La re-evolución para la electrificación

Tal y como se ha puesto el precio de la electricidad parece que la apuesta por el coche eléctrico como gran alternativa sostenible suma otro serio argumento para ser cuestionada. Aunque el litio, materia prima imprescindible para baterías de los coches, ordenadores o móviles, es finito y solo hay unos 73 millones de toneladas en todo el mundo.

Incluso, algunos expertos apuntan al litio como uno de los factores que acabó por precipitar el conflicto en Ucrania que tiene por explotar reservas de unas 500.000 toneladas de este metal.

Los rusos tienen un 20% de la producción mundial de níquel y el 70% del grafito natural se produce en China, pero ambos son, además, dos enormes productores de litio, metal que se agotará con toda seguridad en el 2040 como muy tarde.

No se antoja nada bueno que China y Rusia dispongan de estas materias críticas, aunque Tesla, que solo fabrica coches eléctricos y baterías, ya ha advertido que las existencias de estos metales no dan para abastecer el crecimiento necesario en la electrificación.

Buscando la alternativa llevan un año desarrollando baterías de magnesio, un metal del que se estiman hay unos 1.500 millones de toneladas en nuestro planeta, aunque no ofrecen fecha para disponer de esta solución y aplicarse en su fabricación masiva.

Pero la industria es tozuda y anda enredada en la búsqueda de una segunda generación de baterías, frenos regenerativos y motores eléctricos más eficientes que den una vuelta de tuerca a la electrificación sobre ruedas. Una carrera tecnológica en la que se han metido todas las grandes marcas de fabricantes de automóviles que, viendo como este pasado 2021 se ha logrado superar el 10% de la cuota de mercado en Europa, también han invertido fuerte en el desarrollo de gamas completas de modelos eléctricos, adaptación de fábricas y construcción de nuevas plantas.

En la investigación y el desarrollo de nuevas baterías parece que las de estado sólido se adelantan prometiendo mayor autonomía, cargas más rápidas y una mayor seguridad. Además, pueden reducir costes hasta el 40% una vez alcanzado el volumen de escala oportuno, aunque de momento, llevarlas a producción no es tan sencillo como parece.

Con celdas mucho más delgadas, la densidad energética de estas nuevas baterías puede llegar a dar hasta un 70% más de energía por unidad de volumen en comparación las baterías actuales de electrolito líquido. Esto que supone baterías más pequeñas y menos pesadas para el mismo rendimiento, lo que resolvería en gran medida el problema de sobrepeso de los coches eléctricos y también el de seguridad ya que el electrolito sólido no es inflamable.

También permitirán reducir, aproximadamente a la mitad, los tiempos de recarga actuales, hasta un 80% en menos de 15 minutos sin que la batería se resienta tras cientos de ciclos de carga y descarga. Buena respuesta para el problema del tiempo de espera que también ha encontrado otra alternativa con la robotización de estaciones para el intercambio de baterías en pocos minutos.

Actualmente existen dos tipos principales de baterías de estado sólido, de electrolito sólido inorgánico y de electrolito orgánico o polimérico. Las primeras tienen excelentes prestaciones, pero son poco seguras y es complicado llevarlas a producción. Las segundas son fáciles de producir y estables pero sus prestaciones son bastante menores. La solución definitiva parece apuntar a un híbrido que requerirá tiempo y cierto músculo económico.

De momento, Daimler ya las ha instalado en el Mercedes-Benz eCitaro G, un autobús eléctrico con baterías de BlueSolutions que anda rodando por varias ciudades alemanas, aunque con el problema de necesitar precalentarse por encima de la temperatura ambiente antes de comenzar a trabajar.

Toyota también ha presentado el LQ Concept un prototipo de coche eléctrico con batería de estado sólido fabricada por Panasonic, que espera tenerlas en producción para el 2025. BMW, Renault-Nissan o Volkswagen apuntan al 2026, pero el fabricante chino NIO ha anunciado que ellos esperan disponer de esta tecnología a finales de 2022.

