World Intellectual Property Organization

Reinventar el automóvil: ¿Qué se necesita para fabricar un motor limpio?

Junio de 2009

Nuestra pasión por los autos pulidos y lustrados de alto rendimiento, y nuestra dependencia del transporte motorizado está planteando a la sociedad un grave problema. Los sistemas ecológicos de la tierra se están deteriorando rápidamente, y buena parte de ese deterioro se debe al transporte motorizado. Las emanaciones de los vehículos que tragan mucha gasolina, y la asfixia que provoca la contaminación urbana son poderosos argumentos en favor de los vehículos de energía limpia como la mejor solución si deseamos continuar disfrutando de la comodidad, el confort y las ventajas de la movilidad personal.

El transporte, y la movilidad que confiere, hace avanzar el desarrollo, abriendo las puertas a la enseñanza, el empleo, la atención de salud y muchas otras actividades que mejoran la calidad de la vida. Ahora bien, el transporte es actualmente responsable del 23% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero relacionadas con la energía, de las cuales el 74% son imputables al transporte por carretera. Aunque sólo el 13% de la población del mundo posee vehículos automotores, el parque mundial se eleva ya a aproximadamente 900 millones y se prevé que se triplicará en 2050 con un crecimiento mayor en los países en desarrollo. Con el aumento de la posesión de vehículos, se ha avanzado muy poco en la reducción total de las emisiones de gases a pesar de los progresos realizados en el consumo de combustible y en la disminución de las emisiones de los tubos de escape.

Estos factores, sumados a la reducción de las reservas energéticas, a los mercados de energía sumamente inestables, a una mayor conciencia de los problemas medioambientales y a una demanda cada vez mayor de autos inocuos para el medio ambiente están dando impulso al imperativo “verde” en la industria del automóvil obligándola a tomar una nueva orientación. La carrera actualmente es por fabricar el mejor automóvil inocuo para el medio ambiente que sea rentable y económico. El flujo incesante de nuevos modelos que crean fabricantes de automóviles de todo el mundo, desde el Tata Nano de Tata Motors (India), que se considera el auto más barato del mundo, hasta el sedán híbrido (tipo plug-in) de la marca china BYD Auto, puesto a la venta a finales de 2008, primer híbrido “enchufable” de la historia fabricado en serie, revela el dinamismo con el que la industria ha recogido el guante.

La investigación sobre nuevos mecanismos de transmisión para lograr mayor eficiencia de combustible, menores emisiones utilizando energías limpias ya ha permitido la fabricación de los automóviles híbridos y está fomentando innovaciones en la producción de baterías, de dispositivos electrónicos y en la ingeniería de materiales, abriendo el camino a la próxima generación de vehículos verdes.

Innovar o morir

La industria automotora requiere un alto coeficiente de capital, así como considerables inversiones por adelantado para fabricar productos que tienen una duración de vida limitada. La industria se caracteriza por rápidos avances tecnológicos orientados por los gustos de los consumidores en constante evolución y una reglamentación medioambiental cada vez más estricta. La innovación es una constante en esta industria, influyendo en cada aspecto, desde el conocimiento técnico necesario para promover y mejorar la eficacia en la fabricación de vehículos hasta la competencia creadora que se requiere para aplicar y comercializar las tecnologías del automóvil y obtener éxito comercial. El sistema de propiedad intelectual desempeña un papel muy importante a la hora de proteger las principales tecnologías, diseños y activos de conocimiento, y de apoyar las alianzas estratégicas que caracterizan la industria, así como la capacidad de los fabricantes de automóviles para promover, fortalecer y rentabilizar sus marcas.

Los fabricantes de automóviles se abren paso a empujones para obtener posiciones de ventaja en la producción y comercialización de automóviles a precios razonables, de alto rendimiento y emisión cero. El hecho de que la industria represente aproximadamente el 17% de los gastos en investigación y desarrollo (I+D) a nivel mundial, refleja la importancia de la innovación para las empresas de automóviles que están tratando de derrotar a sus competidores, de responder a los gustos de los consumidores en constante evolución, de distinguirse por sus características especiales y de asegurar su participación en el mercado.

La Agencia de Protección del Medio ambiente de los Estados Unidos de América estima que los automóviles propulsados por combustibles fósiles envían a la atmósfera cada año 1.500 millones de toneladas de gases de efecto invernadero. ¡Estacionados uno tras otro, un millón de automóviles daría la vuelta al planeta 125 veces!

Híbridos – una tecnología de transición

La tendencia a optar por energía alternativa y más limpia influye en la concepción, el diseño y la ingeniería de los vehículos, y en la mayor importancia dada a la electrónica respecto de la mecánica. La disponibilidad de autos híbridos que combinan diversas fuentes energéticas – principalmente gas y electricidad – marca una transición, y nos acerca a la posibilidad de frenar los efectos del transporte motorizado en el medio ambiente, y a la producción en serie de vehículos con energía limpia.

