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La era de los automotores a combustión está llegando a su fin, por ende, expondremos lo que está y lo que viene en términos de movilidad eléctrica.

El mundo está pidiendo a gritos un cambio de paradigma en todos los niveles, enfocados a minimizar el impacto de los gases de efecto invernadero a nivel mundial, de allí a que desde finales del siglo XX (Protocolo de Kioto) se haya empezado a hablar de cambio climático, destrucción de la capa de ozono, aumento general de la temperatura y otros muchos síntomas  de que el planeta está pasando por un mal momento, y con él, toda la estabilidad biológica que vive en los macro ecosistemas.

Podemos hablar de cada uno de los miles de tratados, protocolos, y esfuerzos colectivos e individuales que un gran número de países han llevado a cabo para la disminución del calentamiento global, así como un libro completo de aquellos que no se han comprometido, sin embargo, en este punto es preciso resaltar el Acuerdo de París que se firmó el 22 de abril de 2016, el cual no es solo un compromiso para mejorar los índices de emisiones, sino un ultimátum de las Naciones Unidas para ratificar el camino sin retorno que está tomando actualmente el planeta en términos de estabilidad climática.

Dicho acuerdo tiene básicamente 3 objetivos:

• A largo plazo, mantener el aumento de la temperatura media mundial muy por debajo de 2 °C sobre los niveles preindustriales.

Limitar el aumento a 1,5 °C, lo que reducirá considerablemente los riesgos y el impacto del cambio climático.

• Que las emisiones globales alcancen su nivel máximo cuanto antes, si bien reconocen que en los países en desarrollo el proceso será más largo.

• Realizar posteriormente reducciones rápidas de acuerdo con los mejores conocimientos científicos disponibles, para lograr un equilibrio entre las emisiones y las absorciones en la segunda mitad del siglo.

Con la mayoría de los países del mundo comprometidos, incluyendo potencias industriales, como China, la Unión Europea y recientemente Estados Unidos, bajo el mandato de Joe Biden, solo por nombrar algunos de los más de 170 países firmantes, la era eléctrica ha iniciado.

Teniendo en cuenta lo anterior, y la colectividad de países controlando la emisión de gases, los grandes fabricantes aéreos, marítimos y automotrices, se han visto en la obligación de invertir tecnología en sus motores, precisamente para adaptarse a normatividades Euro IV, V y VI, o el equivalente en otros países, como la BSVI india, dependiendo el tipo de vehículo, sin desconocer que también se implementan restricciones para desechos industriales y otras actividades humanas.

Centrándonos únicamente en el apartado de movilidad, como principal interés del presente artículo, es natural considerar realmente la rentabilidad de seguir apostando por vehículos a combustión, o por el contrario, cambiar el paradigma hacia formas de movilidad mucho más ecoamigables, como la principal motivación para lograr acceder a estas tecnologías.

Emisión en los Motores a combustión

Los motores del ciclo Otto (4 tiempos) realmente llevan casi 150 años implementándose en las máquinas de locomoción humana, con múltiples mejoras en todos los niveles, desde materiales de fabricación, confiabilidad, alimentación, refrigeración, administración de marchas, electrónica, configuraciones... En fin; no obstante, estos parecen haber llegado al límite, tratando de adaptarse a las nuevas normatividades, con la incorporación de catalizadores cada vez más grandes, aumentando la cilindrada y disminuyendo la potencia, o, más común en los automóviles, reduciendo los tamaños de los bloques y compensando con alimentación de aire forzada, como turbos y cargadores, precisamente para mantener la potencia.

Tan difícil ha sido la adaptación a los nuevos estándares, que gigantes como Volkswagen (el caso más famoso) Daimler (Grupo Mercedes) Fiat y Chrysler,  así como otros fabricantes estadounidenses, solo por nombrar algunos, han mentido o han sido multados por no cumplir con las normas de contaminación, mientras que startups de vehículos eléctricos, han demostrado que ya pueden tener automotores capaces, dependiendo únicamente de la energía eléctrica.

