La mirada del mendigo

21 noviembre 2013

El coche a pilas V (requetebis)

Filed under: automoción — Mendigo @ 0:31

Vaya, vaya. Es reconfortante que los ingenieros locos de Volvo (junto con la ferroviaria Alston, la eléctrica Vattenfall y la Agencia de la Energía sueca) no piensen que es tan descabellada la idea del scalextric escala natural.

Aquí, la noticia.

Y ahora…

:P

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Para quien se haya perdido la historia y quiera saber de qué va esto, puede echar un ojo en:
El coche a pilas V
El coche a pilas V (bis)
El coche a pilas V (rebis)

29 junio 2013

El coche de agua

Filed under: automoción — Mendigo @ 21:51

Los movimientos políticos suelen llevar aparejados un universo de creencias, valores y estilos. Como los tirantes de Fraga o la chaqueta de pana de Felipe. Y, por desgracia, la superchería es común a todo el espectro político. Generalmente se asocia la superstición institucionalizada, esto es, la religión, con la derecha. Y líbreme Dios, Shiva o Athor de los progres católicos, porque son lo peor. Pero la izquierda, desgraciadamente, es particularmente fecunda en supersticiones, y también se complace sometiendo, inmolando su inteligencia en el altar de cualquier creencia idiota. Que si cultos druídicos, que si hadas, que si fuerzas paranormales y pseudofilosofía zen…todo eso queda muy cool y buenrollista, supongo que es la forma de rebelarse contra la patochada cristiana, abrazando otras patochadas alternativas.

Pero la antítesis del judeocristianismo criminal y falócrata no es la Pachamama o el budismo, sino la Ciencia.

Introducción hecha, vamos con la exposición de motivos: estos últimos días he visto que alguno de vosotros ha caído en el timo de la PowerBalance motorizada, una especie de Atlántida de la automoción: el coche de agua. Todo conspiparanoico de esos que creen que Nikola Tesla es una mezcla entre Prometeo y Jesucristo, alguna vez se ha sentido atraído por el mito del coche que usa agua como combustible.

En realidad, lo de inyectar agua en la cámara de combustión no es ninguna locura, sino algo archiconocido. Por ejemplo, ya lo usaban en algunas series de los Focke-Wulf.

No es que el agua sufriese un proceso de combustión, evidentemente. Simplemente se usaba una levísima proporción de agua en la mezcla para usar su calor latente de vaporización (el más alto de la naturaleza) para enfriar la cámara de combustión. Eso permitía inyectar más masa de mezcla por pistonada y aumentar la potencia. Por si estáis pensando probarlo en vuestro coche, os aviso que era sólo una potencia de emergencia que el piloto tenía disponible durante un par de minutos para usarla en combate, abusar de ello llevaba indefectiblemente al gripaje del motor.

Recuperados de este inciso historicista, centrémonos en el tema. La teoría que normalmente se invoca (hay otras) para defender el coche de agua viene a ser tan absurda como la homeopatía: se basa en un motor que genera electricidad, esa electricidad se usa para disociar agua e hidrógeno por electrólisis, y esta mezcla es vuelta a recombinar en el motor (de combustión interna o una pila de combustible) obteniendo energía que mueve el vehículo y sobra para obtener más electricidad, obtener más hidrógeno y… Es decir, que han inventado el móvil perpetuo de segunda especie. Digo yo que con un poco de Loctite es más fácil fabricar un unicornio.

Como demostrar que todo esto es una botaratada es más sencillo que demostrar la ineficacia de un crecepelo, basta con pedir una demostración de ese prodigio, el bálsamo de Fierabrás ha rebajado sus expectativas. Ya no pretende mover sólo el coche con agua, sino algo mucho más humilde: rebajar el consumo. Pero no cualquier reducción, la empresa española que lo comercializa habla de reducciones de hasta un 50%. ¿A qué calvo no le gustaría peinar su de nuevo poblada melena, qué conductor no fantasea con que su coche gaste la mitad?

El mismo gobierno se lo ha tomado en serio, ya que ha presupuestado 750.000€ en comprar toda una partida de PowerBalance para instalar en las flotas oficiales (consultar el BOE, punto 2.1.8) y así que puedan ahorrar combustible gracias al nanogas generado (hace años vendían un imán que se ponía en el macarrón). Ojo a la palabrería, nanogas en el hidrocar ecológico. Y si le pones un holograma en la tapa de bio-balancines ya, niquelao.

Como sabéis, soy furgoneteiro y me he topado que también entre esa gente se ha puesto de moda el invento. Esta es la explicación, creo que absolutamente asequible, que les di para prevenirles del fraude pseudocientífico y que no cayesen al mismo nivel de credulidad que el gobierno. Y como parece que esta moda está cuajando como las pulseras biomagnéticas o faros amarillos cuando yo era crío, el Mendigo sección servicio público copia lo tratado en el foro furgoneteiro para avisaros y preveniros de que todo esto tiene la misma base científica que ponerle una velita a San Antonio de Padua.

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Básicamente, de lo que se trata es de disociar el agua por medio de la electrólisis, en iones H+ y O-. Esta disociación precisa de energía, en este caso eléctrica proveniente del alternador. La cuestión es que esta reacción tiene una eficiencia bastante baja. En reactores industriales no pasa del 50%, y los electrodos en estos electrolizadores son de platino. En un apaño tan made in feito na casa como el propuesto estoy casi seguro que no pasa del 20%.

