¿Conspiración contra el coche eléctrico? (Enérgéticas. Medio ambiente. 23)

Si hace poco hablé en un post sobre algunas falacias del coche eléctrico y el fracaso actual del proyecto en España, aquí os muestro un post muy interesante de Gallir sobre el tema del coche eléctrico:

Siempre que sale una noticia de alguno que se hizo un coche eléctrico, por ejemplo, acaba con frases similares a "se debería investigar más, evidentemente a las petroleras no les interesa y están frenando el desarrollo"
Además suele pasar que un señor hace un coche casero, con baterías de plomo normales, que no pasan de las pocas decenas de kilómetros de autonomía y cree que descubrió la revolución energética.
Ya es triste que eso lo diga un jubilado inventor –de esas noticias típicas de verano–, o que lo diga un periodista. Pero aún más triste es que lo diga un ingeniero, que debería saber cuestiones básicas de energía y potencia.

Haré una explicación muy básica de energía, que ayudará a entender por qué han triunfado los coches de comubustión interna y no los eléctricos.

Para mover un coche 100 km se necesitan aproximadamente 20 kWhora. Supongamos que el coche se mueve a 50 km/hora, para daros una idea, es el equivalente a tener encendidas 100 lámparas de 100 Watts durante dos horas. Ninguna instalación hogareña aguantaría suministrar esa energía en ese período de tiempo (i.e. potencia). Para poder hacerlo se necesitaría 10 kW de potencia, la potencia máxima de las instalaciones en vuestras casas ronda entre los 3 kW a 5 kW (es la “potencia contratada”).

¿Es mucho? Sí, claro, ¿cómo lo hacemos cada día? Una razón simple: necesitamos mucha energía para mover -acelerando/frenando continuamente- la masa de un coche y sus ocupantes, y la gasolina tiene un huevo de energía almacenada,

Un litro de gasolina tiene 9,7 kWhora de energía, ó 13 kWhora por kilogramo. Pero como hay pérdidas en la combustión del motor (rendimiento térmico), los rodamientos, etc. etc., un motor de gasolina típicamente es capaz de generar 2 kWhora de energía por cada litro de gasolina. Si necesitamos 20 kWhora para moverlo 100km, entonces necesitaremos 10 litros de gasolina, que es lo que suele consumir un coche de tamaño “normal”.

Otros parámetros importantes para un coche es la potencia máxima del motor, si es de 100 HP son unos 75 kW de potencia. Lo que significa que ese motor es capaz de entregar 75 kWhora en una hora. Lo que alcanzaría para suministrar energía eléctrica a 15-20 hogares consumiendo el máximo de su potencia contratada.

Supongo que ya hay pistas de la cantidad enorme de energía que tenemos en un depósito lleno de gasolina. Si es de 50 litros, tenemos allí en total 485 kWhora de energía de las cuales se generará efectivamente unos 100 kWhora (los motores Diesel tienen un mejor rendimiento térmico, por eso rinden más kilómetros por litro).

Asumamos ahora que tenemos motores eléctricos que sean capaz de convertir la energía de una batería al 100% (en realidad no llegan, pero son mucho más eficientes que los de gasolina) ¿por qué no se usan estos motores? Muy simple, porque los baterías almacenan mucha menos energía que la gasolina (recordemos que 1 kg de gasolina tiene 13 kWhora, de los cuales se obtiene realmente unos 2.5 kWhora por kg).

¿Cuántas kilos de baterías de plomo de alta calidad (tomemos las que se conocen como “deep cycle“, usadas en carritos eléctricos, sillas de rueda, etc) necesitamos para mover un coche eléctrico 500 km? Fácil, una batería de esas almacenan 30-40Whora por kilogramo, necesitamos 100 kWhora lo que son… 2500 KG de baterías para equiparar al depósito de 50 litros de gasolina.

Fijaros, la relación es sencilla: 50 litros de gasolina, unos 35 kg, es el equivalente a 2500 kg de baterías, unas 70 veces menos (recordad que estamos asumiendo el motor eléctrico es eficiente al 100%).

Asumiendo que querramos un coche de ese peso, aunque se arrastraría con ese peso a menos que tenga motores muy potentes, veamos los costes. La energía eléctrica en España cuesta unos 5 céntimos de € por KWhora, en casa pagamos más o menos a 15 céntimos el kWHora (mirad vuestras facturas). Quiere decir que, asumiendo cargadores perfectos, cargar los 100KWhora nos costaría 15 € vs los 50 € que nos cuesta la gasolina. Pero…

Esas baterías de coche duran unos 2-3 años, o 700 ciclos de recarga. El coste total del paquete es de unos 10.000 € (más o menos a 100 € por kWhora, unas 100 baterías de 75 AHora). Si un coche hace 10.000 km por año, en dos años habrá consumido 2.000 € de gasolina, ó 600 € de factura eléctrica. Pero habrá que cambiarle las baterías, lo que hace un coste total de ¡10.600 € en dos años! Cinco veces más.

Esos números son insostenibles, el peso del coche es muy elevado (por lo que necesitaría mucho más de 20 kWhora cada 100 km) y tener tantas baterías también es muy peligroso. Lo que se hace es reducir la autonomía, por ejemplo a a 100 km (razonable para los usos en ciudad durantre un día), así necesitaría unas 20 baterías lo que llevaría el coste de dos años a 2.600 €. Sí, sólo un 30% más caro que un coche de 100 caballos a cambio de perder mucha potencia y autonomía.

