Como surgidos de un puñado de estampas de hace un siglo sobre el mundo en la actualidad, o de una historia de H.G. Wells, los coches propulsados con aire suenan tan ilusorios como vehículos voladores. Un puñado de compañías aseguran que pronto habrá coches de aire en las carreteras.
A diferencia del ensoñamiento fantasioso, la tecnología de aire comprimido ha alcanzado una madurez que podría hacer realidad a medio plazo los modelos comerciales de aire comprimido.
(Imagen: el mundo en el año 2000 visto por un dibujante francés en 1899; tráfico de coches voladores)
El motor de aire comprimido: ¿un nuevo Ford Nucleon?
La tecnología neumática y de aire comprimido no corre el riesgo de ser una ensoñación propia de la trasnochada visión del futuro de un momento histórico determinado.
Por ejemplo, el Ford Nucleon, modelo conceptual con motor nuclear de Ford, o los electrodomésticos conceptuales de la época con la misma tecnología, respondían a la mentalidad posterior a la II Guerra Mundial y la era nuclear.
(Imagen: campesinos del siglo XXI, vistos por un dibujante francés en 1899)
Pero los coches de aire son algo más que eso, aire. Los motores con pistones accionados con presión neumática propulsaban varias locomotoras y tranvías a mediados del siglo XIX, como en París, ciudad que contaba un sistema de distribución centralizada de energía de aire.
Ventas limitadas -hasta ahora- de coches eléctricos e híbridos enchufables
Antes de que el coche comercial que funcione con aire, los vehículos híbridos enchufables y eléctricos deberán comprobar su valía donde es más necesario: a ojos del consumidor medio. De momento, sólo los coches híbridos no enchufables, con motor de explosión y eléctrico, se han situado entre los más vendidos.
Más allá de su precio o ventas iniciales, los coches eléctricos e híbridos enchufables son una realidad comercial consolidada. Por no hablar de los vehículos híbridos clásicos, con el superventas Prius en cabeza.
(Imagen: gráfico con el diagrama de un motor de aire comprimido de tres fases)
Entre los principales retos los modelos eléctricos sin motor de combustión adicional deben superar, destacan el rango de autonomía y el precio de las baterías.
Primero, el coche eléctrico
Pero, sobre todo, lo que falta hasta ahora es el favor del público mayoritario, ya acostumbrado al Toyota Prius (entre los 3 coches más vendidos del mundo en el primer trimestre de 2012) y sus competidores, pero no a vehículos que cambian el depósito de combustible por un enchufe. Modelos como el Tesla Model S pretenden invertir la tendencia.
Con mayor o menor éxito momentáneo de ventas, en un contexto de dificultad económica en la mayoría de los países desarrollados, el coche eléctrico es una realidad comercial consolidada.
Aire comprimido e hidrógeno: ¿eternas promesas?
No lo son otras tecnologías. Entre los conceptos más radicales y prometedoras para vehículos limpios en el futuro, destaca la tecnología de aire comprimido, o vehículos cuyo motor es propulsado por un tanque de aire comprimido que puede recargarse… con aire, en lugar de combustible.
Sobre el papel, el atractivo de la tecnología es meridiano: el aire comprimido es barato, fácil de transportar y distribuir, no contaminante, inoloro, incoloro, abundante, inagotable.
A diferencia de otra de las tecnologías más citadas para vehículos limpios del futuro, como el hidrógeno, el aire comprimido no requiere grandes cantidades de energía para generar el combustible empleado, ni plantea grandes problemas logísticos.
Estos vehículos almacenan el aire comprimido en un depósito a una presión que no acarree riesgos en caso de colisión.
Motores de aire: sencillos, estables, baratos… y con poca fuerza -de momento-
A diferencia del motor de explosión, que usa pistones accionados con una combinación de combustible y aire, los vehículos de aire comprimido se benefician de la expansión del aire comprimido, emulando la tecnología de los motores a vapor, sin los riesgos ni requerimientos energéticos asociados a las calderas en ebullición, tecnología motriz que impulsó la Revolución Industrial.
Las dificultades tecnológicas son, no obstante, elevadas. Motores de explosión (gasolina, gasóleo, gas natural, biocombustibles), eléctricos y propulsados con una célula de hidrógeno comparten una característica: el uso de una fuente de energía intensa y concentrada que puede transformarse con facilidad en caballos para propulsar un vehículo.
