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La tecnología desafía el paradigma automotor

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A medida que la industria automotriz enfrenta normas de consumo de combustible más estrictas, los ingenieros trabajan más para solucionar los principales males que aquejan a los modelos actuales: demasiado peso, motores ineficientes, problemáticas fuentes de combustible para los vehículos a gasolina y baterías con limitaciones en los eléctricos. A continuación cuatro tecnologías que podrían mejorar la relación de los autos con el medio ambiente.

1. Fibras de carbono

Reducir el peso de un auto es una de las formas más óptimas de mejorar su consumo de combustible. Una manera de hacerlo es reemplazando algunas partes de acero con fibra de carbono. Pero este material es demasiado caro para ser usado de forma amplia, ya que cuesta al menos cuatro veces el precio del acero por el mismo peso. Por eso, hasta ahora, su uso ha estado limitado a los vehículos de lujo como el Audi A8 y los autos de carrera, los aviones y los palos de golf.

Ahora, los científicos esperan fabricar fibra de carbono para automóviles mediante un proceso similar a la producción del hilo de lana. Su desarrollo podría reducir el precio de la fibra de carbón en hasta 25%.

Además, disminuir el peso de una parte de un vehículo permite el uso de materiales de soporte también más livianos. “Por cada kilo que saca de un vehículo, generalmente hay una reducción correspondiente de 30% en el peso necesario en otras áreas”, explica Jay Baron, director del Centro de Investigación Automotriz en Ann Arbor, Estados Unidos.

La fibra de carbono consiste en un delgado hilo de moléculas de carbono alineadas de forma paralela, una colocación que la hace extremadamente fuerte. Estos diminutos filamentos son convertidos en hilos que sirven para formar un tejido. El material luego es combinado con un químico parecido a un pegamento y endurecido hasta que adopta la forma final de un elemento de la carrocería, como un capó o una puerta.

La nueva técnica de tejido fue desarrollada en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en el estado de Tennessee. Los investigadores luego persuadieron a una fábrica de tejido en Lisboa, Portugal, para que dedicara una porción de su planta a la producción de este material, cuenta David Warren, gerente de materiales de transporte de Oak Ridge.

2. Ultracondensadores

Los primeros vehículos eléctricos que circulan en las carreteras hoy están limitados por el enorme costo y peso de sus gigantescas baterías, necesarias para almacenar grandes cantidades de energía. Los científicos que trabajan para mejorarlas enfrentan las limitaciones fundamentales de la química de baterías. Sin embargo, existe otro aparato para almacenar energía que podría reducir de forma radical el costo de los vehículos eléctricos e híbridos, y a la vez, mejorar su potencia.

El dispositivo se llama “ultracondensador”. Parecidos a los minúsculos condensadores que se usan en productos electrónicos como los televisores, pueden absorber rápidamente grandes cantidades de electricidad y luego descargarla a la misma velocidad.

Los ultracondensadores funcionan en ambientes muy fríos o calientes, sin los problemas de temperatura que pueden sufrir las baterías. También tienen una vida útil de millones de recargas, frente a unos miles de recargas de las baterías.

Además, los ultracondensadores se producen con materiales abundantes e inertes como el carbono, comparado con metales raros como el cobalto y el litio usados en las baterías. Tampoco existe la posibilidad de que se sobrecalienten y provoquen un incendio, como sucede con las baterías. Estos aparatos capturan electrones en un campo rodeado de placas de metal revestidas de carbono dentro de una solución de electrolitos. Las baterías, en cambio, dependen de un proceso químico que acumula electrones entre un ánodo y un cátodo.

Las grandes limitaciones del uso de ultracondensadores en autos han sido su costo y pequeña cantidad de energía almacenada por peso comparado con las baterías. Eso, sin embargo, está cambiando. “Hace cinco años, eran considerados demasiado caros y había dudas sobre nuestra capacidad de producirlas en masa”, explica Mike Sund, subdirector de relaciones con los inversionistas del fabricante de ultracondensadores Maxwell Technologies, con sede en el estado de San Diego. “Nuestros costos de manufactura han bajado dos tercios en los últimos tres años”.