¿Qué quiere decir esto? Que de cada 100W que gastamos de electricidad, obtenemos un flujo de iones de hidrógeno y oxígeno de una potencia química equivalente a 20W, y los otos 80W se disipan en forma de calor, calentando el agua de la botella y de ahí al ambiente en pura pérdida.

Y luego queda hablar de la eficiencia de recombinar esos H+ y O- en el motor. Como sabéis, la eficiencia térmica de un motor diésel moderno es del 30-40%. No tiene por qué ser muy diferente para el hidrógeno. Esto quiere decir que de esos 20W de energía teórica que nos podría entregar el flujo de hidrógeno y oxígeno, sólo obtendremos 8W de potencia mecánica. El resto, de nuevo, se disipa en forma de calor (igual que la combustión de hidrocarburos) camino del circuito de refrigeración, el radiador y, de nuevo, el ambiente.

Resumen: Hemos consumido 100W de electricidad para obtener 8W mecánicos. Dicho de otra forma, hemos tirado 92W a la basura.

Por hacer la broma: sería igual de estúpido, pero más eficiente, acoplar al cigüeñal un motorcillo eléctrico que apoye al motor térmico con 100W. Sería igual de imperceptible (un motor de 100CV, expresado en watios, entrega 73.550W a plena potencia) pero mucho maś eficiente (de esos 100W se entregarían unos 94W mecánicos, dada la gran eficiencia de los motores eléctricos). Digo que es una estupidez porque tenemos al motor térmico que mueve un alternador para generar energía eléctrica que mueva al motor térmico…un círculo vicioso en el que, cada paso que se da, es una pérdida de eficiencia.

En pocas palabras, que vuestro invento lo único que lograría es un aumento del consumo. Pero como es tan imperceptible (10A, es decir, 120W viene a ser como encender las luces) queda disimulado por otras mil circunstancias más importantes (la diferencia en la presión atmosférica, la altura, la temperatura o la humedad es varios órdenes de magnitud más determinante, y ya mejor no hablar del tipo de conducción). Imposible de determinar si no es metiendo el motor en bancada en condiciones normalizadas.

En cuanto a los que decís que observáis disminución en el consumo, la respuesta es la misma que para otras magufadas como la homeopatía: efecto placebo. Ninguna de estas mamarrachadas es capaz de someterse a un control serio (un ensayo a triple ciego en el caso de los medicamentos, un ciclo normalizado en banco de potencia para los motores). El efecto placebo es muy poderoso, y es conocido desde antiguo.

Que ningún constructor se haya interesado por este “invento” (y eso que se matan por conseguir reducciones de consumo para aventajar a la competencia) puede servir para intuir que se trata de un timo. La teoría lo corrobora. Esto no deja de ser una versión del “coche con agua”.

Señores, si queréis bajar el consumo de vuestras furgos, mejor dejarse de inventos del profesor Bacterio. La culpa de que tu furgo consuma mucho es fundamentalmente TUYA. No incrementes el peso metiéndole el IKEA entero dentro, no aumentes su superficie frontal y, sobre todo, conduce con inteligencia (sin pasar de 100, jugando con las inercias, anticipándose…). Acabo de volver de Eslovaquia, un viaje de 9.000km, y he sacado un consumo medio de 6,7 l/100km a un vetusto 2.300 de inyección indirecta y admisión atmosférica (Vito 108D). ¿Qué maravilloso invento he usado para obtener tan bajos consumos? El cerebro.

NOTA: La electrólisis del agua es un proceso muy ineficiente. Por eso, cuando queremos obtener hidrógeno en grandes cantidades, la opción más económica es obtenerlo a partir de hidrocarburos, básicamente metano (steam reforming).

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Un forero sugirió una posibilidad: que la disminución de consumo se debiera a un aumento de la eficiencia de la combustión asociada a la presencia de hidrógeno atómico en la cámara de combustión. La tomé en cuenta, porque aquello sonaba lógico y me puse a indagar un poco en la información que aportaba. De nuevo, mi respuesta:

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Efectivamente, entra dentro de lo posible que la presencia en la cámara de combustión de iones de hidrógeno mejorase la reacción principal de combustión del gasóleo. Parece incluso razonable (el H+ es el principal catalizador). Entonces, este incremento en la eficiencia térmica podría compensar (o no) las pérdidas habidas en la electrólisis.

Esta es tu hipótesis, y según los papers que muestras, parecen confirmarlo. Pero ahora vamos a analizar el problema cuantitativamente: en el primer estudio, el único que analiza el caso de un MEC (motor diésel), muestra que el mayor incremento de eficiencia es para una proporción de un 6% de hidrógeno, en el cual se aumenta el rendimiento del 30 al 32%. Es decir, un aumento del rendimiento térmico del 6,7%. Si metemos más hidrógeno, el rendimiento empieza a caer, según este experimento.

Bien, un aumento de un 6,7% del rendimiento parece una gran cosa, pero no parece suficiente para compensar pérdidas del 60-80% que ocurren en el proceso de hidrólisis. Para hacer la hidrólisis más eficientes tendríamos que irnos a presiones bestiales, superiores a 500 bar, en las cuales se ha conseguido en laboratorio que la hidrólisis tenga una eficiencia del 64%. Claro, que para ello se necesita una máquina que pesa varias veces lo que la furgo.

