lunes, 19 de diciembre de 2016

Apuntes sobre vehículos eléctricos: algunos números

Queridos lectores,

Beamspot vuelve a la carga, con una nueva entrega de su análisis en profundidad de la viabilidad. En esta entrega, realiza una serie de cálculos que arrojan información valiosa sobre eficacia y rendimiento. Estoy seguro de que el artículo será de su interés.

Salu2,

AMT


Apuntes sobre vehículos eléctricos (y otras cosas). Números.
Una parte importante de lo explicado en todas las entradas anteriores nos conducen hasta aquí. Se ha hecho referencia repetidas veces sobre algunos asuntos, números y especialmente, rendimientos, aplazando la discusión cuantitativa sobre los mismos, aunque se haya hecho una explicación cualitativa de por dónde y porqué.
Para empezar, la termodinámica, rama de la física que estudia ciertos comportamientos energéticos, relacionados con la temperatura y transformaciones varias entre diferentes tipos de energía, nos asegura y demuestra que un rendimiento del 100% es imposible. Lo cual ya nos indica el nivel de la mayoría de artículos de divulgación periodística, donde es habitual asimilar todo lo eléctrico con rendimientos del 100%.
Ya más de tapadillo, esta afirmación está implícita en la manera de calcular los costes de cargar completamente la batería. Así que vamos a empezar por aquí. Miremos pues la realidad, sobre varios casos documentados, de las eficiencias de carga y descarga, los rendimientos reales de los coches eléctricos, y por ende, podremos calcular los costes reales de circular con uno de estos vehículos. Y para terminar, los costes ambientales reales de circular con el mismo, en varios países, sin entrar apenas en los costes de producción.
El primer paso, es definir la capacidad de la batería [1]. Se ha dicho que las baterías tienen definida una capacidad, en KWh, pero dado que no devuelven el 100% de la energía que se les ha metido, esta capacidad medida es la de la energía devuelta, nominal, al salir de fábrica, o más exactamente, después de unos pocos ciclos de carga/descarga de la misma, pues su máxima capacidad suele alcanzarse dentro de los diez primeros ciclos.
Esta capacidad también se da bajo unas condiciones de descarga concretas, con una potencia de salida concreta. De hecho, es a corriente constante, no a potencia constante, cómo se especifican las baterías, y generalmente en C’s, siendo habitual dar las curvas de descarga (y por ende, de capacidad) para varios valores de C. A más C’s de descarga, menor capacidad, y por tanto, menor rendimiento.
Según el proceso de carga, como ya se vio en los párrafos de cargas y cargadores, también tenemos una eficiencia mayor (a bajas C’s, muchas horas cargando), o menor (a C’s altas, tiempos de recarga rápidos), hasta el punto que el bajo rendimiento, tanto del cargador como de la batería, obliga a utilizar sistemas de refrigeración forzada, que hunde aún más el rendimiento.
Dicho de otra manera, si un coche tiene una batería de 16.2KWh como el Fluence, una recarga completa será inevitablemente de más de 16.2KWh, por tanto, la factura de la luz será superior, tanto más cuanto más rápido recarguemos. Dado que las recargas rápidas no se van a hacer en casa debido a que la potencia contratada no nos lo permite (a no ser que uno sea muy acaudalado y se haga un contrato para más de 30KW), éstas no van a ser tan elevadas como las recargas rápidas en estaciones que además, es probable que nos cobren el KWh más caro que la red eléctrica, además de cobrarnos más KWh reales que los que luego nos devolverá el coche.
Es decir, que si en un coche de gasolina se ponen 50 litros de sin plomo, éste gastará los 50 litros, y nos cobran por lo que le echamos. Sin embargo, en un eléctrico, igual sacamos esos 16.2KWh, pero le habremos sacado al enchufe más de 20KWh, que será lo que nos cobrarán.
Pero esto sigue siendo meramente calificativo, y encima, los señores de Tesla ‘regalan’ las recargas en sus estaciones de recarga rápida (de 120KW cada cargador, que en 2016 saldría a 5300€/año sólo en concepto de potencia contratada!!). Dicho de otra manera, te lo cobran en el precio del vehículo y/o vía subvenciones que salen de los impuestos de todos, con lo que es difícil estimar lo que a uno le cobrarían en un surtidor de recarga rápida.

