Híbridos Y Eléctricos: Combustibles Para Un Mundo Más Verde

Híbridos y eléctricos son dos combustibles idealizados para un mundo un poco más verde, en esta oportunidad en el mundo del motor hablaremos acerca de estos dos tipos de alimentación para nuestros vehículos.

El rápido crecimiento de los niveles de contaminación en el mundo han suscitado que los especialistas y científicos generen iniciativas para poder cambiar la realidad, y más que la realidad, el futuro de nuestro planeta. En esta entrega detallaremos varios puntos importantes acerca de los combustibles híbridos y eléctricos para dar un mayor entendimiento a lo importante de tomar consciencia acerca de nuestras acciones para el mundo.

Híbridos

Un vehículo híbrido tiene tanto un motor de combustión interna como un motor eléctrico. Los vehículos con sistema de propulsión híbrido son más limpios y eficientes que los convencionales y sus costes de funcionamiento son inferiores, aunque su adquisición sea más cara. La idea es “gestionar” las energías mecánicas y eléctricas en el sistema de propulsión de forma adecuada, conjugando un motor térmico, un motor eléctrico, un generador eléctrico y un sistema de acumulación de electricidad (baterías). Para propulsar las ruedas se emplean el motor térmico y el eléctrico, bien simultáneamente o bien cada uno por su parte según las necesidades.

El motor térmico se detiene en las paradas del vehículo, el motor eléctrico ayuda al térmico en los arranques y aceleraciones y el generador recarga baterías en las frenadas y retenciones. La mayor ventaja de los híbridos está en condiciones de uso en las que hay importantes variaciones de velocidad, como es la ciudad o la utilización fuera de carretera.

La conducción de los coches híbridos no es más difícil que la de los convencionales: se conectan automáticamente a los distintos modos, nunca tienen que enchufarse a la red y tienen transmisión automática.
Desde principios del siglo XX se plantearon los sistemas de propulsión híbridos eléctricos – térmicos para incrementar la potencia, pero hubo que esperar hasta el año 1997 para que Toyota introdujera la primera producción en serie de vehículos híbridos, con su modelo Prius en el mercado japonés, a la que luego siguió la del Honda Insight en 1999.

Todos los fabricantes han desarrollado sus modelos híbridos y disponen de modelos capaces de introducirse en el mercado cuando éste lo demande. En muchos países hay subvenciones y ayudas para este tipo de vehículos, lo que ha contribuido a su popularidad y ha originado largas listas de espera para adquirir varios de estos modelos tanto en EE.UU. como en Europa.

Hoy en día, los vehículos híbridos disponibles funcionan con motores de gasolina y eléctricos, porque se han desarrollado inicialmente para los mercados japoneses y americanos, además de que los motores diésel son más caros y supondrían un recargo en el precio de los híbridos. Es muy probable que a partir de principios de 2006 empiecen a comercializarse los primeros turismos híbridos diésel-eléctricos, ligeramente más eficientes.

Tecnologías híbridas

Los sistemas híbridos, que varían mucho en coste, complejidad y eficiencia, se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Híbridos stop-start: Tienen un motor eléctrico que sirve para arrancar el motor de combustión cuando éste está parado, de forma tal que el motor de combustión se apaga de forma automática cuando el vehículo se detiene (ej.: en un semáforo) y vuelve a encenderse cuando el conductor pisa el acelerador gracias a este motor eléctrico. Generalmente, no se consideran verdaderos vehículos híbridos dado que sus motores eléctricos no propulsan el vehículo. Esta tecnología proporciona un ahorro de combustible en torno al 10% en tráfico urbano, y cuenta con la ventaja de ser relativamente económica.
• Híbridos ligeros: el motor eléctrico tiene la función de proporcionar potencia extra a la del motor de combustión en determinadas condiciones (aceleraciones, subidas, etc.), siendo el motor térmico la fuente principal de energía. El motor eléctrico, por tanto, no puede propulsar el vehículo por sí sólo. Tienen la función “stop-start” y la función de freno regenerativo que transforma la energía de la frenada en energía eléctrica, que sirve para recargar las baterías. Un ejemplo de este tipo de tecnología es la IMA (Integrated Motor Assist) de Honda, que utiliza en varios modelos, como el Civic, Insight y Accord.
• Híbridos puros: Estos vehículos están dotados de un sistema de control capaz de seleccionar en cada momento la fuente de energía más eficiente, eligiendo entre el motor eléctrico, el motor térmico o una combinación de ambos. De esta forma, se logra que el motor de combustión funcione el mayor tiempo posible en su régimen de máximo rendimiento.