La evolución hacia la propulsión eléctrica es un cambio paradigmático en la industria del automóvil. El rendimiento, la variedad y el precio han sido los principales desafíos a la hora de fabricar autos eléctricos, pero los progresos en la composición química de las baterías, que constituyen una tecnología fundamental para los autos eléctricos y los autos de pila de combustible, apuntan a que estamos avanzando poco a poco hacia soluciones que ofrecen un mejor almacenamiento de energía, así como fiabilidad y seguridad.

La energía puede ser transportada a bordo de los vehículos como combustible líquido, electricidad o hidrógeno o una combinación de los mismos. Cada variante plantea ingentes problemas de diseño, ingeniería y tecnología.

Vehículos híbridos

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Foto Toyota Motor Corporation

Los vehículos híbridos combinan dos fuentes energéticas, generalmente un motor de explosión interno y un motor eléctrico. Permiten un mayor rendimiento del combustible y una disminución de las emisiones además de niveles de potencia comparables a los vehículos propulsados con gasolina. Según Toyota Motor Corporation, el híbrido Prius produce 55% menos de dióxido de carbono (CO2) y aproximadamente la mitad de óxido nítrico (NO) y una proporción de hidrocarburos equivalente a los modelos propulsados por gasolina.

Según previsiones de la industria, en 2011, el 11% de todos los automóviles será híbrido. Esta tecnología versátil puede ser utilizada en diversos motores a explosión y en diversas combinaciones, desde los microhíbridos (que se limitan a recuperar la energía de frenado) a “vehículos híbridos eléctricos conectables a la red” (de tipo plug-in). Cuando la batería se descarga, se pone en funcionamiento un motor de explosión interno.

 

 

Aunque los principales fabricantes de automóviles están actualmente adoptando los sistemas híbridos, fue Toyota quien estuvo a la vanguardia de la tecnología, y lanzó, ya en 1997, su primer híbrido, llamándolo acertadamente Prius (que significa en latín “adelantado a su tiempo”). En la segunda generación actual de Prius, sólo el tren de impulsión está protegido por 370 patentes – una indicación de los obstáculos tecnológicos que ha tenido que salvar la empresa para fabricar el automóvil. El modelo de tercera generación, del que se dice que será uno de los autos más aerodinámicos y eficientes (equipado con paneles solares, apuntando quizás hacia otra tendencia en la utilización de fuentes de energía renovable para automóviles), ha dado lugar a la presentación de más de mil solicitudes de patentes en todo el mundo.

¿En qué medida la electricidad es inocua para el medio ambiente?

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El sedán eléctrico modelo S, recientemente lanzado por Tesla Motors, que tiene su fábrica en California, cuya producción comenzará a finales de 2011, tiene una autonomía de 300 millas (482,7 km).  Este modelo que alcanza una velocidad máxima de 130 millas por hora (210 km/h) y cuyo tiempo de aceleración es de 0 a 60 millas por hora (96 km/h) en sólo 6 segundos vale 49.000 dólares EE.UU., y es presentado por el empresario Elon Musk como el “primer vehículo eléctrico de producción en serie del mundo para ser utilizado en autopistas” (Foto: Tesla Motors)

Si se calcula en dólares EE.UU. por milla, los autos eléctricos son más baratos y más inocuos para el medio ambiente. Sin embargo, aunque los autos eléctricos tienen un balance cero en cuanto a las emisiones provenientes del tubo de escape, sus efectos en el medio ambiente dependen de la forma en que se produce la electricidad que los propulsa. Por ejemplo, un vehículo que consume 15 kilovatios hora (kWh) cada 100 km, en un país en el que la producción de energía eléctrica genera 800 gramos (g) de CO2 por kWh, tiene un promedio de emisiones de CO2 en las cadenas de energía de la producción al consumo (well-to-wheels) de 120g/km (el objetivo europeo para todos los autos nuevos en 2015). En países en los que la producción de energía eléctrica es más limpia este balance es menor, por ejemplo, en Alemania es de 75g/km, en Francia de 15g/km y en Suecia de menos de 10g/km1. Estos balances son favorables comparados con el objetivo de la Comunidad Europea a largo plazo de 95g/km para el nuevo parque de automóviles en 2020.

Sin embargo, hay muchas formas de generar electricidad, y las tecnologías de impulsión eléctrica permitirán a los conductores explorar una diversidad de fuentes energéticas. Sin embargo, debemos ser cautelosos y no crear problemas donde no los hay a la hora de seleccionar y elaborar alternativas.

Baterías:  Recargar el futuro

Los especialistas concuerdan generalmente en que las baterías de iones de litio, recargables y con elevada capacidad energética, constituirán la energía de las futuras generaciones de automóviles. Estos dispositivos diseñados para el almacenamiento de energía eléctrica tienen niveles de toxicidad menores que las baterías de ácido de plomo y las baterías de níquel e hidruro metálico utilizadas respectivamente en vehículos convencionales y en vehículos híbridos.