Otra opción sería hidrolizar el vapor de agua (hidrólisis a alta temperatura).

Mira, aquí lo explican muy clarito:
During electrolysis, the amount of electrical energy that must be added equals the change in Gibbs free energy of the reaction plus the losses in the system. The losses can (theoretically) be arbitrarily close to zero, so the maximum thermodynamic efficiency of any electrochemical process equals 100%. In practice, the efficiency is given by electrical work achieved divided by the Gibbs free energy change of the reaction.
In most cases, such as room temperature water electrolysis, the electric input is larger than the enthalpy change of the reaction, so some energy is released as waste heat. In the case of electrolysis of steam into hydrogen and oxygen at high temperature, the opposite is true. Heat is absorbed from the surroundings, and the heating value of the produced hydrogen is higher than the electric input. In this case the efficiency relative to electric energy input can be said to be greater than 100%. The maximum theoretical efficiency of a fuel cell is the inverse of that of electrolysis. It is thus impossible to create a perpetual motion machine by combining the two processes.

Todo sería más sencillo si los “inventores” de este método revelasen la eficiencia de su electrolizador, pero tratándose de un cilindro de plástico que opera a temperatura y presión ambientales, y que ni de broma lleva catalizadores como el platino…podemos suponer que su eficiencia rondará el 20-30%.

Pero hay otra razón más. Hemos dicho que el máximo incremento de eficiencia se logra con proporciones de hidrógeno del 10%. ¿Pero cuál es el flujo de hidrógeno? Tampoco hay datos sobre ello, o yo no los he encontrado. Sin embargo, hagamos una estimación a través de los pocos datos que nos da la página del fabricante de esta PowerBalance en España.

¿Que sacamos de toda esta palabrería?

- Dicen que el electrolito lleva una sal caustica (para facilitar el movimiento de electrones). Voto porque esa sal misteriosa sea NaOH, hidróxido de sodio, es decir, vulgar sosa (a 5€ los 2l de agua destilada con sosa caústica, se van a poner las botas)
– Sabemos que un depósito de 12l consume 12A, así que podemos suponer que uno de 2l consumirá en buena lógica unos 2A (es decir, 24W).
– Nos dicen que un depósito dura entre 20 y 50.000km. Aquí está el dato importante.

Pongamos que ponemos el electrolizador de camiones, el de 12l, y que nos dura lo mínimo anunciado, 20.000km. En esos 12l de agua hay aproximadamente (despreciamos el peso de la sosa, que se mantiene) unos 4kg de hidrógeno. Es decir, el electrolizador más potente proporciona un flujo de 4 kg de H+ cada 20.000km. Esto viene a ser un consumo de 0,02 kg/100km.
Suponiendo una furgo que consuma unos 10kg de gasóleo /100 km, tenemos que la proporción de hidrógeno respecto de gasóleo en la cámara de combustión, en el mejor de los casos (empleando el electrolizador de camión con un consumo de electrolito máximo) es de… 0,2% !!!!!!!!

Recapitulemos. Si entramos en el enlace que nos muestras, en la tabla 4, el máximo de aumento de rendimiento térmico del motor (<7%) se produce para proporciones de hidrógeno en torno al 6%. Si extrapolamos el aumento de rendimiento térmico para una proporción de hidrógeno del 0,2%, en la misma tabla, obtenemos que…pues lo esperado, que tan poquísimo hidrógeno no tiene efecto significativo en la combustión (suponiendo una función lineal, sería un aumento de rendimiento menor del 0,22%).

RESUMEN: A la luz de los datos aportados, en el mejor de lo casos (electrolizador de 12l funcionando a tope) la reducción de consumo esperada en un MEC es de un 0,22%. Para los depósitos que se están instalando en automóviles y furgonetas, de 2l, la reducción de consumo habrá de ser menor a 0,04%. Es decir, pasar de consumir 10 l/100km a consumir 9,996 l/100km.

Es decir, absolutamente despreciable (y sin entrar a valorar el aumento del consumo asociado a la mayor solicitación del alternador para seguir produciendo hidrógeno).

Es decir, este invento ES UN TIMO.

Quod erat demostrandum.

Señores, en vez de gastar el dinero en meigalladas ¿por qué no os ocupáis de cosas tan sencillas como llevar el filtro de aire limpio o la presión de los neumáticos correcta? O ser humilde y reconocer que el principal problema de consumo que presenta tu furgoneta eres TÚ. Y aprender a conducir de forma eficiente.

13 marzo 2013

El coche a pilas V (rebis)

Filed under: automoción — Mendigo @ 20:30

No sé si os acordáis una entrada sobre el vehículo eléctrico en la que proponía que se electrificasen las vías principales para poder servir energía eléctrica al vehículo según circula, evitando de esta forma embarcar una excesiva cantidad de baterías (lo que redunda en una bajada de peso, costes y eficiencia). También recordaréis el cachondeíllo que os montasteis con que había inventado el Scalextric.

Que a mí la idea del Scalextric me pareciera buena, por su sencillez y eficiencia (motor alimentado por contactos eléctricos, la forma más sencilla y eficiente de generar movimiento desde que desenganchamos al burro de la noria) no le importa a nadie. Al fin y al cabo quién soy yo, el último mono.

