Cómo los ingenieros civiles están desarrollando un innovador prototipo de autopista con carga de vehículos eléctricos

El 1 de mayo se iniciarán obras en un tramo de un cuarto de milla de la autopista que se utilizará para probar la transferencia de energía inalámbrica a un camión eléctrico de servicio pesado. (Imagen: Universidad de Purdue/Greta Bell)

Esa es exactamente la pregunta que un equipo de ingenieros civiles y científicos de la Universidad de Purdue en Indiana, EE.UU., están respondiendo como parte de la Iniciativa de Promoción de la Sostenibilidad a través de Infraestructura Energética para la Electrificación de Carreteras (ASPIRE) de la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU., que es parte del programa del Centro de Investigación de Ingeniería del grupo.

La idea es simple: construir un sistema de carga eléctrica en carretera que mantenga de forma inalámbrica la carga de la batería de un vehículo eléctrico hasta el tamaño de un semirremolque.

Se trata de un producto denominado Proyecto de Transferencia Dinámica de Energía Inalámbrica (DWPT), que ya existe en formato estacionario para los usuarios finales.

John Haddock, profesor de ingeniería civil en Purdue que dirige el papel de la escuela en el proyecto, dice: "Puedes comprar la tecnología para carga estacionaria; puedes poner uno en tu garaje de modo que cuando lo cubras con la cubierta, cargaría tu auto y no tendrías que enchufar nada".

Haddock dijo que su equipo está tomando ese concepto y haciéndolo dinámico al incorporarlo en carreteras para que vehículos tan grandes como semirremolques, que circulan a 65 millas por hora (105 km/h), puedan mantener la carga.

“Esto significa que los coches, mientras circulan por la carretera, podrían recibir una carga del sistema”, explica, señalando que utiliza un campo magnético para transferir energía eléctrica. “El sistema es un sistema inductivo”.

Haddock aclara que la tecnología probablemente no sería lo suficientemente potente como para aumentar la carga del vehículo, pero evitaría una descarga mientras se usa la carretera eléctrica.

El profesor de la Universidad de Purdue John Haddock (izquierda) y el estudiante de posgrado Oscar Moncada examinan una losa de pavimento de hormigón con tecnología de transferencia de energía inalámbrica. La máquina de la parte trasera fue diseñada para imitar la mitad del eje de un camión semirremolque para probar la funcionalidad del prototipo. (Imagen: proporcionada por Consensus Digital Media)

“El sistema [podría] cargar la batería en vehículos más pequeños”, especula Haddock, diciendo que una camioneta como la Ford F-150 Lightning podría en realidad aumentar su autonomía mientras conduce por autopistas con carga.

Purdue, junto con el fabricante estadounidense de motores y generadores de energía Cummins, el Departamento de Transporte de Indiana (InDOT), la consultora de infraestructura estadounidense AECOM, los ingenieros PC Krause and Associates y el contratista White Construction colaboraron en el proyecto, cuya construcción comenzó el 1 de abril. Una vez que se complete la construcción del prototipo, se realizarán pruebas hasta el otoño de 2024.

Utilizando la misma ciencia que usan los teléfonos inteligentes para cargarse de forma inalámbrica cuando se colocan en una plataforma de aterrizaje, el prototipo está ubicado en un pequeño tramo de carretera en las autopistas estadounidenses 231 y 52 en West Lafayette, Indiana, EE.UU.

La tecnología de carga fue diseñada para poder adaptarse a las redes de carreteras existentes.

Con el tiempo, el InDOT planea construir un banco de pruebas de un cuarto de milla (0,4 km) de largo para probar específicamente la capacidad del hormigón para cargar camiones pesados a 200 kW y más, según Purdue. Sin embargo, la evaluación no será para usuarios públicos, ya que la carga solo se activará durante los períodos de prueba.

Viabilidad económica 'especulativa'

Si bien es demasiado pronto para sugerir que las carreteras con carga de vehículos eléctricos serán un elemento básico del futuro de Estados Unidos, el proyecto DWPT tiene un potencial significativo si alguna entidad o municipio puede entender los aspectos económicos.

“Esta tecnología funcionará”, afirma John Kresse, director de tecnologías híbridas y de electrificación de Cummins, “pero la viabilidad económica es altamente especulativa”.

Cummins proporcionará el camión eléctrico a batería que se utilizará para probar el DWPT. El vehículo se integrará con el sistema de carga de Purdue para controlar mejor las capacidades de carga.

En un proyecto piloto que se espera que comience en 2025, las bobinas negras que aparecen en primer plano en esta foto se utilizarán para transferir energía al camión eléctrico Cummins de servicio pesado que aparece en el fondo. (Imagen: Universidad de Purdue/Greta Bell)

Haddock, de Purdue, sugirió que un modelo similar al de las autopistas o las autopistas de peaje podría resolver el problema de los dólares y los centavos: los conductores pagan para acceder a la capacidad de carga y se les cobra por uso.

Sin embargo, en las primeras etapas hay (comprensiblemente) más preguntas que respuestas.

“¿Se puede implementar de manera rentable y se utilizará para recuperar esos costos? ¿Se puede hacer que el 'costo de transferencia de energía' para los operadores de flotas sea relativamente comparable al de la carga por cable?”, pregunta retóricamente Kresse.

Si se puede lograr valor, “puede brindar un beneficio tremendo al permitir que un camión eléctrico a batería alcance una gran autonomía, [elimine o reduzca] los tiempos de espera asociados con la carga y [reduzca] el tamaño de la batería”, responde.

Haddock afirmó que el concepto DWPT se emplearía mejor en autopistas con mucho tráfico, particularmente aquellas con mucho tráfico de mercancías y de larga distancia.

“No todas las carreteras lo necesitarían”, dice Haddock. “La única forma en que podría ser rentable es si está diseñado para camiones pesados, [y] no todos los pavimentos lo necesitarían; no en toda su longitud”.

Haddock añade que, mirando hacia el futuro, sería prudente que un Departamento de Transporte estatal implementara la tecnología de manera escalonada.

“Quizás lo tengas durante diez millas (16 km) y luego no tengas nada durante veinte millas (32 km)”, ofreció Haddock.

Kresse señala una investigación que sugiere que solo el 20% de las autopistas interestatales de EE. UU. necesitarían tener la tecnología para tener un impacto.

“La industria no requerirá que el 100% de las autopistas tengan transferencia de energía inalámbrica dinámica”, confirma, y señala que, aun así, es una iniciativa de alto costo del 20%.

Sin embargo, cualquiera que sea el precio dentro de una década o más, no disminuye el potencial, y el DOT de Indiana espera con impaciencia un futuro de carreteras inalámbricas con carga automática.

“Si tiene éxito, se abrirá una ventana de oportunidad para una mayor innovación, que se discutirá una vez finalizada la prueba piloto”, dice InDOT.

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