Los coches eléctricos reducen las emisiones urbanas en más de un tercio, revela un nuevo estudio de ciclo de vida
En un estudio pionero que podría redefinir cómo las ciudades evalúan el verdadero impacto ambiental del transporte, investigadores de la Universidad de Chang’an han cuantificado —por primera vez— la huella completa de energía y carbono del tráfico vial urbano como un sistema integrado, combinando tanto la infraestructura como los vehículos. Los hallazgos son sorprendentes: cambiar de los coches tradicionales de gasolina a los vehículos eléctricos de batería (VEB) puede reducir la demanda total de energía fósil y las emisiones de gases de efecto invernadero de la red vial de una ciudad en más del 30 por ciento, sin necesidad de esperar a una electricidad más limpia o a avances revolucionarios en la química de las baterías.
El estudio, publicado en mayo en la Revista China de Ingeniería Automotriz, rompe con los enfoques convencionales que evalúan carreteras y vehículos de forma aislada. En su lugar, el equipo liderado por Fu Pei y el autor principal Chen Yisong modeló un tramo de 10 kilómetros de una arteria urbana en Xi’an a lo largo de una vida útil de 15 años, teniendo en cuenta no solo el asfalto, el cemento y la maquinaria de construcción, sino también cada componente de cada vehículo que circula por ella, desde el acero y el aluminio en el chasis hasta el cobre en el cableado y el litio en los paquetes de baterías. El resultado es una imagen holística de lo que realmente cuesta, en energía y emisiones, mantener el flujo del tráfico de una ciudad.
“Esto ya no se trata solo de los tubos de escape”, afirma Chen Yisong, profesor de la Escuela de Automóviles de la Universidad de Chang’an. “Las decisiones políticas basadas únicamente en las emisiones de escape de los vehículos son peligrosamente incompletas. Se podría pensar que se está ecologizando el transporte, pero si se ignora el carbono incorporado en la construcción de carreteras o las emisiones de la producción de baterías, se podría estar intercambiando un tipo de contaminación por otro, o peor aún, creando una deuda ambiental oculta”.
El escenario convencional de vehículos con motor de combustión interna (VCI) sirve como línea de base. Para un único segmento de carretera de 10 km que soporta 16.291 vehículos por día —representativo de un corredor urbano congestionado—, el consumo total de energía fósil del ciclo de vida alcanza la asombrosa cifra de 3.260 millones de megajulios (MJ), con emisiones de gases de efecto invernadero que totalizan 216 millones de kilogramos de CO₂ equivalente (CO₂-eq). Para ponerlo en perspectiva, eso equivale a las emisiones anuales de aproximadamente 47.000 hogares estadounidenses promedio.
Pero aquí es donde la narrativa cambia. Cuando la misma carretera alberga solamente VEB —mismo volumen de tráfico, misma infraestructura—, la demanda total de energía desciende a 2.200 millones de MJ, una reducción del 32,5 por ciento. Aún más impresionante, las emisiones de carbono se desploman a 138 millones de kg CO₂-eq, un recorte del 36,1 por ciento. Eso es más que las emisiones ahorradas al simplemente apagar los tubos de escape; es una ganancia de eficiencia a nivel de sistema.
¿Qué impulsa una mejora tan dramática? Según el modelo, la respuesta reside en la fase operativa, no en la fabricación. Si bien es cierto que producir un VEB hoy en día es más intensivo en energía y carbono que fabricar un VCI —principalmente debido a los materiales de las baterías como litio, cobalto y níquel, y la energía requerida para la formación de las celdas—, el estudio muestra que estos costos iniciales se ven ampliamente compensados durante la vida útil de 150.000 kilómetros del vehículo.
Bajo la combinación actual de la red eléctrica de China, que aún depende en gran medida del carbón, los VEB siguen siendo decisivamente más limpios en general. ¿Por qué? Porque la combustión interna es inherentemente ineficiente: aproximadamente del 65 al 70 por ciento de la energía de la gasolina se pierde como calor residual a través del motor y el escape. Los motores eléctricos, por el contrario, convierten más del 85 por ciento de la energía de la red en movimiento. Incluso con una fuente de energía con alto contenido de carbono, enchufar supera a quemar combustible de forma comparativa.