Por tanto, veamos casos reales como el del Leaf. Según datos de internet, para cargar la batería, que nominalmente tiene 24.15 KWh, el cargador le mete al coche 22.031 KWh (menos que la nominal), absorbiendo de la red 25.414 KWh, que es lo que nos facturará la compañía eléctrica. Según las medidas, la batería devolverá 21.381 KWh, que sería la capacidad nominal. La discrepancia real entre la capacidad nominal y la medida se debe a dos factores: los coches suelen descargarse entre 0.5 y 1C, y los fabricantes suelen guardarse un margen de capacidad como ‘reserva’, que podría ser perfectamente del 10%, o sea, 2.5KWh en este caso. Es decir, que aunque le metan 22KWh, la batería ya tenía una cierta carga interna, no estaba totalmente vacía. Y la descarga igual tampoco ha sido completa, así que esta discrepancia entra dentro de los parámetros normales.
Esto nos da un rendimiento del cargador del 86.7%, y de la batería del 97.05%. La razón del bajo rendimiento del cargador es la que ya conocemos: parte de la energía que éste da se pierde en forma de refrigeración tanto de éste como de las baterías. Tesla reporta una eficiencia pico del mismo del 92%, aunque no especifica las condiciones (a menor potencia suele tener mejor rendimiento). Por tanto, en realidad la electricidad utilizada por el coche en total es sólo el 84% de lo que se factura, para un Nissan Leaf, presumiblemente con carga lenta, pisando poco, y con el consumo de elementos extra bajo.
Según Tesla [2], este rendimiento es más bajo: entre el 59 y el 62%, pero al menos lo mide en las ruedas, no en la salida de la batería. Si tenemos en cuenta que el inverter del motor suele tener un rendimiento similar al del cargador, además de un rendimiento del motor eléctrico también por debajo del 96%, el resultado suele ser que de la batería a la rueda llega sólo un 80 – 85% real. Tesla reporta para su Roadster un 88%, bastante bueno puesto que es un vehículo que tiene esta parte ligeramente sobredimensionada, debido a que tiene una gran potencia (pero usa poca). Pero a esto hay que añadirle el gasto energético del resto del coche. Gasto parásito que hace que el coche en parado consuma energía, sin moverse del sitio, igual que hacen los motores térmicos, sólo para mantenerse en funcionamiento.

Si el rendimiento del Leaf a la salida de la batería es del 85%, el rendimiento del sistema de potencia (inverter + motor) es un optimista 85%, tenemos que a las ruedas llega el 72.25% de la energía, pero aún hay que descontar una parte para el resto del coche, que es muy variable, con lo que las cifras que publica Tesla tienen bastante sentido.
Pero, ¿cómo dan las cifras de consumo los fabricantes? Pues lo normal es que se refieran al cociente entre la autonomía según normativa y la capacidad nominal de la batería reportada. Es decir, la eficiencia de batería a las ruedas queda obviada. Sin embargo, la trampa está en la normativa [3]. Dado que los gobiernos son favorables a la implantación de vehículos eléctricos y a que se dejan influir por los lobbies, la normativa aplicada a los mismos para definir la autonomía es básicamente la que los mismos fabricantes han desarrollado, y por tanto, ehm, favorable a sus intereses.
La determinación de la autonomía de cualquier vehículo es problemática, pero mucho más en un vehículo eléctrico, por lo que ya se ha explicado. Variaciones del estilo de conducción, de la carga, de las pendientes, del viento, de la aerodinámica, del tráfico y demás lo hacen especialmente difícil. Pero en un vehículo eléctrico, debido precisamente a su rendimiento, estas condiciones se vuelven mucho más variables y difíciles aún.
Así pues, el ciclo de prueba definido es bastante particular, diferente del aplicado a los vehículos térmicos. Dado que el principal punto donde interesa que se utilicen vehículos eléctricos es en las grandes ciudades para reducir contaminación, la normativa tiene una gran parte del ciclo de tráfico urbano, minimizando la parte de carretera y autopista. Pero resulta que esto es especialmente indicado para los eficientes eléctricos: bajas velocidades que permiten bastante regeneración en las frenadas y pocas pérdidas por rozamiento aerodinámico, desniveles suaves, bajas velocidades, pocos acelerones. Justo donde el eléctrico es muy eficiente y donde el térmico es especialmente ineficiente. En esta situación no hay color, y es precisamente donde los eléctricos brillan.
Tanto es así, que un mismo coche como el Fluence puede tener más de 200Km de autonomía en tráfico puramente urbano, y sin hacer ninguna filigrana, frente a los 180Km nominales (que suelen ser menos), o los 120Km reales en carreteras secundarias a 90Km/h, menos por autopista todo trapo y/o con conducción muy agresiva.
Tampoco se especifica muy claramente el equipamiento extra que gasta energía: aire acondicionado/calefacción, luces, equipos auxiliares, etc. Además, estas pruebas se suelen hacer dentro de rangos de temperaturas adecuados, óptimos, para las baterías. Temperaturas templadas donde no hace falta poner ni aire acondicionado, ni calefacción, o incluso con algo, poco, de calefacción, utilizando el calor residual del inverter, de día (luces apagadas), sin radio ni nada. Por supuesto, con la batería nueva no envejecida, totalmente cargada, sin carga en el vehículo, viento en calma, etc. Habitualmente, se prueba sobre rodillos.
Y es que la autonomía se ve muy influenciada por asuntos tan peregrinos como la temperatura, la hora del día, el confort y otras medidas no relacionadas con el desplazamiento per se. La carga de elementos auxiliares puede llegar a ser importante, y las condiciones climatológicas pueden hacer variar hasta el extremo la autonomía del vehículo.
El departamento de energía de los Estados Unidos ha comprobado que el mismo ciclo EPA City habitualmente usado, simplemente a temperaturas del rango de 5ºC o de 32ºC, el mismo coche pierde hasta la mitad de la autonomía.
Dicho de otra manera: en una noche muy calurosa, o dentro de un parking (por la necesidad de las luces) con temperaturas muy altas (35ºC, por poner un ejemplo), con el aire acondicionado a tope, luces, ventiladores, y demás, un vehículo eléctrico puede estar consumiendo hasta 7KW sin moverse del sitio.
Por supuesto, esto es un caso extremo, pero en España, en agosto, al medio día es extremadamente raro que no se ponga el aire acondicionado. Y de noche está prohibido circular sin luces. Si contamos que en los países nórdicos, en invierno, cuando apenas tienen unas pocas horas de luz, se utiliza el aire acondicionado como bomba de calor para calentar las cosas (empezando por la batería), resulta que no es tan extraño que para circular por una gélida carretera secundaria, de noche, a varios grados bajo cero, sí que se consuman muchos KW sólo por temas térmicos, además de las luces.
Evidentemente los coches térmicos, cuando están parados en un semáforo, también consumen, y dado el bajo rendimiento de los mismos, el despilfarro es mayor, con la excepción de la calefacción, que sale gratis al aprovechar el calor que despide el motor precisamente debido a esta baja eficiencia.
Se han dado cifras de eficiencia de los coches eléctricos, que no son tan altas como se publica, pero ¿Qué hay de los térmicos?
Los motores de gasolina tienen un rendimiento más bajo, lo habitual suele estar entre un ineficiente 20% y un 27%. Los motores diesel, especialmente los turbo, llegan a cotas mucho más elevadas, hasta el 52% de cierto tipo de motor marino [4], a 100RPM, que da la ‘escasa’ potencia de 103000HP. Sin embargo, los motores diesel de coche están en rendimientos entre el 30 y el 40%, en el punto óptimo. Lo que tampoco se publica es que el rendimiento baja mucho fuera del régimen ideal de giro, justo lo que se da en tráfico urbano, y es el motivo por el cual hace falta un cambio de marchas: para adecuar el régimen de giro a la velocidad del vehículo. De ahí el elevado consumo en conducción en ciudad.
Para hacer una comparativa ajustada, no podemos intentar poner lado a lado una bicicleta eléctrica con el Ferrari de Fernando Alonso. Para ser más justos, una buena comparación sería entre el Renault Fluence versión eléctrica contra la versión diesel (pues ésta es la más eficiente y económica, la que suelen preferir los conductores españoles) de 110HP, la 110 dCi.
Los consumos se van a calcular a partir de los valores nominales del fabricante, a sabiendas de que son meramente orientativos. Si nos creemos que el eléctrico consume lo que el fabricante dice, bien podemos hacer lo mismo con el de gasoil. Y comparar el precio de un depósito de 160Km lleno contra otro que da más de 1000Km tampoco sirve. Veamos, empecemos con el eléctrico.
Renault Fluence Models

