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Sascha Koslowsky

Mejorar la eficiencia de las células solares de silicio

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La energía solar es una de las fuentes más favorable para el medio ambiente, que en principio podría proporcionar toda la energía necesaria para el planeta. Las células solares utilizan el efecto fotovoltaico para convertir la energía solar en energía eléctrica aprovechable, y por lo tanto son una tecnología clave para proporcionar al mundo con energía barato y fiable. Las células solares de silicio son una tecnología muy prometedora donde significativas mejoras tecnológicas son aún posibles que garanticen nuevas reducciones de precios y el aumento de instalaciones.

Reduciendo las pérdidas debidas a las superficies de materiales e interfaces

El proyecto de Ruy Sebastián Bonilla apunta a mejorar la eficiencia de las células solares de silicio, reduciendo las pérdidas debidas a las superficies de materiales e interfaces. La investigación aquí propuesta ampliará la actual comprensión de los mecanismos de la pérdida de carga para las superficies de semiconductores.  Su trabajo permitirá la mejora y el abaratamiento de las celdas que se producen, y proporcionará los conocimientos necesarios para mejorar la fabricación de una variedad de dispositivos optoelectrónicos. Los beneficios de esta investigación no sólo incluyen el avance científico de semiconductores y dieléctricos físicos, sino también el potencial de mejora en el funcionamiento y una reducción en el coste de fabricación de estos dispositivosMayor absorción de energía solar permite una reducción directa de las emisiones de CO2 y la seguridad energética a largo plazo. 

Por otro lado, las células  solares más comunes están basadas en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia de potencial entre las capas que conduce una corriente a través de un circuito externo. Las células solares de silicio disponibles en la actualidad tienen una eficiencia de conversión del 15-20%.

Evolución de las células solares es la siguiente:

  • Las células solares de primera generación se construyen a partir de obleas de silicio semiconductor.
  • Las de segunda generación introducen la tecnología de láminas delgadas, y tienen varios inconvenientes:
    • Las capas semiconductoras se depositan mediante alto vacío, lo que resulta complejo y caro.
    • Se colocan sobre un substrato de vidrio que requiere de procesos para establecer los contactos eléctricos.
  • La tercera generación de células solares está basada también en láminas delgadas, pero no tiene esas dificultades ya que las capas de material semiconductor se depositan directamente sobre un metal. Además, las capas semiconductoras se aplican mediante un chorro de tinta que contiene partículas semiconductoras nanométricas empleando un proceso de impresión rotativa parecido al utilizado para imprimir periódicos y revistas, lo que resulta mucho más barato. Las capas depositadas sobre el metal son de CuInGaSe y CdS que sustituyen a los diferentes tipos de silicio P y N de las células tradicionales. Además, se aplica una capa de ZnO que actúa como un electrodo, siendo el metal el otro electrodo.

Los paneles solares convencionales filtran la luz ultravioleta o la absorbe el silicio y la convierte en un calor que no sirve para la electricidad. Pero si se emplean nanopartículas, estas pueden aprovechar esa luz ultravioleta y convertirla en electricidad, por lo que se aprovecha mucho más la luz solar. Integrando una fina capa de nanopartículas de silicio de un nanómetro de tamaño dentro de las células solares de silicio, se mejora el rendimiento energético en un 60% en el rango del espectro ultravioleta. Otro tipo de células solares empleadas son las células solares orgánicas, que presentan ventajas como que son más delgadas, flexibles y más fáciles de producir. Estas células pueden mejorar, por ejemplo, algunos electrodomésticos. Se ha desarrollado una técnica para mejorar la eficiencia de estas células solares orgánicas, protegiéndolas con una capa que contiene una mezcla de nanopartículas inorgánicas de seleniuro de cadmio y un polímero orgánico. También se ha experimentado con unos polímeros semiconductores que incluyen pequeños fragmentos de plata, capaces de absorber la energía solar y generar electricidad de un modo más eficiente y económico que los métodos convencionales.

Las nanopartículas de plata permiten que los polímeros capturen una amplia gama de longitudes de onda de la luz solar que de otra manera no se aprovecharían. La adición al polímero de estas nanopartículas aumentaría en un 12% la generación eléctrica. Además de emplear las nanopartículas para mejorar la eficiencia de las células solares, también se está desarrollando una técnica de bajo coste para fabricar células solares con nanocables, que podría reducir los costes de producción de las células manteniendo sus niveles de eficiencia. Para la fabricación de células solares de nanocables se emplean semiconductores de sulfuro de cadmio para el núcleo y sulfuro de cobre para la estructura. Estas células son baratas y fáciles de fabricar, y tienen una eficiencia de conversión energética del 5,4%, comparable a la de las células solares planas.

Este bajo rendimiento puede ser debido a la recombinación superficial y al poco control sobre la calidad de las uniones p-n en procesos a alta temperatura. Para solucionar esto,  se reemplazan las uniones p-n de las células solares convencionales por una unión p-n radial, en la que una capa de silicio de tipo n forma una capa alrededor de un núcleo de nanocables de silicio tipo p. Esto hace que cada uno de los nanocables actúe como una célula fotovoltaica y mejora la eficiencia de captura de luz de las células de silicio. Para la fabricación de nanocables se emplea sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre, pero utilizando una solución química. Estos se prepararon con una reacción de intercambio catiónico en solución, que consiste en sumergir los nanocables de sulfuro de cadmio en una solución de cloruro de cobre produciéndose el intercambio catiónico que convierte la capa superficial de sulfuro de cadmio en un caparazón de sulfuro de cobre.

Se piensa que se podría mejorar la eficiencia de conversión energética de los nanocables de las células solares aumentando la cantidad de material de la capa de sulfuro de cobre. Para que sea viable se necesita alcanzar una eficiencia de conversión de energía de por lo menos un 10%. Por lo que, las investigaciones en este campo son necesarias y nos ayudarán a encontrar soluciones más viables para el aprovechamiento de la energía fotovoltaica.

Dr. Ruy Sebastian Bonilla

Nanohilos Semiconductores

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Un nanohilo es un alambre con un diámetro del orden de un nanometro. Pueden ser definidos como estructuras que tienen un tamaño lateral restringido a diez o menos nanómetros y de una longitud libre. A estas escalas, los efectos de la mecánica cuántica son importantes por lo que también se les denomina “hilos cuánticos”. Existen muchos tipos diferentes de nanohilos, incluyendo hilos metálicos, semiconductores y aisladores. Los nanohilos moleculares están compuestos de unidades moleculares repetitivas ya sean orgánicas o inorgánicas.

Nanotubos para optolectrónica

La relación entre la longitud y el ancho es casi infinita, hasta de varias micras, por ello, podemos describirlos como materiales unidimensionales. Los nanohilos tienen muchas propiedades interesantes que no se han visto en materiales tridimensionales, no afectados por efecto de borde. Con esta morfología filiforme, si el material que los conforma es semiconductor conseguiremos un confinamiento de carga que circulara sobre todo en la dirección longitudinal que actuará como un hilo eléctrico.

