Los vehículos eléctricos (VE) son una vía clave para descarbonizar el sector del transporte. Sin embargo, los materiales que se utilizan en ellos suelen ser objeto de escrutinio por lo que respecta a su sostenibilidad. Cuantificar objetivamente la sostenibilidad es muy difícil debido a su dependencia de múltiples factores, pero no cabe duda de que ciertas tecnologías, materiales y prácticas pueden ser más o menos sostenibles que otras.

Como parte fundamental del tren motriz de un vehículo eléctrico, también es importante tener en cuenta la sostenibilidad de los diseños de los motores eléctricos a la hora de analizar la naturaleza sostenible de un vehículo. El informe de IDTechEx «Electric Motors for Electric Vehicles 2025-2035: Tecnologías, materiales, mercados y previsiones», predice la necesidad de más de 160 millones de motores eléctricos al año para 2035. El objetivo de este artículo es analizar algunos de los factores clave y las compensaciones que deben hacerse en el diseño de motores eléctricos si el objetivo final es la sostenibilidad.

El impacto de la elección de materiales

En la gran mayoría de los casos, los materiales utilizados en el estator de los motores eléctricos del mercado de los vehículos eléctricos son muy similares, con laminados de acero y bobinados de cobre. La principal diferencia radica en los materiales del rotor. Los motores de imanes permanentes de tierras raras constituyen la mayor parte del mercado, y IDTechEx ha descubierto que tienen una cuota de mercado del 85% en los coches eléctricos para 2023.

De los materiales considerados para los motores eléctricos (acero, aluminio, cobre), por kg, las tierras raras tienen el mayor impacto medioambiental si se tiene en cuenta el potencial de agotamiento de la capa de ozono, calentamiento global, acidificación, eutrofización y creación de ozono fotoquímico. Aunque representan una cantidad relativamente pequeña del motor (menos de 1-2 kg), los motores que contienen tierras raras tienden a tener un mayor impacto en el medio ambiente por kW de potencia en comparación con las alternativas sin tierras raras, a pesar de que los motores sin imanes suelen requerir mayores cantidades de otros materiales como el cobre. Sin embargo, los motores sin imanes pueden requerir otros pasos de fabricación que podrían aumentar el consumo de energía en la fabricación.

Figura 1: Análisis de IDTechEx sobre el impacto medioambiental de los materiales de varios motores comerciales para vehículos eléctricos. Fuente: IDTechEx

Aumentar la densidad de potencia y la eficiencia para mejorar la sostenibilidad

En pocas palabras, un motor más eficiente significa que se desperdicia menos energía en la propulsión del vehículo. Esto significa que se utiliza menos electricidad de la red, lo que, dependiendo de la red, podría ser significativo para reducir la producción de CO2. Además, un motor más eficiente permite utilizar una batería más pequeña para lograr la misma autonomía, lo que reduce el uso de materiales y el impacto ambiental del sistema de baterías.

El otro aspecto es la densidad de potencia. Un motor con mayor densidad de potencia utilizará menos materiales para alcanzar la misma potencia. Tomando un ejemplo extremo de alta densidad de potencia con un motor de flujo axial, los jugadores entrevistados por IDTechEx han afirmado que se puede alcanzar una potencia de 190 kW con menos de 1,2 kg de imanes o ~6,3 gramos/kW. Compárese con un motor moderno de flujo radial, que pesa unos 10 gramos/kW.

¿Necesitamos más motores?

La investigación de IDTechEx ha encontrado que el número medio de motores utilizados por BEV en 2023 fue un 13% mayor que en 2015, a medida que se despliegan más vehículos con variantes de motor doble, triple y cuádruple. Por supuesto, tener más motores en un vehículo aumentará la utilización de materiales, no solo para el motor, sino también para todos los componentes electrónicos y de gestión térmica asociados.

Cabe preguntarse: ¿cuántos consumidores necesitan realmente más de un motor? No cabe duda de que es un buen lujo, y los fabricantes de automóviles suelen preferir vender estos vehículos de mayor especificación que ofrecen un mayor margen de beneficios. Esto reduce la sostenibilidad del vehículo; sin embargo, si significa que más gente está dispuesta a comprar un BEV, puede considerarse un paso en la dirección correcta para el medio ambiente en general. IDTechEx cree que un paso clave para revitalizar el crecimiento del mercado de los VE será la disponibilidad de modelos de bajo coste (especialmente en Europa) que probablemente contarán con una solución de un solo motor para mantener los costes bajos.

¿Qué importancia tiene la sostenibilidad?

La sostenibilidad es un objetivo central de la mayoría de las empresas modernas, muchas de las cuales tienen objetivos de cero emisiones netas en un futuro no muy lejano y departamentos enteros dedicados a reducir el impacto medioambiental de la empresa. A medida que los fabricantes de automóviles intentan hacer más rentables los vehículos eléctricos, que serán un factor importante en la descarbonización del transporte por carretera, la sostenibilidad de los componentes de los vehículos eléctricos quedará a menudo por detrás de factores como el rendimiento, la eficiencia y el precio. Además, a menudo se presta más atención a los materiales de las baterías, y con razón, dadas las cantidades utilizadas en comparación con los motores. Esto se refleja en las primeras normativas, como el pasaporte de baterías en Europa, que exige que se informe de la huella de CO2 de la batería. La mayor parte de la atención inicial a la sostenibilidad se centrará en este ámbito, pero en el futuro, el motor podría resultar una vía importante para mejorar la sostenibilidad de los vehículos.

IDTechEx prevé que se necesitarán más de 160 millones de motores eléctricos para el mercado de los vehículos eléctricos en 2035, y que aproximadamente el 30% del mercado de la automoción utilizará tecnologías sin tierras raras en ese mismo año.

Autor: Autor: Dr. James Edmondson, Director de Investigación de IDTechEx