Diesel Fluence dCi
Gasoline Fluence 16V
Electric Fluence Z.E.
Engines
1.5L dCi (66 kW)
1.6L 16v (81 kW)
70 kW
Gearbox
5-speed
5-speed
none
Emission standard
Euro V
Euro V
Euro V
Consumption (NEDC)
4.4l/100 km
6.7l/100 km
0.14 kWh/km
Tailpipe CO2 (NEDC)
115 g/km
155 g/km
0

Según Renault, el Fluence ZEV (Zero Emission Vehicle, vehículo presuntamente sin emisiones), con 22KWh tiene una autonomía de 160Km. 100 millas, igual que el Leaf. Esto da un consumo de 137Wh/Km. A 17 céntimos el KWh, precio de Abril de 2014 en España, aproximadamente, esto significa 2,33 céntimos el Km. El Fluence dCi de 110HP, consume 4.6l/100Km de Gasoil. A 1.33€/l, el consumo sale a 6.12 céntimos el Km. La diferencia es notable a favor del eléctrico, aunque repostemos en gasolineras low cost por debajo de 1.25€/l.
Si contamos los precios de los coches, tenemos que el ZEV está en los 26000€, a los que hay que descontar una subvención de 6000€ según el plan aplicado (esto puede  variar de un día para otro). También hay que contar con el Wall Box, unos 900€, donde enchufarlo, aunque se puede prescindir de el. El 110dCi está en 24000€, sin ayudas.
En lo tocante a mantenimiento, el gasoil tiene unos costes del motor elevados, entre cambios de aceite, distribución, reglajes, filtros, etc, la cosa puede salir por unos 2000€ de mantenimiento a los 200000Km. A esto hay que añadir neumáticos y pastillas de freno, líquidos de parabrisas, filtros varios para el aire acondicionado, etc, que no cuentan, pues son los mismos que para el ZEV, con lo que uno se ahorra fácilmente 1 céntimo más al Km por mantenimiento con el ZEV.
En el apartado tocante a impuestos, además de la subvención ya comentada, los impuestos del ZEV son muy bajos en cuanto a circulación, así como otros gastos asociados, al estar favorecidos por el gobierno, en detrimento de los más contaminantes diesel. Además, muchos parkings y autopistas hacen descuentos, incentivados también por los gobiernos, es decir, pagados entre todos, para estos vehículos, que pueden llegar a no pagar nada ni en parkings públicos ni en autopistas. Otro punto a favor de los eléctricos.
Las ventajas son claras pues. Evidentes y poderosas, suficiente razón para que los eléctricos se vendan como rosquillas, ¿no? De película. De hecho, en muchos reportajes de televisión, así como en periódicos y revistas especializadas, éste es justo el ‘cuento de la vieja’ aplicado a la contabilidad de los vehículos eléctricos. Todo muy atractivo.
¿No?
Pues este es uno de los trucos de manipulación más viejos y sencillos de la historia. El engaño por omisión. El encubrimiento, voluntario o no, de los puntos malos, negros, de las cosas que se venden. Lo que, una vez descubierto que se ha dejado, puede resultar negativo, puede desencadenar (como ya está haciendo), un ‘efecto Streissand’ [5] muy contraproducente. Y más en este caso, porque la omisión clama al cielo.
Es algo de bulto, de peso, y costoso.
La batería.
Se dejan la batería.
Una razón más para estudiar el caso del Fluence. Porque el precio del mismo NO incluye la batería. Ésta se tiene que alquilar por la fórmula del Renting. De esta manera, Renault ha querido enfrentar el problema básico de los eléctricos. Si contamos el coste de renting de la batería del Fluence, vemos que el fabricante da una tabla de precios al mes según los años y los Km por año recorridos. El resultado es que la batería dura 200000 Km o 6 años, lo que antes ocurra.
Es decir, cada 200000 Km hay que hacer dos distribuciones en un diesel, y cambiar una batería en un eléctrico. Según vimos, en España (que no en Francia), las baterías difícilmente llegarán a durar 6 años, probablemente ni 4. Es posible que no se lleguen a hacer los 200000 Km de la misma, pero hay que gastar una batería que cuesta un dinero, estimada en unos 10000€. Sin embargo, para calcular el coste por Km, mejor hacerlo por la tabla de leasing, que es precisamente lo en realidad habrá que pagar.
La batería extraíble del Renaul Fluence

