¿No debería estar termodinámicamente en desventaja un coche eléctrico frente a uno con motor de combustión?

Tengo el mayor respeto por el trabajo del Rocky Mountain Institute, pero esta publicación reciente en el blog provocó mi escepticismo general hacia los autos eléctricos, o más específicamente, su eficiencia de combustible. Así es como el RMI calcula el reembolso de un Nissan LEAF:

Comparación RMI de coches eléctricos

Supongo que sus cifras de mpg y kWh/mi, así como los respectivos precios del combustible, son sólidos. Entonces, un ahorro de costos de casi el 75% en el combustible indica una eficiencia de combustible muy superior del automóvil eléctrico. Esto me parece muy contrario a la intuición, ya que pensaría que producir la electricidad, transportarla y almacenarla y luego usarla para impulsar las ruedas pierde mucha energía en el camino, en comparación con pasar directamente de la energía térmica a la cinética.

Ahora bien, si usáramos el mismo tipo de combustible para impulsar el eje de la planta de energía y el del motor del automóvil, supongo que el motor grande de la planta de energía podría construirse de manera más eficiente, pero me cuesta imaginar que esto compensa todas las pérdidas de distribuir la energía de la planta de energía a través de cables y baterías.

Por el contrario, si tomamos el automóvil eléctrico y reemplazamos solo su motor con el motor de combustión más eficiente que tenemos, ¿mostraría eso la misma superioridad sobre los automóviles convencionales, lo que significa que la ventaja del automóvil eléctrico no es la tecnología del motor sino que generalmente es más eficiente?

Intuitivamente, pensaría que distribuir el combustible y generar energía en el automóvil tiene más sentido termodinámico.

Tenga en cuenta que soy muy consciente del hecho de que podría haber otras razones para los automóviles eléctricos (menos contaminación local, capacidad de usar cosas como turbinas eólicas como fuente de energía, etc.). Pero centrándonos únicamente en el análisis de combustible a movimiento, ¿no son los coches eléctricos mucho menos eficientes?

Dado que la comparación es financiera, ¿cuáles podrían ser las razones de la gran diferencia de precio, si la eléctrica realmente es menos eficiente termodinámicamente?

Realmente suena más como si hubiera una pregunta para Physics.se aquí que para Skeptics.
"...si usáramos el mismo tipo de combustible para impulsar el eje en la central eléctrica y el del motor del automóvil..." Creo que este es el quid de la cuestión. El costo de generar una determinada cantidad de energía a partir de una planta eléctrica de carbón (generalmente) es mucho más bajo que el costo de la energía de la gasolina que ha sido refinada, transportada a una estación y vendida al consumidor.
El combustible rara vez es el mismo y la combustión interna no usa calor para impulsar sus maquinaciones. Utiliza diferenciales de presión impulsados ​​por explosiones. Si el ICE fuera significativamente más eficiente de lo que es ahora, estaría en lo correcto. Tal como está, pierde mucha energía al convertir la gasolina en energía cinética.
Al menos aquí en Alemania, alrededor del 55% del precio de la gasolina son impuestos, en comparación con alrededor del 25% de la electricidad. Ese sería un factor bastante importante en esta comparación, y totalmente ajeno a la eficiencia "real".
Se afirma que la economía de combustible del Nissan Leaf es equivalente a 99 MPG - fueleconomy.gov/feg/noframes/32154.shtml
Vea también mi publicación sobre sustentabilidad.SE , que también aborda el llamado problema de eficiencia del pozo a las ruedas .
Es difícil comparar estos vehículos porque los vehículos eléctricos e híbridos están fuertemente subsidiados a nivel federal y estatal. Además, no conocemos los márgenes que el fabricante acepta en estos autos, los EV pueden venderse con poca ganancia o con pérdidas para elevar su reputación "ecológica" o evitar una penalización por combustible CAFE para la marca. También importa la fuente de electricidad que alimenta la red a la que se conecta el EV/Hybrid.
@geoO Aunque en el último punto es discutible que mejorar la producción de electricidad solo requiere la construcción de unas pocas (relativas) nuevas plantas de energía grandes y todos los autos eléctricos existentes se beneficiarán retroactivamente; incluso si se descubriera una nueva forma radical de mejorar la eficiencia de la gasolina, es probable que todos los autos existentes todavía necesiten mejorar sus motores para aprovecharla...

Respuestas (2)

La respuesta corta es que no, los autos eléctricos definitivamente no tienen una desventaja termodinámica en comparación con un motor de combustión . Todo lo contrario, tienen la ventaja.