(Imagen: el primer artículo -enero de 1932- dedicado a un coche con motor de aire comprimido)
No ocurre lo mismo con el aire comprimido. Se requieren grandes cantidades de energía para mover un vehículo estacionado, y menor energía cuando se ha creado una inercia cinética y la resistencia es menor.
Lo mejor de ambos mundos: híbridos que incluyan motor de aire
De ahí que quienes indagan en esta tecnología propongan crear un vehículo híbrido, que use motor de combustión o eléctrico cuando se requiere mayor consumo debido a la mayor necesidad de caballaje; y motor de aire comprimido regenerativo, que se recargue en el freado del vehículo y permita al coche, ya en marcha, moverse con aire.
En comparación con sus alternativas, comerciales y conceptuales, la densidad energética de los vehículos de aire comprimido es muy baja, y aquí estriba el principal reto tecnológico para los próximos años:
- El aire a 30 MPa (megapascales) contiene en torno a 50 Wh (vatios hora) de energía por litro almacenado.
- Una batería de plomo y ácido (como las usadas por el cuadro eléctrico de un vehículo) incrementa la cantidad de Wh por litro almacenado hasta 75.
- Una batería de ión-litio (como la que propulsa a la mayoría de los vehículos comerciales íntegramente eléctricos) concentra entre 250 y 620 de Wh/l (vatios hora por litro).
- La gasolina destaca por su concentración energética: 9.411 Wh/l, pero la eficiencia de los motores de explosión es inferior a una quinta parte del carburante quemado, de modo que aprovecha menos de 2.000 Wh/l.
- El aire es complicado -y pesado- de almacenar: 300 litros de aire a 300 bares almacenan 12 kWh, que pueden obtenerse con 1,4 litros de gasolina.
El escollo de la percepción del gran público
Si las ventas de una tecnología con varios modelos comerciales y viabilidad demostrada, como la del vehículo íntegramente eléctrico, siguen siendo muy limitadas, ¿cómo reaccionaría el gran público ante un modelo comercial que prometiera circular con… aire?
(Imagen: motor de aire comprimido desarrollado por MDI)
Y estereotipos del gran público aparte, acostumbrado a la fiabilidad del motor de explosión, aunque cada vez más quejoso del precio del carburante, el coche de aire comprimido no es una farsa: varios modelos se mueven, desde hace décadas, con aire a presión, sin trampa ni cartón.
En concreto, lo hacen desde principios del siglo XX, cuando los primeros prototipos de vehículos de aire comprimido fueron testeados, después de que la tecnología militar hubiera comprobado su utilidad desde la I Guerra Mundial en la propulsión de torpedos.
En 1903, la compañía londinense Liquid Air Company comercializó varios modelos de aire comprimido y aire licuado, que no lograron éxito comercial debido a la falta de potencia y a la falta de infraestructuras para obtener recargas de aire.
Contrarrestar la baja densidad energética del aire comprimido
Desde entonces, numerosas pruebas han demostrado la viabilidad de la tecnología, pero también sus limitaciones. El aire comprimido usado hasta ahora en la mayoría de los vehículos de aire conceptuales se ha almacenado a una presión de 4.500 psi, debido a que se había experimentado con depósitos de acero convencionales.
La única manera de aumentar la densidad energética del aire comprimido hasta situarla en cotas que se aproximen a las baterías de ión-litio, consiste en aumentar la presión. Para ello, los tanques deberían reforzar su estructura, quizá recubriendo la estructura con fibra de carbono, compuestos termoplásticos prometedores o combinaciones ya usadas de aluminio y kevlar.
(Imagen: locomotora de aire comprimido en la portada del 26 de noviembre de 1916 de “Scientific American”)
Como tecnología para el futuro de la movilidad, el aire comprimido no sólo presenta estas limitaciones en el diseño de su motor, su densidad energética o seguridad de almacenamiento.
Ventajas del aire comprimido
También cuenta con ventajas, comparado con otra tecnología mencionada para las próximas décadas, el hidrógeno.
- A diferencia del hidrógeno, el aire comprimido no es inflamable y reduce su peligrosidad en colisiones.
