¿Qué cantidad de energía se consume en la producción de un auto??
¿Cuánta energía se utiliza en la producción de vehículos?
Estudios recientes sugieren que la energía necesaria para producir un vehículo típico es de 41,8 megajoules por kilogramo (MJ/kg). Para poner en contexto, eso es casi 40 veces la cantidad de energía utilizada para hacer funcionar un lavarropas doméstico con un consumo promedio de 1,08 MJ/kg.
Es importante considerar el consumo de energía en el contexto del medio ambiente, ya que un mayor consumo significa una mayor producción de dióxido de carbono. Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), un vehículo emite alrededor de 4,6 toneladas métricas de dióxido de carbono por año. Y aunque los vehículos eléctricos producen entre un 17% y un 30% menos de emisiones de carbono que los vehículos de combustibles fósiles cuando están en funcionamiento, emiten un 25% más de CO2 en el proceso de fabricación debido a la producción de sus baterías.
Recursos energéticos utilizados en el sector de la automoción
El recurso energético más utilizado en el sector de la automoción es el gas natural. Representa el 44% del consumo total de energía de la industria del automóvil. La mayor parte de este consumo (26%) se centra en la fabricación de plásticos como polipropileno, poliuretano y cloruro de polivinilo.
El carbón es otro recurso energético de uso común, del cual el 82% se consume en los procesos de producción de acero y el 28% restante se utiliza como electricidad en la reducción de alúmina para la fabricación de aluminio.
A pesar de que los combustibles fósiles son el recurso energético dominante en la industria automotriz, el precio cada vez más competitivo de la energía renovable ha hecho que la industria explore nuevas oportunidades para una fabricación más ecológica. Sumado a la creciente presión de los gobiernos, los reguladores y los consumidores, la industria automotriz está cambiando gradualmente hacia la energía renovable en sus procesos. Por ejemplo, un número cada vez mayor de empresas está utilizando la fabricación aditiva (proceso que se utiliza para crear un objeto físico mediante la superposición de capas de material a partir de un modelo digital), comúnmente conocida como impresión 3D, para producir componentes a gran escala. Empresas como Ford y Volkswagen han creado sus propias tecnologías de impresión 3D para producir coches aditivos.
Asimismo, la tecnología en la nube está reduciendo el consumo de energía en la industria al eliminar la necesidad de centros de datos in situ. Con los servidores en la nube, los datos necesarios para hacer funcionar vehículos eléctricos e inteligentes se pueden manejar de forma remota, lo que reduce los costos operativos y de refrigeración asociados con los centros in situ. El gráfico siguiente nuestra la elaboración considerando el flujo de materiales, como ejemplo, la composición material de un vehículo genérico Honda Accord, 2011.
El flujo de materiales subraya la necesidad de una cantidad considerable de recursos y materiales para la producción de un vehículo. Como materia prima, el mineral de cobre es el más consumido, debido a su baja concentración de material cuprífero, seguido del mineral de hierro y la bauxita. Por otra parte, los recursos energéticos se consumen principalmente en la producción de piezas de acero y aluminio.
Los estudios demuestran que, en promedio, para producir un vehículo de 1500 kg se consumen más de 7762 kg de materia prima y recursos energéticos. Esto significa que son necesarios 5,23 kg de recursos para producir 1 kg de vehículo. Aquí el mineral de cobre presenta los valores porcentuales más altos, con 2,29 kg de materia prima por kg
de vehículo (3.391 kg por vehículo), seguido de los recursos energéticos, consumiéndose 1,46 kg de ellos por kg de vehículo (2.165 kg por vehículo). En el gráfico siguiente se observa los recursos totales de materia prima y energía en el lado izquierdo de la figura se transforman en etapas hasta un vehículo final en el lado derecho.
Fabricación de un auto eléctrico
La energía necesaria para construir un coche eléctrico varía según factores como el tamaño del vehículo, los componentes específicos utilizados y el proceso de fabricación. Generalmente, la producción de un coche eléctrico requiere más energía en comparación con un coche con motor de combustión interna convencional debido a la fabricación de la batería, que es un componente importante en un vehículo eléctrico. En particular, la producción del paquete de baterías consume mucha energía. Sin embargo, durante la vida útil del vehículo, el ahorro de energía operativa de un automóvil eléctrico en comparación con un automóvil de combustión puede compensar los mayores costos de energía de producción.