Las características peculiares de este confinamiento cuántico exhibidas por ciertos nanohilos como los nanotubos de carbono se manifiestan a sí mismas en valores discretos de la conductancia eléctrica. Estos valores discretos surgen de una restricción de la mecánica cuántica en el número de electrones que pueden viajar a través del hilo en escala nanométrica. Estos valores discretos son referidos frecuentemente como el cuanto de la conductancia y son valores enteros. Hay muchas aplicaciones donde los nanohilos pueden llegar a ser importantes: en electrónica, optoelectrónica y dispositivos nano electromecánicos, como aditivos en compuestos avanzados, para interconexiones metálicas en dispositivos de nanoescala cuántica, como emisores de campo y como contactos o terminales para los nanosensores biomoleculares.

Prof. Andrew Watt está llevando a cabo una investigación en relación a los nanotubos y la optoelectrónica. Este proyecto involucrará la síntesis de aleaciones de metales para nanotubos mediante el  procesamiento de película delgada en una gran variedad de substratos, la conductividad y la movilidad. Todas estas características son medidas junto con la caracterización físico-química: XRD, SEM, XPS, TEM. Por otro lado, los nanohilos semiconductores son los protagonistas de diversas líneas de investigación sobre futuras generaciones de dispositivos del mundo electrónico en nanoescala. Son considerados como uno de los elementos básicos para desarrollar aplicaciones de nanotecnología. Es importante que tengan una alta relación superficie-volumen donde ciertas propiedades pueden cambiar.

Una de las formas más baratas de obtener nanohilos la encontramos en los sistemas térmicos. Colocando un metal, óxido de zinc por ejemplo, sobre un sustrato y calentando este último, estaremos actuando sobre el primero de tal manera que se alargue y obtengamos un nanohilo con una “gota” de metal en la punta. También podemos colocar un polvo en el interior de un horno e introducir gas dentro. Esto provocará que el polvo se vaya evaporando y al golpear con el gas se formen nanohilos. Introduciendo en los nanohilos zonas de dopaje selectivo con átomos donadores o aceptores de carga, podemos conseguir la creación de unios PN de semiconductores dopados para que circulen por ellos cargas negativas y semiconductores dopados para que sean cargas positivas las que transmitan la corriente, o lo que es lo mismo, creamos en los hilos diodos en la nanoescala. La creación de un diodo es el paso previo a la creación de un transmisor: se alternan en un mismo hilo capas con distinto dopaje o de diferentes materiales semiconductores, aislantes  y metales. Los nanohilos  presentan propiedades optolectrónicas.  

De este modo y gracias a que la técnica actual permite seleccionar la localización en la que se quiere ir generando los nanohilos y tener un control casi absoluto del depósito de capas atómicas de diferentes materiales sobre ellos, podemos crear dispositivos electrónicos u optoelectrónicos con una alta densidad de transistores, diodos o LED y por lo tanto circuitos complejos o paneles lumínicos que ocupen muy poco espacioEl menor espacio implica también un menor consumo energético y un aumento de las prestaciones. En este sentido, los nanohilos semiconductores se han venido utilizando tanto para la creación de nanodispositivos electronicos y optoelectronicos como para sensores o para la creación de generadores de energía y células solares de alto rendimiento.

Las uniones PN y PIN en nanohilos hacen que estos puedan usarse en células solares de alto rendimiento, impulsando las nuevas energías renovablesUna de las aplicaciones “estrella” de los nanohilos semiconductores de óxido de zinc es su capacidad para ser empleados como nanogeneradores. 

Con un desarrollo adecuado, los nanogeneradores funcionarán convirtiendo la energía mecánica del movimiento del cuerpo, la contracción de los músculos o el flujo del agua, en electricidad. Científicos del Memorial Sloan-Kettering Cancer Centre de Nueva Cork anunciaron en 2001 la creación de un nanogenerador molecular diseñado para combatir el cáncer. Su funcionamiento se basa en que, una vez en el cuerpo humano, se introduce en las células tumorales. Aquí libera una serie de partículas atómicas que destruirían las células enfermas sin afectar a las sanas. 

Con otro tipo de nanohilos obtenemos otras aplicaciones. Empleando nitruro de galio para el crecimiento de nanohilos podríamos obtener diodos emisores de luz, nanoláseres ultravioletas de corta longitud de onda y sensores bioquímicos especiales. 

La optoelectrónica simplemente se dedica a todo objeto que esté relacionado con la luz, como por ejemplo los teléfonos móviles, aparatos electrónicos, etc. y es en este campo donde estamos enfocando nuestras investigaciones para crear dispositivos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

Prof. Andrew Watt

Células Fotovoltaicas Orgánicas

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En la actualidad, cada día aumenta más la incertidumbre sobre el futuro energético. Las fuentes energéticas que más aportan hoy en día son de carácter limitado y se hace vital encontrar recursos renovables. Las energías renovables son aquellas que se producen de manera continua y son inagotables a escala humana. Una de las energías renovables más conocida es la energía solar.

Tipos de Células Fotovoltaicas orgánicas

Las células fotovoltaicas orgánicas aparecieron en 1990 con la intención de reducir el coste de la electricidad fotovoltaica. El bajo coste de los semiconductores orgánicos entre los que destacan los polímeros, pequeñas moléculas de materiales que se depositan por evaporación térmica, los convierten en una alternativa mucho más accesible, barata y respetuosa con el medio ambiente. Existen cuatro tipos principales de células fotovoltaicas orgánicas:

  • Las Células de Grätzel: Estas células utilizan unos productos aditivos o pigmentos  que absorben mucha luz y transfieren rápidamente el electrón a un óxido nanoestructurado como puede ser TiO2. Para hacer este proceso reversible y seguir absorbiendo luz, debe ser extraído el hueco que permanece en el pigmento. Esta tarea es realizada por un agente redox ó electrolito líquido.
  • Las Células multicapa. Sucesivas capas de diferentes materiales semiconductores son secuencialmente depositadas con el propósito de maximizar la intensidad del campo óptico en las zonas donde se fotogeneran las cargas; optimizando así tanto la absorción, como la disociación de los excitones.
  • Las Células con múltiples heterouniones orgánicas internas: Dos materiales poliméricos inmiscibles entre sí, con diferentes afinidades electrónicas y potenciales de ionización, se mezclan en la misma disolución. A partir de ella, por evaporación del disolvente, se forma una fina película con dominios de ambos materiales a escala nanométrica para así optimizar tanto el proceso de disociación de excitones, como el transporte de carga hasta los electrodo.
  • Las Células híbridas organo-inorgánicas: Estas células funcionan de una forma muy similar a las descritas en el apartado anterior. El papel de aceptar los electrones y transportarlos hasta su respectivo electrodo le corresponde, en este caso, a materiales inorgánicos con un gran band gap como TiO2 ó ZnO. Nanoestructurar estos materiales en forma de nanoporos o nanocables  sobre el sustrato, es crucial para garantizar un transporte efectivo de carga. Posteriormente el polímero se deposita desde la disolución sobre esta nanoestructura.

