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SOCIEDAD. Vehículos eléctricos más ligeros para maximizar los beneficios climáticos y de seguridad

 

Típico atasco en una gran urbe. Imagen. Getty

Los vehículos eléctricos están aquí, y son fundamentales para descarbonizar el transporte. El Reino Unido, California, la Unión Europea, Canadá y otros planean eliminar gradualmente la venta de vehículos de combustibles fósiles a partir de 2030; Noruega planea hacerlo antes. 

Los consumidores están interesados. En mayo, Ford Motor Company presentó una versión totalmente eléctrica de su camioneta pick-up más vendida, la F-150 LightningEn agosto, tantos clientes habían reservado uno que Ford duplicó su objetivo de producción inicial. El 27 de septiembre, la compañía anunció que gastará miles de millones de dólares para construir fábricas de baterías y una planta de camiones eléctricos en Estados Unidos. Otras empresas también están ampliando su producción.

Las grandes inversiones en vehículos eléctricos son buenas noticias. El sector ha avanzado mucho, pero quedan muchos desafíos por delante. Un tema que ha recibido muy poca atención, en nuestra opinión, es el peso cada vez mayor de los vehículos. Las camionetas pick-up y los vehículos deportivos utilitarios (SUV) ahora representan el 57% de las ventas en EE. UU., en comparación con el 30% en 1990. La masa de un vehículo nuevo vendido en los Estados Unidos también ha aumentado: automóviles, SUV y camionetas pick-up han ganado 12% (173 kilogramos), 7% (136 kg) y 32% (573 kg), respectivamente, desde 1990. Eso es equivalente a acarrear un piano de cola y un pianista. Se observan tendencias similares en otras partes del mundo.

Los vehículos electrizantes agregan aún más peso. El petróleo combustible denso en energía se reemplaza por baterías voluminosasY el resto del vehículo debe volverse más pesado para proporcionar el soporte estructural necesario 1 . La F-150 eléctrica pesa 700 kg más que su predecesora de gasolina. Los coches eléctricos más pequeños también son más pesados ​​que sus equivalentes de gasolina.

Flota eléctrica más pesada.  Gráfico de barras que muestra la diferencia de peso entre tres vehículos eléctricos y su versión no eléctrica
Los vehículos eléctricos son más pesados que sus predecesores de gasolina

¿Por qué importa esto? Lo primero y más importante es la seguridad. La probabilidad de que los pasajeros mueran en una colisión con otro vehículo aumenta en un 12% por cada 500 kg de diferencia entre vehículos 2 . Este riesgo adicional no se aplicaría si todos condujeran automóviles de peso similar. Pero hasta que lo hagan, es probable que aumente el número de víctimas en accidentes a medida que los vehículos eléctricos pesados ​​se unan a las flotas existentes más ligeras. Los peatones también estarán en riesgo. Si los residentes de EE.UU. que cambiaron a SUV en los últimos 20 años se hubieran quedado con coches más pequeños, se podrían haber evitado más de 1.000 muertes de peatones, según un estudio 3 .

Los vehículos más pesados ​​también generan más contaminación por partículas por el desgaste de los neumáticos. Requieren más materiales y energía para construirlos e impulsarlos, lo que aumenta las emisiones y el uso de energía.

¿Qué tan grande es el problema de este peso extra? Una comparación aproximada entre los costos de mortalidad y los beneficios climáticos muestra que es significativa. Bajo los sistemas de energía que operan hoy en la mayoría de los países, el costo de vidas extra perdidas por un aumento de 700 kg en el peso de un camión electrificado rivaliza con los beneficios climáticos de las emisiones de gases de efecto invernadero evitadas.

Hay dos factores principales en juego: el peso y los soportes de la batería, así como la limpieza de las redes eléctricas de las que se carga. Los análisis de costo-beneficio realistas para vehículos eléctricos requieren la evaluación de muchos factores. Estos incluyen los costos de lesiones en colisiones, los beneficios para la salud de un aire más limpio y los impactos del ciclo de vida de los diferentes diseños de automóviles.

A medida que pasa el tiempo, las redes eléctricas más limpias fortalecerán el caso de los vehículos eléctricos. Algunos países con muchas fuentes de electricidad limpia, como Noruega, ya se encuentran en un punto en el que la electrificación de un camión tiene más beneficios climáticos que costos de seguridad. Otros, incluido Estados Unidos, deben seguir el camino hacia los sistemas de electricidad netos cero. Sin embargo, sin abordar el problema del peso, los beneficios para la sociedad de la electricidad serán menores de lo que podrían ser en la próxima década. Los encargados de formular políticas y los fabricantes deben hacer para abordar el problema.