Se prevé que el mercado mundial de baterías de iones de litio llegue a los dos mil millones de dólares EE.UU. en 2013. Estas previsiones están impulsando la formación de alianzas de innovación en la industria y en otros sectores. Entre los ejemplos cabe mencionar:

  • la iniciativa “Lithium Ion Battery ION 2015”, en la que han mancomunado sus esfuerzos BASF, Bosch, Evonik y Volkswagen, que ha destinado €360 millones a I+D para las baterías de iones de litio;
  • el Consejo de los Estados Unidos para la Investigación Automotora  (USCAR), alianza de colaboración entre el Departamento de Energía de los Estados Unidos, Chrysler, Ford y General Motors (GM), que investiga sistemas energéticos perfeccionados que den más posibilidades de rendimiento a los autos eléctricos; y
  • Panasonic EV Energy Co., Ltda., empresa conjunta entre Toyota y Panasonic Corporation, especialista en electrónica, para crear y fabricar baterías para híbridos.

El gigante alemán Daimler AG, por sí solo, posee actualmente 25 patentes de tecnologías de baterías de iones de litio. De conformidad con Bob Lutz, Vicepresidente del Global Product Development en GM, “los avances de la tecnología en baterías orientarán la propulsión automotriz futura, y ganará la empresa que consiga aliarse con los mejores asociados estratégicos”.

Combustibles alternativos

La disponibilidad cada vez mayor de biocombustibles está ayudando a reducir emisiones y a disminuir la dependencia del petróleo. Mezclas como E85 – 85% de etanol y 15% de gasolina – permiten a la industria mejorar las prácticas ambientales al mismo tiempo que continúa sacando provecho de las inversiones en la tecnología de los motores de gasolina. Según GM, hay suficiente materia prima para la producción de etanol en los Estados Unidos de América como para satisfacer cerca del 40% de las necesidades energéticas de los automóviles hasta 2030. El etanol celulósico utilizado en combustibles E85 se deriva de la agricultura, la silvicultura y los desechos municipales.

El hidrógeno, el elemento más abundante en el universo, ofrece una alternativa de combustible muy interesante y pilas de combustible, que se han utilizado en vuelos espaciales durante varios decenios y probablemente llegarán a ser el principal generador de energía del futuro. Estas pilas de combustible (también llamadas células o celdas de combustible) son inocuas para el medio ambiente, transformando el hidrógeno en electricidad por medio de una reacción electroquímica, cuyos subproductos son el agua y el calor. Sin embargo los costos demasiado elevados de la producción y la fabricación de pilas de combustible han impedido de momento que se adopte y utilice esta tecnología de forma generalizada. Ahora bien, gracias a los avances tecnológicos en densidad energética, la capacidad de arranque en frío, el rendimiento del sistema, la duración y los costos de producción, la industria está cada vez más cerca de encontrar una solución que sea viable comercialmente.

Los autos también pueden ser propulsados por hidrógeno líquido o comprimido utilizando motores convencionales aunque será necesario resolver problemas de almacenamiento, de contención, de distribución y de seguridad antes de que las estaciones de servicio de hidrógeno lleguen a ser corrientes en el mercado de los consumidores.

El motor limpio: una promesa siempre reiterada

Muchos fabricantes de autos introducen actualmente principios ecológicos en el ciclo de vida de la producción de un automóvil desde su concepción hasta su eliminación. Por ejemplo, el objetivo declarado de Nissan Motor Co., Ltda., es lograr un índice de recuperación del 100% por cada auto fabricado. El nuevo Renault Laguna contiene 35 kg de materiales plásticos reciclados, lo que eleva a más de 100 los componentes ecodiseñados. Durante su ciclo de vida, el Laguna eco2 TM emite 3 toneladas menos de CO2 que su predecesor.

La innovación ha sido el sello de la industria automotriz desde que se fabricó el primer auto. Durante los 130 años transcurridos desde que Karl Benz, fundador pionero de Mercedes-Benz, recibió la patente para su primer motor en 1879 (patente alemana DRP Nº 37435), innumerables innovaciones han mejorado progresivamente la eficacia, la comodidad, la seguridad y el rendimiento del transporte motorizado.

La necesidad actual es una innovación revolucionaria en tecnología energética, tanto en la industria automotriz como en otros sectores. La amenaza de aumentar la congestión urbana y la necesidad de detener las emisiones no deja duda alguna de que los vehículos del futuro serán, por necesidad, “verdes”. El imperativo medioambiental es transformar el ADN de los vehículos a motor, impulsando una tendencia que permita, en un futuro muy próximo, que el transporte motorizado limpio llegue a ser una opción realista.

Cathy Jewell, Sección de Relaciones con los Medios de Comunicación

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1. Pierre Varenne, Director, Centre de Recherche Michelin, Friburgo (Suiza), citado en Motor Show Magazine 2009.

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