Pero aún hay otro problema. Llenar completamete un tanque de gasolina toma unos pocos minutos. Si tuvieses que cargar el coche en tu casa, con una línea de 1.5 kW (que ya es mucho para las instalaciones actuales), necesitarás 13 horas mínimas de carga, vs los menos de 5 minutos que te toma hacer lo mismo en la gasolinera.

Estos son los problemas de los coches eléctricos: se necesita mucha energía y potencia, y las baterías tienen problemas de capacidad de almacenaje por peso, unas 60-70 veces menos que la gasolina, 30 veces las de más alta tecnología. El segundo problema es la “potencia” del cargador, en una gasolinera te sirven cientos de kWhoras en pocos minutos, en la instalación eléctrica tarda muchas más horas. Son los dos problemas que se investigan, y mucho.

¿Y las baterías de Ni-MH o LI-ION?

A estas alturas ya todos estarán pensando ¿y qué pasa con las baterías más modernas como las que usamos en los ordenadores o teléfonos móviles? (como las Li-Ion o níquel-hidruro metálico/Ni-MH)

Una batería de portátil de 70 Whora está en unos 70€, o sea 1 € por Watt, o 1.000 € por kWhora. Para una autonomía de 100 km necesitamos 20 kW, o sea 20.000 € en baterías que hay que reemplazar cada dos años, lo que nos deja una factura total de 20.600 € vs los 2.000 € de la gasolina.

Por si no quedaron claros lo números lo simplificaré.

El coste energético anual de un coche a gasolina con más de 500 km de autonomía vs coches eléctricos con baterías de plomo y de NiMH o Li-Ion. Para hacerla más justa vamos a considerar que las baterías se producen y compran en mayor cantidad por lo que su precio será la mitad (10.000 € el grupo completo):

Coste anual de coche a 10.000 km/año
Gasolina: 1.000 €
Eléctrico batería plomo con 20 baterías: 1.300 €
Eléctrico batería Li-ION o NiMH: 10.400 €

Nota: los precios los digo de memoria y aproximados, pero no deben estar muy alejados.

Queda mucha investigación y desarrollo en las baterías: hay que reducir el peso, aumentar la capacidad de almacenamiento, disminuir tiempo de recargas. Pero es una tecnología muy puñetera, las baterías son peligrosas (pueden explotar ¿subirías a un coche cuyas baterías son peligrosas?), restaurar la carga es un proceso químico que arruina los electrodos, la potencia y rendimiento varía mucho con la temperatura (se inrementa más cuando entrega más potencia, entregan mucho menos potencia cuando están demasiado frías).

Estimado señor periodista, ya sabe bastante de los fundamentos y problemas básicos de los coches eléctricos. La próxima vez que leas que algún iluminado se hizo un coche eléctrico con unas pocas baterías de coche y motor eléctrico de un ascensor de hace 100 años, y firma que su “milagro” demuestra las conspiraciones de las “petroleras” [*], sea un poco más escéptico y pregúntele sobre la energía que almacenan, cuánta autonomía tiene, y qué potencia puede entregar. Luego pregúntese usted si gastaría tanto dinero para tener esa birria de coche que no le sirve ni para ir al pueblo de los abuelos.

El mundo cambia, pero lo que sabemos de energía, potencia y trabajo es prácticamente lo mismo desde que se empezaron a fabricar los primeros coches. Los motores de combustión interna mejoraron enormemente en sus primeros años de desarrollo, no pasó lo mismo con las baterías. Lo que lleva al problema fundamental: es el coste de las baterías lo que “mata” al coche eléctrico… y las leyes físicas que nos exigen tanta energía para mover masa.

Pero pero pero ¿y los híbridos que funcionan en la calle? ¿no contradice lo que cuentas?

Tienen un truco. El Prius tiene una batería de 53 kg, según las especificaciones tiene sólo 1.3 KWhora [**], es decir, no puede mover el coche más de unos pocos kilómetros, pero a cambio tienen una vida útil -según Toyota- de 290.000 km. Esta larga duración lo consiguen porque no permiten que se descargue o cargue completamente, ni que entreguen mucha potencia (hasta 20 kW) durante un período largo:

El motor de gasolina está casi siempre en marcha salvo cuando el coche está detenido.
Se aprovecha las frenadas para recargar la batería.
Tiene un ordenador que se encarga de mantener la temperatura óptima y nunca se carga ni descarga en su totalidad, la mantiene siempre entre un 40 y 60% de la carga máxima.

Es decir, si le quitas el motor de combustión no podrás llegar muy lejos… y las baterías te durarán apenas dos años, con suerte.

[*] La navaja: ¿por qué no han invertido ya sus supuestas fortunas, conocimientos y poder político para ganar mucho dinero con los eléctricos?

[**] En alguna especificaciones leí que es 1.3 AHora, por tres horas. Sorprendente cómo la “unidad”, pero es factible que sea más elevada que sólo 1.3 KWhora. Aún así, esa batería tendría una autonomía de sólo 25 km sin el motor de gasolina.