Los automóviles eléctricos son aproximadamente 4 veces más eficientes que los motores de combustión de combustibles fósiles, del tanque a la rueda: la eficiencia del motor ICE es de alrededor del 20%. Los motores eléctricos suelen rondar el 80-90% . Y los precios del combustible en el artículo son precios del tanque, por lo que el tanque a la rueda es la medida correcta en este caso. Si estuviera interesado en la eficiencia energética de ciclo completo (que no es a lo que se refiere su reclamo vinculado), entonces la eficiencia que busca sería la eficiencia energética, y luego sería muy sensible a cómo sería su electricidad. generado.

Para obtener información detallada sobre el consumo de energía de los automóviles eléctricos, fósiles y de hidrógeno, consulte este artículo de George Wallis de Claverton Energy Group (pdf, 317kb).

Tenga en cuenta que casi todos los autos eléctricos se benefician del frenado regenerativo, y muy pocos autos fósiles lo hacen.

Las eficiencias dependen del ciclo de manejo: y mientras que los ICE tienden a optimizarse para velocidades de alrededor de 85 km/h, la eficiencia de los autos eléctricos disminuye al aumentar la velocidad, tal como lo haría esperar la física central:

ingrese la descripción de la imagen aquí

(fuente)

Para obtener más información sobre las eficiencias de la estación de energía a la rueda de los vehículos eléctricos, sobre lo que pregunta, pero que no es a lo que se refiere la afirmación que ha citado, consulte el sitio de economía de combustible del gobierno de EE . UU.

Y por favor acérquese al nuevo Sustainability Stack Exchange donde también respondemos este tipo de preguntas.

Respuesta útil, ¡y gracias por señalarme el SE de sostenibilidad!
Gracias, la eficiencia de los dos tipos de motores era el eslabón perdido en mi imagen. Además, sí, la sostenibilidad SE me será útil.
¿No sería la respuesta corta "no", no "sí", dada su información? La pregunta es si los autos eléctricos están en desventaja de eficiencia.
También vale la pena señalar que la producción de gasolina también consume energía en forma de electricidad y gas natural. En estados como California que usan gas natural para producir electricidad, es casi cierto que los ahorros en la producción de gasolina podrían impulsar sus autos eléctricos.
¿Por qué la respuesta aquí no habla de que la densidad de energía de la gasolina es 100 veces mejor que la de una batería? Esto hace que su energía almacenada en un automóvil eléctrico sea mucho más pesada, la compensación que los diseñadores suelen elegir es la distancia por 'tanque'. en.wikipedia.org/wiki/Energy_density
@daniel porque eso es completamente irrelevante para la pregunta específica que se hizo. No hacemos una discusión general sin sentido aquí, prueba reddit para eso. Hacemos respuestas específicas a preguntas específicas que se refieren a afirmaciones notables específicas.
@EnergyNumberse no conoce las desventajas de cargar una batería grande en un automóvil, un Tesla nuevo pesa bastante y recorre aproximadamente la mitad de la distancia que un automóvil normal que quema gasolina en un tanque. Desde una perspectiva termodinámica, estoy eligiendo entre 40 kg de gasolina o 40 kg de baterías para introducir en mi sistema para resolver el problema de viajar, y la gasolina me permite viajar mucho más lejos.
@EnergyNumbers Incluso admitiré que un híbrido puede ser 1,5 veces más eficiente que un auto normal en un buen día, pero estamos hablando de autos eléctricos. Los motores eléctricos son excelentes en lugares donde los vemos usados, tranvías, acondicionadores de aire de fábricas. Pero todos estos tienen la ventaja de una conexión permanente a la red que un automóvil no tiene.
@daniel: Un automóvil eléctrico no necesita en ninguna parte la densidad de energía que necesita un automóvil de gasolina, ya que un automóvil eléctrico no desperdicia casi toda su energía almacenada expulsando aire caliente por el radiador y el tubo de escape.

Entro en esta discusión unos años tarde, pero quería abordar un problema que otros no han abordado:

Hablas de la termodinámica de un motor de gasolina sobre un motor eléctrico. Aquí está la física de por qué los motores eléctricos son más eficientes que los motores de gasolina:

En términos más simples, un motor de gasolina toma energía química (la gasolina), la convierte en calor al quemarla y luego convierte ese calor en energía mecánica. En general, cada vez que haces una conversión entre formas de energía, estás perdiendo parte de esa energía debido a la entropía. En particular, la energía térmica es una forma de energía muy desorganizada y es muy difícil convertirla directamente en otras formas de energía. Tampoco puede consumir toda la energía del calor convirtiéndolo en energía mecánica y, como resultado, gran parte del calor se desperdicia. Esto es más obvio por la necesidad de un motor de gasolina de un radiador: ahí es donde el calor residual se vierte en el aire.