Cálculo de costo-beneficio.  Gráfico de dispersión que muestra el costo social en comparación con la intensidad de las emisiones de la red en varios países.

Cálculo de coste-beneficio de un coche eléctrico frente a otro de gaolina. Fuente: B. Shaffer et al.

Impuestos a los coches pesados

La economía básica nos dice que las actividades que imponen costos a otros deben ser gravadas. El establecimiento de tarifas de registro en función del peso del vehículo puede desalentar a los vehículos pesados ​​y fomentar los ligeros. La recaudación de cargos basados ​​en el peso también aborda otro problema que se avecina para los gobiernos: la pérdida de ingresos por la renuncia a impuestos sobre la gasolina y el diésel a medida que más vehículos eléctricos llegan a las carreteras.

Eso es potencialmente mucho dinero y es justo porque los impuestos al combustible cubren parte de los costos de la infraestructura vial, que también utilizan los conductores de vehículos eléctricos. Variar dichos cargos por peso mantendría los ingresos al tiempo que incentivaría a las personas a elegir vehículos que sean más eficientes energéticamente e impongan menos costes sociales 4 . También reduciría otras emisiones de la producción y fabricación de materiales. Agregar distancia de viaje a la tarifa también incentivaría a las personas a conducir menos. 

Baterías retráctiles

Las baterías cuestan ahora un 90% menos que hace diez años. Y su densidad de energía se ha más que triplicado 5 desde que se introdujeron las baterías de iones de litio en 1991. Sin embargo, la mayoría de las ganancias en la tecnología de baterías se han destinado a aumentar la distancia que un automóvil eléctrico puede viajar con una sola carga y a aumentar la potencia del automóvil. Durante la última década, por ejemplo, Nissan ha lanzado al mercado una versión de largo alcance de su vehículo eléctrico insignia Leaf, con el triple de alcance (364 kilómetros) y el doble de caballos de fuerza (214 hp). Pero su peso también ha crecido un 14% hasta los 1.749 kg.

El rango de conducción es importante para la adopción generalizada de vehículos eléctricos. La mayoría de los consumidores compran automóviles sobre la base del alcance porque les preocupa perder energía o no poder recargarlos en un viaje largo. Sin embargo, la mayoría de los viajes en automóvil son cortos, a las tiendas o la escuela. Los conductores viajan en promedio 56 kilómetros por día, muy por debajo de la autonomía máxima de los vehículos eléctricos.

Ampliar ese alcance unos 100 kilómetros más o menos cada pocos años hará que los vehículos eléctricos sean más prácticos para las personas que necesitan viajar largas distancias con regularidad, por ejemplo, por motivos de trabajo. Pero incluso ahora, tiene rendimientos decrecientes para el conductor promedio. La infraestructura de carga rápida se está implementando de manera más amplia. La producción de baterías livianas cosechará recompensas de inmediato.

Línea de ensamblaje de SUV eléctricos Kona de Hyundai Motor Co.

El pesado paquete de baterías y las estructuras de soporte asociadas hacen que el Hyundai Kona eléctrico sea un 20% más pesado que su homólogo de gasolina. Fuente: Milan Jaros / Bloomberg / Getty

Las formas de aligerar las baterías incluyen el uso de materiales que son más densos en energía y la eliminación de componentes más pesados. Por ejemplo, las baterías de estado sólido que no usan electrolitos líquidos y tienen las químicas de ánodo más recientes son más compactas y podrían ofrecer densidades de energía más altas que las posibles para las celdas de iones de litio. Las baterías de litio-silicio pueden alcanzar densidades de energía más altas si los fabricantes utilizan más silicio en los ánodos en lugar de grafito. Las mejoras también pueden ser digitales: los sistemas inalámbricos de administración de baterías pueden eliminar hasta el 90% de la red de cables. El uso de menos materiales ayuda a los fabricantes a ahorrar dinero.

Pero las tecnologías de vanguardia son caras de incorporar, lo que eleva los costes de los coches eléctricos. Por tanto, el apoyo del gobierno, desde el laboratorio hasta la fábrica y el consumidor, es fundamental para impulsar la innovación y el desarrollo. Los cargos de registro basados ​​en el peso podrían proporcionar algo de ese dinero. Basar los subsidios a los vehículos eléctricos en función del almacenamiento de energía por kg (kWh kg -1 ) incentivaría los avances en baterías más livianas.

Se necesitan más desarrollos en la tecnología de baterías para reducir la contaminación de la fabricación y consumir menos cobalto y otros metales y minerales raros. Es necesario implementar esquemas para reciclar y reutilizar baterías y otros materiales 6 , antes de que decenas de millones de vehículos eléctricos lleguen y luego abandonen las carreteras.

