El transporte público eléctrico, un cambio irreversible

* Por el Ing. Ricardo Berizzo, de la Universidad Tecnológica Nacional, Regional Rosario.

En este trabajo se analiza la diferencia en el consumo energético y entre las emisiones de un vehículo convencional y uno eléctrico. A la hora de calcular las emisiones del vehículo eléctrico se tiene en cuenta el parque generador que produce la electricidad (matriz energética) que lo alimenta y sus emisiones asociadas. Se muestran diferentes ejemplos de vehículos eléctricos y en especial de la electrificación del transporte público que se está implementando en diferentes partes del mundo los cuales ponen en evidencia la tendencia irreversible.

El transporte público es un sector del transporte caracterizado por un elevado consumo de combustibles fósiles y un fuerte impacto ambiental, por lo que la promoción de la utilización de vehículos eléctricos junto con el incremento de la generación de energía eléctrica mediante fuentes de generación renovables se presenta  como una alternativa concreta  a un problema mundial progresivamente acuciante.

En el ámbito de las grandes metrópolis  se producen gastos energéticos excesivos y una polución tanto química (dióxido de carbono, dióxido de nitrógeno, partículas en suspensión, etc.) como sonora (ruido), incompatible con una calidad de vida pretendida.
Cuando hablamos de vehículos eléctricos hacemos referencia a automóviles y buses para uso exclusivo en ciudades, donde la densidad vehicular es mayor y la autonomía que hoy presenta el vehículo eléctrico es perfectamente adaptable a la misma.
Solo la electrificación del transporte en sus diversas modalidades permite modificar el parque de generación incorporando las energías alternativas de electricidad. La modificación de la motorización del sistema de transporte requiere de la electrificación del mismo, y una nueva economía basada en el electrón, abandonando paulatinamente, la economía de los hidrocarburos. Pero, ¿por qué? ¿en qué se fundamenta? ¿con qué argumentos deberíamos pensar en un transporte eléctrico?

ANTECEDENTES
Un poco mas de 100 años atrás comenzó a gestarse un modelo de transporte efectivo en sus fines pero energéticamente ineficiente.
Con el dominio de la energía eléctrica, se reemplazó el tradicional carruaje traccionado por caballos, por un móvil de similares características de diseño pero, esta vez, accionado por un motor eléctrico de corriente continua y alimentado por un banco de baterías de Pb-ácido.
Ello dio lugar a que, por ejemplo en Estados Unidos, creciera rápidamente las fábricas de autos eléctricos. A comienzos de 1900 las empresas Detroit Electric y Baker Electric dominaban el mercado del auto eléctrico.
No obstante, el vehículo eléctrico tenia el gran problema que no le permitía transitar grandes distancias, por ejemplo entre ciudades, sin tener, inevitablemente que recargar sus baterías. La introducción del arranque eléctrico en 1913 simplificó la tarea de arrancar el motor de combustión interna (MCI), que antes de esta mejora resultaba difícil y en algunas oportunidades peligroso. Esta innovación, junto con el sistema de producción en cadenas de montaje de forma masiva y relativamente barata implantado por Ford desde 1908 contribuyó a la declinación en el uso del vehículo eléctrico.
A finales de 1930, la industria del automóvil eléctrico desapareció por completo, quedando relegada a algunas aplicaciones industriales muy concretas, como montacargas (introducidos en 1923 por Yale), carros de golf, etc.

MOTOR ELÉCTRICO VERSUS MOTOR DE COMBUSTIÓN
Veremos las diferencias entre los motores eléctricos y los térmicos a la hora de entregar el par y la potencia. También constatar la enorme diferencia de rendimiento energético entre ambos y sus peculiaridades.

Los gráficos de potencia, par y revoluciones definen las relaciones entre estos parámetros para cada motor. Los motores eléctricos presentan ventajas importantes frente a los térmicos es este área.
En el gráfico siguiente podemos distinguir las curvas típicas de un motor eléctrico (Nissan Leaf) y de un MCI de 1600 cm3 (Nissan 1,6).