La energía eléctrica, por el contrario, está muy organizada. Es fácil convertir electricidad directamente en energía mecánica con un electroimán empujando contra otro electroimán, y se desperdicia muy poca energía en forma de calor en el proceso. Solo hay una conversión de energía: de electricidad a energía mecánica, en lugar de dos como en un motor de gasolina, y el proceso no implica la generación intencional de calor (que deberá eliminarse con un radiador) para ser utilizado en una segunda conversión a energía mecánica.

Como resultado de estas diferencias, los motores eléctricos tienen una eficiencia de alrededor del 85-95 % en la conversión de energía eléctrica en energía mecánica, mientras que los motores de gas tienen solo (como máximo) un 35 % de eficiencia , y los motores diésel tienen una eficiencia de alrededor del 45 % , termodinámicamente hablando.

Si quisiera ver el resto de la cadena de suministro de energía, obviamente hay otros factores en juego, pero incluso así, la producción de electricidad y gasolina es altamente eficiente, aunque con sus propias pérdidas. Cualquiera que quiera argumentar a favor de la máxima eficiencia de cualquier combustible fósil, sin embargo, sería instantáneamente rechazado por la eficiencia de convertir directamente los rayos del sol en electricidad con paneles solares con casi cualquier eficiencia, en lugar de tomar la ruta de convertir los rayos del sol en la materia vegetal, dejando que la mayor parte se pudra y libere su energía de nuevo en el suelo, agregando unos cientos de millones de años al 1% restante y almacenándolo cuidadosamente bajo tierra por el tiempo que dure.

La máxima eficiencia de la producción de combustibles fósiles es asombrosamente terrible y requiere mucho tiempo.

La pregunta realmente no es sobre la eficiencia de un motor eléctrico frente a un motor de gasolina. Se trata de generar, transmitir, almacenar y usar electricidad versus gasolina en un automóvil. En su mayor parte, en algún lugar de esa cadena en el lado eléctrico todavía estamos quemando combustible fósil para generar electricidad, pero está en una planta de energía a gran escala que es mucho más eficiente y usa combustible mucho más barato que el motor de gasolina.
Proporcione algunas referencias para respaldar sus afirmaciones. Su experiencia no es suficiente para ser convincente aquí.
En la pregunta, se pregunta por qué es más eficiente pasar de combustible fósil -> electricidad -> transmisión -> almacenamiento de batería -> motor eléctrico -> rueda, que combustible fósil -> transporte -> almacenamiento en tanque de combustible -> combustión interna motor -> rueda. Solo aborda la última conversión en la respuesta.
El calor no tiene nada que ver con el funcionamiento de un motor de combustión. El gas expansivo sí; el calor es un subproducto. De hecho, el sobrecalentamiento es un problema grave, por lo que parte de la energía mecánica se dedica a bombear refrigerante, no a mover las ruedas. Es por eso que un automóvil todavía funciona bien cuando lo enciende. No tienes que esperar a que nada se caliente antes de poder obtener energía cinética de él.
@fredsbend: combinar un mol de C7H16 con once moles de O2 producirá siete moles de CO2 y ocho moles de H2O. Por lo tanto, habría un aumento del 20 % en el producto fotovoltaico debido a cambios en la composición molecular, pero eso palidece en comparación con la diferencia de temperatura entre el gas en el pistón en cada punto de la carrera de compresión y su temperatura en el punto correspondiente. en el golpe de potencia.
@supercat No entiendo el punto que estás diciendo. Los ICE ciertamente generan mucho calor, pero eso es un subproducto de la carrera de compresión. El ICE está diseñado para utilizar la carrera de potencia, es decir, la expansión.
@fredsbend: si las reacciones que convierten C7H16 y 11O2 en 7CO2 y 8H20 no produjeran calor, sino que ocurrieran instantáneamente en la parte superior de la carrera de compresión, la energía máxima que podría sacarse del sistema durante la la carrera de potencia sería solo un 20% mayor que la cantidad que se introdujo a través de la carrera de compresión. La mayor parte de la energía que se produce en la carrera de fuerza se produce como consecuencia del hecho de que la quema de combustible produce calor. Menos de la mitad de la energía térmica se convierte en energía mecánica, pero la mayor parte de la energía mecánica...
...es energía calorífica convertida. La razón por la que los automóviles arrancan rápidamente es que la combustión calienta directamente el fluido de trabajo sin tener que calentar primero las paredes de un intercambiador de calor. Si la energía mecánica no fuera el resultado de una convención de calor, ¿por qué medios se produciría?
¿No debería estar termodinámicamente en desventaja un coche eléctrico frente a uno con motor de combustión?
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