Aligerar los marcos

Tesla, Volvo, GM y otros fabricantes de automóviles están explorando el uso de paquetes de baterías para soportar parte del chasis del vehículo. En el horizonte está haciendo que el propio marco del vehículo sea el medio para almacenar energíaSe necesita investigación y desarrollo para mejorar la conductividad, la resistencia y cómo las baterías estructurales manejan los choques 7 .

Aproximadamente un tercio de la masa de un vehículo es acero convencional, frente al 44% en 1995. Las estructuras de los vehículos se pueden hacer más fuertes y ligeras utilizando formas avanzadas de acero, más aluminio y magnesio, y polímeros reforzados con fibra de carbonoCada material trae su propio costo y desafíos técnicos, así como los impactos de las emisiones de las cadenas de producción y suministro. Los investigadores deben evaluar estas compensaciones para encontrar soluciones seguras, limpias y asequibles.

Sustituir el acero por aluminio reduce el peso del vehículo y mejora la eficiencia energéticaPero la producción de aluminio puede tener casi cinco veces las emisiones de carbono incorporadas del acero 8 . Cambiar a aluminio reciclado con una rejilla baja en carbono puede reducir las emisiones del ciclo de vida por debajo de las del acero.

Reducir choques

Con vehículos más pesados ​​en la carretera, la seguridad se vuelve aún más importante. Algunos vehículos ya usan cámaras, radares y otros sensores para evitar colisiones al monitorear los puntos ciegos y el estado de alerta del conductor. Estos dispositivos mantienen a los vehículos en los carriles, ajustan la velocidad, controlan los faros y aplican los frenos si existe la amenaza de un choque. La implementación de estas tecnologías en toda la flota de vehículos podría evitar miles de muertes y millones de euros en costes sociales al año 9 .

Deben fomentarse las viejas ideas para mejorar la seguridad en las calles: límites de velocidad, diseños de carreteras para calmar el tráfico e infraestructura centrada en los peatones. París, Bruselas, Bilbao y otras ciudades tienen velocidades limitadas en la mayoría de las carreteras a 30 kilómetros por hora.

Conducir menos

Reducir la distancia recorrida puede ayudar a cumplir los objetivos climáticos a medida que los vehículos eléctricos y, eventualmente, automatizados estén ampliamente disponibles 10 . Las políticas deben garantizar que las alternativas como caminar, andar en bicicleta y el transporte público sean más seguras, más convenientes, accesibles, asequibles y confiables.

Los diseñadores urbanos deben considerar los impactos de la zonificación y el desarrollo en los patrones de conducción para minimizar las distancias promedio recorridas y los impactos de la contaminación del aire que sobrecargan de manera desproporcionada a las comunidades vulnerables. Un legado de la pandemia de COVID-19 es la comprensión de cuánto trabajo se puede hacer de forma remota, con menos desplazamientosResolver estos desafíos salvará vidas y protegerá el clima.

En última instancia, para gestionar el cambio climático, el mundo debe dejar de emitir gases de efecto invernadero de vehículos y plantas de energía. Los vehículos eléctricos que funcionan con una red limpia son un paso esencial en la dirección correcta. Centrarse en conducir de forma más ligera, más segura, más limpia y menos, puede garantizar un futuro mejor para todos.

Fuentes:

1. Lewis, GM y col. Reinar. Sci. Technol. 53 , 4063–4077 (2019).

2. Anderson, M. L. & Auffhammer, M. Rev. Econ. Stud. 81, 535–571 (2014).

3. Tyndall, J. Econ. Transp. 26–27, 100219 (2021).

4. Davis, L. W. & Sallee, J. M. Environ. Energy Policy Econ. 1, 65–94 (2020).

5. Ziegler, M. S. & Trancik, J. E. Energy Environ. Sci. 14, 1635–1651 (2021).

6. Baars, J., Domenech, T., Bleischwitz, R., Melin, H. E. & Heidrich, O. Nature Sustain. 4, 71–79 (2021).

7. Kalnaus, S. et al. J. Energy Storage 40, 102747 (2021).

8. Wolfram, P., Tu, Q., Heeren, N., Pauliuk, S. & Hertwich, E. G. J. Ind. Ecol. 25, 494–510 (2020).

9. Khan, A., Harper, C. D., Hendrickson, C. T. & Samaras, C. Accid. Anal. Prev. 125, 207–216 (2019).

10. Alarfaj, A. F., Griffin, W. M. & Samaras, C. Environ. Res. Lett. 15, 0940c2 (2020).

11. Nature 598 , 254-256 (2021). doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02760-8

INFORMACIÓN SUPLEMENTARIA

  1. Cálculo de coste-beneficio: detalles del cálculo

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