ANÁLISIS COMPARATIVO ENERGÉTICO EN FUNCIÓN DE LA FUENTE DE GENERACIÓN

Una de las principales ventajas de los automóviles con motor eléctrico es su alta eficiencia, que se traduce además, en una contribución a la reducción de la dependencia del transporte con motor  térmico de los combustibles fósiles, con el consiguiente impacto ambiental positivo en términos de reducción de emisiones.
Para realizar un análisis de eficiencia de los distintos tipos de vehículos, se debe estudiar la eficiencia de cada opción. En el caso de los vehículos con motor de combustión, se suele utilizar la eficiencia del “tramo tanque-ruedas”, que consiste en calcularla para la fase que va desde el tanque en el que está almacenado el combustible liquido hasta la energía mecánica final obtenida, que permite mover las ruedas. Esto es así porque se utilizan combustibles cuya transformación energética se produce en el propio vehículo ya sea de forma directa, como en el MCI. El motor convierte la energía química de los combustibles (nafta – gasoil)  en energía mecánica. En esta transformación el 30-40% de la energía primaria se convierte en movimiento y el resto son pérdidas (28% se pierde en forma de calor directo, 10% en el bloque de frenado y un 35% se va por el caño de escape). El rendimiento de los procesos de refinado y transporte anteriores son del 85%, por lo tanto la eficiencia “Tanque a ruedas” es del 25%.
Para vehículos eléctricos se suele calcular la eficiencia energética para el “tramo planta ruedas”, que mide la eficiencia desde que el combustible se introduce en la planta de producción eléctrica hasta que esa electricidad se utiliza para mover las ruedas (incluye el proceso de generación, transporte y distribución de electricidad, carga de la batería y producción de energía mecánica mediante el motor eléctrico).
En este caso, influye de manera importante el supuesto que se haga del parque generador, ya que una central térmica de ciclo combinado tiene una  eficiencia superior al 50% y otra con fuentes renovables del 100%.
Así, en el caso del vehículo eléctrico (Ve) es más adecuado realizar un análisis de este tramo, ya que su suministro proviene –en parte o en su totalidad- de electricidad con origen en un proceso de transformación de energía primaria (Ejemplo: renovables, gas o carbón) en energía final (electricidad) en una planta de generación eléctrica.
En el caso del VE, las estimaciones muestran una eficiencia que alcanza el 77% si la
electricidad que carga las baterías tiene un origen plenamente renovable y un 42% si el mix de generación eléctrica está basado en gas natural.

ANÁLISIS COMPARATIVO ENERGÉTICO EN FUNCIÓN DEL TIPO DE CONSUMO
Un vehículo será tanto más eficiente, cuanta menos energía consuma para realizar el mismo trabajo (trayecto), por ejemplo, trasladarse una distancia de 100 km. Así que lo mejor para ver si tal o cual vehículo es más eficiente, es establecer cuál es su consumo real de energía.
Para que la comparativa sea lo más correcta posible, deberíamos  tomar el mismo coche con diferentes motores, con el mismo diseño y aerodinámica, la misma masa, los mismos neumáticos, y realizar una prueba de conducción real en el mismo trayecto o circuito, con las mismas condiciones de tráfico y meteorología.
Como eso situación es poco probable haremos una comparación aproximada, lo más aproximada y rigurosa posible.
El consumo de un coche con motor de combustión, nafta o diésel,  se puede dar  en litros/100 km.  El consumo de un coche eléctrico se expresa en  kWh/100 km.
Por tanto hay que expresar ambos en las mismas unidades de energía. En el sistema internacional eso es el joule (J), o bien el megajoule (MJ), un millón (10 a la 6) de joule.
Comencemos por los motores de combustión interna:

• Un litro de nafta  tiene una energía de entre 32,18 MJ y 34,78 MJ.
• Un litro de gas – oil viene a tener una energía de entre 35,86 MJ y 38,65 MJ.

(valores promedio)
Para el motor eléctrico la conversión es más rápida y exacta: 1 kWh son 3,6 MJ.
Veremos la comparación de dos vehículos de Renault con diferente motorización.
Los modelos de Renault Fluence de motor de combustión que se toman para la comparación son similares por prestaciones y potencia al eléctrico.

• Renault Fluence nafta 1.6 16 v 110 CV, cambio manual. El consumo mixto según homologación es de 6,8 l/100 km, pero el consumo real medio de 7,6 l/100 km.
• Renault Fluence diésel 1.5 dCi 110 CV, cambio automático. El consumo mixto según homologación es de 4,4 l/100 km, pero el consumo real medio es de 5,7 l/100Km

El consumo de un Renault Fluence Z.E. eléctrico varía según las condiciones (cosa que también sucede en un coche con motor de combustión, entre ciudad y ruta):

• En ciudad, conduciendo de manera razonable, consume 14,4 kWh/100km.
• En autopista a 120 km/h,  consume 18,5 kWh/100 km

En el peor de los casos contemplados por Renault, alta velocidad y gran consumo de calefacción o aire acondicionado, la autonomía se puede quedar en solo 80 km. Como la batería almacena 22 kWh, eso significaría un consumo de 27,5 kWh/100 km.
Comparemos la energía consumida por cada uno:

• Renault Fluence nafta: 7,6 l/100 km equivalen a 244,57 MJ/100 km – 264,33 MJ/100 km
• Renault Fluence diesel: 5,7 l/100 km equivalen a 204,40 MJ/100 km – 220,31 MJ100 km.
• Renault Fluence eléctrico: 18,5 kWh/100 km equivalen a  66,6  MJ/100 km.

