Baterías frente a alternativas de gas: la búsqueda de alternativas sostenibles
La industria automotriz está experimentando un cambio transformador a medida que busca alternativas sostenibles a los vehículos tradicionales que funcionan con gasolina. A medida que aumentan las preocupaciones sobre el impacto ambiental y la dependencia de los combustibles fósiles, varios combustibles y fuentes de energía alternativos están surgiendo como opciones viables. En este artículo, analizaremos las distintas tipos de baterías disponible para alimentar vehículos eléctricos, así como otros combustibles alternativos.
Enumeraremos las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de tecnología, destacando sus ventajas y desventajas, y analizaremos por qué los vehículos eléctricos a batería (BEV) se están volviendo tan comunes y probablemente sean la respuesta para reemplazar los vehículos a gasolina a largo plazo.
Baterías para vehículos eléctricos: alimentando el futuro
baterías de iones de litio en vehículos eléctricos (VE) representan el futuro del transporte de pasajeros debido a su eficiencia, beneficios ambientales y avances tecnológicos incomparables.
A diferencia del hidrógeno, el GNC y los biocombustibles, las baterías de iones de litio ofrecen una solución más limpia y sostenible, ya que reducen significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero y la dependencia de los combustibles fósiles. A largo plazo, también se pueden reciclar. Los rápidos avances en la tecnología de las baterías han llevado a una mayor densidad de energía, a tiempos de carga más rápidos y a una mayor autonomía de conducción, lo que hace que los vehículos eléctricos sean más prácticos y atractivos para los consumidores.
Además, la creciente infraestructura para las estaciones de carga eléctrica y el costo decreciente de las baterías de iones de litio hacen que los vehículos eléctricos sean una opción más accesible y rentable. A medida que los gobiernos y las industrias de todo el mundo presionan por soluciones de transporte más ecológicas, las baterías de iones de litio se destacan como la opción más viable.
Baterías de iones de litio: química de litio NMC y litio NCA
Actualmente, las principales baterías de iones de litio se dividen en dos tipos diferentes. El primer tipo consiste principalmente en litio NMC (níquel-manganeso-cobalto) y litio NCA (níquel-cobalto-aluminio). Estas combinaciones hacen que las baterías consuman más energía y, por lo tanto, ofrecen el mayor alcance y potencia para los vehículos eléctricos.
Las ventajas incluyen:
- Alta densidad de energía: las baterías de iones de litio ofrecen una alta densidad de energía y la densidad de energía aumenta aproximadamente entre un 5 y un 8% por año, lo que permite rangos de conducción más largos.
- Eficiencia: las baterías son muy eficientes en términos de almacenamiento de energía y conversión de nuevo en energía utilizable. Las químicas de iones de litio también ofrecen una mayor velocidad de carga.
- Larga vida útil: con una gestión adecuada, las baterías de iones de litio tienen una larga vida útil.
Las desventajas incluyen:
- Costo: Sin embargo, la producción y los materiales para las baterías de iones de litio han sido muy costosos los precios han bajado significativamente durante el año pasado.
- Degradación de la capacidad: con el tiempo, la capacidad de las baterías de iones de litio se degrada cuando se cargan con frecuencia y se dejan a un ritmo elevado (más del 90%) durante un tiempo prolongado. Además de que las baterías de litio están a altas temperaturas durante períodos prolongados, por eso es tan importante una buena gestión térmica en los vehículos eléctricos.
- Riesgos de seguridad: existe el riesgo de sobrecalentamiento y fuga térmica, lo que puede provocar incendios.
Pero si bien los productos químicos de litio NMC o litio NCA fueron los primeros en comercializarse y siguen siendo una opción popular, son caros y, por lo general, se reservan para vehículos eléctricos de gama alta o que necesitan mucha autonomía.
Baterías de fosfato de hierro y litio (LFP)
El segundo tipo de batería para vehículos eléctricos son las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4), también conocidas como baterías LFP. Piense en las baterías LFP como el motor diésel de la era de los vehículos eléctricos. En general, no son tan densas en potencia y tal vez no sean ideales para un automóvil deportivo, pero en general son muy confiables y seguras.
Las ventajas incluyen:
- Seguridad: las baterías LFP son conocidas por su excelente estabilidad térmica y química, lo que reduce el riesgo de sobrecalentamiento e incendio.
- Larga vida útil: estas baterías suelen ofrecer un ciclo de vida más prolongado en comparación con otras baterías de iones de litio.
- Impacto ambiental: las baterías LFP se consideran más respetuosas con el medio ambiente debido a los materiales más estables y menos tóxicos utilizados.