Los científicos creen que los ultracondensadores podrían reemplazar a las baterías completamente en los vehículos híbridos y combinarse con baterías mucho más pequeñas en los autos totalmente eléctricos, lo que reduciría sus costos y mejoraría su autonomía.

Algunas automotrices ya usan ultracondensadores. La francesa PSA Peugeot Citroën SA ha empezado a utilizar estos dispositivos en lugar de baterías en sus autos diésel.

3. Gasolina de madera.

Hay razones por las que la gasolina ha sido el combustible dominante para los vehículos motorizados durante un siglo: está llena de energía, no es corrosiva y se puede transportar fácilmente.

A medida que el mundo busca alternativas para disminuir los gases de efecto invernadero y otros contaminantes, así como para aumentar la seguridad energética, casi todas las propuestas requieren grandes sacrificios o una infraestructura completamente nueva, como estaciones de recarga para vehículos eléctricos.

¿Y si fuera posible crear gasolina a partir de plantas de fácil acceso? No etanol, que requiere enormes cantidades de agua y energía para su producción y es corrosivo, sino gasolina de verdad.

No es ciencia ficción. Varias nuevas empresas están desarrollando tecnologías para producir sustitutos de combustible o productos base de gasolina a partir de aserrín u otras biomasas a través de un proceso llamado pirólisis.

Una empresa estadounidense, KiOR Inc., prometió construir cinco fábricas en el estado de

Mississippi para crear “Re-Crude”, un sustituto de petróleo que puede ser refinado para hacer diésel o gasolina.

Otra compañía, Annellotech, está desarrollando un prototipo de planta para producir compuestos de gasolina directamente a partir de biomasa.

“Estamos produciendo gasolina. Las moléculas que hacemos son exactamente iguales a las que se producen en el petróleo actualmente”, dice George Huber, un químico de la Universidad de Massachusetts, en Amherst, que inventó el proceso que utiliza Annellotech. Puede usarse la mayoría de las materias vegetales, pero el aserrín es el mejor.

Annellotech afirma que el proceso es tan barato que una planta podría generar ganancias siempre y cuando el barril de petróleo se venda por US$30 o más (actualmente cuesta cerca de US$90).

4. Un nuevo motor

El mundo de los autos está lleno de variaciones del motor de combustión interna que se quedaron en el camino. No obstante, una alternativa está atrayendo atención con su promesa de una mejora de 50% en el consumo de combustible.

La tecnología introduce una modificación aparentemente pequeña en el momento en que la gasolina es quemada dentro del motor. Pero ese cambio de una fracción de segundo tiene un gran impacto en la eficiencia de la operación del motor.

Casi todos los motores a gasolina actuales inyectan un chorro en el cilindro y, cuando el pistón empuja el combustible y el oxígeno a un ambiente de alta presión, se crea una chispa y explota. El pistón es enviado en la otra dirección y pone en marcha engranajes que finalmente mueven las ruedas. La explosión, sin embargo, sucede un momento antes de que el pistón llegue por completo a la parte superior del cilindro.

Una empresa nueva llamada Scuderi Group ha desarrollado un motor que hace que la combustión ocurra luego de que el pistón alcance la cima del cilindro. Ese cambio podría resultar en una mejora de 50% en el consumo de combustible cuando el motor es combinado con un turbocompresor y un pequeño tanque de aire, afirma Scuderi.

La empresa, fundada por un ingeniero termodinámico y su familia, ya casi ha terminado de probar el diseño del motor para ver su desempeño en miles de escenarios diferentes. La pequeña empresa del estado de Massachusetts señala que el diseño podría ser el camino más rápido para que las automotrices puedan cumplir con las nuevas normas de eficiencia de combustible de EE.UU., que exigen que los autos alcancen en promedio un rendimiento de 15 kilómetros por litro para 2016.

Fuente: Wall Street Journal