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Mar 18, 2023

¡Nuestros camiones no necesitarán baterías! Los camiones eléctricos buscan energía en los cables aéreos

A medida que el mundo lidia con el espectro del llamado gráfico de "palo de hockey" de

A medida que el mundo lidia con el espectro del llamado gráfico del "palo de hockey" del cambio climático, se ha propuesto una variedad de soluciones al problema de las emisiones de carbono de sectores como el transporte, que se han vuelto inseparables del mantenimiento del siglo XXI. vida. A veces, estas son ideas de cielo azul que pueden ser un poco locas, mientras que otras veces te hacen detenerte y pensar: "¡Eso podría funcionar!".

Tal idea es la de reemplazar los motores diesel en camiones con motores eléctricos alimentados no por baterías sino por cables aéreos. Una unidad tractora eléctrica llevaría una batería relativamente pequeña para el tránsito de última milla, pero obtendría su energía de la carretera extendiendo un pantógrafo desde su techo hasta un cable de alto voltaje sobre la carretera. Es extremadamente seductor en la medida en que incluso ha habido pruebas del sistema en más de un país, pero ¿se compara con un poco de análisis?

Una cosa que debería ser obvia para todos es que mover nuestra carga de larga distancia por medio de un motor diesel alimentado por combustible fósil individual por cada contenedor de carga de 38 toneladas puede ser conveniente, pero difícilmente es eficiente en combustible o respetuoso con el medio ambiente Se dice que los motores diésel más eficientes en carretera tienen una eficiencia del 43 % y, al transportar una sola carga, no aprovechan las economías de escala que ofrecen los motores diésel que transportan, por ejemplo, un tren de mercancías. Del mismo modo, propagan la contaminación que emiten a lo largo de toda su ruta y, una vez más, no se benefician de las economías de escala presentes, por ejemplo, en un depurador de gases de escape de una central eléctrica. Por mucho que tengo una debilidad por la vista de un gran camión en plena expansión, tengo que admitir que su día ha pasado.

La tecnología de batería que se persigue para los automóviles de pasajeros es una alternativa tentadora, como hemos visto con Tesla Semi. Pero a pesar de toda su tecnología, ese vehículo todavía camina por el filo de la navaja entre la ganancia en rentabilidad versus el costo de transportar suficientes baterías para transportar esa cantidad de carga. Frente a eso, el camión de cables aéreos parece ofrecer lo mejor de ambos mundos, la ligereza y el fácil repostaje de un diésel frente a la ausencia de emisiones de un eléctrico. En el mundo idealizado de un folleto, funciona con energía renovable eólica, solar y hidráulica, por lo que todos nuestros problemas están resueltos, ¿verdad? Pero, ¿realmente se acumula?

El problema de evaluar las afirmaciones sobre los camiones eléctricos con cables aéreos es que hay pocas cosas comparables a partir de las cuales establecer paralelismos. Los trenes eléctricos de larga distancia han existido durante más de un siglo, pero aunque tienen mucho más sentido para el transporte de muy larga distancia, no son lo suficientemente análogos a una miríada de rutas individuales para una comparación directa. Del mismo modo, el transporte urbano eléctrico en forma de tranvías y trolebuses son lo suficientemente antiguos como para haber sido inventados, abandonados y redescubiertos, pero sus casos de uso de transporte urbano en rutas establecidas no coinciden con los de un camión de transporte libre. Tal vez sea mejor considerar los costos involucrados tanto en proporcionar la infraestructura de distribución como en la capacidad de generación adicional.

¿Cuánta energía usa un camión por milla de todos modos, y qué efecto tendrían todos los camiones que se vuelven eléctricos en la red? Tiempo para un cálculo de la parte posterior del sobre. Este documento de 2017 del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (PDF) pone algunas cifras sobre la mesa, derivando una cifra de 1,89 kWh por milla para un camión eléctrico de batería frente a una cifra de 2,02 kWh para su equivalente diésel. Esta disparidad se debe a la recuperación prevista de energía a través del frenado regenerativo.

Dado que el artículo de The Guardian vinculado en la parte superior del artículo se aplica al Reino Unido, un vistazo rápido a las estadísticas de transporte por carretera del gobierno británico revela que 152 000 millones de toneladas-kilómetro de carga se movieron por carretera en 18 700 millones de kilómetros recorridos en 2018, con una longitud de recorrido promedio de 108km o 67.1 millas. Esto nos da 173.148.148 de esos viajes de 67,1 millas, y teniendo en cuenta las cifras de energía de Oak Ridge, 23.468.846.276 kWh de diésel o 21.958.474.981 kWh de consumo de energía eléctrica. Esa es una cifra anual, por lo que dividiendo por 365 y tomando la dudosa suposición de que esos viajes se reparten en 12 horas del día, llegamos a 5.013.350,45 kW de capacidad de generación adicional. 5.013 GW pueden ser suficientes para regresar cuatro veces al futuro, pero no es insignificante en términos de capacidad de generación.