- Alta velocidad de descarga: las baterías LFP pueden ofrecer altas velocidades de descarga y, por lo general, pueden soportar una velocidad de carga de corriente continua más alta cuando la batería se encuentra en un estado de carga (SoC) más alto, en comparación con las químicas de litio NCA o NCM.
- Menor costo: el costo inicial de las baterías LFP es generalmente mucho menor en comparación con los otros tipos de baterías de iones de litio.
Contras:
- Menor densidad de energía para un peso determinado: en comparación con otras baterías de iones de litio, las baterías LFP tienen una densidad de energía más baja, lo que significa que almacenan menos energía para su tamaño y peso.
- Desafíos en climas fríos: si bien estos desafíos se pueden superar, las baterías LFP generalmente tienen problemas para funcionar al máximo rendimiento en climas fríos en comparación con las químicas de iones de litio NCA o NCM.
Baterías de estado sólido
Una nueva tecnología en el horizonte ha recibido mucha atención recientemente: las baterías de estado sólido. Como su nombre indica, las baterías de estado sólido no necesitan electrolitos líquidos. Su estructura básica es la misma que la de una batería de iones de litio, pero como no utilizan líquidos, las baterías de estado sólido pueden ser más ligeras, seguras y compactas.
Las ventajas incluyen:
- Seguridad mejorada: las baterías de estado sólido tienen un riesgo reducido de incendio y sobrecalentamiento.
- Alta densidad de energía: ofrecen el potencial de una densidad de energía mucho mayor que las baterías de iones de litio.
- Mayor vida útil: las baterías de estado sólido son más estables y tienen una vida útil más larga.
Las desventajas incluyen:
- Altos costos de producción: Actualmente, las baterías de estado sólido son caras de producir.
- Fase inicial de desarrollo: las baterías de estado sólido aún se encuentran en las primeras etapas de comercialización, con una disponibilidad limitada. Algunos fabricantes de automóviles se refieren constantemente a ellas diciendo que «faltan entre cinco y diez años».
- Fabricación compleja: el proceso de producción de baterías de estado sólido es complejo, caro y aún es incipiente.
Pilas de combustible de hidrógeno e hidrógeno como fuente de combustible
Para obtener más información, consulte mi artículo anterior sobre los desafíos del hidrógeno para los vehículos de pasajeros. Sin embargo, a un nivel elevado, el hidrógeno tiene las siguientes ventajas:
- Velocidad de repostaje: los vehículos de hidrógeno se pueden repostar en cuestión de minutos, de forma similar a los vehículos de gasolina convencionales.
- Densidad de energía: el hidrógeno cuenta con una alta densidad de energía, lo que ofrece una mayor autonomía de conducción en comparación con la mayoría de los vehículos eléctricos que funcionan con baterías.
- Cero emisiones: las pilas de combustible de hidrógeno producen solo vapor de agua como subproducto, lo que las convierte en una opción respetuosa con el medio ambiente.
Las desventajas del hidrógeno incluyen:
- Desafíos de infraestructura: la disponibilidad de estaciones de repostaje de hidrógeno es limitada, lo que dificulta su adopción generalizada.
- Altos costos de producción: Actualmente, la producción de hidrógeno es cara y consume mucha energía.
- Almacenamiento y transporte: el hidrógeno requiere soluciones especiales de manipulación y almacenamiento, lo que aumenta la complejidad y el costo.
- Actualmente, la mayor parte del hidrógeno no se produce de forma muy respetuosa con el medio ambiente.
- Preocupaciones sobre el uso del agua mediante electrólisis para obtener el hidrógeno.
- El hidrógeno es el elemento más común, pero rara vez lo es por sí solo, lo que se suma al desafío de acceder a él como combustible.
- Percepción: La preocupación por la seguridad entre el público ha sido una batalla perpetua y cuesta arriba por el hidrógeno.
Gas natural comprimido (GNC)
Algunos vehículos ofrecen la opción de gas natural comprimido (GNC), que se puede utilizar como alternativa a la gasolina. El GNC se usa comúnmente en taxis y en algunos vehículos de reparto.
Las ventajas incluyen:
- Emisiones más bajas: aunque es un combustible a base de carbono, los vehículos a GNC emiten menos contaminantes por milla en comparación con los motores de gasolina y diésel.
- Rentable: el gas natural suele ser más barato que la gasolina, lo que permite ahorrar costos a los conductores.
- Suministro abundante: al menos a nivel nacional, en Norteamérica, el gas natural está más disponible que nunca y es menos susceptible a las fluctuaciones de precios que el petróleo.
- Infraestructura: la infraestructura de gas natural existente significa que es más fácil moverse y acceder a ella como fuente de combustible.