Pero que la principal empresa de ingeniería del mundo, no sé si os suena una tal Siemens, esté proponiendo la misma solución para el transporte de mercancías por carretera, eso sí que supone un espaldarazo a la idea del Scalextric ¿no creéis?

La diferencia con mi idea es que toman la electricidad de una catenaria, igual que el modelo ferroviario.

Bueno, la historia se llama Electric-Powered Road Freight Traffic, y es una idea tan simple como un chupete, así que no merece la pena ni abundar más en el asunto. Mi único pero al sistema de catenaria es que dificultaría la conexión a los vehículos ligeros. Y realmente, el transporte de mercancías en largas distancias debería ser encomendado al ferrocarril o al barco.

Nada más, sólo era que me topé por casualidad con este proyecto y quería restregároslo un poco. ¡Hala, a pastar!

(imagen del nuevo héroe nacional español, que ha desbancado tras tantos años en el trono al Dioni)

9 diciembre 2012

El coche a pilas V (bis)

Filed under: automoción,energía — Mendigo @ 13:20

Entrada continuación de la anterior sobre el coche a pilas. A pesar del cachondeíllo que os traéis con el Scalextric, a mí me ha parecido una comparación perfecta (la mía del trolebús era más pobre). Porque aunque de crío no me gustaba ese juego, sí que recuerdo que esos coches corrían que se las pelaban, aceleraban como rayos, consumiendo poca energía y emitiendo ninguna emisión. ¿Os imagináis si los coches de Scalextric tuvieran un motorcillo térmico? serían mucho más costosos, lentos, ruidosos y…no podrías jugar dentro de casa o te ahumarían en dos minutos. Igual que hacen en nuestras urbes.

:p

Lo primero, y antes de todo. Lo pongo en mayúsculas, porque luego os lanzáis a responder sin haberme leído. NO EXISTEN MILAGROS TECNOLÓGICOS. Y menos en tecnología energética (lo más parecido a un milagro, sin entrar en física atómica, es la máquina frigorífica).

Precisamente el tema de la anterior entrada era para dejar claro que el vehículo eléctrico, sin un cambio de paradigma, no es solución de nada. Pero cierto ave de mal agüero, que grazna a piñón fijo, en vez de contestar a lo que yo escribo, contesta a lo que él cree que yo he escrito. Así que hago este bis a modo de contestación, sólo para meterme con mi querido burbujista cenizo (y explicarle el tema a Cami, que le veo interesado).

Ventajas de adoptar el vehículo eléctrico, suponiendo que la electricidad venga de una central de ciclo combinado. En realidad, vendrá de un mix de nucleares, eólicas, hidráulicas, de carbón y ciclo combinado; pero imaginemos que el aumento de capacidad venga sólo de mano de estas últimas, lo que nos obliga a importar gas, lo que motivó las protestas de Karkos argumentando que sólo cambiaríamos petróleo por gas, sin cambiar nada.

Imaginemos que adaptásemos nuestro coche para quemar, en vez de gasolina (sólo se puede en un MEP), GLP o metano (gas natural). Sólo con eso, ya obtendríamos un beneficio: su combustión es más perfecta y eficiente (la mezcla con el aire es mucho mejor que en los líquidos) y son mucho más sencillos de purificar, es decir, contienen muchas menos sustancias nocivas (especialmente azufre) que el petróleo y sus derivados.

La cuestión es que no quemamos el gas natural en el motor del coche, sino en una central de ciclo combinado, que produce electricidad. Y la central tiene un rendimiento (75%) que es casi el doble de un motor de automoción (30-40%, dependiendo del tipo de motor, ciclo Diesel es más eficiente, y del régimen, los térmicos son más eficientes cerca del par máximo). Aquí es donde aparece la gran ventaja. Estamos quemando la mitad de cadenas de carbono (de eso se trata, obtenemos energía al romper esos enlaces en la combustión) y, por lo tanto, compramos la mitad de combustible y emitimos la mitad de CO2. Además, de un combustible que es mucho más barato, como es el gas natural (lease metano, con algo de etano y trazas de propano y butano).

Karkos, que es un pedazo de cenizo, no ve cómo puede ayudarnos a reducir la balanza comercial (hundida por culpa de las importaciones de energía, léase petróleo y gas). A mí, reducir las emisiones de CO2 (por el transporte, que es de lo que estamos hablando) a menos de la mitad me parece una maravilla. Un objetivo bestial. Y recortar las importaciones de combustibles a un cuarto de su valor sería una verdadera tabla de salvación para la economía española.

Las palabras son engañosas, mucho, poco, bastante… Vamos a echar cuentas.

Un barril de petróleo son 159 l. El Viernes cerró el Brent, el crudo marcador en Europa, a 111 $/bbl. El dólar está a 1,2928€, por lo tanto el litro de petróleo sale a tlic tlac tlac tlac… 0,54 €/l (como vemos, sólo la tercera parte del coste de los combustibles es debido a la materia prima).

EL Brent es un petróleo ligero y dulce con una densidad de 832,74 kg/m³, así que el coste por unidad de masa de petróleo: 0,6487 €/kg. De ese petróleo obtenemos butano, propano, gasolinas, querosenos, gasóleos más o menos pesados y alquitrán en proporciones variables según la destilación (se pueden convertir unas en otras según necesidades del mercado). Como el Brent que tomamos como ejemplo es ligero, la parte del alquitrán (no se puede usar como combustible) es pequeña, cerca de un 7%.

