La recarga de coches eléctricos de la mano de los sistemas de almacenamiento electroquímicos de energía

La incipiente aparición del vehículo eléctrico en el escenario automovilístico actual está despertando la curiosidad de muchos ciudadanos de a pie que concienciados con el grave problema medioambiental que sufre nuestro planeta buscan alternativas más ecológicas para el transporte y de paso ahorrar algo de dinero en combustible. La fabricación en serie de vehículos híbridos y eléctricos es ya una realidad en España, los precios han bajado y el Gobierno ofrece suculentas ayudas para su adquisición. Sin embargo, las expectativas  de ventas son bastante pobres a nivel mundial: en Japón se espera alcanzar un 25% de eléctricos entre los coches nuevos en 2025 y en China, entre el 11 y el 15%, cuando en Europa y Estados Unidos solo se prevé del 6 al 10%. A la vista de los datos la pregunta es obligada, ¿Por qué una revolución tan significativa a nivel energético y medioambiental como es la utilización de coches eléctricos no tiene la proyección de futuro esperada a pesar de todos los esfuerzos que se están poniendo en ello?

Autora: [L. Sanz-IMDEA Energía]

Probablemente la respuesta no sea que no se pueden conseguir baterías mejores, con más capacidad, que duren más tiempo y que sean más baratas sino más bien el hecho de cómo vamos a recargar esas baterías si nos planteamos un futuro en el que el coche eléctrico sea un elemento habitual en la sociedad. Haciendo un cálculo sencillo y suponiendo que todos los coches se movieran con electricidad, consumirían alrededor  del 73% de la electricidad generada cada día, del cual solo el 35% proviene de energías renovables a día de hoy. Parece que el porcentaje de ventas antes comentado está en parte limitado por la cantidad de electricidad que se puede conseguir a partir de fuentes renovables, para poder denominar al coche eléctrico  como ecológico. Es necesario pensar en estaciones de recarga que aprovechen energías renovables con suficiente capacidad para abastecer a un número de coches equivalente al de una gasolinera convencional  y además puedan integrarse en las poblaciones y carreteras.

Todo esto plantea un importante reto que, en mi opinión, debe ser afrontado a la par que el desarrollo de mejores baterías para estos coches, de otra forma se estaría intentando vender un producto que no se podría utilizar por motivos prácticos. El desarrollo de plantas modulares de generación de electricidad con espejos o en  discos Stirling que aprovechan la energía solar en conjunción con sistemas de almacenamiento de energía de distinta índole podría ser una opción a la sustitución de las actuales gasolineras, ya que son integrables en entornos urbanos. De entre los sistemas de almacenamiento que pueden utilizarse en estas plantas modulares renovables, las baterías de flujo redox (RFB) son especialmente interesantes debido a que, además de presentar capacidad suficiente para ser utilizadas como estaciones de recarga, se está estudiando su aplicación en el propio vehículo, como fuente de alimentación al motor. Estas baterías se componen de dos tanques donde se almacenan los electrolitos líquidos que son bombeados al stack de celdas, donde se produce la reacción electroquímica, liberando la energía contenida en los electrolitos en forma de electricidad con rendimientos del 90%. La cantidad de energía que pueden almacenar depende del volumen de los tanques de electrolito y de su concentración. Las RFB más populares son las basadas en pares redox de vanadio y vanadio-haluro, que presentan densidades de energía de entre 25 y 50 kWh/kg pero que pueden construirse con capacidades del orden de MWh e incluso bajo tierra, de forma similar a los tanques de combustible en gasolineras.

Bien es verdad que, aplicadas en automoción, el estado del arte de estas baterías no iguala las prestaciones de las baterías de Li-ion, pero presentan una ventaja importante frente a ellas: los electrolitos son líquidos y podrían ser reemplazados en cuestión de unos minutos en las estaciones de recarga, utilizando instalaciones muy similares a las que conocemos hoy en día. Con el modo de recarga rápida con corriente continua y 330 V para baterías de litio se puede obtener un 80% de carga en 30 minutos pero se requieren puntos específicos de recarga que no podrán ser muy numerosos para evitar sobrecargas de la red. En algunos países como Israel y Dinamarca se está introduciendo el sistema ‘Quick-Drop’ que consiste en el intercambio completo de la batería por otra cargada. Con las RFB solo sería necesario reemplazar el electrolito por otro regenerado vía electroquímica, en otra batería más grande de la misma naturaleza, evitando el deterioro que los dispositivos puedan sufrir en las operaciones de cambio de batería con el consiguiente ahorro en el mantenimiento de las mismas.

Parece que la investigación para el desarrollo de estas baterías de flujo redox debe estar encaminada a la búsqueda de nuevos electrolitos, más baratos y abundantes , y de mejores materiales para su construcción de forma que su utilización sea factible de cara a la espectacular subida en la demanda de electricidad que supondrá la introducción del vehículo eléctrico en nuestras carreteras.

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Comentarios

Hay una gran contradiccion en el articulo:

Empieza diciendo que “Las expectativas de ventas de coches electricos son bastante pobres a nivel mundial”.

Y termina hablando de la “espectacular subida de demanda de electricidad que supondrá la introducción del vehiclulo electrico en nuestras carreteras”…

¿En que quedamos?

Por otro lado, la autora no entiende que llegan 351 Petavatios de potencia solar constante al planeta, lo cual es un 3 con 17 ceros detras.

Vamos, que mas o menos unas 22.000 veces el consumo total de energia de la humanidad (incluyendo no solo la electricidad, sino tambien los combustibles de todo tipo que usamos en la industria o en las calefacciones).