El caso de Tesla

Hace algunos años, mientras la mayoría de constructores luchaban para adaptarse a las normatividades europeas, pequeños pioneros, decidieron empezar a electrificar los vehículos, como una alternativa limpia para la movilidad, teniendo como fuente primordial los avances en las baterías de litio, las cuales, a nivel general, se mostraban como una opción verdaderamente sustentable para guardar la suficiente energía para mover un automotor durante una buena distancia y durante el tiempo necesario; algo que se llevaba intentando desde finales del siglo XIX, pero que solo con la aparición de Tesla, y lógicamente del material, fue posible de hacer, a un precio que pudiera competir con automóviles a combustión de las mismas prestaciones.

Luego del éxito del modelo Tesla Roadster en el 2008, así como la creación de una infraestructura (tomas eléctricas) para soportarlos, por lo menos en su país de origen, los otros fabricantes automotrices afanaron sus esfuerzos por crear vehículos de todas las gamas, no solo las top con la que compite Tesla, que fueran más amigables con el medio ambiente.

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Además, con la adopción de políticas de los gobiernos, como la reducción e incluso la eliminación de impuestos, los beneficios de circulación y el impuso de la infraestructura, los automóviles eléctricos empezaron realmente a ser atractivos, algo que se trasladó, prácticamente a las motos al mismo tiempo.

Primera Barrera: Las limitaciones de las baterías Ion- Litio.

Casi podemos afirmar que los motores eléctricos no fueron el problema fundamental, pues desde hace años se buscaba maquinaria que fuera potente con el menor costo de energía posible, especialmente para aplicaciones industriales, por lo cual, adaptar esto a una máquina de dos o cuatro ruedas no resultó tan caótico, aunque debemos aclarar, que en los últimos años se han optimizado como nunca antes, limitados, como es lógico, por la capacidad de las baterías para entregar la energía o simplemente para guardarla. Lo anterior supone también un trabajo de balanza: o se puede tener una motorización eléctrica con mucha potencia pero con poca autonomía, o se puede limitar la entrega nominal y mejorar la distancia recorrida.

Antes de continuar, debemos dar visos sobre el concepto del acumulador de litio. En principio, funciona como cualquier batería convencional, es decir, tenemos un flujo de electrones, desde un ánodo a un cátodo, gracias a un electrolito que se sitúa entre ellos y es quien permite el flujo libre de energía. En el caso de las baterías de Li-Ion, en la mayoría de casos, hay un ánodo de grafito lleno de iones de litio los cuales se sienten atraídos, por su carga negativa, hacia el polo positivo de la batería (cátodo) generando un trabajo y permitiendo precisamente encender un motor eléctrico, por ejemplo.

A diferencia de otros materiales, como el plomo o níquel, el litio tiene la ventaja de ser el metal más ligero de la tabla periódica, poseer el mayor potencial electroquímico y representa el mayor contenedor de energía, no obstante, tiene otras desventajas, como la limitada disponibilidad como recurso natural, además que en su forma metálica, es inestable cuando se le aplica una carga eléctrica (para regresar los electrones del cátodo al ánodo, es decir recargar) pues es propenso a tener una fuga térmica la cual termina en una liberación de calor descontrolada e incluso explosiones; empero, la utilización de iones de litio como Dióxido de litio-cobalto (LiCoO2), aunque  cuentan con menor densidad eléctrica, son mucho más estables y seguros.

Con el pasar del tiempo, las baterías han mejorado con la incorporación de materiales, como aluminio, nibio, zirconio, entre una infinidad de aleaciones derivadas, dependiendo del fabricante, como Chiang, quien aumento la capacidad haciendo cambios en la distribución de nanopartículas de  fosfato de hierro o en la estructura de construcción. Sin embargo, pese a las mejoras, las baterías continúan trabajando de la misma manera desde que Sony, presentó su prototipo comercial a mediados de los años 90s, con una vida útil que aún las clasifica como consumibles, es decir, corta.

Actualmente el flujo eléctrico, la potencia y la capacidad de carga han mejorado notablemente, solo basta con ver algunos ejemplos: BYD, con su patentada ‘Blade Battery’, estructura que garantiza el almacenamiento de 59 kWh en 10,5 horas, en su camioneta Yuan EV 300, un vehículo de gama media-alta, lo suficiente para recorrer hasta 400 kilómetros en condiciones ideales. De allí a que justo esta empresa de origen chino se haya convertido en el mayor fabricante (en el número de unidades del mundo), no solo con la movilidad individual y familiar, sino masiva, basta recordar que los actuales buses eléctricos que adquirió la administración de la ciudad de Bogotá están firmados por esta marca.