El PCI (Poder Calorífico Inferior) del Brent es bajo, de unas 9700 kcal/kg. Es decir, 40,612 MJ/kg (cantidad de energía en un kilo de petróleo). Suponiendo que sea homogénea (que es mucho suponer, pero para no liarlo más), le resto ese 7% de energía inservible contenida en los alquitranes que contiene el barril. Con lo que el coste de la energía utilizable en el petróleo es aproximadamente de… 0,017175 €/MJ. O expresado en otra unidad de energía que muchos reconocéis más (aunque es una forma impropia, la unidad de energía es el Julio): 61,83 €/MW*h

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Vamos a echar las mismas cuentas, tlacatlacatlaca con el gas natural.

Veamos, el gas natural en Europa se transa a 28,55 €/MW*h. Es un precio que viene correlacionado con la cotización del petróleo, una fórmula impuesta por Rusia (lease aquí Gazprom) pero que los gigantes energéticos europeos (RWE, E.On…) están tratando romper y evolucionar hacia un spot market como en USA (el precio fluctúa a diario en un mercado de futuros). Allí el Henry Hub Natural Gas Spot Price (un marcador en los precios del gas) está a 3.38 $/MBTU. Como en este espacio no soportamos las unidades del Sistema Imperial Inglés, lo trasladamos inmediatamente a unidades del Sistema Internacional. 11,53 $/MW*h, lo que son 8,92 €/MW*h. Vale, en USA tienen el coste del gas históricamente bajo, en parte por no estar sometidos al chantaje del monopolio ruso, en parte por la repentina abundancia del gas de esquisto (gas no convencional obtenido mediante un tipo de perforación muy contaminante, la fractura hidráulica).

Es bastante probable que los precios de importación de gas natural vayan bajando paulatinamente en Europa, según se diversifique su suministro (con GNL o gaseoductos del N de África). Pero no hagamos trampas, cojamos el precio actual en Europa y recopilemos:

Coste energía del petróleo: 61,83 €/MW*h
Coste energía gas natural: 28,55 €/MW*h

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Ya sería un buen ahorro si sustituyésemos el petróleo por gas natural en nuestros depósitos: el coste de las importaciones caería un 54% (recordemos que estamos tratando con precios mayoristas, si tomamos el coste para el consumidor del litro de gasolina y del m³ de gas las diferencias serían aún mayores a favor del segundo).

Pero el gas natural tiene una alta densidad energética másica pero muy baja volumétrica (a no ser que lo usemos licuado). Vamos, que no es un combustible apropiado para automoción (peor lo es el hidrógeno, aún menos denso) sino para aplicaciones estacionarias. Por eso, lo que hacemos es usarlo para generar electricidad con él en plantas de ciclo combinado.

Vamos ahora a hacer números gordos.

Sabemos que las importaciones de crudo en España suponen 1,584 millones de barriles al día (estimación de 2009, ahora con la crisis algo menos), es cir, 578,16 Mbbl/año. En pelas a la cotización actual (dentro de lo que cabe, bastante moderada, pero bajo la eterna amenaza de dispararse), son 64175 M$, esto es, 50.024 M€. Vamos, que nos gastamos 50 mil millones al año, millardo arriba, millardo abajo, en comprar petróleo.

¿A cuánto reduciríamos esa cifra si sustituyésemos esa misma cantidad de energía por gas natural? En la misma proporción de los costes que acabamos de calcular, 61,83 €/MWh para el petróleo, 28,55 €/MWh para el gas. Es decir, reduciríamos la factura de los 50 millardos a 23,1 miles de millones de €.

Aunque Karkos no vea cómo puede arreglar esto nuestra balanza comercial, sólo este cambio devolvería nuestros intercambios comerciales a números negros (y es que hay que exportar mucha puta naranja para compensar lo que nos gastamos en petróleo). Son 27.000 millones de euros que no saldrían cada año de nuestra economía, un flujo que nos empobrece año a año.

Pero hasta aquí, suponiendo que quemásemos directamente el gas natural en los motores de los vehículos o en las calderas de calefacción en sustitución de los derivados del petróleo (los dos principales usos de los derivados del petróleo). Ahora planteemos una electrificación completa del transporte y la calefacción. Para no salirnos del tema, supongamos que la mejora en el rendimiento de sustituir calderas de calefacción de gasóleo por bombas de calor fuera la misma que sustituir motores térmicos por eléctricos en los vehículos (me quedo corto, pues es superior, las bombas de calor alcanzan fácilmente rendimientos de 4 y 5, por 0,87 de las mejores calderas). Es decir, con una simplificación por lo bajo, supongo que todo el petróleo importado es usado en el transporte (viene a ser un 75-20-5 para el transporte, calefacción e industria petroquímica).

Es decir, tenemos dos opciones, importar millón y medio de barriles al día, para (después de refinarlos en un contaminante proceso) quemarlos en los motores de nuestros coches con un rendimiento inferior al 40%. O importar esa energía en forma de gas natural, más barato, y quemarlo generando electricidad en plantas de ciclo combinado, con un rendimiento del 75%. Suponemos que las pérdidas de transporte y transformación de la electricidad son similares a las del transporte del crudo por ductos hasta los centros de distribución y de ahí a los puntos de suministro (gasolineras) en camiones cisterna.