Sin embargo, el GNC también tiene algunas desventajas:
- Infraestructura limitada: La cantidad de estaciones de servicio de GNC es limitada, especialmente fuera de las áreas urbanas. Si bien la infraestructura es mucho más abundante y está mucho más avanzada que la infraestructura de hidrógeno, sigue siendo muy limitada. Especialmente si se compara con la infraestructura eléctrica existente.
- Alcance más corto: Al igual que el hidrógeno tiene una gran densidad de energía en peso, no es tan eficiente en volumen. Los vehículos de GNC suelen tener una autonomía de conducción más corta en comparación con los vehículos de gasolina.
- Problemas de almacenamiento: Al igual que el hidrógeno, el GNC requiere tanques grandes y pesados para ayudar a la seguridad del vehículo en caso de colisión. Desafortunadamente, esto reduce aún más la eficiencia general del vehículo y el espacio de almacenamiento.
Biocombustibles: energía renovable en camino
Los biocombustibles fabricados a partir de recursos renovables pueden ayudar a reducir las emisiones y funcionan en motores convencionales, lo que significa que los conductores no tienen que adaptarse a las nuevas tecnologías.
Las ventajas incluyen:
- Recurso renovable: los biocombustibles, como el etanol y el biodiésel, se fabrican a partir de recursos renovables como cultivos y materiales de desecho.
- Reducción de la huella de carbono: los biocombustibles generalmente producen menos gases de efecto invernadero en comparación con los combustibles fósiles.
- Compatibilidad del motor: muchos biocombustibles se pueden utilizar en los motores de combustión interna existentes con modificaciones mínimas.
Sin embargo, los biocombustibles también tienen algunos inconvenientes:
- Menor densidad de energía: los biocombustibles tienen una densidad de energía más baja que la gasolina, lo que puede resultar en un mayor consumo de combustible.
- Preocupaciones por el uso de la tierra: la producción de biocombustibles a gran escala puede provocar deforestación y competir con los cultivos alimentarios por la tierra y los recursos.
- Emisión de contaminantes: si bien son más limpios que los combustibles fósiles, los biocombustibles siguen produciendo algunas emisiones, aunque suelen ser menos dañinos.
- Costo: Generalmente los biocombustibles cuestan aproximadamente el doble de gasolina, debido al menor volumen de producción y al trabajo adicional necesario para la producción.
¿Qué tan eficientes son los combustibles alternativos en comparación con las baterías para vehículos eléctricos?
Cuando se trata de eficiencia y emisiones, los vehículos con pilas de combustible de hidrógeno y GNC son más eficientes y producen menos emisiones que los motores de combustión interna tradicionales. Sin embargo, generalmente van a la zaga de los vehículos eléctricos. Los motores eléctricos, junto con las baterías, en particular las baterías de iones de litio, son muy eficientes, transmitiendo la mayor parte de la energía de la batería a las ruedas. Los biocombustibles, si bien son renovables, siguen produciendo algunas emisiones y tienen una menor densidad energética en comparación con las opciones eléctricas y de hidrógeno. Los motores convencionales tienen muchas partes alternas y se producen pérdidas de eficiencia en los motores y en las transmisiones que se dirigen a las ruedas.
La infraestructura de carga supera al hidrógeno y al GNC
Los vehículos eléctricos se benefician de una red creciente de estaciones de carga, lo que los hace cada vez más prácticos para los consumidores. Además, los propietarios de vehículos eléctricos pueden cargar su vehículo en casa, lo que amplía significativamente la infraestructura disponible y mejora la comodidad.
Por el contrario, la infraestructura de repostaje de hidrógeno y GNC sigue siendo limitada, lo que plantea un desafío para su adopción generalizada. Los biocombustibles tienen la ventaja de utilizar las redes de distribución de gasolina existentes, aunque con algunas modificaciones.
Combustibles alternativos: costo y disponibilidad
Las baterías de iones de litio son cada vez más rentables debido a los avances tecnológicos, las economías de escala y la caída de los costos de los materiales. Los biocombustibles y el GNC están más fácilmente disponibles, pero tienen limitaciones en términos de densidad energética y autonomía de los vehículos. Hidrógeno, sin embargo, se enfrenta probablemente a las mayores limitaciones físicas en cuanto a su capacidad para propulsar vehículos de pasajeros en el futuro, junto con otros obstáculos logísticos.
Conclusión: El futuro de la conducción sostenible
La transición a combustibles y fuentes de energía alternativos para los vehículos de pasajeros ha sido un esfuerzo complejo, pero necesario. A medida que la industria automotriz continúe innovando y desarrollando estas tecnologías, la elección entre ellas dependerá de una serie de factores, como la infraestructura, el costo, la autonomía de conducción y el impacto ambiental. El futuro de los vehículos de pasajeros parece ser eléctrico, lo que allana el camino para un ecosistema de transporte más sostenible y eficiente.