Al igual que en las células fotovoltaicas tradicionales, todos los procesos fotovoltaicos orgánicos están diseñados con el uso de dopantes que aumentan el rendimiento estándar del proceso original. Por un lado, ciertos polímeros mejoran sus propiedades reactivas al trabajar en presencia de una disolución redox. Otros en cambio, necesitan de un electrodo de ‘trabajo’, que facilite el movimiento de electrones de la disolución electroquímica que forma la célula.

Célula Fotovoltaica Tradicional y Célula Fotovoltaica Orgánica

Las células fotovoltaicas orgánicas tienen las mismas propiedades de conducción que el silicio pero pueden ser impresas o adheridas sobre casi cualquier tipo de material.
La principal diferencia entre los semiconductores convencionales y los polímeros conjugados es que en los primeros el electrón excitado y el hueco resultante migran libremente hacia electrodos opuestos mientras que en los segundos el electrón y el hueco que se generan tras incidir un fotón se encuentran ligados en forma de excitación.

Mediante la creación de interfases entre polímeros conductores con diferente afinidad electrónica se hace posible la transferencia de electrones entre polímeros. Este proceso, conocido como transferencia de electrones fotoinducida, consigue separar las cargas, y la unión creada en la interfase dador-aceptor es análoga a las heterouniones de semiconductores convencionales.

La vida útil se mide en ciclos, que se definen como el número de veces que se produce la carga y la descarga. Con cada ciclo, la batería va perdiendo propiedades, y envejece disminuyendo la capacidad máxima que puede alcanzar. Cuanto mayor sea la descarga (disminución de la capacidad) menor será el número de ciclos y, en consecuencia, menor será la vida útil. La vida útil de los paneles, así como su eficiencia, depende principalmente del proceso y de la calidad y la interacción en el dispositivo multicapa de los componentes del sistema.

Aun así existe cierto optimismo en cuanto a solucionar estos problemas de las células orgánicas. El mayor desafío en el desarrollo de tan alto rendimiento es optimizar la absorción de los materiales eléctricamente conductores.

Ventajas de las Células Fotovoltaicas Orgánicas

Las células fotovoltaicas orgánicas tienen a su favor que pueden ser adheridas como una capa ultradelgada de dos polímeros semiconductores sobre cualquier superficie plástica. Además los paneles solares compuestos por células orgánicas son más económicos, menos pesados y más fáciles de instalar.

Las células orgánicas solares han tenido que cumplir una serie de requisitos en términos de estabilidad, eficiencia y coste con el fin de poder competir con la existente tecnología del silicio y para poder encontrar nuevas aplicaciones. Los materiales orgánicos presentan ventajas desde el punto de vista de los costes de fabricación, el posible impacto en la seguridad medioambiental y fundamentalmente por la posibilidad de producir dispositivos flexibles;  que absorban la radiación a distintas longitudes de onda y en los que es posible modular las propiedades electrónicas haciendo uso de los recursos que proporciona la síntesis orgánica.

Estas propiedades suponen un avance significativo en el diseño de dispositivos electrónicos. Y es en este sentido a donde dirigimos nuestras investigaciones en relación a las Células Fotovoltaicas Orgánicas. Nuestros esfuerzos se centran en crear dispositivos que usen como base de su estructura Células Fotovoltaicas Orgánicas. Para ello, investigamos cuáles son las estructuras moleculares más adecuadas para conseguir los mejores resultados.

Los dispositivos fotovoltaicos basados únicamente en materiales orgánicos han atraído en los últimos años un gran interés como consecuencia de su ligereza, bajo coste de fabricación y la posibilidad de fabricar películas finas de estos materiales sobre superficies relativamente grandes.

Aunque, por otro lado, los bajos valores encontrados para la eficiencia de conversión en estos dispositivos fotovoltaicos son debidos a la baja eficiencia de fotogeneración de portadores de carga, así como la elevada resistividad eléctrica de los materiales orgánicos derivada de la baja movilidad y baja densidad de portadores de carga. Es por este motivo que continuamos investigando la forma más acertada de resolver estos inconvenientes.

Prof. Andrew Watt

Baterías de estado sólido: Una prometedora revolución

By | Energía Solar, Investigacion, Projects | No Comments

Son numerosas las investigaciones enfocadas hacia la búsqueda de nuevos conductores iónicos, electroquímicamente estables, que posibiliten un mejor funcionamiento de las baterías recargables. Las baterías que contienen electrolitos orgánicos son más económicas y fáciles de fabricar; sin embargo, otras aplicaciones que necesitan de una temperatura de funcionamiento extrema, pueden beneficiarse de la introducción de materiales que muestren una conducción rápida.

Baterías recargables de ion-litio

Los electrolitos sólidos inorgánicos ofrecen ventajas y desventajas importantes con respecto a los electrolitos líquidos y poliméricos. Por soportar temperaturas elevadas se pueden utilizar en baterías de estado sólido, además son materiales conductores de iones individuales, lo que significa que solamente los iones Li+ tienen una movilidad apreciable, mientras que los aniones y otros cationes forman un esqueleto rígido.

El hecho de eliminar el gradiente de concentración aniónica a través del electrolito, puede ayudar a suprimir las reacciones adversas, o reacciones de descomposición, que puede sufrir el electrolito. Sin embargo, se hace necesario seguir investigando, con el fin de conseguir minimizar, por ejemplo, el producto de la resistividad del electrolito y de su espesor, de forma que a través del electrolito sólido tenga lugar un transporte rápido de iones Li+.

Algunas de las baterías recargables de ion-litio que han comenzado ya a aparecer en el mercado están compuestas de cátodos de LiCoO2, electrolitos poliméricos y ánodos de grafito altamente densificados. Presentan además una superficie pequeña para minimizar los fenómenos de pasivación que también les afectan. Pueden recargarse hasta 2500 veces, y gracias a su bajo precio, constituyen la mejor alternativa en el mercado de la electrónica de consumo.

No obstante, las baterías de ion-litio muestran aún importantes defectos debidos a su frágil estructura, entre éstos pueden citarse: que requieren un circuito de seguridad para mantener los límites de voltaje máximo y mínimo, se degradan con el tiempo, debiéndose almacenar en lugar frío al 40 % de su carga, muestran capacidad de descarga moderada, son más caras que otro tipo de baterías. Por último cabe indicar, que forman parte de una tecnología que se encuentra actualmente en estudio progresivo.

Algunas de las investigaciones llevadas a cabo hoy en día, están centradas en la preparación y estudio de ortofosfatos nanoestructurados y compuestos relacionados, que son susceptibles de presentar conducción iónica rápida, lo que permite poder estudiar su potencial de utilización como electrolitos sólidos.

Investigaciones realizadas sobre ortofosfatos no nanoestructurados, encuentran que los valores de conductividad medidos en el interior de los granos constitutivos de esos materiales, son mucho más altos que los que se miden en la frontera existente entre los granos. La investigación desarrollada, está impulsada por el deseo de encontrar materiales con propiedades y características mejoradas, en base a su posterior aplicación en nuevas baterías de estado sólido.