La referencia son los 50.024 millones de euros importados al año en petróleo, es decir, 809 TW*h (recordemos, el MW*h de petróleo va a 61,83 €). De los cuales, los motores térmicos sólo aprovechan, en el mejor de los casos, el 40%, es decir, suponiendo que todos fueran tan eficientes como un Diésel de última generación, y siempre rodasen en régimen estacionario cerca del par máximo. Como existen los semáforos, los atascos, las ciudades… (parado el motor eléctrico no consume nada, y recarga la energía de las frenadas), y como también existen los motores de ciclo Otto (gasolina) y diésel algo más viejunos, creo que soy generoso si concedo un rendimiento medio del 0,3 a la generalidad de motores térmicos. Es decir: 243 TW*h de energía usada efectivamente por nuestro parque móvil.

Si esa misma energía fuese consumida por un motor eléctrico, al cual para ser conservadores bajaremos la eficiencia media al 0,90, necesitaríamos generar 270 TW*h de electricidad. Suponiendo que toda esa energía venga de ciclos combinados con un rendimiento de 0,75 supondría que tenemos que importar 360 TW*h de gas natural. Es decir, hemos pasado de importar 809 TW*h de petróleo a 360 TW*h de gas, que es además un combustible más barato. De hecho, importar ese gas supondría (recordemos, a 28,55 €/MW*h) una cantidad de…tlac tlic tlac tlic… 10.266 millones de euros.

Ahora comparamos esta cifra con los 50.000 millones de € actuales de importaciones de petróleo. ¡El coche eléctrico sí que es un ahorro! Es reducir la factura de nuestras importaciones de crudo a la quinta parte, son 40 mil millones de € menos que salen de nuestra economía cada año, es superávit comercial y por cuenta corriente. Eso SÍ que supone una mayor eficiencia de nuestra economía, una ventaja competitiva, y no bajar los sueldos, precarizar el factor trabajo.

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Ahora hay que hacer una parada, para dar una de cal y una de arena.

Primero la de arena: al calcular el rendimiento del vehículo, he obviado el rendimiento de las baterías, estaba tomando la idea que os presentaba del Scalextric (me ha encantado la comparación, es básicamente lo mismo). Es decir, la energía que necesita el vehículo es suministrada al tiempo por dos raíles incrustados en el asfalto, la energía no hay que acumularla.

Pero esta idea sólo sirve para las vías principales, no para el casco urbano o la red viaria capilar. Supongo que la mitad de la energía será usada en modo Scalextrix, y la otra mitad tomando la energía de las baterías (rendimiento de carga del 90% usando la lenta en monofásica, y de descarga del 85%). Necesitaríamos una producción de electricidad de 306 TW*h, que implica importar 407 TW* de gas natural, lo cual asciende en Europa a 11.632 M€. Hasta 50.000 con el petróleo, aún es ahorro.

Si se desechase mi genial idea (he inventado el Scalextric!!!! joas joas joas) y toda la energía tuviera que ser estúpidamente almacenada en baterías, en vez de transferida y consumida en el momento (es decir, aplicando el rendimiento de las baterías a toda la energía y no sólo a la mitad), las importaciones de gas natural ascenderían a 13.420 M€. Aún muy lejos de los 50.000 del petróleo: el coche eléctrico sigue siendo económicamente una buena idea.

Si alguien quiere repasar las cuentas…

No me gusta proponer magufadas, sino opciones económica y energéticamente viables. Otra opción es no hacer nada y quedarnos como estamos. Lo cual habrá a quien le pueda parecer tolerable, pero a mi no.

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Y la de cal.

Hasta ahora he considerado que sustituimos un coche con propulsor térmico por uno eléctrico del mismo tamaño y peso. Pero como expliqué en el anterior artículo, es un error conservar el gigantismo en la industria automóvil. La electrificación del transporte debe ir acompañada de un cambio de paradigma: vehículos mucho más ligeros (yo pondría el máximo legal en turismos en 400kg, y con el objetivo de bajar 100kg en un futuro próximo) y de menor superficie frontal (especialmente bajando la altura, que con las modas estúpidas se ha disparado a tamaños de furgón), construidos según módulos normalizados (igual que un PC compatible, precisamente esa normalización es lo que permitió la bajada de precios y el consiguiente desarrollo de la informática de consumo, al no estar el consumidor atado a una marca con un producto cerrado…excepto los que tienen un Apple).

La reducción de consumo gracias a una vuelta a los orígenes de los coches (en las motos sí que se han hecho grandes progresos en la reducción de peso, y podemos encontrarnos modelos que con 180kg les basta y sobra para dominar potencias de 200CV) sería más que considerable (amén de los costos de fabricación, el uso de materias primas y energía). Igualmente, bajarían drásticamente las emisiones de CO2 asociadas al transporte (menor masa de combustible quemado, menores emisiones).

Pero esto es sólo la pata tecnológica del nuevo paradigma. Lo principal para reducir la energía consumida es reducir los desplazamientos necesarios, especialmente los diarios. ¿Cómo? Oponiendo un urbanismo inteligente a la inhibición actual del Estado en la ordenación del territorio. Mil veces lo diré: ciudades de tamaño mediano (100-300.000) y alta densidad donde los desplazamientos cotidianos (al trabajo, a llevar los niños al cole, al ambulatorio, a hacer la compra…) queden siempre en la escala humana. Id est, que se pueda ir andando o en bici a todas partes.