Los fabricantes de motores eléctricos se suman también prometiendo propulsores más eficientes capaces de consumir menos electricidad y rendir más potencia al mismo tiempo. Así, Linear Labs, una startup de Texas, EE UU, está desarrollando una nueva tecnología de motores HET (Hunstable Electric Turbine), de imanes permanentes que incorpora cuatro rotores, en lugar de los uno o dos que equipan los motores convencionales, con un innovador estator que aprovecha todo el magnetismo que genera el sistema y es capaz de alcanzar de 2 a 5 veces más densidad de par y hasta el doble de potencia, añadiendo una autonomía entre un 10 y un 20% superior con la misma batería. 

Al prescindir de la transmisión permiten un ahorro importante en peso y complejidad abaratando también sus costes. Linear Labs colocará este motor HET en dos prototipos, un scooter y un automóvil, para dar el salto al mercado previa producción en serie a la mayor premura ya que su fabricación no supone ningún coste adicional o maquinaria específica, es fácil añadir refrigeración líquida dentro del bobinado de cobre y no precisan tierras raras (neodimio-boro-hierro, samario-cobalto o ferrita) que son difíciles de procesar y cuyo precio se ha disparado en los últimos años.

La compañía alemana Mahle acaba de anunciar también un nuevo diseño de motor eléctrico de gran durabilidad que aseguran es más barato de producir, no necesita mantenimiento y es tan eficiente como el que llevan los coches de carreras eléctricos, es decir requiere menos energía para realizar el mismo trabajo.

La transmisión de corriente eléctrica entre las piezas giratorias y fijas del interior del motor se produce de manera inalámbrica por lo que no hay contacto ni desgaste. Además, el diseño del motor prescinde de los imanes para generar el movimiento, como es habitual en los eléctricos, por lo que tampoco necesitará tierras raras. Sustituye los imanes por bobinas de cobre para conseguir el campo electromagnético necesario, permitiendo así reducir el coste final del motor Mahle que podría utilizarse tanto en coches eléctricos de calle como en los de competición.

Otra de las soluciones que es posible mejorar es la capacidad de regeneración de los frenos, es decir la producción de energía eléctrica al frenar.  Precisamente en esta innovación se ha centrado Fortescue, una empresa que transporta materias primas desde sus minas en las montañas australianas de la región de Pilarba hasta Port Hedland.

Además, sumarán motores eficientes para revolucionar toda la operativa que se hará sin necesidad de recargar en la red eléctrica las modernas baterías que alimentarán a sus nuevas locomotoras eléctricas. Así se proponen sustituir las 45 unidades actuales movidas por diésel y que andan soportando una media de 14 trenes diarios.

Mientras cada tren baja los 620 km hasta el puerto, con vagones de más de 40 toneladas, generará electricidad para cargar las evolucionadas baterías, aprovechando la fuerza de la gravedad y unos frenos regenerativos muy optimizados para lograr suficiente energía con la que volver, vacío y con motores de bajo consumo, hasta la mina. Y así una y otra vez sin quemar combustible, sin enchufarse a la red eléctrica para recargar, solo gracias a la fuerza que nos descubrió Isaac Newton.

Solo son algunos ejemplos, pero muestran como la industria se está tomando en serio la siguiente etapa de la transición energética para la movilidad. Habrá que ver si también se ponen las pilas en generar electricidad suficiente y suficientemente barata para cargar tanta batería y restar dependencia de combustibles fósiles y sátrapas vinculados, prioridades europeas que la guerra en Ucrania ha acentuado sobremanera. 

Aunque quizás, más que en Defensa, habrá que aumentar presupuestos en I+D+I para crecer más rápido en todas las direcciones posibles, eólica, fotovoltaica, hidrógeno renovable, biocombustibles… Quizás haya una luz sostenible que brilla al final del túnel.