Hoy en día, son numerosos los artículos científicos en los que se buscan y se estudian tipos estructurales diferentes o nuevas composiciones, con el fin de encontrar nuevos electrolitos sólidos de iones rápidos. Para conseguir esos objetivos, se ensayan rutas de síntesis avanzadas, que permitan influir en la microestructura de los compuestos preparados y conseguir una orientación favorable de las fronteras de grano, de modo que la presencia de dichas fronteras afecte lo menos posible a su conductividad.

Investigaciones recientes que abordan temas de este tipo, se enfocan hacia la preparación de materiales electródicos nanoparticulados y/o nanoestructurados, persiguiendo esencialmente dos objetivos, el primero, intentar mejorar la conductividad intra e inter granular, y el segundo, poder fabricar electrolitos composites de utilidad en baterías de estado sólido. De esta manera, el método de spray pirolisis permite, por ejemplo, obtener materiales nanoestructurados con morfología esférica, estrecha distribución de tamaño de partícula y homogeneidad composicional.

El enfoque actual de la investigación en electrolitos sólidos  y numerosas publicaciones relativas a la investigación y al desarrollo tecnológico de las baterías de ion litio, siguen centrando su atención, en estudios que permitan una mejora del uso de los electrolitos poliméricos, de los geles y de los electrolitos composites. Aunque son aún los electrolitos líquidos los que se siguen utilizando en la mayoría de estudios electroquímicos rutinarios. Sin embargo, sólo un porcentaje mínimo de contribuciones abordan el potencial de utilización de los electrolitos cerámicos.

Ciertamente, las baterías que contienen electrolitos orgánicos son más baratas, más fáciles de fabricar y, sí se controla la capa de interfase electrolito-sólido formada y las interfases electrolito-electrodo, se logra una buena ciclabilidad. El consumidor de baterías de ion litio es probable que continúe utilizando los electrolitos orgánicos.

Sin embargo, otras aplicaciones que requieren una temperatura extrema de funcionamiento −alta o baja−, máxima vida útil, descarga insignificante y contactos extremadamente delgados, pueden beneficiarse de la introducción de electrolitos cerámicos. Algunos grupos de investigación abordan la síntesis de electrodos laminares, utilizando electrolitos cerámicos y vidrios en conjunción con electrolitos líquidos o poliméricos. El compuesto Li3PO4 embebido ha sido utilizado como separador de membranas o como cátodo en fibras, asimismo, también litio metálico embebido en vidrios se ha utilizado como material para ánodos.

Por otra parte, la mayoría de las investigaciones realizadas actualmente en electrolitos cerámicos, distan mucho de una inmediata aplicación práctica de estos materiales. Faltan estudios que evalúen la estabilidad electroquímica de muchos de los electrolitos sintetizados e informes de diferentes técnicas de fabricación, que pongan énfasis en el espesor óptimo que ha de tener la capa del electrolito.

Del mismo modo, se hace necesario analizar, sí la introducción de electrolitos cerámicos o vidrios en las capas de un polímero, puede eliminar la formación de dendritas, inhibir las reacciones químicas de disolución que tienen lugar en los electrodos de las baterías y, sí debido a una mejor difusión en electrodos composites, se reducen los gradientes de concentración.

Finalmente, puede también resultar interesante en el futuro, estudiar sí la introducción de  materiales  nanoestructurados en electrolitos poliméricos, para dar origen a un electrolito composite, puede resultar de utilidad en las baterías de estado sólido.

Mejorar el funcionamiento de las baterías de estado sólido, la preparación y el estudio de electrolitos poliméricos, a los que se ha añadido materiales  nanoestructurados, y la introducción de electrolitos cerámicos y vidrios, en las capas de un electrolito polimérico, son algunos de los retos que se plantean hoy en día los investigadores.

Prof. Mauro Pasta

Baterías de iones de sodio

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El medio ambiente y la energía son unas de las principales áreas de preocupación del siglo XXI. El cambio climático asociado al aumento del CO2 en la atmósfera y el agotamiento de los recursos fósiles, además de la dependencia hacia países productores de petróleo políticamente no estables, hace necesario un cambio hacia un modelo energético basado en fuentes renovables.

Nuevas Baterías de Almacenamiento

A pesar del aumento de instalaciones con fuentes de energía renovable, principalmente eólica y fotovoltaica, la intermitencia e imposibilidad de gestión dificulta su uso frente al resto y por tanto para dar el salto definitivo hacia las redes eléctricas del futuro es necesario el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía apropiados.

Los sistemas de almacenamiento electroquímico, como las baterías, se presentan como la mejor solución. Sin embargo, hay algunas dificultades técnicas en términos de eficiencia, vida útil y coste de las tecnologías de almacenamiento actuales que explican por qué el almacenamiento de energía no se ha aplicado de forma generalizada.

Actualmente, las baterías de iones de litio (Li-ion), las cuales han conquistado el mercado de los dispositivos electrónicos portátiles, se han convertido en el principal candidato como fuente energética en la próxima generación de vehículos eléctricos e híbridos. Éstas proporcionan la mayor densidad energética de todas tecnologías actuales de baterías recargables; sin embargo, su elevado coste, la escasez de Li y las limitaciones técnicas (extremadamente sensibles a elevadas temperaturas, sobrecarga, presión interna acumulada, y la intolerancia a la descarga total) son los principales inconvenientes para su uso en el almacenamiento de energía.

En este contexto, las baterías de iones de sodio (Na-ion), a pesar de tener una menor densidad energética, poseen las ventajas suficientes para liderar la próxima generación de baterías para aplicaciones estacionarias dentro de las Smart Grids, en las cuales las limitaciones volumétricas son menores y el coste se convierte en el parámetro crítico. El sodio es abundante y está a continuación del litio en la tabla periódica, por tanto cabe esperar similitudes en términos de tecnología y rendimiento, y superiores a otras tecnologías actualmente en uso como las de Pb-ácido.

Las baterías de Na-ion son especialmente atractivas, ya que se puede utilizar las mismas infraestructuras industriales (misma tecnología de producción) que para las de Li-ion y por tanto minimizar el coste de la transferencia tecnológica. Otra reducción inmediata del coste es la posibilidad de utilizar una lámina de aluminio como colector de corriente tanto en el ánodo como en el cátodo en lugar de cobre (corrosión del aluminio en Li-ion).

Aún quedan muchos retos por resolver, especialmente en lo que se refiere a la vida útil y la seguridad a nivel de prototipo pre-industrial, los resultados actuales muestran que nos encontramos ante una tecnología competitiva a cualquiera de las existentes en términos de rendimiento y coste, que contribuirá a facilitar la gestión energética de las redes eléctricas del futuro.

Perspectiva general de las baterías de sodio-ion

Durante la década de los 80, el desarrollo de las baterías de Na-ion ha sido paralelo a las de Li-ion, pero debido al mejor ratio densidad/volumen ha sido esta última la que ha dominado el mercado de los dispositivos electrónicos portátiles desde 1990. Sin embargo, para aplicaciones estacionarias donde la densidad energética no es el parámetro más importante, la tecnología de Na-ion parece ser una muy excelente opción de futuro, con un coste estimado de <0.1 €/Wh en 2020 (50% inferior a Li-ion) y con la posibilidad de almacenar varios MWh en volúmenes reducidos (3 veces inferior a la tecnología Pb-acido).