Así, por ejemplo, durante los arranques, el motor de combustión está parado y funciona únicamente el motor eléctrico con la energía almacenada en las baterías, aprovechando el alto par que proporciona este motor en estas condiciones.Este sistema también aprovecha las frenadas para recargar las baterías. Un ejemplo de este tipo de tecnología es el “Hybrid Synergy Drive” de Toyota, que emplea en el modelo Prius.

También, la casa Lexus en su modelo de tracción a las cuatro ruedas RX400h, emplea un sistema híbrido parecido, pero con dos motores eléctricos, uno para las ruedas delanteras y otro para las traseras.
Aunque ninguno de los híbridos disponibles en la actualidad puede recargar sus baterías externamente, puede que dentro de algunos años sí existan híbridos plug-in que lo permitan. Para ello, deberán disponer de baterías más grandes que las de los híbridos actuales, lo que les proporcionará una autonomía eléctrica mucho mayor.

Comercialización de híbridos

La comercialización de vehículos híbridos está muy ligada a la demanda del mercado y a los precios de venta admisibles. Actualmente existen cuatro tendencias de mercado de vehículos con sistemas de propulsión híbrida más o menos pura.

Estas son: vehículos pequeños de uso urbano y poca potencia como el Honda Insight o el Smart; berlinas de tamaño medio y uso mixto urbano y extraurbano como el Toyota Prius y el Honda Civic; grandes vehículos todo-terreno (SUV: Sport Utility Vehicle) o Pick-ups, donde la propulsión híbrida permite incrementos de potencia manteniendo en lo posible sus consumos; y vehículos deportivos en los que se trata también de incrementar la potencia sin penalizar demasiado el consumo.

Prestaciones desde el punto de vista ambiental

Los vehículos híbridos pequeños como el Honda Insight tienen emisiones de CO2 de 80 g/km, menores que cualquier coche con motor de combustión interna alternativo disponible en el mercado, y el Toyota Prius, con 104 g/km, es el de menor emisión de todos los turismos berlinas de cinco plazas fabricados en serie. La introducción en el mercado de este tipo de vehículos ayudará a cumplir el acuerdo europeo de 140 g/km de media de los vehículos vendidos en el año 2008. Con lo cual, es fácil ver porqué los híbridos han generado tanta expectación en los ámbitos ecologistas y en el mundo del motor en los últimos 8 años.

En cuanto a las otras emisiones reguladas (CO, HC, NOx y partículas), los vehículos híbridos son muy atractivos para su empleo en el espacio urbano por la reducción potencial de contaminación urbana si se extiende su uso en este ámbito.

Economía

Los vehículos híbridos tienen en el mercado precios superiores a sus equivalentes no-híbridos, pero conllevan un importante ahorro de combustible. En la mayoría de los países de la UE, al igual que en muchos estados y ciudades de los EE.UU. estos vehículos cuentan con ayudas para su compra y/o reducción de impuestos respecto a sus homólogos con sistema de propulsión convencional y similares prestaciones.

Actualmente, los costes de producción de estos vehículos son bastante altos, sobre todo por el coste de las baterías y los motores eléctricos, aunque se espera que bajen a medida que los niveles de venta y fabricación de estos vehículos aumenten.

Penetración del mercado

Las ventas de los vehículos híbridos siguen siendo escasas en comparación con los vehículos convencionales por su elevado coste, aunque actualmente están limitadas más por el suministro que por la demanda. Con lo cual, hay listas de espera para la mayoría de los modelos de EE.UU. y de los mercados europeos. A corto y medio plazo se espera que estas tecnologías vayan ganando cada vez más cuota de mercado, con lo que los precios de venta previsiblemente se reducirán.

Vehículos de batería eléctrica

Los vehículos eléctricos se agrupan en dos clases: los totalmente eléctricos, que a su vez se dividen entre los que son alimentados únicamente por baterías, los que aprovechan la energía solar, y los que utilizan pilas de combustible; y por otro lado los vehículos híbridos. En este capítulo sólo vamos a estudiar los vehículos eléctricos alimentados exclusivamente por baterías, pues del resto ya existe en este manual un capítulo propio para cada uno, salvo para los vehículos eléctricos solares.

Los primeros vehículos eléctricos datan de la década de 1830, pero ha sido en los años 90 cuando muchos fabricantes, como Citroën, Ford, Honda, GM, Peugeot o Toyota, han llevado a cabo programas de fabricación de este tipo vehículos.