- El motor de aire usa una tecnología de expansión para generar movimiento, mientras las células de hidrógeno son más complejas, costosas y difíciles de reparar.
- Asimismo, el aire comprimido es fácil de transportar.
- Tecnologías como el freno regenerativo pueden recargar el aire comprimido usado como combustible, reduciendo la dependencia de una recarga externa.
Pero aire comprimido e hidrógeno comparten una limitación que sólo solventarán cuando la producción energética se realice en su mayoría con fuentes renovables: se requiere energía, tanto para comprimir aire con la presión necesaria como para generar hidrógeno.
Como ocurre con un coche eléctrico que use una batería de ión-litio, el impacto energético de un vehículo de aire comprimido (o uno de hidrógeno) depende de lo limpia que sea la energía usada para comprimir y almacenar el aire en el tanque del vehículo.
La oportunidad tecnológica del freno regenerativo
Pese a la falta de madurez de la tecnología, un estudio sueco sugiere que los vehículos híbridos, propulsados por un motor de combustión y otro aire, o un motor eléctrico y otro de aire, aumentarían su eficiencia energética hasta un 60%, usando freno regenerativo.
Un detalle, si cabe, más descorazonador es la cantidad de energía necesaria para comprimir aire. Si bien inferior a los requerimientos para producir hidrógeno, se requiere más electricidad para almacenar energía en forma de aire que hacerlo en un contenedor químico (batería eléctrica).
Pese a las limitaciones, las ventajas de esta tecnología han animado a compañías como la pujante Tata Motors, propietaria de Rover, Daewoo y la firma de carrocerías de autobuses Hispano, con sede en Zaragoza, a trabajar en un modelo comercial de coche de aire.
Menos materiales caros, escasos y peligrosos
Entre las ventajas que Tata y algunos competidores interesados enumeran en la tecnología, destacan:
- Facilidad de recarga, sea en un surtidor público o en casa, usando compresor de aire.
- Se reduce el coste de producción con respecto al resto de tecnologías, que no requieren refrigeración para el motor, motor de arranque, bujías o silenciador, entre otros componentes.
- El ratio de autodescarga es muy reducido, en comparación con las baterías eléctricas.
- La temperatura del motor es muy inferior a la de las otras tecnologías y ello puede ser ventajoso en la climatización del habitáculo.
- Los vehículos de aire comprimido reducen el uso de materiales caros, escasos y peligrosos, tales como carburantes, metales y ácidos.
MDI y Tata
En MDI Enterprises, firma francesa (con sede en Luxemburgo), fabricante del MDI AirPod y el OneFlowAir, microcoches propulsados con aire que cuya tecnología ha suscitado el interés de Tata Motors, confían que la autonomía urbana de estos vehículos sea pronto de 140 km, por 80 km la autonomía a 110 km/h de velocidad.
MDI Enterprises todavía no ha logrado sus objetivos a corto plazo y sus modelos no alcanzan, todavía, la autonomía anunciada.
El acuerdo tecnológico con Tata Motors aporta los recursos para un coche de aire comprimido de masas, equivalente al Tata Nano, aunque con un motor todavía menos costoso.
Pero el aire comprimido deberá demostrar que puede propulsar vehículos, más allá de su dilatado historial en el uso balístico naval.
Para ello, la tecnología deberá remar a contracorriente: un estudio de la Universidad de Berkeley de 2009 sentenciaba que, incluso asumiendo los supuestos más optimistas, el coche de aire comprimido es, decía el estudio, menos eficiente que un vehículo eléctrico.
Híbridos entre motor de explosión (o eléctrico) y aire comprimido
El mismo estudio apuntaba, no obstante, a una combinación tecnológica que suscita mucho interés entre los expertos: un híbrido con tecnología neumática (aire comprimido) y motor de explosión, tecnológicamente probable, barato de producir y capaz de competir con otras tecnologías de bajo consumo, como los híbridos con motor eléctrico y de combustión.
Varias compañías desarrollan vehículos propulsados por aire. La firma francesa (con sede en Luxemburgo) MDI trabaja desde hace años en varios prototipos para modelos comerciales que no han cumplido con las previsiones de lanzamiento.