Electrodos positivos para baterías de sodio-ion

En los últimos años, muchos materiales han sido propuestos como posibles cátodos para baterías de Na-ion, aunque los más prometedores y en los cuales se están centrando más esfuerzos son los óxidos laminares, los compuestos polianiónicos y el “Azul de Prusia” y sus análogos.

Entre estos materiales se encuentran los óxidos laminares y los compuestos polianiónicos, basados estos últimos en fosfatos, pirofosfatos, fluorofosfatos, sulfatos,etc.; que ofrecen una gran versatilidad para el desarrollo de nuevos materiales catódicos para baterías de Na-ion. Pero veamos en qué consiste el Azul de Prusia.

Uno de los materiales que más está captando la atención últimamente es el conocido como Azul de Prusia, AM[M´(CN)6] (A = metal alcalino, M = M´= generalmente Fe). Entre sus ventajas, cabe destacar su facilidad de síntesis, su naturaleza amigable con el medio ambiente y su estructura 3D y modulable, que facilita la intercalación de iones. Entre sus inconvenientes, mencionar una baja eficiencia coulómbica debido al colapso que suele producirse en su estructura a lo largo del ciclado. Actualmente se está trabajando en la prueba de concepto de una batería completa tal y como se ha demostrado en el Azul de Prusia.

Electrodos negativos para baterías de sodio-ion

La identificación de un ánodo con un voltaje adecuado, una gran capacidad reversible y una elevada estabilidad es necesaria para el desarrollo de las baterías de Na-ion. A pesar de llevarse a cabo una gran variedad de estudios, actualmente y desde un punto de vista industrial y futuras aplicaciones, solo el carbón desordenado se ha contemplado como un material anódico prometedor para baterías de Na-ion.

Los carbones desordenados son los materiales anódicos más estudiados y proporcionan una capacidad reversible de ~ 300 mAh g-1 a ~ 0.1 V. Si a sus excelentes prestaciones se le añade el hecho que son materiales de bajo coste (<1 € / kg) hacen de ellos uno de los materiales más atractivos para ánodos en baterías de Na-ion.

Por otra parte, también se está investigando en las Carbodiimidas y en las baterías de sodio-ion en medio acuoso. Uno de los enfoques más prometedores para la reducción de costes en baterías de Na-ion es el uso de electrolitos acuosos, y que además presentan una movilidad iónica más elevada y una mayor seguridad que los electrolitos orgánicos convencionales, aunque la ventana de voltaje es más pequeña.

Gracias a la variedad de ventajas que posee en términos de coste, y disponibilidad, conjuntamente con las prometedoras mejoras en cuanto a rendimiento, durabilidad y seguridad, hacen de la tecnología de Na-ion una clara opción de futuro para el almacenamiento de energía en Smart Grids. En este aspecto estamos trabajando, y por ello, los prometedores resultados obtenidos hasta el momento, hacen pensar que esto es posible.

Prof. Mauro Pasta

Almacenamiento – Nuevo electrodo híbrido

By | Energía Solar, Investigacion, Projects2 | No Comments

El constante aumento del consumo de energía, principalmente basado en combustibles fósiles, está causando un aumento alarmante de las emisiones de CO2, causando un gran impacto en el cambio climático. La alternativa podría ser la utilización de fuentes de energía renovables, pero su intermitencia dificulta su uso.

Los sistemas de almacenamiento electroquímico en general, y las baterías en particular, se presentan como la mejor solución a este inconveniente. Investigadores estan trabajando en el desarrollo de nuevos materiales para su uso en baterías, y de esta manera proporcionar al mercado una prometedora tecnología como alternativa a las baterías de litio ion para el almacenamiento en Smart Grids de bajo coste con un mejor ciclo de vida.

Nuevas baterías de almacenamiento

El creciente despliegue de fuentes de energía renovables como la energía solar y eólica requiere un aumento proporcional de la capacidad de almacenamiento de energía para integrarlas en la red eléctrica. La combinación de estas fuentes con la red energética es especialmente difícil debido a la gran y rápida variabilidad en su producción. Los picos intermitentes o gotas de potencia deben ser suavizados para duraciones tan cortas como unos segundos, mientras que el equilibrio de carga es necesario para contrarrestar las fluctuaciones diurnas.

Por ello, se hace necesario un almacenamiento económico de energía que tenga una respuesta rápida, una vida útil prolongada, una alta potencia y una alta eficiencia energética, que puedan distribuirse a través de la red para permitir una amplia penetración de energía solar, eólica y otras fuentes de energía variables.

Las tecnologías convencionales de almacenamiento de energía luchan para satisfacer las necesidades de la red. Prácticamente, toda la capacidad de almacenamiento de energía actualmente en la red es proporcionada por la energía hidroeléctrica bombeada, que requiere una inmensa inversión de capital, depende de la localización y sufre una baja eficiencia energética. El almacenamiento de energía de aire comprimido también depende del sitio y debe ser soportado por una planta de combustión de combustibles fósiles. Los volantes mecánicos ofrecen alta potencia y eficiencia, pero son demasiado caros.

Por otro lado, varias tecnologías de baterías han visto un despliegue limitado en la red. Las células ácidas con plomo son las menos costosas, pero tienen una profundidad de descarga, duración del ciclo y eficiencia limitada. Las baterías de sodio-azufre, sodio-haluro metálico y flujo redox funcionan sólo a bajas tasas y tienen una baja eficiencia energética. Así mismo, las baterías de iones de litio y níquel / hidruro metálico usadas en vehículos eléctricos son actualmente demasiado costosas para su uso en escalas más grandes.

En los últimos años, muchos materiales han sido propuestos como posibles cátodos para baterías de Na-ion, aunque los más prometedores y en los cuales se están centrando más esfuerzos en el CICe son los óxidos laminares, los compuestos polianiónicos y el “Azul de Prusia” y sus análogos.

Hemos explorado una variedad de nuevas químicas acuosas de baterías de álcali-ión. Estos son potencialmente ventajosos debido a la seguridad, alta conductividad iónica y bajo coste de los electrolitos acuosos. Se han explorado las baterías acuosas de iones de litio que utilizan materiales catódicos adoptados a partir de células de electrólito orgánico comercializadas, pero en general han mostrado una vida útil limitada. Se ha demostrado que las células acuosas de sodio que utilizan un cátodo Na x MnO2 y un ánodo capacitivo de carbono ofrecen una larga duración del ciclo, pero tienen una capacidad de velocidad limitada. Estas tecnologías acuosas se han limitado principalmente por el desarrollo de materiales de ánodo que tienen el potencial correcto y que son químicamente estables al electrolito deseado.