Los datos lo confirman. En el escenario VCI, la etapa de operación del vehículo representa un colosal 64 por ciento de las emisiones totales del ciclo de vida —casi todo por el CO₂ del escape—. Al cambiarlos por VEB, esa cifra se reduce a solo un 32 por ciento. Sí, las emisiones aguas arriba de la generación de electricidad aumentan, y la producción de baterías añade aproximadamente un 18 por ciento a la huella de fabricación del vehículo, pero el efecto neto sigue siendo una ganancia masiva.
Los híbridos cuentan una historia más matizada. Tanto los híbridos convencionales (HEC) como los híbridos enchufables (PHEV) muestran mejoras moderadas: los HEC reducen las emisiones totales en aproximadamente un 27 por ciento, los PHEV en aproximadamente un 24 por ciento en comparación con los VCI. La brecha más pequeña de lo esperado entre HEC y PHEV puede reflejar patrones de uso en el mundo real: muchos propietarios de PHEV, sugieren estudios, rara vez los enchufan, conduciéndolos efectivamente como híbridos más pesados y complejos. Su batería y motor eléctrico adicionales añaden una carga de fabricación sin ofrecer los beneficios completos de la conducción eléctrica.
Luego está el caso atípico: los vehículos de pila de combustible de hidrógeno (VCH). En el panorama tecnológico y energético actual, los VCH aumentan las emisiones totales del sistema —en un aleccionador 25 por ciento sobre los VCI—. ¿El culpable? La producción de hidrógeno. Más del 95 por ciento del hidrógeno mundial actual es «gris», producido a partir de gas natural mediante reformado con vapor de metano (SMR), un proceso que emite casi 10 kg de CO₂ por cada kilogramo de H₂ producido. Incluso con suposiciones optimistas sobre la eficiencia del vehículo y la reducción de peso, las emisiones aguas arriba del hidrógeno empequeñecen cualquier ventaja en el escape.
“El resultado de los VCH no es un veredicto sobre la tecnología”, advierte Fu Pei, autor principal del estudio e ingeniero especializado en sistemas de hidrógeno. “Es una instantánea de la economía del hidrógeno actual. Si se produce H₂ mediante electrólisis utilizando excedentes de energía eólica o solar —’hidrógeno verde’—, la imagen cambia por completo. Pero, por ahora, escalar los VCH sin una descarbonización concurrente de la oferta de hidrógeno sería contraproducente para el medio ambiente”.
Los investigadores no se detuvieron en comparar tipos de vehículos. Realizaron extensos análisis de sensibilidad para probar cómo las variables del mundo real podrían alterar las conclusiones, y los resultados son instructivos para urbanistas y responsables políticos.
Primero, el volumen de tráfico. Intuitivamente, más coches significan más emisiones. Pero el estudio revela que cómo escalan las emisiones depende del tren motriz. Cuando el tráfico diario fluctúa en un ±10 por ciento, los sistemas basados en VCH muestran la oscilación proporcional más grande en emisiones (+9,2% / -9,2%), mientras que los sistemas VEB muestran la más pequeña (+8,4% / -8,4%). ¿Por qué? Porque los VEB desacoplan las emisiones operativas de la combustión directa de combustibles fósiles. Su perfil de emisiones es más estable, amortiguado por la intensidad media de carbono de la red. Los VCI y los VCH, ambos dependientes de insumos discretos de combustible fósil por milla, son más volátiles.
Segundo, la progresión tecnológica de los VCH. El equipo modeló tres escenarios futuros: reducción del consumo de hidrógeno (de 1,1 a 0,8 kg/100 km) y reducción del peso del vehículo (hasta un 35% de reducción de masa mediante composites avanzados y diseño). Incluso con estas mejoras agresivas —que representan un VCH de nivel 2035—, las emisiones totales del ciclo de vida solo bajan hasta alcanzar la paridad con los VCI. Para superar a los VEB, se necesitarían tanto vehículos ultraeficientes como hidrógeno verde a escala. Es un listón muy alto.
