Los saltos gigantes de la tecnología de los vehículos son cosas de sueños: autos voladores, motos solares que funcionan únicamente con energía solar o helicars de dos ruedas en equilibrio mediante giroscopios. Pero el camino hacia autos más limpios se caminará en pequeños pasos. Hay un lugar para vehículos totalmente eléctricos e incluso semiautónomos, pero los ajustes a los diseños que queman gasolina generarán gran parte de las ganancias de economía de combustible esperadas en las próximas décadas.
Los guzzlers están saliendo. Esta primavera, la economía promedio de combustible de todos los automóviles recién comprados subió tan alto como siempre, a 24.6 millas por galón, según un análisis del Instituto de Investigación de Transporte de la Universidad de Michigan (UMTRI). La economía de combustible seguramente aumentará aún más: para 2025, los estándares nacionales exigen que los fabricantes de automóviles alcancen un promedio de flota de al menos 54.5 millas por galón para automóviles y camionetas.
Una mejor economía de combustible puede ayudar a reinar en el consumo de petróleo y las más de 1.500 millones de toneladas de emisiones de gases de efecto invernadero producidas anualmente por los vehículos de carretera estadounidenses. Y aunque los automóviles y camiones con la mejor economía de combustible a menudo se venden con una prima, el mejor rendimiento de la gasolina puede ayudar a los automovilistas a ahorrar dinero en la gasolinera, donde un hogar estadounidense típico ahora gasta alrededor del 4 por ciento de sus ingresos anuales.
Cuando los precios de la gasolina superan los $ 4 por galón, la economía de combustible tiende a aumentar y se convierte en una de las principales cosas que las personas consideran al comprar un vehículo, dice Bruce Belzowski, científico investigador de UMTRI. Los precios han rondado esa marca a nivel nacional, aunque el promedio nacional no la ha cruzado desde 2008, y los compradores muestran un apetito por una mejor economía de combustible. "Los consumidores pueden estar diciendo: 'Tenemos que sacar más provecho de este tanque'", dice Belzowski.
Un informe reciente del National Research Council revela que es técnicamente factible reducir el uso de petróleo y las emisiones de gases de efecto invernadero de los automóviles en un 80 por ciento para 2050, en comparación con los niveles de 2005. Sin embargo, mejorar la eficiencia de los vehículos con motor convencional no será suficiente por sí solo para lograr reducciones tan dramáticas. Los automóviles tendrían que promediar más de un sorprendente, y extremadamente improbable, 180 millas por galón para alcanzar ese objetivo basado solo en las ganancias de eficiencia. Ahí es donde entrarán en juego los combustibles alternativos y los vehículos totalmente eléctricos.
Todos los vehículos, sin importar su fuente de energía, deben ser mucho más eficientes para alcanzar esos objetivos, pero mejorar la eficiencia de aquellos que funcionan con petróleo podría tener el mayor impacto en el corto plazo. Estos autos constituyen la gran mayoría de los vehículos que circulan en la actualidad y consumen aproximadamente un tercio de todo el petróleo utilizado en los Estados Unidos. Y hay mucho margen de mejora, con tan solo una cuarta parte de la energía en combustible para los automóviles de hoy en día se utiliza para moverlos por el camino. La mayor parte del resto se pierde como calor en el motor. Minimizar la cantidad de trabajo que debe realizar un motor de gasolina es una de las formas más fáciles y menos costosas de ahorrar combustible. Los científicos, investigadores y fabricantes de automóviles creen que esto se puede lograr a través de múltiples estrategias, muchas de las cuales se catalogan a continuación:
Nueva tecnología de neumáticos
Ajustar los diseños de neumáticos también puede generar ganancias al reducir la resistencia a la rodadura, o la fuerza causada por el aplastamiento de un neumático a medida que rueda a lo largo de la carretera. Los ciclistas saben que un neumático desinflado exige mucho más trabajo de piernas para rodar con un clip respetable. De manera similar, minimizar la cantidad de aplastamiento o deformación de un neumático de automóvil a través de materiales y diseño avanzados puede reducir la cantidad de energía requerida solo para mantenerlo rodando.
