Con la percepción de los motores diésel como actores negativos en la lucha mundial contra las emisiones del transporte, el sector de vehículos comerciales se está esforzando por identificar y desarrollar tecnologías de propulsión que reduzcan simultáneamente su “perfil” de emisiones y ayuden a los fabricantes de equipos originales (OEM) y fabricantes de motores a alcanzar nuevos y ambiciosos objetivos de reducción de carbono. La mayoría de los actores de la industria preferirían que la propulsión eléctrica con batería fuera la solución definitiva, pero por ahora, muchos ciclos de trabajo de vehículos comerciales y una infraestructura de recarga que no termina de formarse significan que la propulsión eléctrica con batería no es una solución viable para muchos tipos de vehículos medianos y pesados.
Nuevos combustibles de bajo carbono, y particularmente el hidrógeno, son la respuesta hasta que las baterías y la infraestructura de recarga mejoren, concluyeron la mayoría de los panelistas que hablaron en la sesión del panel “Tecnologías para vehículos pesados y medianos” en la Reunión Gobierno/Industria 2024 de SAE International en Washington, DC, en enero de 2024. Pero incluso los combustibles líquidos “limpios” y el hidrógeno enfrentan curvas de adopción pronunciadas, siendo una razón principal su propia red de suministro y repostaje incipiente.
Los OEM y proveedores de la industria necesitan tecnología de propulsión que pueda “permitir a los clientes tener éxito independientemente del estado de la infraestructura”, dijo John Pendray, asesor técnico sénior de desarrollo tecnológico de Cummins. Dijo que el sector de vehículos comerciales no quiere esperar una década para que las baterías EV maduren; “cualquier combustible que alguien pueda ofrecer que sea de bajo carbono” es una opción viable, afirmó.
Los combustibles de bajo carbono y el hidrógeno, dijeron muchos oradores del panel, permiten el uso de motores de combustión interna existentes que son capaces de satisfacer los ciclos de trabajo de camiones medianos y pesados, e idealmente pueden ser sustitutos “plug-in” para el diésel y la gasolina, lo que significa que los nuevos combustibles podrían utilizar la infraestructura de repostaje universal existente. Mientras tanto, el hidrógeno puede alimentar tanto motores de CI modificados como camiones eléctricos de celdas de combustible.
“El hidrógeno es inevitable”, afirmó Mohammad Fatouraie, director de ingeniería de sistemas en la división de Soluciones de Tren de Potencia de Bosch. “El hidrógeno va a suceder. Pero para que sea competitivo va a tomar un tiempo”. Un problema actual para el hidrógeno, dijo, es “tenerlo disponible en un lugar donde sea necesario para las flotas”.
Abordaje holístico al hidrógeno “Necesitamos pensar un poco diferente sobre el paradigma desde el que diseñamos”, agregó Fatouraie. Dijo que Bosch ha desarrollado un estudio de caso de gestión de energía vehicular basado en una camioneta mediana completamente cargada. El objetivo es obtener el mismo alcance y rendimiento para una variante de cero emisiones en comparación con una con un tren motriz convencional de motor de combustión interna.
El ejercicio, dijo, es forzar un proceso que abarque un enfoque de ingeniería holística en lugar de centrarse en optimizar sistemas individuales. El estudio intersecta el tren motriz, la gestión térmica y la “red de energía” – un vínculo con los sistemas de asistencia avanzada al conductor (ADAS) y los sistemas de infoentretenimiento – y en su intersección deriva la Gestión de Energía del Vehículo, o VEM.
Fatouraie dijo que el enfoque llevó a una mejor comprensión de las tareas reales involucradas en lograr un vehículo de cero emisiones sin compromisos. Para una variante FCEV, por ejemplo, dijo que la disipación de calor en cargas elevadas “es un habilitador clave”.
Agarshna Murari Muthukannapiran, gerente en FEV Consulting, dijo que su empresa también ha desarrollado una herramienta de modelado de tren motriz que ayuda a los clientes a identificar rápidamente un tren motriz “mejor ajustado” en función de una variedad de criterios. La herramienta de selección de tren motriz utiliza entradas para el ciclo de trabajo, la carga útil y otras variables, incluido un costo total de propiedad objetivo, para sugerir el mejor tren motriz según la operación en seis regiones y siete opciones de tren motriz.
La herramienta FEV determinó que para un enfoque de vehículo eléctrico con batería, alrededor del 80% de los CV de Clase 4 a Clase 8 requieren alrededor de 2 kWh por milla de un paquete de baterías y que los tamaños de los paquetes variarían desde una capacidad de 60 kWh hasta 1 MWh. Para alcanzar la paridad con los trenes motrices convencionales, dijo, un motor de combustión interna alimentado por gas natural comprimido (CNG) o híbrido de CNG ofrece el enfoque “más rápido”.
Muthukannapiran dijo que los VEs actualmente pueden tener un sólido argumento comercial en algunas aplicaciones, especialmente si la infraestructura de repostaje de hidrógeno se rezaga. Dijo que el modelado de la empresa determinó que los VEs son una mejor solución en términos de costo total si el precio del hidrógeno es de $10 por kilogramo o más. Agregó que es poco probable que los VEs sean una opción efectiva para vehículos de alta carga como mezcladoras de cemento.
ICE sigue en juego Para vehículos comerciales de casi todos los tipos y clases, la combustión interna continuará en una larga fase de transición, afirmaron la mayoría de los oradores en la conferencia de SAE. Y al igual que en el sector de vehículos de pasajeros, la hibridación es una parte central de la discusión.
“Una de las cosas maravillosas de los híbridos es que el motor de combustión interna puede hacer lo que mejor hace”, dijo Pendray de Cummins. Dijo que los motores de combustión interna “todavía estarán presentes en el marco temporal de 2050”, pero no van a tener el papel que tienen hoy.
Fatouraie de Bosch dijo que mezclar atributos de CI y VE en un diseño de extensor de rango, como el que Stellantis está preparando para desplegar en la camioneta ligera Ram, puede ser una buena solución a medida que evoluciona la transición de propulsión. Los diseños de extensor de rango pueden aliviar “la necesidad inmutable de infraestructura de carga”, dijo.
En otra estrategia para facilitar la transición de CI a VE, David Mountford, gerente de producto de Dometic, detalló brevemente el trabajo de su empresa en un calentador auxiliar de ciclo/salida variable modulante para VE y otros vehículos electrificados. Una aplicación común, dijo, es para autobuses de tránsito electrificados, donde el calentador auxiliar es una solución más eficiente para proporcionar calor en la cabina que usar energía valiosa del paquete de baterías del vehículo.
[Mountford dijo que extraer calor de acondicionamiento de cabina eléctrico de las baterías del vehículo tiene un efecto perjudicial desproporcionado en el alcance de conducción. Cada kilovatio de salida de calor, explicó, equivale a una reducción de alcance de aproximadamente 1 km (0.6 millas).
“Obtengamos las ganancias netas ahora”, dijo Mountford, de opciones como usar combustibles de bajo carbono y otras estrategias de propulsión “mezcladas” en lugar de enfocarse únicamente en los VE. Dijo que fomentar una variedad de tecnologías que puedan producir reducciones de carbono significativas ahora es preferible a “esperar lo perfecto”.]