Para que nos hagamos una idea, con solo rellenar la zona de exclusion de Fukushima (un circulo de 20 Km de radio) de paneles solares fotovoltaicos (hechos de simple silicio obtenido de la simple arena), sería suficiente para generar toda la energia que consume Japon, pero multiplicada por dos…

¡Y en Japon hay 54 reactores nucleares que juntos solo producen el 20% de la electricidad!

internete
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PD: Los pronucleares del PPOE ya no saben que contarnos…

¡Menos mal que sabemos usar la calculadora y sabemos como funcionan las cosas!

Hola Internete

Quería agradecerte el primer apunte que haces sobre mi artículo, en el que dices que es contradictorio. Creo que tienes razón, la frase: ‘La espectacular subida de demanda de electricidad que supondrá la introducción del vehículo eléctrico en nuestras carreteras’ es incorrecta. Lo que en realidad quería decir es: ‘La espectacular subida de demanda de electricidad que supondría la introducción de coches eléctricos en nuestras carreteras si se dispusiese de una red eléctrica capaz de dar respuesta a la recarga diaria de los mismos’ ya que si esto fuese posible, las expectativas de ventas no serían sólo un 10% sino mucho mayores.

Lo que quiero dar a entender con este artículo es que antes de lanzarse a vender coches eléctricos deberíamos plantearnos un cambio radical en la producción energética y en la red de suministro que conocemos hoy día. Para hacer esto posible existen muchas opciones, donde las más apropiadas serían la integración de distintas tecnologías renovables con sistemas de almacenamiento junto con el desarrollo de redes inteligentes de distribución o ‘Smart Grids’. No entiendo bien tu alusión a la energía nuclear, ya que en ningún momento se menciona en este artículo.

Tal como dices, la radiación solar que llega al planeta es muy alta, sin embargo me preocupa más cuánta de esa energía somos capaces de aprovechar para generar electricidad, ya que hay que tener en cuenta la topografía y usos del terreno, las pérdidas, eficiencias , etc. No soy experta en fotovoltaica pero me consta que son paneles de estructuras cristalinas de átomos de silicio en las que se introducen cantidades controladas de otros átomos dopantes, que a pesar de construirse con ‘simple arena’ llevan detrás un costoso y complejo proceso de fabricación, aunque es cierto que los precios han bajado mucho en los últimos años. Además la eficiencia es bastante baja todavía en estos sistemas, los mejores presentan solo un 14% y aún no se ha solucionado el problema del almacenamiento en este tipo de plantas para poder dar suministro las 24 horas del día.

Tu idea de utilizar paneles fotovoltaicos en la zona de exclusión de Fukushima me parece bien pero los cálculos no me cuadran. Teniendo en cuenta una superficie de 20 Km de radio, con una densidad de paneles del 0,5 (hay que respetar las distancias para evitar sombras que inutilicen parte de la superficie del panel) y unas 7 horas de producción diaria de 800 W/m2 (valor para radiación pico en verano) con una eficiencia del 14%, obtenemos una producción diaria de casi 500 GWh. Esta cifra, a pesar de ser bastante elevada, dista mucho de ser el doble de la energía que se consume en Japón (ver tabla 1, al final del texto), de hecho no alcanza la producción/demanda de energía en España (unos 700 GWh diarios), donde sólo el 3% se obtiene de fotovoltaica. Por no mencionar que es una zona altamente contaminada ¿quién se presta voluntario para instalar los paneles allí? No pretendo desvirtuar esta tecnología, ya que apoyo firmemente a las energías renovables, pero creo que deberíamos ser un poco críticos y realistas antes de lanzarnos a dar números y cuestionar el trabajo de los demás.

Sería estupendo un futuro en el que el panorama energético no dependiera de combustibles fósiles, y somos muchos los que trabajamos para ello, pero desgraciadamente existen factores económicos y políticos que hacen que las nucleares y termoeléctricas sigan presentes y no sea tan fácil prescindir de ellas. De hecho Japón, ya que has puesto el ejemplo, necesita esos 54 reactores nucleares para poder mantener su economía ya que es un país fuertemente dependiente de los combustibles importados.

En el presente artículo se presenta una alternativa 100% renovable e independiente de la Red General de Distribución Eléctrica para la recarga de coches, siento que el mensaje no haya quedado del todo claro.

Tabla 1. Energy Demand by Use in the TEPCO Service Area
(billion kilowatt-hours)
Type of use Fiscal 2009
Other than eligible customers Lighting 96.09
Power 11.39
Lighting and power total 107.48
Eligible customers Commercial power 76.54
Industrial power 96.14
Eligible customers’ total 172.69
Total electricity demand 280.17
Source: Federation of Electric Power Companies of Japan, “Electricity Demand (Confirmed Report).”

Buenas tardes. Soy estudiante de Ingeniería Industrial de la Universidad Icesi ubicada en Cali, Colombia. A principios del mes de mayo de este año, realizaremos un encuentro de Ingenieros Industriales (EUDII) en las instalaciones de la Universidad donde el tema central es “Ingeniería del Futuro”, por lo cual consideramos de gran importancia los temas que trata en sus artículos para incluirlos dentro de los ejes temáticos. En este momento, estamos en la búsqueda de conferencistas o expositores y sabemos que usted se especializa en el tema, por lo cual nos gustaría comunicarnos para analizar la posibilidad de visitar nuestro país.
Esperamos su pronta respuesta.
Muchas gracias.
Para mayor información, visitar http://www.icesi.edu.co/ingenieria_industrial/eudii.php

Hola Valeria;

Lo mejor sería que os pusieseis en contacto conmigo por mail, y así me explicas un poco más.

laura.sanz@imdea.org

Un saludo.

(requerido)

(requerido)


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