Si cogemos el leasing a 5 años, para 25000Km al año, sólo de alquiler de la batería hemos de añadir 6.144 céntimos por Km. Más que el consumo de gasoil del CDi. Mucho más que el coste de la electricidad. Ooooops. La situación acaba de invertirse. Máxime si en realidad se van a hacer menos quilómetros que los contratados.
Meses
5.000 km
10.000 km
15.000 km
20.000 km
25.000 km
30.000 km
35.000 km
40.000 km
12
N/D
102 €
116 €
132 €
148 €
168 €
188 €
208 €
24
92 €
92 €
106 €
122 €
138 €
158 €
178 €
198 €
36
82 €
82 €
96 €
112 €
128 €
148 €
168 €
188 €
48
82 €
82 €
96 €
112 €
128 €
148 €
168 €
188 €
60
82 €
82 €
96 €
112 €
128 €
148 €
168 €
188 €
72
82 €
82 €
96 €
112 €
128 €
148 €
N/D
N/D
Llegados a este punto, queda claro que el problema de la autonomía de los vehículos eléctricos es absolutamente equívoca. Quejarse que la autonomía de los eléctricos es plantear el problema equivocado. Si Tesla tiene coches con entre 400 y 500Km de autonomía en baterías, es evidente que el problema con los eléctricos es otro.
El problema en realidad es el PRECIO.
Concretamente, el precio de las baterías, que hay que cambiarlas cada cierto tiempo. Si esto lo aplicamos en países nórdicos, con electricidad 100% de origen hidroeléctrico, barata, sueldos elevados, y temperaturas bajas que alargan la vida de las baterías por encima de 8 años, impuestos elevadísimos a los vehículos térmicos y los combustibles, por mucho que sean exportadores de petróleo, la situación no es la misma que en países más cálidos, con sueldos más bajos, y con electricidades muy caras, como es el caso de España.
Sin embargo, este tema en webs anglosajonas es tratado con mucha más profundidad, se pregunta por este punto en concreto en cada presentación de novedades del sector, las discusiones están más centradas, las informaciones más contrastadas, mientras que si uno mira páginas en castellano, básicamente todas se limitan a repetir los cantos de sirena comerciales, los mismos manidos argumentos, muchas veces sin ninguna base, que se repiten como una letanía.
Aún así, el precio de las baterías es el gran secreto de los fabricantes. La cuestión del precio del cambio de baterías, la pregunta obligada en foros internacionales, el dato, el más difícil de obtener de los fabricantes, y nunca se saca en claro. No sólo eso, es que se discute mucho sobre cómo dan éstos los precios. Es un secreto a voces que el precio se fija por razones políticas o de márketing, no con objetivos de beneficio económico. Se venden a pérdida.
Tanto es así, que hay mucha especulación al respecto en los foros anglosajones, para cada vehículo que sale al mercado. Uno de los ejemplos más flagrantes, que además resulta de lo más sencillo de calcular, de lo más aproximado, precisamente es sobre el más reputado de los fabricantes: Tesla.
Las baterías de sus coches se montan a partir de celdas estándar de ordenador portátil, no con baterías específicas para automoción. Claro que la legislación en EEUU es diferente que en Europa, más laxa en este aspecto, con lo que se favorece esta opción, que tampoco es exclusiva del fabricante americano, pues hay al menos un híbrido y un eléctrico con este tipo de fabricación, aunque en este caso, no puedo dar los nombres.
Tesla tiene en su último modelo, el S, dos tipos de batería, con tres versiones de vehículo: es S60, con 60KWh de batería, el S85, con 85KWh de batería, y el P85, con la misma batería de 85KWh, pero más potencia de motor.
Estas celdas, al estar diseñadas para reducir costes al mínimo, para aplicaciones de portátiles, apenas pueden dar potencias elevadas, por lo que estos vehículos llevan packs de supercondensadores para suministrar los picos de potencia, tal y como ya se comentó. Cosa que sigue siendo más que suficiente para esta aplicación, de hecho, es la mejor aproximación desde el punto de vista técnico, aunque suponga más coste y componentes, mayor complejidad, pero permite reducir al mínimo las baterías, sus requerimientos técnicos, de refrigeración, de coste, de potencia, de tamaño y de peso.
Aún así, la batería pesa unos nada despreciables 450Kg, a 400V, y permite autonomías de entre 370 y 500Km según batería ya conducción. Si se quita el aire acondicionado, se desconectan los asientos calefactados, etc.
El S60 cuesta uno 60000€, 68750€ el S85, y 80600€ el P85. Con batería y todos los complementos. No se puede decir que sea barato. Si se hace la previsión durante el primer mes tras la adquisición del vehículo, ahora Tesla ‘vende’ por adelantado las baterías de recambio para cambiarlas a los 8 años: 9240€ la de 85KWh, 7700€ la de 60KWh. Ojo, con ocho años de adelanto. Pero al menos, no parecen excesivamente caras, ¿no?
 