Recientemente, hemos desarrollado una familia de materiales de nanopartículas de estructura abierta con la estructura cristalina de Prusia Azul. Estos materiales tienen una estructura cristalina de estructura abierta que contiene grandes sitios intersticiales que permiten la rápida inserción y extracción de Na + y / o K + con muy poca deformación cristalográfica. Por ejemplo, el hexacianoferrato de cobre (CuHCF) reacciona con K + mediante una reacción de inserción monofásica.

Los electrodos CuHCF son prometedores para aplicaciones de almacenamiento de energía a escala de red debido a su ciclo de vida ultra-largo (83% de retención de capacidad después de 40.000 ciclos), alta potencia (67% de capacidad a 80C), alta eficiencia energética y potencialmente un costo muy bajo.

Un ánodo para funcionar en el mismo electrolito que el cátodo CuHCF debe ser químicamente estable en soluciones ácidas y tener preferiblemente un potencial cercano a -0,1 V frente al electrodo estándar de hidrógeno (SHE), el límite termodinámico para la descomposición de agua A este pH. Además, un ánodo útil debe tener una vida útil de ciclo muy larga y una capacidad de alta velocidad para adaptarse a las propiedades notables del cátodo CuHCF. Además de K +, CuHCF también puede reaccionar con iones alcalinos, tales como Li + y Na +, por lo que un ánodo capaz de reaccionar con cualquiera de estos iones podría ser utilizado. Una opción intuitiva sería otro análogo de Azul Prusiano con un potencial de reacción cerca del SHE. Sin embargo, la reducción del azul de Prusia a la sal de Everitt tiene un potencial demasiado alto (0,45 V frente a SHE) y otros análogos de Azul Prusiano que contienen hexacanomanganato y hexacicocromato electroquímicamente activos son químicamente inestables.

La nueva clase de ánodos que son compatibles con nuestros materiales CuHCF tiene una estructura abierta en electrolitos acuosos. Estos ánodos se basan en un electrodo híbrido que funciona mediante un nuevo concepto fundamental; Es decir, combinando un material de electrodo (polipirrol, PPy), que es capaz de una reacción faradaica a un potencial fijo con un electrodo capacitivo (carbón activado, AC), se puede controlar el potencial de todo el electrodo.

Fundamentalmente diferente de los electrodos tradicionales de batería y capacitivos, nuestro nuevo electrodo híbrido tiene la capacidad de alta velocidad de un ultra-condensador, pero con el potencial bien definido de un electrodo de batería. Este electrodo híbrido tiene un atractivo potencial de circuito abierto (OCP), sintonizable a -0,2 V frente a SHE, un perfil de carga / descarga poco profundo y baja autodescarga.

Además, demostramos que una célula completa con este ánodo híbrido y un cátodo CuHCF proporciona un rendimiento que es prometedor para aplicaciones de almacenamiento estacionario a gran escala, tales como alta potencia y eficiencia energética, y una vida útil de miles de ciclos.

Prof. Mauro Pasta

Descubre la Energía Azul y su gran potencial

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La Energía Azul o energía osmótica es la energía que se obtiene por la diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua de río. Este tipo de energía tiene un gran potencial para convertirse en una fuente de energía limpia renovable, contribuyendo así a la lucha contra el calentamiento global y el agotamiento de las energías tradicionales.

¿Qué es y cómo se obtiene la Energía Azul?

La Energía Azul usa la cantidad de energía que se libera cuando el agua dulce entra en contacto con el agua de mar. La diferencia de salinidad entre estas dos clases de agua, crea una fuente de energía limpia renovable. El proceso consiste en la permeación del agua con baja salinidad a otra con mayor concentración de sal, ya que, mientras mayor sea la diferencia salina entre ambas soluciones, mayor será la cantidad de energía producida.

Las primeras investigaciones sobre este tipo de energía osmótica se la debemos al científico norteamericano Sidney Loeb. Este científico desarrolló en los años 50 un procedimiento de obtención de agua potable por efecto de la ósmosis, empleando para ello una membrana sintética, agua de mar y altas presiones.

Algunos años más tarde, Loeb introdujo en su investigación la utilización de un tanque con dos cámaras separadas por una membrana semipermeable. En una de las cámaras se almacenaba el agua salada, y en la otra el agua dulce. La sal del agua de mar hacía que el agua dulce atravesase la membrana, generando un incremento de la presión del lado del agua de mar. Este aumento de presión, equivalente a una columna de agua de 120 metros, lo usó para mover una turbina y generar así electricidad.

Partiendo de dicho descubrimiento, en la actualidad existen dos líneas de investigación, una que se basa en la tecnología de Loeb, y otra que busca el efecto de electrodiálisis inversa.

Basándose en el prototipo de Loeb, funciona desde el año 2009 en Tofte (Noruega) una planta de energía azul experimental. En esta planta se prueba e investiga el uso de diferentes tipos de membranas y diseños. Así mismo, el Instituto Lumière Matière de Lyon, ha desarrollado un dispositivo experimental que se supone mil veces más eficiente que cualquier otro sistema.

Por otro lado, línea de investigación de Dr. Mauro Pasta se centra en la creación de un dispositivo al que llama Batería de Entropía.

La entropía como forma de generar electricidad

Todo sistema contiene entropía, es decir, una cierta medida de desorden. En un sistema cerrado la entropía tiende a aumentar según el segundo principio de la Termodinámica. Basándonos en esta premisa, si tomamos un vaso de agua pura y un cristal de sal por separado, cada uno de ellos contiene menos entropía que si los mezclamos. Una vez mezclados, para volver a separarlos tenemos que usar energía.

Si se necesita energía para separar el agua de la sal, también se puede obtener energía al mezclar el agua con la sal. De ahí surge la investigación sobre la generación de electricidad gracias a la diferencia entre la salinidad del agua dulce y el agua de mar.

La ventaja de la investigación de Dr. Mauro Pasta en comparación con los prototipos de membranas señalados anteriormente, es que, por el momento, las membranas son frágiles y la implementación de dichos sistemas supone una gran inversión. Mientras que la creación de una batería de entropía es muy simple. Se basa en dos electrodos sumergidos en un líquido que contiene iones, es decir, un electrolito. La interacción de los iones del agua dulce con el agua salada, da como lugar a una concentración de agua salada tal, que llega un momento en el que los electrodos no pueden contener más iones. Al alcanzar esta fase, es cuando podemos producir energía eléctrica.

Esta investigación, se ha centrado en el uso del dióxido de manganeso como electrodo positivo, ya que, no es perjudicial para el medio ambiente. Por otro lado, el electrodo negativo, que hasta ahora hemos usado, es de plata, con el que hemos obtenido muy buenos resultados. El único obstáculo para desarrollar el proyecto es que la utilización de electrodos de plata puede encarecer el proceso.

Por este motivo, Mauro Pasta continua investigando en la misma línea, para desarrollar el funcionamiento de la batería de entropía. Ya que, los estudios han demostrado que se puede alcanzar un 74% de eficiencia en la extracción de energía, usando este tipo de batería.

Tanto es así, que el potencial energético que se puede llegar a obtener es de 2TW, lo que viene a significar el 13% del total de energía consumida en todo el Planeta.