Sin embargo, las ventas nunca han dejado de ser muy limitadas, y desde finales de esa misma década se ha trasferido gran parte del interés y de los recursos destinados a investigación de los vehículos eléctricos puros a los híbridos, que combinan motores eléctricos con motores de combustión interna, lo que les confiere más potencia y mayor autonomía, que es justo el punto débil de los vehículos eléctricos.
Sin embargo, los vehículos eléctricos son ideales para algunas aplicaciones y son poco contaminantes.

Propiedades de la batería

Las baterías son el sistema de almacenamiento de la energía en los vehículos eléctricos, lo que equivale al combustible en vehículos con motor térmico. Hasta el momento, las baterías presentan el inconveniente de su gran peso y baja autonomía. Así, por ejemplo, si en un automóvil de combustión el carburante representa aproximadamente el 5% del peso del vehículo, en uno eléctrico puede suponer el 40%.

La batería ideal para un vehículo eléctrico debería tener una alta energía específica (kW h/kg), una alta densidad de energía (kW h/m3), una alta potencia específica (W/kg), un ciclo largo de vida útil, un tiempo de recarga corto y también debería ser segura, reciclable y económica.
Sin embargo, actualmente todavía ninguna batería cumple todas estas características, siendo los tipos más comunes de batería los que se resumen a continuación.

Tipos de batería

Las baterías de plomo-ácido se usaron por primera vez hace 170 años y siguen siendo por ahora las baterías más usadas en los vehículos eléctricos. Son muy económicas y fáciles de reciclar; sin embargo, tienen baja energía específica y baja densidad de energía, con lo que son grandes pesadas, y con una autonomía limitada.

Las baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd o nicad) se han utilizado durante bastantes años. Tienen mayor energía específica (cerca de 55 W h/kg) y mayor densidad de energía que las baterías de plomo-ácido; sin embargo, debido a que el cadmio es un metal pesado contaminante, en el año 2002 una Directiva europea prohibió la instalación de estas baterías en vehículos eléctricos nuevos a partir de finales del año 2005.

Las baterías de níquel-metal-hidruro tienen una energía de alrededor de 90 W h/kg y ciclos de vida útil muy largos. Son reciclables y relativamente benignas con el medioambiente, dado que el ánodo está hecho con una aleación de metales no pesados. Las baterías más pequeñas de níquelmetal-hidruro se están empleando actualmente en algunos vehículos híbridos.

Las baterías de iones de litio tienen una energía específica muy alta, de aproximadamente 150 W h/kg y ciclos muy largos de vida útil. Se han fabricado varios prototipos de vehículos eléctricos de batería de litio, aunque desgraciadamente, por ahora, las baterías de litio siguen siendo prohibitivas para su uso en vehículos.

Prestaciones desde el punto de vista ambiental

Los vehículos eléctricos, al no tener emisiones atmosféricas en el punto de uso, son una alternativa a los vehículos de motor térmico muy atractiva para zonas urbanas de mucho tráfico, donde la calidad del aire entraña problemas de salud.

Sin embargo, un análisis completo de los beneficios medioambientales de los vehículos eléctricos ha de considerar las emisiones asociadas a la producción y suministro de la electricidad empleada para recargar las baterías. Estas emisiones, lógicamente, varían de un país a otro en función del modo de producir su electricidad (centrales térmicas de combustibles fósiles, energías renovables, etc.). En cualquier caso, la contaminación global asociada a estos vehículos es inferior a la de los vehículos térmicos de combustibles convencionales.

Economía

Al igual que muchos otros tipos de vehículos alternativos, los vehículos eléctricos se caracterizan por tener precios de adquisición más elevados, pero costes inferiores de utilización. En muchos países de la Unión Europea este tipo de vehículos goza de algunos beneficios fiscales, como la supresión del IVA o la exención del impuesto de circulación.

Los principales mercados potenciales de los vehículos eléctricos son las flotas cautivas de servicios de transporte urbano de viajeros y de recogida de basuras, flotas cautivas de vehículos ligeros de organismos públicos y en menor medida vehículos para uso particular.

Conclusiones

Los vehículos híbridos y eléctricos son por ahora una de las visiones para poder afrontar el cambio climático, paises como japón dónde el 10% aproximadamente de sus vehículos son eléctricos o híbridos tienen un gran trecho recorrido, pero aún para el mundo globalizado queda mucha tela por cortar para llegar a una verdadera migración a este tipo de alimentación para los vehículos.

Sólo el futuro nos dirá cuál será el camino, por los momentos a nosotros, los mortales, nos toca quedar a la expectativa e informarnos acerca de los pros y los contras de migrar a este tipo de tecnologías para luego poder tener la objetividad de decir y hacer por nosotros mismos.

Quizás te interese leer: Termodinámica.

Puedes leer también: Aerodinámica Del Automóvil.