La batería del Tesla S

Sin embargo, si cogemos el precio de una batería de recambio de portátil, que utiliza las mismas celdas estándar para su fabricación, pero no tiene sistema de refrigeración, una electrónica mucho más sencilla, ni sistemas de seguridad, ni blindaje (el Tesla tiene que blindar la parte inferior de la batería debido a que se puede perforar al pisar una piedra, como ya ha pasado con uno de ellos, con el consiguiente incendio y la pérdida del vehículo). Por ejemplo, la batería del HP ProBook6550b, 10.8V, 56Wh, que estoy usando para escribir esto, en una web china, cuesta unos 50€ con IVA. Sin el IVA, 45€, y si estimamos que la batería, a peso, sin más, ni electrónica ni nada, es vendida a mitad de precio a Tesla debido a la economía de mercado, obtenemos que más o menos cuesta unos 400€/KWh. El mercado estima precios mucho más elevados, de entre 400 y 600€/KWh para un vehículo [6].
85KWh, 9240€, significa 108€/KWh. Una cuarta parte. Y eso, montada, con refrigeración líquida, blindaje, electrónica compleja dentro, elementos de seguridad que no tienen las baterías de portátil, ensamblados por mano de obra y energía americanas, más caras que la china.
A nadie le cuadra.
Aunque cobren ahora el precio de la batería que te venderán dentro de 8 años, con los intereses que esto le puede generar, aunque sea como financiación de la fábrica de las mismas.
Algunos clientes de Tesla que han tenido que cambiar la batería, y que no les ha cubierto la garantía, de 8 años, cuando el modelo no tiene ni 3 años en el mercado en el momento de escribir estas líneas, han tenido que pagar la friolera de 30000€ de batería. Medio coche. Por mucho que Mr. Elon Musk diga que el coste de las baterías en realidad no es ni una cuarta parte del precio del mismo. Será el precio de los materiales base, o de las celdas solas, sin contar todo lo asociado al montaje de todo el pack. Pack que como se ha visto, ni es fácil ni barato de fabricar, ni de reciclar. Curiosamente, sólo se tienen noticas de baterías que se han cambiado sin entrar en garantía, pero no de las que se han cambiado en garantía.
Y los Tesla no son baratos.
Baterías que en España, en latitudes y con clima similar al de California implican tener que cambiarlas cada cuatro o cinco años, no cada ocho. Así es lógico que todos los fabricantes de coches eléctricos quieran abrir una fábrica exclusivamente dedicada a fabricar sus baterías. Mientras Tesla propone una megafactoría en California [7], Renault quería abrir una en París [8], una de las capitales más caras de Europa, Nissan en Inglaterra, todas las marcas alemanas en Alemania, donde como mínimo hay una que yo he visitado en Nürmberg, etc. Lugares todos con mano de obra nada barata, grandes medidas de seguridad y automatización, etc. Eso sí, el Know-How, o lo que es lo mismo, las patentes y la tecnología, que no salga de casa. Hay que cobrarla.
Lo que menos cuadra de todo, es que esta producción sea cara, que los fabricantes no quieran exportar la tecnología, y sin embargo, que cobren por debajo de precios de coste. Algunos apuestan por el reciclado, pensando que el precio por la batería nueva en realidad es a cambio de la vieja, de donde, reciclando, se obtiene la diferencia. De hecho, es probable que una parte se pueda reciclar, presumiblemente la electrónica, el aluminio de la carcasa, etc, pero eso no significa que se obtengan el 100% de las materias primas ni que se puedan volver a usar algunas de las celdas sin más. Ni la electrónica se puede usar indefinidamente.
Y reciclar cuesta energía, bastante. No es fácil sustituir una sola celda. De hecho, solo abrir el pack de baterías ya es complicado, pues suele estar sellado, soldado, en una carcasa metálica, sin tornillos ni ningún acceso al interior, por motivos de seguridad, tal y como ya se comentó. La celda, a su vez, está también soldada a otros elementos, como la siguiente celda, y/o a una placa electrónica. No. Reciclar, aunque permita reducir algunos costes, no es ni barato ni inmediato. Ni gratis. Tampoco es que haya muchas plantas de reciclado de baterías de litio en el mundo. Es más rentable reciclar el cobre, el aluminio, o el cobalto, que no sólo son muchos más Kg, si no mucho más dinero. El lito, al representar tan poca cantidad y tan poco dinero, no interesa y se suele tirar [9].
De todas maneras, el reciclado sólo afecta a una parte del producto: las materias primas. Sin embargo, la fundición en moldes para hacer las carcasas, la laminación para hacer los electrodos, los tratamientos, los almacenes climatizados, los sistemas de test y recarga de baterías, eso consume una energía que se tiene que utilizar si o si, para cada pack de baterías que se fabrique. El resultado es que el reciclado sólo reduce el estrés, el riesgo de suministros críticos, precio y el consumo energético, y la nada desdeñable contaminación de la extracción de materiales, pero sin suplantarlo del todo. La aportación final es más bien baja. Y no hace crecer, no produce más material, sólo optimiza el existente.