Finalmente, y quizás lo más relevante para las políticas a corto plazo, el equipo modeló escenarios de composición de la flota. Las flotas urbanas chinas actuales todavía están dominadas por VCI (~90%), con híbridos, enchufables y VEB representando participaciones de un solo dígito, y los VCH apenas registrando (<0,1%). Pero, ¿y si las ciudades aceleran la adopción? Los investigadores simularon tres trayectorias de transición plausibles:
- Escenario 1 (Corto plazo): Los VCI bajan al ~78%, los VEB suben al ~7%.
- Escenario 2 (Mediano plazo): Los VCI ~49%, los VEB ~19%.
- Escenario 3 (Ambicioso): Los VCI ~21%, los VEB ~34%, con híbridos y PHEV creciendo constantemente.
Los ahorros de emisiones son lineales y sustanciales: una reducción del 2,9 por ciento en el Escenario 1, subiendo al 11,8 por ciento en el Escenario 2, y un llamativo 20,2 por ciento en el Escenario 3. Cada VEB añadido a la flota aporta beneficios compuestos: no solo cero emisiones de escape, sino también un menor desgaste de las carreteras (frenado regenerativo más ligero), una menor demanda de refinación de petróleo y una disminución de los contaminantes atmosféricos locales como NOx y material particulado.
Lo que a menudo se pasa por alto —y lo que este estudio subraya poderosamente— es la asimetría entre las contribuciones de la carretera y los vehículos. De los 3.260 millones de MJ consumidos en la línea base VCI, un 77 por ciento proviene de los vehículos, y solo un 23 por ciento de la carretera en sí. Del mismo modo, los vehículos representan el 89,5 por ciento del total de CO₂-eq. Esto cambia por completo el guion de las iniciativas ecológicas convencionales centradas en la infraestructura. Plantar árboles junto a las autopistas o usar asfalto reciclado es loable, pero son retoques en los márgenes. El punto de apalancamiento real es el tren motriz.
“La carretera es un escenario; los vehículos son los actores”, dice Chen. “Puedes construir el teatro más sostenible del mundo, pero si la obra trata sobre el carbón, el espectáculo sigue siendo sucio. Nuestros datos indican que los recortes más rápidos y profundos provendrán de electrificar la flota, no de ajustes incrementales en las recetas del pavimento”.
Eso no significa descartar por completo la sostenibilidad vial. El estudio confirma que la construcción de carreteras es intensiva en carbono —especialmente el cemento (que emite ~830 kg CO₂ por tonelada) y el asfalto (~634 kg CO₂ por tonelada para grados modificados)—. Solo la fase de adquisición de materiales para la carretera de 10 km contribuye con casi 23 millones de kg CO₂-eq. El reciclaje y los aglutinantes alternativos (como cementos geopoliméricos o bio-betún) siguen siendo importantes. Pero su impacto es empequeñecido por las emisiones operativas.
Las implicaciones se extienden. Para los gobiernos municipales que redactan planes de acción climática, esta investigación aboga por priorizar la infraestructura de carga de VE, la electrificación de autobuses y los incentivos a la compra sobre proyectos puramente viales. Para los fabricantes de automóviles, valida el giro estratégico hacia los VEB —incluso mientras se cubren las espaldas con híbridos— como el camino más creíble hacia la movilidad de cero emisiones netas. Y para los inversores, resalta el riesgo sistémico de aferrarse a la combustión interna: a medida que la contabilidad del ciclo de vida se convierta en estándar en los informes ESG, las carteras con alto contenido de VCI pueden enfrentar una devaluación repentina.
