El complejo sueño de los coches eléctricos

Si los androides imaginados por Philip K. Dick soñaban con ovejas eléctricas, los fabricantes de automóviles, gobernantes y ciudadanos parecen coquetear con un futuro en el que los vehículos se enchufen a postes de la red, no contaminen y se deslicen con un suave siseo. Pero es un sueño más complejo de hacer realidad de lo que parece. España se ha puesto las pilas para no quedar atrás en la carrera por el vehículo ecológico y hace dos años aprobó llevar adelante el Proyecto Verde, con un presupuesto de 40 millones de euros, aportados en un 49% por el Ministerio de Ciencia e Innovación a través del programa Cenit. Los trabajos van a buen ritmo, según han señalado recientemente los responsables del proyecto.

Liderado por Seat desde Martorell (Barcelona) y por el Centro Tecnológico de Manresa (CTM) como responsable científico, en el proyecto están implicadas 16 empresas como Iberdrola, Endesa, Lear, Siemens, ACS, Cegasa y Ficosa, y también 14 universidades y centros tecnológicos. Se investiga en temas clave que permitan la fabricación y comercialización de vehículos ecológicos en España, afirma Santi Castellano, responsable de Electromovilidad de Seat. La esperanza es tener un demostrador funcional del vehículo para finales del año 2012 y, aparte, el fabricante automovilístico español espera demostrar varias unidades de su modelo híbrido y enchufable Seat Leon Twin Drive a principios del próximo año.

Las principales líneas de investigación del Proyecto Verde son la definición de los parámetros del proyecto demostrador y la construcción y la validación de las tecnologías en un prototipo. Entremedias, destacan el desarrollo de tecnologías en el campo del almacenamiento eléctrico (baterías electroquímicas) o la electrónica de potencia y los sistemas de recarga."Tratamos de crear tecnologías para el vehículo eléctrico que sean totalmente transparentes para el usuario, como ha sucedido con la telefonía móvil, que no ha necesitado formarse para utilizarlo", explica Luis Romeral, director del área de Energía del CTM.

El consorcio también estudia cuál será la mejor estructura del vehículo eléctrico para optimizar la distribución de temperaturas que se producen en él. Para ello, analizan algoritmos predictivos que permitan conocer cuál es la distribución óptima de energías entre la parte térmica y la parte eléctrica del vehículo, o cómo adecuar el uso de las baterías teniendo en cuenta la conducción del usuario, las condiciones de circulación e información adicional procedente de la vía pública.

Baterías, nudo gordiano

Las diferentes formas de carga de una batería, "un verdadero nudo gordiano", pueden tener un impacto distinto en su vida útil, añade Romeral. Siendo optimistas, para recorrer 50 kilómetros con autonomía eléctrica hacen falta unos 10 kilovatios por hora (kWh) y, para 100 kilómetros, 20 kilovatios hora, lo que equivale aproximadamente a unos 10 litros de gasolina según valores medios, explica."Si pensamos que con la tecnología actual, un vehículo completamente eléctrico puede recorrer entre 300 y 400 kilómetros, lo que equivaldría a unos 50-60 kilovatios hora, estamos hablando de unos pesos cercanos a los 300 kilogramos de baterías (lo que en un coche de combustión significarían 40-50 litros de gasolina)". Por este motivo es necesario mejorar el almacenamiento químico y electroquímico, "y estamos estudiando nuevos compuestos de litio y la refrigeración de decenas de celdas de las baterías". La carga y descarga coordinada de estas celdas no es un asunto trivial, ya que estos procesos de forma rápida significan un mayor calentamiento de las celdas y se estudian nuevas configuraciones y materiales que permitan una refrigeración rápida de las baterías -por aire, líquidos, etcétera.

El desarrollo de coches enchufables también se deberá enfrentar a temas como la seguridad eléctrica y electromagnética o el impacto medioambiental, debido a que aunque no necesiten catalizador, habrá que reciclar millones de baterías de litio.

Los motores eléctricos son una tecnología madura en la industria, con decenas de años de existencia, pero las condiciones ambientales en un vehículo son muy distintas (temperaturas, corrosión, calentamiento de los componentes y demás). El proyecto investiga nuevas tecnologías de motores eléctricos de imanes de alta eficiencia de combinaciones de tierras raras o derivados de ferritas cerámicas, porque son los que ofrecen en estos momentos "la mayor densidad de potencia por volumen", añade Romeral. Europa no tiene yacimientos de tierras raras y aunque las ferritas tienen peores condiciones, no habría dependencia de suministro de terceros países.

Otros problemas a resolver son la ubicación de los motores o cómo mejorar los componentes de fabricación del motor (por ejemplo, al añadir silicio a las chapas magnéticas aumenta la fragilidad de esos materiales). Investigan sistemas de control tolerantes a fallos para que en el caso de un sistema de tracción mixta siempre exista el auxilio del motor térmico.

Muchos de los actuales puntos de recarga de vehículos, dice Romeral, usan sistemas que crean armónicos indeseables en las redes eléctricas. Dentro un vehículo enchufable, los sistemas electrónicos están basados en el silicio y funcionan cómodamente con temperaturas por debajo de los 65-70 grados centígrados; pero, en los vehículos híbridos, el motor de combustión se encuentra cómodo funcionando a unos 90-95 grados centígrados. "Por tanto, parece haber incompatibilidad en los sistemas de refrigeración de ambos modos de motorización; una solución inmediata sería un doble sistema de refrigeración que multiplicaría los costes de fabricación, pero el consorcio estudia otra alternativa que utilizaríasemiconductores de banda ancha, de carburo de silicio, que permiten trabajar con temperaturas de funcionamiento de 150-160 grados centígrados sin destruirse y soportar tensiones de operación (de corriente) muy superiores a los de silicio".

Los nuevos vehículos deberán contar con sistemas de comunicación inteligente con los postes de recarga, que adviertan a las redes de distribución del estado de su carga y otros parámetros. "No basta con colocar un poste en la calle y esperar a que un vehículo se enchufe, es algo mucho más complejo porque hablamos de centenares de miles de postes y millones de vehículos", dice el especialista en energía del CTM. Un vehículo que tenga 60 kilovatios hora para 300 kilómetros de autonomía, con una carga trabajando a 32 amperios en trifásica es una potencia de alrededor de 20 kilovatios; por tanto serán necesarias tres horas de recarga. Habrá que prever sistemas de recarga rápida, lo cual puede ir en detrimento de la vida útil de las baterías. Tendrá el mismo concepto que un teléfono móvil, que lo ponemos a cargar en cuanto podemos porque sabemos que si se agota la batería nos quedamos sin comunicación. Probablemente, el usuario aprovechará las ocasiones que tenga para provocar una recarga continua hasta 75-80% y evitar que se agote y tener largos periodos de recarga.

Harina de otro costal será cuando, en 2014, circulen los 250.000 vehículos eléctricos previstos por el Plan Nacional de Desarrollo del Vehículo Eléctrico. ¿Habrá suficiente energía y postes para suministrar a la legión de nuevos coches cuando lo necesiten?