Innovaciones de motor
Sin embargo, las mejoras más dramáticas probablemente vendrán de los cambios en la transmisión del motor, dice Alan Crane, científico principal de la Junta del Consejo Nacional de Investigación sobre Sistemas de Energía y Medio Ambiente y director del estudio para el informe del NRC. Las transmisiones con un mayor número de velocidades, transmisiones de doble embrague y recubrimientos reductores de fricción podrían ayudar a los motores a funcionar con mayor eficiencia y reducir la pérdida de energía.
Una tecnología conocida como desactivación de cilindros es una opción para los fabricantes de automóviles que desean un producto menos sediento. Esto esencialmente mata la mitad del motor cuando no es necesario, por ejemplo, durante el crucero por la carretera, pero mantiene la potencia extra de golpe para la aceleración, grandes subidas, transporte de embarcaciones u otras situaciones que requieren un motor más potente. "Así que pasas de un motor de seis cilindros a uno de tres", dice Brandon Schoettle, investigador de UMTRI. Correr con menos cilindros permite a los conductores tenerlo en ambos sentidos, priorizando la potencia cuando la necesita y la economía cuando no la necesita.
Reducir el tamaño del motor es otra forma de ganar eficiencia, y ya no tiene que costar el rendimiento. En los automóviles de gas convencionales, el motor de combustión interna lleva una mezcla de gasolina y aire a un cilindro. Un pistón se mueve hacia arriba para comprimir esta mezcla, y luego una chispa la enciende, produciendo una explosión que empuja el pistón hacia abajo. Se abre una válvula para que el escape salga del cilindro, y el ciclo comienza nuevamente: admisión, compresión, combustión, escape. La turboalimentación, que fuerza el aire adicional en los cilindros de un motor, puede hacer posible que motores más pequeños generen más potencia de cada una de estas pequeñas explosiones.
Más pequeño generalmente significa más liviano, y una reducción del 10 por ciento en el peso del automóvil rinde aproximadamente una reducción del siete por ciento en la economía de combustible, señala Crane. Para 2050, el informe de la NRC concluye que los automóviles podrían pesar un 40 por ciento menos. "Eso es incluso sin involucrar una gran cantidad de fibra de carbono [ligera]", dice Crane. "En este momento, casi todo en el automóvil es simplemente acero".
Sustitución de acero pesado
Las aleaciones de hierro y acero representan aproximadamente el 45 por ciento del peso de la mayoría de los automóviles. Pero, cada vez más, los materiales avanzados se pueden aplicar de manera rompecabezas, con piezas livianas insertadas en varios lugares de la estructura de acero. "Puede reforzar las piezas que son críticas", dice Bill Reinert, gerente nacional de vehículos de tecnología avanzada para Toyota. Los aceros de alta resistencia se están intercambiando como alternativas más delgadas y fuertes al acero ordinario, y el contenido de aluminio está en aumento. Los compuestos de fibra de carbono y magnesio son materiales relativamente caros y difíciles de trabajar hoy en día, pero más adelante podrían ayudar a reducir el peso de algunos componentes hasta en un 75 por ciento.
Bajar de peso también puede tener efectos dominó, ya que pocas partes de un automóvil funcionan de forma aislada. "Si puede ahorrar 100 libras, puede cambiar a un motor más pequeño y ligero, o reducir el tamaño de los frenos", dice Crane. A su vez, un motor más pequeño puede significar simplemente menos cosas debajo del capó, lo que permite una mayor flexibilidad para el diseño aerodinámico, lo que conduce a una eficiencia aún mejor.
