por la unidad de mayor potencia son claras: "menor peso, mayor eficiencia y carga más rápida" son los principales beneficios para los sistemas de 800 voltios", comenta.

El tiempo de carga se puede reducir considerablemente cuando se utilizan cargadores rápidos capaces de trabajar hasta 270 kilovatios. "Si el cargador proporciona 800 voltios y un mínimo de 300 A, el Taycan puede cargar del 5% al 80% en 22,5 minutos. Los cargadores de 400 V suelen proporcionar solo 50 kW. La misma capacidad de carga necesitaría 90 minutos", explica Bitsche.

Obviamente, a medida que  más fabricantes adoptan el estándar de 800 V, la red deberá expandirse para satisfacer las necesidades del consumidor. Esto es exactamente lo que el proveedor de tecnología ABB (entre otras empresas) pretende hacer con su sistema Terra HP High Power Charge.

Muy apropiado para su uso en paradas de descanso en autopistas y estaciones de servicio, la alta capacidad de Terra HP tiene la capacidad de cargar automóviles de 400 V y 800 V a plena potencia, con un tiempo de carga de tan solo 8 minutos para un alcance de 200 km.

También hay que tener en cuenta que los puntos de carga, de alta potencia de carga o carga super rapìda, deben ser provistos de la potencia necesaria por parte de las distribuidoras de energía, tema muy importante para desarrollar en otro artículo.

El profesor Peter Wells, del Centro de Investigación de la Industria Automotriz de la Universidad de Cardiff (Gales, Reino Unido), dice: "Como suele ser el caso con las opciones de tecnología 'premium' en la industria automotriz, podemos esperar una rápida transferencia al mercado masivo como resultado de las presiones competitivas. En algunos casos, los fabricantes han diseñado la capacidad de migrar de 400 voltios a 800 voltios a medida que bajan los costos y la competitividad requiere tales sistemas".

Muy interesante las palabras del profesor Wells, estoy seguro que son premonitorias ya que la evolución de la tecnología de los vehículos eléctricos  avanza a pasos agigantados. Dentro de veinte años, es posible que la industria mire hacia atrás en este primer lanzamiento de la electrificación de 800 V como uno de los momentos definitorios de la movilidad eléctrica.

Ing. Ricardo Berizzo

Cátedra: Movilidad Eléctrica

U.T.N. Regional Rosario                                                                                         2021.-