El coche eléctrico consume 3,67-3,97 veces menos que el coche con motor de nafta y 3,07-3,31 veces menos que el coche con motor diésel.
O sea, un coche eléctrico consume casi la cuarta parte que un coche de nafta, y la tercera parte que un coche diésel. Incluso en la situación más desfavorable del coche eléctrico, este sigue consumiendo menos: 27,5 kWh/100 km equivalen a 99 MJ/100 km. Este consumo sigue siendo la mitad del consumo del diésel.

AUTOBÚS ELÉCTRICO
Se considera a continuación el autobús de la empresa BYD modelo K9, el cual está siendo utilizado en diferentes ciudades del mundo, que tiene las siguientes características: 12 metros de longitud, capacidad para 70 pasajeros (31 sentados), consumo medio de 100 kWh cada 100 km, aceleración 0-50 Km/h en 20´´, velocidad máxima de 96 Km/h, y autonomía diaria en condiciones urbana de 250 km con cada carga.
En las pruebas realizadas encontramos que en total el BYD ha recorrido un total de 970 km con un consumo total de 1.222 kWh, lo que traducido a euros supondría con una tarifa diurna, unos 220 euros, o unos 22.5 euros cada 100 km.
Una cifra de consumo excelente si las comparamos con las de un moderno autobús urbano de similares características, que no suele bajar de los 30 litros de gas-oil cada 100 km, 25 litros para los modelos híbridos de Volvo, lo que en euros vienen siendo unos 40,2 euros cada 100 km.
Tomando como ejemplo, la ciudad de Rosario, considerando un promedio diario para un bus con MCI de 270 km/día, tomando en cuenta los valores de plaza del bus térmico y del eléctrico y los valores locales de combustible, sin subvención. Este último tardaría cerca de siete años (600.000 km) en compensar el sobre costo inicial de la adquisición del vehículo eléctrico frente al convencional como consecuencia principal de los ahorros derivados del sustancial menor consumo energético. Obviamente si el kilometraje diario aumenta, el tiempo de compensación disminuye de manera proporcional.

REDES INTELIGENTES, GERENCIAMIENTO DE LA RED ELÉCTRICA
La problemática generada por la carga sobre el sistema de energía eléctrica que los vehículos demanden, se optimiza ingresando al sistema eléctrico formas de generación de energías renovables gestionada por “redes inteligentes”.
Se la puede definir de una manera sencilla como: “una red eléctrica que utiliza tecnología informática para manejar el flujo de energía\». Hasta ahora las infraestructuras para redes de telecomunicaciones y de energía eléctrica se han desplegado de forma separada e independiente. El estado actual de la técnica hace posible la construcción de una red común para la “energía y las tecnologías de la información y comunicaciones”.
Implica una integración total en una única infraestructura física compartida (torres, postes, canalizaciones, conductos, etc.) con cables de cobre para la energía eléctrica y fibras ópticas para las telecomunicaciones. Ambos tendidos llegan hasta los medidores de energía “inteligentes” para llevar así la red de energía e información a todo rincón donde llegue el tendido eléctrico. La gran promesa de las redes inteligentes es su capacidad de incorporar mayor energía limpia, como la solar, la eólica, mareomotriz, etc.
La utilización del transporte eléctrico, dentro de un sistema inteligente, ayuda a disminuir no sólo el dióxido de carbono por generación de energía, sino también los niveles dióxido de carbono, dióxido de nitrógeno, material particulado, dióxido de azufre, etc., producidos por  los motores de combustión interna.
Las redes inteligentes conectarán fuentes de energía, grandes y pequeñas, centralizadas y distribuidas, captarán energía solar, energía mareomotriz y energía eólica para combinarla con la generación hidráulica y de combustibles líquidos derivados del petróleo y de gas a gran escala.

CONCLUSIONES

Además de restringir el tráfico en el núcleo urbano, el uso de vehículos eléctricos (coches, buses, troles, tranvías, trenes, subtes) es una solución inmediata al problema de contaminación. Es una inversión en forma de ahorro de combustible, de mantenimiento y también en salud que supondrá un ahorro en el tratamiento de enfermedades, de tiempo de consulta y de medicamentos.
Cada paso de este plan traerá la reducción de costos y beneficios ambientales inmediatos. Es urgente proponer un plan a mediano/largo plazo en las ciudades que establezca una acción para implementar el sistema más beneficioso, como es el transporte público electrificado.
Es más efectivo tratar las emisiones localizadas en las centrales térmicas de producción de energía eléctrica  que tratar de minimizar/anular las emisiones  de todos y cada uno de los vehículos individualmente que circulan.
Con un fuerte apoyo de la sociedad en su conjunto, se puede reducir nuestras emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la posición en referencia a energías renovables. La energía renovable sólo puede comenzar a reemplazar las plantas de generación de combustibles fósiles cuando están respaldados por almacenamiento de energía.
Y, por último, con ejemplos de los gobiernos en sus diferentes niveles y una fuerte política ambiental vamos a ser capaces de impulsar la adopción  por parte mercado masivo de consumidores de las tecnologías verdes que mejoren drásticamente nuestras economías y favorezcan nuestro medio ambiente.