Pese a las innovaciones, las baterías de litio siguen teniendo los siguientes desafíos:

• Tiempo de recarga

• Costo de producción alta

• Minas de Litio limitadas

• Vida útil corta

• Falta de infraestructura para carga o intercambio

Nota: la densidad eléctrica ya no se considera el punto más crítico, aunque es susceptible de mejoras.

¿Qué se está haciendo en el presente?

Son muchos los esfuerzos para superar los problemas anteriormente mencionados, y se dan en diferentes frentes, a continuación, algunos de los más representativos:

Vehículos Híbridos

Realmente mantener un motor de hidrocarburo en conjunto con una motorización eléctrica puede resultar beneficioso en la mayoría de casos, pues se cumple con el objetivo principal: reducir emisiones.

En este punto debemos decir que hay muchas variantes y que habría que dedicar un artículo completo a este tema, no obstante, haciendo un paneo de lo que representan los eléctricos, debemos denotar que en los vehículos de este tipo se pueden llegar a clasificar en 3 grandes tipos:

Motores asistenciales

Funcionan con el bloque de combustión todo el tiempo, pero les acuden pequeñas unidades eléctricas que ayudan en momentos puntuales, como arranques y pendientes. Aunque disminuyen en la mayoría de casos las emisiones, no son tan representativos.

Motores 50/50

Son vehículos que pueden andar por separado, conjuntamente o en diferentes porcentajes con cualquiera de los motores, dependiendo precisamente del diseño. La mayoría de veces pueden ser intercambiables, por lo tanto, hay posibilidad de hacer recorridos interurbanos o cortos sin emisiones,  pero con la ventaja de siempre tener el motor de combustión disponible. Desventajas: pesados, costosos y sacrifican espacio para llevar baterías, depósitos y ambos tipos de motorización

Motores generadores

Aunque no son tan comunes, fabricantes como Kawasaki han contemplado la posibilidad de montar pequeñas motorizaciones a combustión para recargar baterías, en casos necesarios o cuando el conductor no encuentre donde recargarlas, mejorando de esta forma la autonomía de las motos en este caso, sin aumentar el peso significativamente.

Otros

Diferentes tecnologías, como frenos de recuperación, los cuales aprovechan las detenciones o descensos para recargar energía, los súper condensadores, que almacenan energía fuera de las baterías o hasta los  propios arranques, los cuales en muchas ocasiones terminan asistiendo en momentos puntuales, sirven para reducir las emisiones o/y aumentar la autonomía de los propios automotores.

Redes de baterías intercambiables.

Como ya lo habíamos desarrollado en otro artículo, una forma de mejorar la autonomía sin depender demasiado de las baterías, es poner lugares donde una persona simplemente puede cambiar una unidad descargada por otra, lógicamente pagando algo por el servicio, garantizando así la disponibilidad en entornos urbanos por ejemplo. Taiwan, es ejemplo de este modelo, pues compañías como Kymco y Gogoro han implementado los puntos de intercambio, los cuales se han vuelto tan comunes como las estaciones de gasolina.

Siguiendo esta línea, KTM, Honda, Yamaha y Piaggio se han un unido para estandarizar la forma, la tecnología y las unidades de conexión de las baterías, precisamente para que los elementos puedan llegar a ser intercambiables entre estas marcas, tal vez, con una infraestructura similar a la de Taiwan.

El problema con esto, es la incompatibilidad para adaptar nuevas generaciones de acumuladores, o incluso, limitar la infraestructura a cada una de las marcas o alianzas. En este mismo sentido, el tamaño de las baterías resulta siendo demasiado pequeño para largos recorridos, pues las personas dependen de conjuntos que puedan levantar, limitando la autonomía únicamente a entornos citadinos.

Puntos de recarga

Para nadie es un secreto que países avanzados, como Estados Unidos, ya tienen una red de recarga que permite ir de la frontera de Canadá hasta México en una motocicleta 100% eléctrica, como probó el piloto Diego Cárdenas, quién pudo recorrer 2.200 kilómetros en su Harley Davidson Livewire, aprovechando los puntos dispuestos cada 60 u 80 kilómetros. La Unión Europea, y hasta el propio Tesla, así como países con políticas gubernamentales han exigido y destinado millones de dólares a la implementación de estos puntos de recarga, con el objetivo fundamental de acelerar el cambio hacia los vehículos eléctricos.

