Transición al vehículo eléctrico: ¿estamos preparados?

El vehículo eléctrico (VE) ha supuesto una revolución en la forma de movilidad, auspiciado por las políticas que demandaban una mejora en la calidad del aire. Tesla fue el primero en dar el paso hacia la electrificación, impulsando a los fabricantes europeos a replantear su estrategia y acelerar la transición. China, como mayor productor mundial de baterías, no tardó en sumarse a esta tendencia, convirtiéndose en el principal fabricante de VE a nivel global.

A pesar de esta euforia inicial, hay bastantes lagunas que están frenando su expansión. Por un lado, se cuestiona la capacidad de producción eléctrica para acometer la transición de los combustibles fósiles a la electrificación del vehículo eléctrico (VE), ya que el ritmo de crecimiento de las fuentes renovables no es suficiente para adecuarse a la demanda, y la única forma de abastecerlo sería a través de centrales de ciclo combinado que funcionan con gas, lo cual entra en conflicto con la reducción de emisiones.

Basándonos en los datos de 2022 del observatorio del OTDE, dependiente del MITECO, que recoge el consumo anual de energía por tipo de combustible y medio de transporte, hemos centrado el análisis en el transporte por carretera. Para ello, hemos considerado que el consumo de gasolina se destina principalmente a los automóviles, dado que el uso en motocicletas y embarcaciones de recreo es despreciable. En el caso del diésel, hemos estimado que un 25% del consumo corresponde a automóviles, según el cuadro adjunto. A partir de estos datos, la electrificación de estos vehículos requeriría aproximadamente 31.000 GWh al año.

Considerando que un consumo de 8 litros/combustible fósil equivale a 20 kW en un VE:

Con este planteamiento, podemos estimar que la electrificación del automóvil requeriría un aumento de más del 11% en la producción de electricidad. Teniendo en cuenta la penetración del vehículo eléctrico hasta 2022, este incremento podría reducirse al 10%. Aun así, alcanzar esta cifra exclusivamente mediante fuentes renovables o gas natural sería un desafío, especialmente en un contexto donde la energía nuclear se encuentra en proceso de reducción en España.

El segundo reto a que nos enfrentaríamos serían las acometidas de los propios edificios, claramente insuficiente en un escenario de electrificación completo, debido a la simultaneidad en los horarios de recarga de las baterías de los VE. Valga como ejemplo, que utilizando como referencia el anterior REBT (1), un edificio con 40 viviendas y 80 plazas de garaje podría soportar un máximo de 19 vehículos de recarga simultánea a 7,4 kW/h que es la mayor potencia en monofásica.

Por lo tanto, para dar una solución de carga a los VE en el sector residencial, sería preciso aumentar la producción de energía eléctrica, mejorar la capacidad de las redes actuales, redimensionar los transformadores de BT y finalmente aumentar el tamaño de las acometidas a los edificios. Todo ello, sin tener en cuenta los más de nueve millones de vehículos que duermen en la calle en nuestro país, y precisarían de puntos públicos de recarga. Algunos países como Noruega lo han acometido de forma correcta, gracias en parte a su baja población, desplazamientos relativamente cortos y un modo de vida basado en una cantidad muy importante de viviendas unifamiliares. En España no podemos replicar este modelo, debido a que la orografía y magnitud del país da lugar a largos desplazamientos y un urbanismo en las ciudades basado en edificios plurifamiliares, principalmente.

Otro aspecto que preocupa a los usuarios es la tecnología actual es que en algunos casos concretos no da respuesta a sus necesidades. En trayectos urbanos o metropolitanos suponen una solución económica y viable, pero en el caso de los desplazamientos largos, la reducida autonomía real junto con la escasa red de puntos de recarga implica una planificación de los viajes con múltiples paradas.

La autonomía homologada según la normativa WLTP para trayectos en carretera no suele alcanzarse en condiciones reales de conducción. Este desfase se hace aún más evidente con bajas temperaturas, que pueden reducir la autonomía real hasta en un 50% respecto a la cifra homologada. Sólo en trayectos urbanos realizados a baja velocidad las autonomías homologadas se suelen respetar.