Por otro lado, los gobiernos no dan ayudas para el cambio de baterías, sólo por la compra del vehículo, y por su uso, así que es probable que cuando las baterías empiecen a necesitar ser cambiadas en cantidades mayores, los problemas empezarán a arreciar, y si éstos trascienden, la opinión pública puede reaccionar negativamente, así que muchos fabricantes, como Toyota, tienen pocos miramientos en cambiar las baterías bajo garantía aunque ésta haya prescrito [10].
Ya está pasando con los Prius utilizados como taxi, que muchos ya la han cambiado bajo garantía hasta con 200000 Km y 4 años, aunque algunos la han tenido que pagar al haber superado los 220000Km o 4 años. La garantía es de 160000 o 3 años, por lo que tengo entendido, aunque esto va mucho por países y situaciones: en California la garantía es de 8 años, y su clima es bastante parecido al mediterráneo.. Claro que un taxi que haya hecho 200000Km y cambie la batería al módico precio de unos 1200€ por el proceso de recompra, no es algo alarmante, puesto que seguro que ya la han amortizado. No en vano, los Prius híbridos no enchufables usan una batería de NiMH pequeña, mucho más barata, sencilla, y que incluye una electrónica que sí que se reutiliza en el ‘nuevo’ pack (muchas veces es una batería donde sólo le han cambiado todas las celdas de NiMH, pero no el resto).
Hay varios factores más que hacen que esto de momento pase desapercibido. El primero es quién compra estos coches. Con estos precios, no son vehículos que compren particulares. Más bien, el perfil, lo lógico, lo económicamente más sensato, es que se compre este vehículo como segundo o tercero de la casa, para hacer los trayectos de cada día, que son los cortos, llevar lo niños al cole, hacer la compra, ir al trabajo y volver, y poco más. O bien como vehículo de empresa, para llevar los clientes al restaurante, al aeropuerto, a dar un paseo por la ciudad, o para visitarlos en el área circundante, con poca distancia de por medio.
Es decir, que se están vendiendo básicamente a gente con un poder adquisitivo elevado que lo compran como juguete o utilitario, o a empresas. El Ampera es uno de los que cuadran bastante en la primera situación, con una media salarial de los propietarios de más de 150000€ [11]. El BMW i3, el eléctrico más vendido ya en España, se ha vendido en más del 65% a empresas, según BMW, y casi todos los pedidos son precisamente de este tipo, muchas veces además, comprados por renting y/o leasing, con lo que el mantenimiento lo hace una empresa externa. Incluso empresas que hacen ERE’s y reducciones salariales se apuntan a la moda de comprar este tipo de vehículos.
Y encima, son éstos los vehículos a los cuales se les dan más ventajas fiscales y subvenciones, no a los vehículos particulares con pocas posibilidades. ¿Hace falta ‘ayudar’ a gente que tiene salarios de 150000€ al año, por mucho que sea en bruto, con 6000€ más de descuento, pagados entre todos los ciudadanos, para que se compren un coche que apenas pueden usar, y que presumiblemente no es el único que tienen, cuando muchas familias no pueden pagar ni siquiera un coche de 6000€ que les es más imprescindible?
Mucha gente opina que cualquier cosa es buena si ayudamos a progresar la tecnología y además mejoramos el medio ambiente. Lo de emisiones cero de CO2 es una razón lógica y evidente, pues reducir la contaminación, especialmente en las grandes y atestadas ciudades japonesas. Fue el primer empujón a estas tecnologías que hubo.
Además del hecho de que ‘ayudar a la tecnología’ se está utilizando en realidad para ayudar a rentas más altas, ¿Qué hay de cierto con el tema de las emisiones?
Ciertamente, un vehículo eléctrico no emite ningún tipo de gas de efecto invernadero por su inexistente tubo de escape. Aunque en realidad, como decía mi padre, lo que se hace es cambiar el tubo de escape el coche a la central eléctrica.
Lo cual significa que en realidad, aunque el coche no emita per sé, sí que se emiten elementos nocivos en alguna parte para hacer la electricidad. Así que en realidad, sí que hay una emisión de CO2 a la atmósfera por cada Km recorrido. Emisión que depende de algo llamado ‘Energy Mix’, y que no es una fiesta de discoteca [12].
El ‘Energy Mix’ o mezcla de tecnologías de generación eléctrica es la suma de las diferentes centrales eléctricas de un país o región, y por tanto, dependen mucho de dónde se consume esta electricidad, es decir, de dónde se enchufa el coche eléctrico. Por eso, y dado que los fabricantes saben que algunos clientes no son tontos, especialmente si tienen un cierto poder adquisitivo, dan cifras de emisión. Evidentemente, Renault da la suya, en base al Energy Mix francés.
BMW también da la suya en base al Energy Mix francés. Igual que Audi, Mercedes, Opel.
El mix energético de Francia