Prof. Mauro Pasta

Sistema de Gestión y Control de Flota

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Hemos desarrollado un Sistema de Gestión y Control de Flota (SGCF) con el objetivo de mejorar la eficiencia de los servicios de transporte y la seguridad de los conductores y pasajeros. Este sistema permite tener acceso, en tiempo real, a información relevante para facilitar la toma de decisiones ante posibles problemas en ruta.

¿Cómo funciona el SGCF?

El SGCF es un sistema diseñado para gestionar a través de un portal web todas las áreas que componen una empresa de transportes. En el momento en que accedemos a la web organizativa, tenemos a nuestra disposición toda la información relativa a: Activos, Recursos Humanos, Servicios, Mantenimiento, Prevención de riesgo, Compras, Ventas, Inventario, Contabilidad, Finanzas, Calidad, y Resultados de Auditorias. 

El funcionamiento del SGCF se basa en la instalación de dispositivos electrónicos automatizados. Éstos envían información en tiempo real, por medio de comunicación remota inalámbrica a los servidores web, mediante aplicaciones desarrolladas a tal fin. Además, este sistema permite también la integración con otros sistemas de información, ampliando así su eficacia.

El Sistema de Gestión y Control de Flota consta de tres sistemas principales relacionados entre sí: por un lado el Sistema de Control de Ruta (SCR), por otro el Sistema de Planificación de Recursos Empresariales (ERP) y por último el Sistema de Gestión y Reportes (SGR).

Cuando accedemos al portal web organizativo por medio de nuestro usuario y clave personal, el sistema nos permite interactuar con la información en función de nuestro cargo y rol en la empresa. Es decir, el acceso que tenemos a la información está en consonancia con nuestra área de trabajo y cargo.

El SGCF nos ofrece una completa área de trabajo donde se reúnen todos los aspectos de la empresa, ya sean burocráticos, técnicos o prácticos. Desde el sistema de gestión podemos controlar la disponibilidad de los conductores, llevando un control de los períodos de vacaciones y licencias, y al mismo tiempo, reunir todos los requisitos documentales como contratos, seguros, etc.

Por otro lado, nos ofrece la posibilidad de soporte en línea para solicitudes, seguimiento de incidentes, al cual tienen acceso todos los usuarios autorizados. Esto permite una mejor comunicación entre todos los miembros de la empresa, lo que significa una mejora en la gestión de los recursos humanos y en la planificación empresarial. Pero veamos detalladamente la estructura del SGCF.

Estructura del SGCF

En primer lugar tenemos el SCR, o Sistema de Control de Recorridos. Este sistema se apoya en la instalación de dispositivos electrónico en el vehículo, el cual nos reporta la información relativa a: localización, velocidad, cantidad de pasajeros, conductor asignado al vehículo y ruta planificada.

El SCR nos permite hacer un seguimiento en tiempo real de todos los detalles señalados anteriormente. Con dicha información tenemos la posibilidad de ejecutar las acciones que sean necesarias para el buen funcionamiento del servicio, como por ejemplo: programar los servicios, verificar la realización de los mismos y generar estados de pago.

En segundo lugar, el ERP o Sistema de Planificación de Recursos Empresariales, nos da la información sobre cualquier otro departamento de la empresa que no cubre el SCR.

Y en tercer lugar, el Sistema de Gestión y Reportes, permite crear reportes gráficos para todas las áreas de trabajo. Los reportes nos darán información clara y detallada sobre incidentes, velocidades, ocupación, documentos, sustancias peligrosas, exámenes médicos, etc. Y todo ello en formatos gráficos estándares como  Excel, Pdf o Csv.

Todos estos elementos ayudarán a la prevención de riesgos, ya que tendremos el control sobre todas las áreas y departamentos de la empresa de una forma clara y visual.

Los retos globales

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Crecí en una pequeña ciudad en el sur de Alemania. Era un pueblo típico alemán, pero se encuentra lo suficientemente cerca de una ciudad grande, así que crecí con algunas personas de origen inmigrante. Nos encontramos en el club de fútbol, en la escuela o simplemente jugando en el barrio. Una vez me invitaron a ir a la casa de un amigo cuyos padres tenían raíces turcas. Creo que tenía 10 años. Me llevó a una calle donde vivían sólo los inmigrantes. Su casa por dentro era muy agradable. Vimos algunas películas VHS (sí, soy muy viejo) y sus padres nos dieron algunos dulces turcos para comer. La comida turca es impresionante. Recuerdo sus padres eran un poco nervioso; me trataron tan bien que de hecho me sentí como alguien especial. Nos sentamos en la alfombra en lugar de sillas y jugamos algunas cosas. Después de un rato, di gracias a mi amigo y sus padres por la invitación y fui a mi casa. Esta fue mi primera experiencia intercultural que puedo recordar. En los próximos años tendré muchos más, y realmente nunca pensé mucho acerca de ellas. Yo no era un chico que vio “diferencias”.  

Hay un movimiento de intolerancia y racismo en todo el mundo. ¡¿Hola?! No puedo creer que hay gente por ahí que no conoce gente impresionante de otros países o culturas? ¿Qué pasa con los niños, por lo menos? Nunca han visto Star Trek? Los retos grandes solo se pueden resolver con un esfuerzo global. El cambio climático es el mejor ejemplo, pero también aliviar la lucha por recursos y asegurando estabilidad social requieren que diferentes naciones trabajen hacia los mismos objetivos. No debería importar si una casa está al otro lado de una frontera; las fronteras no son reales, son imaginarias. Una frontera no siente y no sufre, entonces no es real. 

Atentamente,

Un ciudadano del mundo

Esto está dedicado a mi esposa e hijos.

Estratégicas específicas para los fabricantes de automóviles establecidos

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La movilidad es un reto enorme, especialmente en las ciudades urbanas congestionadas y contaminadas. Algunas ciudades han centralizado los sistemas de transporte; otros se basan en las fuerzas del mercado y todavía otros utilizan una mezcla de centralización y mercados. La mayoría de los sistemas de movilidad urbana existente puede someterse a un proceso de transición importante en los próximos años. Según Neckermann (2015), la “revolución movilidad” dará lugar a emisiones cero, cero accidentes y la propiedad cero. Independiente de la amplia variación de las reglas de transporte público local, la nueva industria de la movilidad es, probablemente, en el borde de definición de un próximo diseño dominante.

Lo que pocos líderes de opinión pueden estar de acuerdo es cuándo y en qué grado esto sucederá. ¿Cuáles serán las futuras tasas de crecimiento de las ventas de vehículos eléctricos? Nadie sabe a cual precio las baterías pueden bajar. Asimismo, no se sabe cómo y dónde se utilizarán los autos sin conductor o en qué medida los autos serán compartidos. Por último, pero no menos importante, no sabemos cual empresas serán parte del nuevo diseño de transporte dominante.