En cuanto a las baterías, en su inicio destacaron las de litio con NCM (litio con níquel, cobalto y manganeso) por su coste más reducido y una densidad energética en torno a los 250 Wh/kg. Sin embargo, con el tiempo se evidenció que su degradación era notable en condiciones extremas, como recargas repetitivas de alta intensidad o aquellas realizadas a temperaturas elevadas. La degradación es un proceso en el cual parte de los iones de litio que deberían volver al ánodo durante el proceso de recarga, según el esquema adjunto, se quedan atrapados en el cátodo, de forma que se reduce la capacidad de almacenamiento de energía.

Uno de los principales inconvenientes de este tipo de baterías surge cuando el electrolito supera los 300 ºC, ya que en su interior se genera oxígeno, lo que puede desencadenar una explosión seguida de un incendio. Aunque estos casos son poco frecuentes, generan preocupación y sensación de inseguridad.
Para evitar este problema, muchos fabricantes han comenzado a utilizar baterías LFP, también conocidas como LiFePo (litio y ferrofosfato), que presentan una menor degradación, aunque su densidad energética es inferior y no supera los 200 Wh/kg. Su estabilidad frente al riesgo de incendio es mayor, ya que este solo se produciría al alcanzar los 500 ºC. Además, al no generarse oxígeno en su interior, sería necesario que se produjera una fuga para que este entrara en contacto con el oxígeno exterior.

Los parámetros que definen las baterías son el precio (€/kW), la densidad energética (Wh/kg y kWh/dm3), ciclo de vida o degradación (número de recargas manteniendo la capacidad en más de un 80% sobre el nominal) y el rendimiento a bajas temperaturas (mejor en las NMC). Estos factores son los usan los fabricantes de VE para elegir el tipo de batería.

El futuro se espera prometedor con las baterías de estado sólido, en un proceso de investigación muy avanzado, que a priori permitirían una reducción importante del precio gracias a un uso de materiales abundantes y económicos, menor peso, bajísima degradación, reducción del tiempo de recarga y, sobre todo, una mayor densidad energética, que estiman podría llegar en 2030 a los 500 Wh/kg.

Los fabricantes también trabajan en la optimización del consumo. Es aquí donde el BMS (2) juega un papel crucial y donde encontramos diferencias muy importantes. En este punto es donde un conocido fabricante marca la diferencia con sus competidores, siendo ésta cada vez más estrecha. Otro reciente desarrollo utilizado por algunos fabricantes es instalar una reductora con resultados muy interesante, frente la tradicional conexión directa entre el motor eléctrico y las ruedas, lo cual podría marcar una tendencia.

Para terminar, podemos señalar que la alternativa del VE movido por pila de combustible de H2 no acaba de materializarse. El primer factor que lo hace inviable económicamente es el coste de producción del H2, que, para una movilidad equivalente a un VE puro, precisaría 2,4 veces más de energía eléctrica para su producción. Por este motivo, a pesar de ser un sistema técnicamente viable, no acaba de desarrollarse, a excepción de algunos proyectos en el ámbito de los autobuses urbanos, que han empezado a cuajar en Madrid y Barcelona.
El segundo factor que ha impedido su difusión en el mercado son cuestiones ligadas a la seguridad, ya que implementan unos depósitos, en cuyo interior está el H2 comprimido a 700 bares de presión con objeto de conseguir una autonomía correcta (unos 6 kg de H2), que ocupan bastante volumen por su grosor que debe evitar las fugas de éste. En caso de impacto y/o rotura de los mismos, las consecuencias pueden ser bastante graves.

Como resumen, la transición al vehículo eléctrico requiere cambios significativos, como un aumento en la producción de electricidad, mejoras en las infraestructuras urbanas que den solución a los vehículos sin garaje y una mayor rapidez en el despliegue de los puntos de recarga. En cuanto a los VE, éstos necesitan atraer a los conductores con un precio de adquisición más competitivo, baterías de mayor autonomía y tiempos de recarga mucho más reducidos. Además, es necesario ajustar los precios de los seguros y los contratos de renting, que actualmente siguen siendo notablemente más altos que los de los vehículos de combustión.