¿Huh? ¿Fabricantes alemanes dando sus emisiones según Francia? Algo no me cuadra. ¿Será porque Francia, con sus numerosas centrales atómicas, al tener más del 80% de su electricidad de origen nuclear, apenas emite CO2?¿Porqué no utilizar Finlandia, que tiene un 100% de hidroeléctrica?¿Será porque no sería creíble?
Para empezar, el Energy Mix depende del día y la hora, aunque vamos a coger, de media, el del año, que también varía de un año al otro. Vamos a utilizar la de 2009 en la España peninsular, un año relativamente bueno en este aspecto, puesto que la generación renovable es elevada en este país.
Hagamos un poco de química para entender esto.
La mayoría de combustibles usados son de la familia de los hidrocarburos. Es decir, están basados en dos elementos básicos: hidrógeno y carbono. Algunos otros, como el etanol, son alcoholes, los cuales además tienen oxígeno. Las reacciones químicas de combustión para obtener calor son las típicas: reacción del hidrógeno y del carbono con oxígeno, lo cual devuelve una energía térmica, que es convertida termodinámica mediante, en electricidad en las centrales eléctrica, aunque en los vehículos se utiliza directamente la energía mecánica que se obtiene por medios termodinámicos.
El hidrógeno, como ya se ha dicho, es el que aporta más energía por Kg al oxidarse, casi 40KWh. El carbono, elemento base (aunque no el único) del carbón, da mucha menos, alrededor de 8.1KWh por Kg quemado. Sin embargo, mientras el primero no emite ni un gramo de CO2, sólo vapor de agua, el segundo se convierte todo en CO2, a 2.93Kg de CO2 por cada Kg de carbón quemado. Esto equivale a 362g de CO2 por cada KWh de calor obtenido.
 