Para dar una idea del costo, y tomando la perspectiva optimista de que toda esta capacidad será energía eólica renovable, la instalación de una turbina eólica de 3,5 MW cuesta 3,13 millones de libras esterlinas. Para generar 5.013 GW necesitaríamos 1433 de ellos para los que probablemente tengamos espacio en alta mar, por lo que tendríamos que encontrar £4.485.290.000 adicionales ($5.895.667.014,05). 4.500 millones de libras esterlinas es mucho dinero, pero no está fuera de la vista de un gobierno que está gastando más de 100.000 millones de libras esterlinas en un tren de alta velocidad en este momento, incluso si pronto tendrá que lidiar con cierta incertidumbre económica.

¿Qué tal el costo de instalar esos cables eléctricos? Para eso no tenemos ninguna comparación, ya que no hay grandes redes de carreteras que se hayan convertido en cables aéreos. Pero tenemos un paralelo en el sistema ferroviario, como la electrificación en curso del Great Western Railway de Isambard Kingdom Brunel desde Londres hasta Gales del Sur. Está sumido en la controversia y se ha movido significativamente de su estimación de costos y alcance originales, pero en 2017 se estimó que las 129 millas desde Londres a Cardiff costaron £ 2.8 mil millones, o más de £ 21.7 millones por milla. El tamaño probable de la red de carreteras del Reino Unido que se convertirá se estima en 4300 millas, lo que nos da una factura final de 93 310 millones de libras esterlinas, o alrededor de 122 506 millones de dólares. Si a eso le sumamos los 4.500 millones de libras esterlinas que ahora suenan relativamente insignificantes para esas turbinas eólicas, llegamos a una cifra final de 97.810 millones de libras esterlinas (alrededor de 128.670 millones de dólares).

Por lo tanto, nuestro cálculo general para una red nacional es de menos de £ 100 mil millones, definitivamente en el mismo estadio que el proyecto ferroviario de alta velocidad que solo sirve a Londres y Birmingham, a unas 125 millas de distancia. Estoy seguro de que habrá otros costos y que los lectores de Hackaday me reconocerán si he cometido algún error de cálculo, pero debo admitir que me sorprendió gratamente lo relativamente asequible que es para un país. Los observadores cínicos desde hace mucho tiempo le dirán que todo lo que toca el gobierno del Reino Unido tiene el doble de precio, pero incluso a £ 200 mil millones no está fuera de la vista por el beneficio que podría generar.

Los escépticos, por supuesto, señalarán el tamaño y la densidad del Reino Unido frente a los amplios espacios abiertos de, por ejemplo, el medio oeste estadounidense como evidencia de por qué no podría funcionar en distancias mayores que las de un país pequeño. A ellos les señalaría la experiencia en el sistema ferroviario. Durante muchas décadas, he podido tomar un tren eléctrico (con algunos cambios) durante miles de millas desde la costa atlántica del Reino Unido a través del Túnel del Canal a través de Europa y hasta Rusia, y desde 2002 desde Moscú a través del Trans- Ferrocarril siberiano a China y hasta Vladivostok. Realmente no es un viaje fácil de más de una semana, pero puedo tomar un viaje en tren eléctrico y luego cruzar en ferry desde cerca de mi hackerspace en Milton Keynes para llegar a Japón, y esa no es una distancia sin importancia. No hay nada en la tecnología que la haga imposible o poco práctica a una gran distancia, y dado que existe desde hace mucho tiempo, no hay nada que no se haya probado al hacerlo.

Al investigar la viabilidad del transporte por carretera electrificado, descubrimos para nuestra sorpresa que, de hecho, podría ser viable y, para demostrarlo, nos hemos apoyado en gran medida en la experiencia análoga en la industria ferroviaria. Pero al hacerlo, hemos demostrado inadvertidamente algo más, que los ferrocarriles pueden electrificarse con mayor éxito en distancias muy largas. Quizás la verdadera historia aquí es que lo que podría funcionar mejor para descarbonizar el transporte de carga utilizando electricidad sería electrificar las líneas ferroviarias para carga como las ramas de un árbol transcontinental, y tratar las redes viales regionales como sus finas raíces y hojas electrificadas en lugar de tratar de electrificar cada camino. Después de todo, una locomotora eléctrica puede mover cien cargas a la vez.

Imagen de cabecera: Scania.