Por costos, tenemos que considerar la cantidad de energía necesaria para producir las baterías y la cantidad de energía almacenada en las mismas. Según un estudio de la Unión de Científicos Preocupados, la producción de una batería típica de iones de litio para un coche eléctrico requiere unos 100-200 kWh de energía por kWh de capacidad de batería. La cantidad de energía almacenada en una batería de Tesla varía dependiendo del modelo y el tamaño de la batería, pero por ejemplo, el Model S Long Range tiene una batería de 100 kWh.
Podemos utilizar el punto medio de la gama de energía para la producción de baterías, que es de 150 kWh por kWh de capacidad de batería, y multiplicar eso por la capacidad de batería de 100 kWh. Esto nos da un costo total de energía de 15.000 kWh para producir la batería.
Si sumamos la energía necesaria para obtener el litio grado batería. La extracción y extracción de litio requieren cantidades significativas de energía, que pueden variar dependiendo del método de ubicación y extracción. Las estimaciones para el coste energético de la extracción de litio oscilan entre 2 y 7 kWh por kg de litio, con una media de alrededor de 3,5 kWh por kg. Para Tesla Model S Long Range, que tiene una batería con una capacidad de 100 kWh, podemos estimar que el peso de la batería es de alrededor de 540 kg basado en la densidad media de energía de las baterías de iones de litio. Por lo tanto, el costo de la energía de la minería y extracción de litio para el paquete de baterías Tesla Model S Long Range sería: 540 kg x 3,5 kWh/kg = 1.890 kWh
Añadiendo el costo de energía de la minería y extracción de litio a nuestro cálculo anterior, el costo total de la producción de la batería Tesla Model S Long Range sería:
15.000 kWh + 1.890 kWh = 16.890 kWh
16.890 kWh / 1700 kWh por barril = 9,9 barriles de petróleo equivalente
Por lo tanto, el costo total de la energía de producir la batería Tesla Model S Long Range, incluyendo el costo de energía de la extracción y extracción de litio, equivale a unos 9,9 barriles de petróleo.
Cómo reducir el consumo de energía en la fabricación de automóviles
Para lograr un futuro sin emisiones, muchas empresas automotrices están desarrollando tecnologías de bajas y cero emisiones en todo el proceso de fabricación. Si bien la fabricación aditiva y la tecnología en la nube están ayudando a reducir el consumo de energía y combustibles fósiles, los acuerdos de compra de energía renovable alientan a las empresas a obtener su energía de fuentes renovables e invertir en tecnologías alternativas de generación de energía.
De manera similar, con la inversión continua en tecnologías eficientes en la etapa de diseño, es posible reciclar y recuperar al menos el 95% del peso de cada vehículo al final de su vida útil. Al utilizar materiales de alta calidad y adoptar procesos de producción eficientes, los fabricantes pueden garantizar que los vehículos sean duraderos y reparables.
Dar sombra a la propia planta de fabricación con árboles puede reducir la necesidad de aire acondicionado y dar como resultado un menor consumo de energía. Las empresas también pueden invertir en sistemas de línea de montaje eficientes para garantizar que las fallas se mantengan al mínimo, ya que los equipos defectuosos causan interrupciones que resultan en pérdida de energía.
Por último, siempre es muy bueno recordar (y aplicar) la regla de las tres R: Reducir, Reciclar y Reutilizar. Reducir supone atacar a la base del problema minimizándolo. Reutilizar significa dar una segunda vida útil a algo que se supone que ya ha finalizado su ciclo. Reciclar es el paso último, ya que es tomar algo como materia prima para la fabricación de otra cosa.
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Fuente:
Energy Consumption Analysis for Vehicle Productionthrough a Material Flow Approach, Fernando Enzo Kenta Sato and Toshihiko Nakata
https://blog.oilandgasjobsearch.com/energy-consumption-in-the-automotive-industry/
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Ricardo Berizzo
Ingeniero Eléctricista 2024.-
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