Pero dado que los hidrocarburos se utilizan mediante sistemas termodinámicos, el rendimiento de la generación no es perfecto, de hecho, es bastante bajo. Este rendimiento depende mucho de las temperaturas alcanzadas. De todos, el carbón, utilizado para hacer vapor de agua que mueve una turbina de vapor que a su vez hace girar la alternadora, es el que tiene menor rendimiento, alrededor del 33% de pico. En resumen, que emiten 950g de CO2 por cada KWh de electricidad producido, o incluso más, además de otros contaminantes.
Las turbinas de gas, que queman precisamente gas natural, tienen un rendimiento más elevado, al trabajar a temperaturas más altas, y por tanto, mediante los sistemas de ciclo combinado, llegan a dar rendimientos reales cercanos al 50%, incluso superiores en circunstancias favorables, con emisiones de CO2 de sólo 370g por KWh de electricidad generado.
Dado que los hidrocarburos son mezclas de Hidrógeno, gaseoso, y Carbono, sólido, en diferentes proporciones, según tengamos mayor proporción del último vamos a tener combustibles más ‘sólidos’ como el chapapote o fuel oil extrapesado con cadenas extralargas con mucho carbono, o gases para cadenas más cortas, con mucho más hidrógeno, como el metano, que, por cierto, es 24 veces más potente para hacer efecto invernadero que el CO2 a igualdad de peso.
Por tanto, hidrocarburos muy ligeros no sólo darán más energía por Kg de combustible, si no que darán menos CO2 y mayor rendimiento, mientras que hidrocarburos más pesados darán peor rendimiento y más CO2 por KWh generado.
Además, hay sistemas de generación renovables de varios tipos, que contribuyen a reducir aún más las emisiones de CO2 al no emitir apenas. Claro que algunos, como las centrales de biomasa, sí que emiten CO2, aunque éste proviene de CO2 que antes se ha retirado de la atmósfera, con lo que el balance es, generalmente, cero.
Veamos pues, si calculamos con los datos de la Red Eléctrica Española [14] las emisiones de un Renault Fluence eléctrico en la península, a partir de los datos de consumo del fabricante, el Energy Mix peninsular (los insulares son casi todos a base de fósiles), y con el rendimiento del cargador y sistema eléctrico de casa.
Según se ha dicho antes, el consumo eléctrico del Fluence es de 137Wh/Km de electricidad de la batería. Dado que el rendimiento del cargador y de la misma no es perfecto, el consumo a este lado del enchufe, estimando una eficiencia del 80% es de 171.25Wh/Km reales. La REE da unas pérdidas por distribución y transformación medias del 9%, con picos de más del 30%, y valles de menos del 5%. Si nos acogemos a la media, esto implica 188.2Wh/Km en las centrales eléctricas, que es donde la REE da la media de emisiones de CO2 anual. El 2009 que hemos cogido de referencia, que es el mejor reportado en la historia, da unas emisiones de 250gCO2/Kwh, lo cual significa que de media, las emisiones de CO2 de este Fluence serán de 47gCO2/Km.
Es decir, de Cero Emisiones, nada de nada.
Claro que si lo comparamos con el Fluence dCi como ya se ha hecho antes, vemos que éste emite 119gCO2/Km, aproximadamente dos veces y media más. No está mal. Y no está muy lejos del valor dado en Francia. Ojo, los coches a gasolina emiten menos, al ser ésta un hidrocarburo más ligero con menos carbono.
Bien. Según esto, parece que efectivamente son más ‘ecológicos’ que los diesel, o los gasolina. Al menos, en España. Pero ¿y en China? Los chinos, que no son pocos, y que están creciendo, con lo que es un mercado interesante, podría ser el mejor sitio para intentar introducir los eléctricos. Si encima tenemos en cuenta los problemas conocidos de contaminación en Pekin y otras ciudades, la apuesta debería ser decidida.
Pero el Energy Mix chino es diferente del español. Más del 70% de sus centrales son de ineficiente carbón, e inauguran una nueva casi cada semana, con lo que la cosa no mejora. Es decir, sus emisiones por KWh generado son malas, de alrededor  de 893.2gCO2/KWh (datos a partir de la gráfica adjunta, estimando pérdidas del 9% de transmisión), lo cual implica que el Fluence mismo que en España emite 47gCO2/Km, en China emite 153gCO2/Km. Más que el dCi.
En Estados Unidos [13], donde alrededor del 49% de electricidad es de carbón, las emisiones están en el orden de 100gCO2/Km, más que algunos diesel y gasolinas de bajo consumo, mucho más que los híbridos, con lo que resulta que los eléctricos, si no contaminan tanto en la ciudad, en total, el resultado final, dependiendo del país, contaminan tanto o más incluso que los térmicos. Y eso, sin contar el consumo energético de su fabricación, claramente superior que para los térmicos, con unas emisiones de 7.5 toneladas equivalentes de CO2, frente a unas 4.5 para el Fluence dCi.
Como demostración, Renault ha publicado un gráfico en el cual se ilustra esta comparativa, pero en dos países diferentes: Francia, y su amigo el Reino Unido. Por supuesto, nadie se plantea en ningún momento el problema de los residuos nucleares del país vecino. Sin embargo, hay que fijarse que la ‘vida’ de los coches de la comparativa es de 150000 Km. Menos de lo que se estima que dura la batería, que es justamente la que se lleva la mayor parte del consumo energético y de materiales. Si se hiciese la estimación con el cambio de batería, el Fluence ‘ZEV’ en el Reino Unido ya no saldría menos contaminante que el dCi.
La primera vez que hice estos cálculos, en 2011, con la electricidad más barata (unos 14 céntimos el KWh), el gasoil más caro que la gasolina, por encima de 1.5€/l ambas, había poca diferencia entre el eléctrico y el térmico en cuanto a mantenimiento, aunque las ayudas fiscales y subvenciones favorecían al primero, ahora la situación está más a favor del térmico, aún con el apoyo estatal a los eléctricos, pero en parte debido al cambio en la reglamentación eléctrica y a la evolución del precio de los combustibles.
Tres elementos básicos hacen que la situación vaya a favor de uno y de otro: la evolución de los precios de las baterías, la electricidad y los combustibles. Por debajo de éstos, hay dos elementos que tienen mucho en común: el precio de la energía en general, y del petróleo en particular. Mientras el precio de la energía está directamente ligado a la electricidad y el del petróleo al de los combustibles, ambos se alían para determinar el precio de las baterías: la energía para fabricarlas, y el petróleo para obtener las materias primas. Y además, el precio de la energía depende también del precio del petróleo.

Comparativa emisiones equivalentes de CO2 entre diferentes motorizaciones del Fluence y países (por su Energy Mix). Residuos nucleares aparte.
Averiguar la evolución de estos precios es, pues determinante.
Aparte quedan los intereses del estado, que para colmo, también tienen mucho que ver con la energía y el petróleo. Sin las ayudas económicas del mismo, los coches eléctricos pierden claramente sobre los térmicos.
Queda claro pues, que el vehículo eléctrico tiene dos frentes importantes delante: por un lado la vertiente económica, y por otro, el asunto importante, la base sobre la cual muchos lo idolatran, que es la vertiente energética. Queda demostrado pues, que el coche eléctrico no es tanto un asunto de vehículo (debido a su coste) como un asunto de energía, especialmente de renovables (versus fósiles). Éste es el meollo real del asunto, el que se va a abordar en las siguientes entradas.

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