Producción optimizada de piezas
Los avances en el diseño asistido por computadora están facilitando la optimización de piezas y sistemas individuales para un resultado deseado. "Las herramientas están mejorando", dice Crane. "Cuando [los fabricantes de automóviles] proponen una revisión para un automóvil, pueden alimentar mucha más información en la computadora y descubrir cuáles son los mejores compromisos para el ahorro de combustible, así como otros factores".
Los ajustes en las curvas y los ángulos de un automóvil, y la adición de persianas de parrilla activas que bloquean el flujo de aire cuando no es necesario para enfriar el motor, pueden minimizar hasta un 5 por ciento de la resistencia de un automóvil a altas velocidades, lo suficiente como para reducir el invernadero de un vehículo Emisiones de gas de aproximadamente 1 gramo por milla y rinden economía de combustible adicional. Pero los cambios externos no necesitan ser dramáticos para que los autos alcancen 50 o más millas por galón. Un succionador de combustible del futuro, dice Crane, "debería parecerse a los vehículos actuales".
Sin embargo, una inspección minuciosa o un giro al volante pueden revelar algunas diferencias. “Debido a que es significativamente más liviano, [un auto más eficiente del futuro] puede sentirse algo diferente. Se manejará mejor, girará mejor en una esquina ”, dice Crane. Al analizar las posibles vías hacia esos objetivos de 2050, el equipo de NRC asumió que los vehículos continuarían más o menos en su forma actual. Esos autos "se verán un poco más azotados por el viento", dice Crane, pero nada radical. Los vehículos "no se vuelven más pequeños o tan barridos que no cabe a nadie en el asiento trasero".
Una mano amiga de las computadoras
Más de una década después de la introducción del Prius en los EE. UU., Los híbridos todavía representan solo una pequeña porción del mercado automotriz en general: aproximadamente el tres por ciento de los vehículos vendidos en los Estados Unidos. Pero parte de la tecnología en los híbridos de hoy podría ayudar a una amplia franja de automóviles del mañana a obtener un mejor rendimiento de combustible. Una de las piezas más importantes es la tecnología de arranque y parada, que apaga el motor cuando el vehículo está en reposo y luego se reinicia cuando el conductor pisa el acelerador.
En los híbridos, esto a menudo se combina con el frenado regenerativo, que aprovecha la energía cinética durante la desaceleración y el frenado para cargar una batería. La electricidad almacenada se puede utilizar para reiniciar el motor. "El frenado regenerativo y el arranque-parada serán básicamente elementos de diseño muy comunes en los próximos años", dice Crane.
Por supuesto, cuando se trata de ahorro de combustible, el comportamiento del conductor también es importante. La diferencia en el uso de combustible entre un conductor agresivo, con los pies adelantados y uno equilibrado y conservador puede ser de hasta un 20 por ciento. Hasta cierto punto, la tecnología podría alejar a los conductores de sus tendencias más derrochadoras. Si bien es poco probable que la conducción autónoma resulte en autos sin conductor, al menos no en el corto plazo, el director ejecutivo de Renault-Nissan, Carlos Ghosn, dijo en un evento reciente en la Universidad de Stanford, "vas a ver muchos autos con menos aportes del conductor ”. Esos autos pueden optimizarse para ahorrar combustible y enrutar de manera eficiente.
En un futuro más lejano, las intersecciones podrían ser lugares donde los automóviles están programados para reducir la velocidad y avanzar, en lugar de pisar los frenos o navegar por las rotondas, sugiere Schoettle de UMTRI. "Si nadie se detiene, habrá mejorado la economía de combustible", señala.
"Sería genial si hubiera una bala mágica", dice Reinert de Toyota, una tecnología que podría limpiar un auto sucio sin que notemos una diferencia en el rendimiento, la elección, la conveniencia o el precio. La realidad es que múltiples tecnologías en las combinaciones correctas pueden recorrer un largo camino hacia la limpieza de nuestros vehículos. "Todas estas cosas son pequeñas", dice Reinert, "pero todo suma".