Críticamente, el estudio también expone un punto ciego en las métricas políticas actuales. Muchas ciudades presumen de «zonas de bajas emisiones» que prohíben los vehículos diésel más antiguos, pero si esas zonas simplemente se llenan de coches de gasolina nuevos o híbridos ineficientes, la caída de emisiones a nivel de sistema es mínima. La verdadera descarbonización requiere ordenar vehículos de cero emisiones, no solo de «menores emisiones».
Además, la investigación desafía la noción de que los VEB son tan limpios como la red eléctrica. Sí, una red con alto contenido de carbón reduce su ventaja, pero, crucialmente, no la borra. Y las redes se están volviendo más limpias en todas partes. China añadió más capacidad solar y eólica en 2023 que el resto del mundo combinado. A medida que la red se descarboniza, los VEB se vuelven más limpios automáticamente, sin necesidad de ser reemplazados. Los VCI y los VCH que funcionan con hidrógeno gris, por el contrario, están bloqueados en sus perfiles de emisiones durante toda su vida útil.
También está el asunto de los co-beneficios que el modelo no captura: calles más silenciosas, menos enfermedades respiratorias por contaminantes del escape, menores costos de mantenimiento (menos partes móviles) y seguridad energética (la electricidad puede ser de origen nacional; el petróleo no). Estos son más difíciles de cuantificar pero vitales para la habitabilidad urbana.
Por supuesto, quedan desafíos. La obtención de materias primas para baterías —particularmente litio, cobalto y níquel— plantea preocupaciones legítimas sobre los impactos de la minería y la ética de la cadena de suministro. El estudio reconoce esto: los VEB exhiben un mayor «potencial de acidificación» y «toxicidad humana» en su fase de fabricación, largely ligado a la minería y refinación. Pero los autores argumentan que estos son manejables mediante estrategias de economía circular: reciclaje robusto de baterías (recuperando >90% de los metales clave), químicas de próxima generación (por ejemplo, el fosfato de hierro y litio —LFP—, ya dominante en China, reduce la demanda de cobalto a cero) y estándares de abastecimiento responsable.
La alternativa —seguir con los VCI— simplemente intercambia un conjunto de problemas por otro: dependencia geopolítica del petróleo, precios volátiles del combustible y daños climáticos irreversibles.
Mirando hacia el futuro, los investigadores planean expandir el modelo. Los próximos pasos incluyen incorporar la integración vehículo-a-red (V2G) —donde los VEB estacionados devuelven energía a la red durante la demanda máxima, convirtiendo efectivamente a la flota en una red de almacenamiento de energía distribuida— y modelar el impacto de la conducción autónoma en la eficiencia del flujo de tráfico y el uso de energía.
Pero por ahora, el mensaje es claro, basado en datos y urgente: la electrificación no es un ideal futurista. Es la herramienta más efectiva que tienen las ciudades ahora mismo para reducir la huella de carbono de sus sistemas de transporte. Y cuanto antes se acelere la transición, más profundos serán los recortes.
A medida que la población urbana crece —el 68 por ciento de la humanidad vivirá en ciudades para 2050, frente al 56 por ciento actual—, las consecuencias no podrían ser mayores. Las carreteras congestionadas, contaminadas e intensivas en carbono son un sistema heredado que las ciudades ya no pueden permitirse. Este estudio proporciona la columna vertebral empírica para una visión diferente: arterias urbanas silenciosas, limpias y eficientes, zumbando no con combustión, sino con electrones.
El camino hacia las cero emisiones netas no está pavimentado con buenas intenciones. Está pavimentado con electrones y, según esta rigurosa contabilidad del ciclo de vida, así es exactamente como debería ser.
Fu Pei, Cai Xu, Liu Junzhe, Lan Libo, Yang Yang, Chen Yisong Escuela de Automóvil, Universidad de Chang’an, Xi’an 710064, China; Facultad de Ingeniería de Transporte, Universidad de Chang’an, Xi’an 710064, China Revista China de Ingeniería Automotriz, Vol.13, No.3, Mayo 2023 DOI: 10.3969/j.issn.2095‒1469.2023.03.14