Cuando esto no sea posible (grandes urbes, inhumanas), transporte público (prohibición del transporte privado en el casco urbano, absolutamente innecesario e ineficiente).

Y relegar el vehículo privado a un uso ocasional.

Más el teletrabajo, más la educación no presencial (que era en realidad el objetivo de Bologna, aunque al final sólo sirvió para encarecer los créditos), más la distribución centralizada de mercancías (en vez de ir mil coches al súper, se compra por internet y se distribuye con 10 furgones). No es tan difícil imaginarse una sociedad energéticamente eficiente. En ella tenemos muy poco que perder y mucho que ganar (no sólo en calidad de vida, en salud, sino en dinerito contante y sonante, que es a la postre lo único que importa en este mundo).

Hoy hemos hablado del transporte, otro día hago números con la calefacción (aquí el ahorro puede ser incluso superior).

7 diciembre 2012

El coche a pilas V

Filed under: automoción,energía — Mendigo @ 3:55

Aprovecho este hueco entre malas noticias para charlar de temas tecnológicos, mucho más sugerentes que lo que suelo traer a estas páginas. Aunque no lo parezca, aborrezco la economía, pero tampoco un enfermo se interesa por la medicina porque ésta le atraiga, sino porque le va la vida en ello.

Ya hace tiempo que vengo defendiendo la electrificación del transporte privado como vía para:
– reducir la esclavitud de las importaciones de hidrocarburos, nivelando una balanza comercial tumbada por éstas
– reducir la contaminación en las aglomeraciones urbanas, y reducir las emisiones de CO2 (la otra pata sería electrificar las calefacciones con bombas de calor, apoyadas por colectores solares o intercambiadores geotérmicos).
– reducir el peso y el coste de los vehículos, haciéndolos más eficientes y económicos de operar (más dinero en el bolsillo del ciudadano, menos en el de los fabricantes y petroleras).

¿Cuál es la respuesta de los fabricantes? Pues por ejemplo, esto:

Citroën C-Zero (no deja de ser un Mitsu i-Miev)
Potencia: 49kW (67CV)
Peso: 1195 kg
Precio: 27850€ (con subvención)
Capacidad batería: 48 Ah (330V)
Autonomía: <150km

Un eléctrico tiene varias ventajas, una curva de par plana desde casi cero vueltas, lo cual da una curva de potencia que no es curva sino recta (respuesta lineal al acelerador). La ausencia de cambio de marchas (el motor eléctrico es mucho más elástico que uno térmico, que debe girar en un margen de vueltas muy concreto para dar buenos rendimientos), de necesidades de lubricación y, por lo tanto, un mantenimiento más simplificado, funcionamiento más silencioso (el motor eléctrico sólo emite un leve silbido, aunque aún queda el ruido aerodinámico y de rodadura)… Pero por encima de todo, la gran ventaja de un eléctrico es su consumo.

En un "depósito" lleno cabe una energía de 15840 W*h. Suponiendo un rendimiento de carga lenta (también puede ser cargado en trifásica, pero el rendimiento cae y estresamos las baterías, acortando su vida útil) de un 90%, tendríamos que llenar el tanque con 17,6 kW*h. Si usamos la nueva tarifa supervalle para llenar el depósito de electrones (0,055744 €/kW*h) nos sale un coste de 0,98€. Con ese euro escaso, podemos hacer, en las mejores condiciones, casi 150km. En condiciones de circulación reales, pongámosle 100km. Recorrer esta distancia con un euro de electricidad no deja de ser todo un logro.

Un vehículo equivalente (tomo por ejemplo un Renault Twingo, con 86CV y 1055kg y un tamaño algo superior tanto en las cotas exteriores como interiores) gastaría, por lo bajo, 3,1 l/100km de gasóleo. A 1,40 €/l salen 4,34€ el coste de recorrer esa misma distancia con un motor convencional.

Pero claro, es que el Twingo cuesta menos de la mitad: 13250€

¿Cuándo llegaríamos a amortizar el eléctrico? Las cuentas las puede hacer cualquiera. Para enjugar una diferencia en el precio de compra de 14.600 con un ahorro de combustible de 3,34€/100km, necesitamos recorrer…437.000 kilómetros. Contando que, como mucho, a los 200.000 kilómetros habrá que cambiar la batería, podemos decir que el eléctrico no llega nunca a amortizarse (y ello sin tomar en cuenta el coste financiero).

Las cuentas son fáciles de echar, y no salen. Incluso obviando la limitación en la autonomía y considerando ambos vehículos equivalentes, escoger el eléctrico es económicamente incorrecto (incluso en una región de combustibles caros como Europa). Así lo han considerado los conductores europeos, hasta el punto que PSA ha tenido que detener su producción.

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Entonces ¿es un fiasco el vehículo eléctrico? No, yo estoy convencido que no, el problema es que se está queriendo operar una nueva tecnología con el paradigma de la anterior. Esto es, las marcas básicamente han puesto un motor eléctrico en el vano de un vehículo propulsado por un motor térmico, con más o menos modificaciones. Esto es absurdo, porque el coche eléctrico tiene unas ventajas, pero también unas limitaciones. No podemos pedirles peras al olmo, porque siempre nos acabará defraudando.