El acuerdo entre MDI y Tata Motors podría hacer viable la tecnología a medio plazo. Tata ha confirmado (mayo de 2012) que quiere vender el AirPod, primer vehículo comercial (contemporáneo) accionado por aire, en el mercado indio.
Tata prueba el coche de aire
Tata ha probado dos prototipos de AirPod fabricados por MDI y piensa ahora en el siguiente paso: construir una fábrica para la producción masiva de un vehículo a caballo entre un Segway y un microcoche.
El AirPod bajo marca Tata incluiría un depósito con 175 litros de aire comprimido y su precio rondaría los 10.000 dólares, al menos hasta que las economías de escala redujeran los costes de fabricación.
1. MDI (Motor Development International)
Moteur Développement International (MDI), empresa fundada por el antiguo ingeniero de Formula 1 e inventor francés Guy Nègre, trabaja desde hace 20 años en el Air Car, una tecnología para crear coches de aire comprimido.
El diseño del motor, no obstante, ha experimentado varios cambios radicales. En la primera versión, un pistón era movido por una mezcla entre el aire atmosférico y el aire comprimido del depósito; para cambiar el par del motor, el vehículo usa una transmisión variable continua, perdiendo eficiencia.
Con ayuda del ingeniero Armando Regusci, MDI ha realizado varias modificaciones del motor, que ahora está conectado directamente a la rueda y proporciona un par variable, lo que aumenta la eficiencia del vehículo. Hasta ahora, no ha habido modelos comerciales con la tecnología, pero un acuerdo con Tata Motors garantizaría la producción del AirPod para el mercado indio.
La compañía pretende producir, además del AirPod (vehículo personal), los siguientes modelos basados en su tecnología: OneFlowAir (microcoche), MiniFlowAir (subcompacto), CityFlowAir (monovolumen), MultiFlowAir (furgoneta).
En 2009, la india Tata Motors firmó un acuerdo con MDI para comercializar el motor de aire comprimido a partir de 2011, pero el proyecto se retrasó debido a los problemas técnicos causados por la limitada autonomía y las bajas temperaturas del motor.
Tata ha anunciado en mayo de 2012 que el proyecto ha superado su primera fase, consistente en la prueba del modelo conceptual y trabaja ya en la segunda fase: integrar el motor de aire comprimido en vehículos específicos y otras aplicaciones.
Honda se sirvió del LA Design Challenge 2010, evento sobre vehículos conceptuales de la feria del automóvil de Los Ángeles, para presentar un vehículo futurista propulsado por aire.
El motor se sirve de aire comprimido y un regulador neumático con aspiradoras turbo que toman aire externo para regenerar la presión del aire almacenado en el depósito y lograr así una autonomía de 160 kilómetros.
Honda no ha anunciado ningún plan con la tecnología desarrollada para este vehículo conceptual.
El manchego Miguel Celades Rex trabajó con Guy Nègre promoviendo la tecnología de aire comprimido de MDI. Celades y MDI mantienen una disputa sobre la tecnología de estos vehículos.
Celades creó la firma Air Car Factories para desarrollar su propio vehículo con motor frío de combustión externa, que la empresa de Daimiel Laboratorios Alba Montecristo demostró públicamente en 2008.
5. APUQ
La organización quebequesa APUQ (Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine) ha probado con éxito un motor de aire propulsado por una cuasiturbina, o motor rotatorio sin pistones desarrollado precisamente en Quebec.
La familia quebequesa Saint-Hilaire posee la mayoría de las patentes sobre este diseño, que ha sido propuesto para su aplicación en motores Stirling, bombas de extracción y motores neumáticos accionados por aire comprimido y vapor.
APUQ no pretende crear un vehículo comercial, sino demostrar la eficiencia de motor de aire comprimido neumático en pequeños vehículos utilitarios.
6. Engineair
Engineair es una empresa de Melbourne, Australia, que desarrolla pequeños vehículos industriales con motor de aire comprimido de diseño propio, así como un microcoche conceptual con aire deportivo y otras aplicaciones, desde motocicletas a pequeña maquinaria.
El motor de los vehículos Engineair tiene un único pistón rotatorio inventado por Angelo Di Pietro. Según la compañía, el diseño ha eliminado vibraciones, desgaste interno y fricción, mejorando el rendimiento y alargando la vida útil del motor.