¿Qué nos espera en el futuro?

Podemos afirmar que la movilidad a combustión está condenada a desaparecer, pues países como Islandia y Reino unido ya han anunciado fechas para que el transporte terrestre sea 100% eléctrico, en 2030 y 2040, respectivamente; además, Honda, Volvo, MV Augusta y otros gigantes, informaron que migrarán sus portafolios hacia vehículos 0 emisiones a corto y mediano plazo, lo anterior sin desconocer que casi todas las marcas, como Ford, Toyota, BMW, Hyundai, General Motors, entre muchas otras, ya cuentas con modelos híbridos o eléctricos.

No obstante, las tecnologías continúan avanzando y algunas ya son una realidad como:

Automotores eléctricos con paneles solares ultra eficientes

Hace poco empezó a sonar un “moto-carro” moderno y seguro, el cual promete una autonomía de más de 1.600 kilómetros, precisamente por contar con paneles solares, los cuales siempre están cargando las baterías del vehículo y hasta brindan el suficiente flujo energético para trayectos urbanos, en una relación estable de consumo-carga, algo que era impensable hace algunos años, y que en ciudades soleadas como California, representan prácticamente la movilidad eléctrica diaria sin llegar nunca a una estación de carga, poniendo al igual que todo lo anterior, la batería eléctrica como protagonista.

Hidrógeno

Puede que hace tiempo hayamos escuchado de la tecnología, la cual básicamente consiste en pilas de hidrógeno, que al reaccionar con el oxígeno del aire, producen una reacción química la cual se desencadena en agua y una carga eléctrica, usada precisamente para alimentar una motorización eléctrica convencional; sin embargo, hasta el momento, la purificación y emisión de un hidrógeno utilizable en estos motores, la falta de estaciones para carga y en general el costo de la tecnología, hacen que la mayoría de prototipos sean inviables, por ende, no terminan siendo sino unos pocos modelos los se ven en la calle con este avance.

Aunque aún parece difícil, ya se anunció la aparición de cartuchos de hidrógeno en gel y con bajo costo de producción, algo que acabaría con las limitaciones de precio, y además convertiría prácticamente cualquier local en un centro de distribución de los cartuchos, evitando de esta manera la creación de infraestructura especializada y consigo, reduciendo aún más los gastos logísticos.

Además el gigante Xiamoi, el mismo de los celulares, garantizó que en menos de 5 años pondría a disposición una moto eléctrica con alimentación de hidrógeno a bajo precio, algo, que podría revolucionar la industria de la movilidad. Habrá que esperar algún tiempo para ver como esto afecta a las baterías de litio, pues con este modelo, dejarían de ser necesarias y se acabaría con el mayor problema de estas: tiempo de carga y autonomía.

Batería de 15 años de duración y carga súper rápida

En la Universidad de Harvard se está trabajando en un proyecto que no afectaría el funcionamiento de los acumuladores, sino los materiales de construcción. Para nadie es un secreto que la vida útil de las unidades de litio es considerablemente corta, lo anterior, porque en el interior se establecen estructuras rígidas en forma de raíces llamadas dendritas, las cuales evitan el correcto cambio de electrones y rompen las celdas, llegando a generar cortos circuitos, no obstante, la innovación es crear un electrólito metálico que reorganice las dendritas, de tal manera que estas puedas existir sin afectar la vida de la batería, permitiendo imprimir mucha más energía y consigo, cargas ultra rápidas, además de una vida útil mucho más larga.

Movilidad eléctrica aérea

Hasta este punto, solo hemos hablado de alternativas terrestres, pero recientemente Aerospace, American Airlines y Virgin Atlantic, vieron viable la incorporación, a la flota, de los “taxis aéreos”. Pequeñas aeronaves de baja-media autonomía que servirán para conectar ciudades a 160 kilómetros de distancia; demostrando así que el futuro eléctrico no se limita a las vías convencionales, sino es la puerta de entrada a un nuevo mercado de movilidad descongestionado, económico y eficiente… como son los cielos.

Artículo por Karim Chalá Lee

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