Por ejemplo ¿cómo es posible que un vehículo ciudadano eléctrico pese 1,2 toneladas? ¡¡¡Pero si mi furgo, con su motorazo diesel, pesa 1,6!!! Es una locura pretender mover esa masa con baterías de litio, pues obliga a embarcar muchas celdas, y un motor potente que las descarga rápidamente. Reduciendo la superficie frontal (más bajo y largo) y el peso hasta los 400kg, se podrían lograr las mismas prestaciones y autonomía con un motor de 20kW y la cuarta parte de baterías. Por supuesto, habrá que prescindir de climatizador (usas jersey), dirección asistida (con 400kg no hace falta) y demás caralladas con que cargan hoy en día los automóviles. Simplemente, reducir el vehículo a su esencia, una herramienta para desplazarse de forma eficiente, económica y menos contaminante (la electricidad no cae del cielo, más que cuando truena).

Un vehículo extremadamente austero como el que propongo, podría ponerse en el mercado por menos de 10.000€ hoy en día, la mitad cuando las series fueran más largas (por encima de las 10.000 unidades). Con un consumo reducido a la mitad (medio euro a los 100km) sí que saldrían las cuentas para la mayoría de la población, en vez de ser un juguete para una élite.

Y queda el asunto de la autonomía. Porque con tiempos de recarga de varias horas (en monofásica) el vehículo eléctrico queda relegado a la categoría de segundo coche…el que pueda permitirse tener dos. Es decir, queda fuera del alcance de la mayoría de la población. Por lo tanto, no hay ventaja social (emisiones, consumo combustibles…) apreciable, si su venta es marginal.

Hay que aumentar esa autonomía, sin necesidad de embarcar más baterías que encarezcan el producto y aumenten el peso. La solución la propuse hace tiempo: la electrificación de las vías principales. No invento la sopa de ajo, yo recuerdo cuando era niño, en esta ciudad circulaban los trolebuses.

El rendimiento de este sistema es altísimo, pues no hay necesidad de acumular energía sino que es suministrada al instante según demanda del vehículo. No hay que pensar en cables aéreos, la conducción podría realizarse por pistas metálicas incrustadas en el asfalto (costo moderado de instalación). Sería cuestión de normalizar el sistema sistema para que las marcas ideasen sus propios sistemas de seguimiento.

Esta instalación sólo habría que hacerla en vías troncales, autopistas y autovías, en las que está prohibido el paso de peatones y ciclistas (seguridad ante el peligro de electrocución), y bastaría hacerla en el carril derecho. En el momento de un adelantamiento, el vehículo se separaría del suministro de energía y tiraría durante esos segundos de las baterías, hasta recuperar el carril derecho, donde las volvería a recargar.

No sería necesario electrificar toda la capilaridad de la red viaria, con su enorme coste asociado, pues con las vías principales ya aseguras una autonomía virtualmente infinita. El contador sólo empieza a correr una vez que te separes de la vía de alta capacidad, para llegar a tu destino, consumiendo la energía almacenada en las baterías (que hasta ese momento se han recargado). No creo que haya ningún punto de la Península que se encuentre a más de 150km de una vía principal.

Para entornos urbanos, la autonomía de 100km es más que suficiente, así que no es necesario ni tan siquiera desarrollar redes de estaciones de carga (salvo para flotas).

Además, la infraestructura es absolutamente compatible con los vehículos de motor térmico, con lo que podrían convivir en las carreteras en un periodo de transición. El conductor sólo vería dos o tres pistas metálicas en el carril derecho de la autovía, y el vehículo ya se encargaría de seguirlas con unas antenas bajo el piso del vehículo sin necesidad de existir una unión física solidaria entre los contactos y los raíles conductores (por electromagnetismo, por ejemplo, algo hemos avanzado desde los trolebuses).

El cobro por la energía consumida se realizaría como simple medida (trimestral, anual…) de un amperímetro análogo al contador que tenemos en nuestras casas. Con una pequeña sofisticación, incluso cabría la posibilidad de establecer también un sistema de discriminación horaria (más barato circular a ciertas horas, optimizando de esta forma no sólo la producción eléctrica sino también la capacidad de las vías).

Este sistema podría ser empleado por el transporte de mercancías, combinado con un térmico convencional, aunque para rutas internacionales me sigue pareciendo una locura emplear la carretera y no el ferrocarril. Si sigue siendo más económico un camión que cargar el contenedor en un tren, es que existe una adjudicación de costes perturbada (porque el tren consume menos energía y necesita menos mano de obra, luego debiera ser más barato). Básicamente, al tren se le imputan unos costes como la construcción y mantenimiento de las vías que no se le imputan al transporte por carretera (excepto en el caso de las autopistas).

En resumen, el vehículo eléctrico sí que puede ser una alternativa de trasporte, que compita con ventaja con los mastodónticos vehículos actuales. Se puede construir un vehículo popular, accesible, práctico y, con una moderada inversión, romper los límites de su autonomía aumentando además su eficiencia (el proceso de carga/descarga de baterías siempre será más ineficiente que un contacto eléctrico que alimente directamente el motor).

Se puede hacer, pero hay que cambiar de paradigma. Dejar de pensar en los coches tal y como los conocemos, hacer borrón y cuenta nueva a la industria de la automoción. Pero ésta se resiste al cambio (como se resisten las discográficas…).

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