Los fabricantes de automóviles establecidos se enfrentan a decisiones difíciles. En este punto, debemos tener en cuenta la integración social de estas empresas en la industria del automóvil (Holweg y Oliver, 2016) y lo difícil que será cambiar la infraestructura y las redes existentes. Un gran dilema de los fabricantes de automóviles dominantes podría ser la obligación de mostrar rentabilidad a sus inversionistas que a lo mejor no están dispuestos a aceptar inversiones (y perdidas iniciales) para nuevas infraestructuras y redes. Tal vez los inversionistas prefieren protegerse contra los riesgos por su cuenta mediante la inversión en empresas más pequeñas y más ágiles que están mejor preparados para enfrentar los desafíos de la revolución de la movilidad. A veces no podemos creer que los fabricantes de automóviles grandes o gigantes de gas y petróleo podrían enfrentar problemas de existencia, pero algunas predicciones indican que esto es exactamente lo que sucederá.

Fabricación Global de vehículos

Alrededor de 40 empresas en el mundo produjeron 100.000 autos o más en 2014 (Holweg y Oliver, 2016), y las empresas establecidas están bajo la presión de los fabricantes de países emergentes como China e India. Los cuatro mayores fabricantes -Volkswagen, Toyota, GM y Ford- cuentan con alrededor de un tercio de los ingresos globales. En los últimos años, la industria del automóvil madura se caracteriza por las fusiones y adquisiciones, alianzas y líneas de montaje lo más cerca posible a los mercados de destino. El tamaño es un factor importante, aunque no el único, que ayuda a los fabricantes a hacer uso de economías de escala. Encontrar el equilibrio entre las preferencias de los consumidores individuales y la producción en masa es un reto constante que se enfrenta la industria. Una estrategia común es el uso de los mismos componentes a través de múltiples marcas y modelos, alcanzando economías de escala al menos por debajo de la superficie de diseño. Holweg y Oliver (2016) investigó los factores que tienen la mayor influencia sobre los fabricantes de automóviles para sobrevivir en tiempos de crisis: El alcance del mercado es importante para la cobertura contra los riesgos de modo que los fabricantes no dependen del ciclo de la economía de pocos mercados. Además, el apoyo de las partes interesadas de los inversionistas, proveedores, sindicatos de trabajadores, los bancos y los gobiernos ha desempeñado históricamente un papel importante para el rescate de empresas de automóviles en crisis.

Vehículos compartidos

Compartir vehículos y es conocida sólo en unas pocas ciudades, en cuales empresas como Zipcar y Mercedes proporcionan los autos para compartir en los espacios céntricos de la ciudad. Se trata de un alquiler que los clientes pueden dejar el vehículo donde quieran dentro de los perímetros de la ciudad. El concepto de compartir autos difiere de servicios independientes como Uber y Lyft. Los fabricantes de automóviles podrían proporcionar directamente los vehículos para ambos modelos de negocio, haciendo uso de modelos financieros como el leasing. Uber aparentemente recibió más de USD 9 mil millones (CrunchBase, 2016) en su financiación y Lyft fue capaz de atraer a un inversor de alta calidad, GM. Otros fabricantes, si todavía no están involucrado, deben actuar muy rápido. Uber y Lyft no van a dejar de crecer, y empresas similares, como Hailo, GetTaxi, así como Sidecar o Ridejoy, están tratando de ofrecer alternativas. Debido al reciente éxito del modelo de movilidad compartida, estas empresas pueden convertirse en los mayor compradores (directo o indirecto) de vehículos.

Vehículo autónomo debe ser el segundo foco de atención

La industria del automóvil necesita  involucrarse en el desarrollo y fabricación de esto tecnología, y de hecho ya lo esta haciendo. Se eliminará el “peligro” de las decisiones humanas; también permitirá que las personas con discapacidad, niños u otras personas sin la capacidad para conducir por su cuenta propia pueden utilizar los servicios de transporte de manera más rentable y cómodo. Sin embargo, servicios más complejos pueden requerir todavía conductores profesionales, por lo menos en el ínterin.

Por lo tanto, la estrategia de los fabricantes de automóviles podría ser un proceso de dos pasos. En primer lugar, involucrarse en el transporte compartido y, a continuación, una vez disponible para uso comercial, agregar vehículos sin conductor a la flota existente. Una vez más, ambas estrategias son importantes para tener un mercado inmediato para lanzar nuevos modelos. Lo más probable es que estos escenarios sean parte de la demanda de servicios de transporte dentro del nuevo diseño de la movilidad dominante.

La reducción de emisiones

Los vehículos eléctricos parecen ser el enfoque más prometedor. Seba (2015) hizo una lista de nueve argumentos de por qué los vehículos eléctricos interrumpirán motores de combustión convencionales dentro de un corto período de tiempo (su predicción es que el 100% de las nuevas ventas serán eléctrica en 2030). Algunos de los argumentos más fuertes incluyen que los vehículos eléctricos son mucho más eficientes energéticamente, “diez veces más barato” y “diez veces más barato de mantener”. Las ventas de automóviles actuales están dominados por Tesla seguido por GM (Chevrolet Volt) y el tipo de cliente parece que son las personas que están dispuestos a pagar más por un auto eléctrico. Un auto eléctrico tiene características superiores comparables con los autos tradicionales. Por lo tanto, al menos para los clientes existentes, la diferencia de precio podría ser un factor menos importante en la decisión de compra. Estimaciones indican que para el año 2022, los vehículos eléctricos costarán lo mismo que los autos de combustión interna, proporcionando el punto de despegue para las ventas masivas de los vehículos eléctricos. Tarde o temprano, los vehículos de combustión no pueden competir más con los vehículos eléctricos. Implicaciones estratégicas para los fabricantes de automóviles serían la participación en la fabricación de vehículos eléctricos competitivos, la construcción de una red de proveedores correspondiente y la adaptación de los canales de distribución.

Curiosamente, en una encuesta realizada por Consumer Reports (2014), se informó de que muchos concesionarios de automóviles autorizados que en realidad podrían ofrecer autos eléctricos desaniman a los clientes de comprar uno. Una de las razones podría ser que los vehículos eléctricos crean el dilema de mucho menos ingresos de postventa que representa alrededor el 10% de los ingresos y un porcentaje aun mayor de las ganancias totales del concesionario de automóviles. Este es un tema importante de resolver para los fabricantes que desean mejorar las ventas de automóviles eléctricos. 

Zonas de cero emisiones

Zonas de bajas emisiones ya están implementadas en cientos de ciudades en EuropaEl alcalde de Londres anunció la implementación de una zona de emisión “ultra baja”; Sin embargo, la información de una ciudad con una zona de emisión cero no está disponible. Esta podría ser exactamente la oportunidad.

Implicaciones estratégicas para los fabricantes de automóviles

Teniendo en cuenta la importancia de los costos del conductor y del combustible en la cadena de valor del transporte, los fabricantes de automóviles deben involucrarse activamente en eliminar, o al menos minimizar, estos factores de costo. Un exitoso desarrollo, fabricación y distribución de tecnologías relacionadas con la participación en un diseño innovador de movilidad podrían dar a los fabricantes de automóviles una cuota de mercado sólida y una ventaja competitiva.

Sascha Koslowsky