El auto eléctrico, litio y grafeno

Estuve casi dos días encerrado terminando un proyecto para unos amigos. Se me había olvidado lo complicado que es cuadrar los malditos presupuestos; transformar los trabajos que se necesitan en horas-hombre; presupuestar las inversiones; calcular los gastos de operación; armar los presupuestos generales y al final traspasar todo a un flujo de tiempo en la Carta Gantt. Luego desde allí se vuele a hacer todo al revés -las veces que sea necesario- hasta que la cosa queda cuadrada, ¡eso se llama cocina internacional!.

Trabajo de minas, como decía mi amigo Mario, que odiaba tanto o más que yo hacer estas cosas que requieren extrema concentración en los detalles. En verdad las mujeres son mucho mejor que nosotros para este tipo de cosas pero que diablos, no teniendo a mano ninguna mina que además supiera del asunto, obligado a hacerlo yo. Finalmente después de hacer traspirar harto la neurona que me va quedando lo terminé. Creo que debería tomarme un par de cervezas por eso.

Siempre he sido esceptico de la energía solar de potencia y de los autos eléctricos. Son dos cosas que como electrónico, estuve convencido que que no serían viables por lo menos en lo que me queda de vida. Sobre la energía solar de potencia, sea fotovoltaica o termosolar, sigo pensando exactamente lo mismo: que no hay ni habrá factibilidad técnica en un futuro previsible, pero sobre los autos eléctricos ya lo estoy pensando dos veces.

Claro que todavía no son factibles o al menos competitivos con los convencionales, pero para algunas aplicaciones ya están resultando atractivos por dos grandes ventajas que, tal vez, hagan que la tecnología se desarrolle a un nivel suficiente para hacerlos competitivos.

La principal ventaja es que la mayor eficiencia de los motores eléctricos y el menor costo de la electricidad que presenta diferencias enormes en el costo de desplazarse, en este link pueden ver una comparativa en vehículos reales donde se muestra que la relación entre costos de consumo de vehículo eléctrico versus convencional es más o menos del orden de 2 a 14.

Esto tiene varias explicaciones, primero que nada el costo de transporte de la electricidad es muchísimo menor que el de la gasolina, esa es una ventaja estructural  que difícilmente podrá ser superada, el costo de producción de energía eléctrica requerida para mover un auto es también mucho menor al costo de la gasolina y finalmente un motor eléctrico es intrínsecamente superior en rendimiento a uno de explosión pues genera una fuerza electromagnética que produce el movimiento circular directamente, a diferencia de la termodinámica que debe convertir un movimiento rectilíneo en circular. Esto último es origen de la segunda gran ventaja del auto eléctrico que es su mayor simplicidad lo que baja de manera enorme los costos de mantención.

Pienso que el asunto de las menores emisiones contaminantes es muy menor, porque igual se emite al producir electricidad y en algunos casos el auto eléctrico podría emitir más -indirectamente- que uno de combustión interna. Incluso donde hay ventaja de menor emisión dudo que la gente normal esté dispuesta a pagar más por eso. Lo determinante ahora y en el futuro será que clase de tracción es más barata y cual da mejores prestaciones. El auto eléctrico es mucho más barato en operación y mantención, pero tiene prestaciones limitadas y requiere una inversión inicial grande como veremos más adelante

Los autos eléctricos son carísimos y esta desventaja parece insalvable por ahora. Solo son viables en el segmento de autos de gran lujo y por eso su potencial de crecimiento es todavía limitado. Una de las razones de los precios altos es que resulta carísimo producir autos en cantidades reducidas, mientras no existan economías de escala los 80 o 100 mil dólares (o más) que cuestan estos autos no podran ser más baratos, todo esto se solucionaría si una empresa se arriesgara a producir un modelo en cantidades muy grandes, digamos una especie de Ford A eléctrico, pero en el actual estado de la tecnología nadie se ha atrevido -y probablemente nadie se atreverá- a hacerlo.

Porque los autos eléctricos tienen un Talón de Aquiles tecnológico aún no resuelto que son la baterías. Con las baterías de plomo-ácido y aún con las de gel no existe ninguna posibilidad de hacer modelos viables. Una batería de plomo aguanta muy pocos ciclos de carga y descarga, se arruina muy luego, las de gel tienen mayor aguante pero son muy voluminosas y pesadas, tal como los trenes, su mayor problema es arrastar el peso muerto

Las baterías de ion-litio, que es una pasta de litio purificado con ánodos y cátodos de materiales sofisticados, tienen mucha mayor densidad de energía, es decir son más pequeñas y livianas, pero mucho más caras. A igual capacidad de carga pesan unas 4 veces menos y valen unas 4 veces más.

La batería de ion-litio, gracias al gran volumen de baterías de celulares, laptops y relojes que se fabrican ya permite ciertas economías de escala, gracias a eso se han podido hacer los primeros vehículos relativamente viables, aunque a alto costo. Esta es por ejemplo una batería Panasonic para auto

Otra ventaja es que como las baterías de ion-litio son hechas de pasta, se les puede dar diferentes formas, como la mostrada que se amolda al piso del auto. Si yo conectara unas 100 baterías de Notebook común y corriente en paralelo, podría mover un auto con bastante autonomía. De hecho muchos autos eléctricos experimentales funcionan con cientos de pequeñas baterías de celulares conectadas en paralelo.

Pero con todas sus ventajas, las baterías de litio siguen teniendo problemas, los dos principales son el largo tiempo de recarga que requieren (unas 7-8 horas para carga completa) y la limitada autonomía de la tecnología actual (entre 100 y 200 km con las baterías de precio razonable). Ambos problemas prometen ser resueltos cuando se logre producir grafeno a nivel industrial, porque la tecnología de grafeno, de desarrollarse, seguramente hará morir el litio tal como ocurrió con el salitre en el siglo pasado.

Un cálculo rápido
Hoy mismo yo podría cambiar el CRX, que tiene el motor fundido, a tracción eléctrica. Tengo un amigo que ya lo ha hecho con su auto, tiene la experiencia y los conocimientos, pero por el momento el asunto es el costo. Para cambiar la tracción tendría que pagar unos US$ 3.100 por el kit motor, US$ 7.700 por las baterías de litio, US$ 1.800 por los accesorios y supongo unos US$ 2.000 por el trabajo. Total, con US$ 14.600 tendría mi auto convertido. Es mucho menos de lo que cuesta un auto eléctrico nuevo pero todavía demsiada plata para mí. Eso si que los gastos de operación y mantención serían bajísimos, como mucho gastaría unos US$ 5 a la semana en electricidad, probablemente menos y cero en mantención.

Creo que la tecnología del litio va a desaparecer, es costosa y tiene limitaciones que dudo serán superadas, pero sirve en el mediano plazo pues ha alcanzado producción en volúmenes industriales, seguramente todavía tiene una ventana de unos 10 años más. Un desarrollo viable en grafeno puede ser la gran revolución. Los políticos -como siempre- reaccionando lentamente con 10 años de retraso: cuando la explotación esté legalmente clara en Chile, el litio en Chile ya no va a valer nada, por obsolescencia. En fin, es lo que tenemos.