Materiales Clave en la Fabricación de Autos

La fabricación de automóviles es un proceso intensivo en recursos, que requiere una cantidad sustancial de materias primas obtenidas de todo el mundo. Su recorrido desde la extracción hasta tu entrada es complejo, y a medida que se necesitan metales más específicos para las baterías de los vehículos eléctricos (VE) y otras características sofisticadas, se vuelve aún más complicado. Comprender qué se necesita para fabricar los automóviles actuales implica primero analizar las diversas formas en que impulsamos nuestros vehículos, ya que esto afecta muchas de las materias primas necesarias.

La industria automotriz consume materias primas de todo el mundo en la producción de coches y autopartes. El acero, el caucho, los plásticos y el aluminio son las cuatro materias primas más comunes que se encuentran en los coches. La industria automotriz depende en gran medida de los productos petrolíferos, no solo para la gasolina en los automóviles con motores de combustión interna (ICE), sino también para sintetizar plásticos y otros materiales sintéticos. El auge de los vehículos eléctricos (VE) ha centrado la atención en las fuentes de materiales para sus baterías. Este sector utiliza más materias primas que casi cualquier otra industria.

Comprendiendo qué hay en tu coche

Los materiales seleccionados para los automóviles deben ser relativamente económicos, estar disponibles en las vastas cantidades necesarias para la producción en masa, cumplir con las normas regulatorias que pueden abarcar varios continentes, adherirse a las pautas de sostenibilidad de las empresas automotrices y resistir velocidades exigentes y posibles colisiones. A medida que algunos fabricantes de automóviles se parecen más a empresas de tecnología y el cambio climático obliga a aumentar la eficiencia del combustible, los automóviles se han vuelto cada vez más complejos.

Tipos de vehículos y sus materiales

La elección del sistema de propulsión impacta directamente en los materiales necesarios para la fabricación del vehículo:

• Vehículos Eléctricos de Batería (BEVs): Impulsados completamente por electricidad, almacenada en baterías (típicamente de iones de litio). Utilizan motores eléctricos y paquetes de baterías para la propulsión; no hay combustión interna. La producción de BEVs emite 8.8 toneladas métricas de CO₂, 43% debido a la producción de la batería.
• Vehículos Eléctricos de Pila de Combustible (FCEVs): Impulsados por gas hidrógeno utilizado en una pila de combustible para producir electricidad. La energía almacenada como hidrógeno se transforma en electricidad mediante una pila de combustible. Solo emiten vapor de agua; cero gases de efecto invernadero desde el vehículo. El CO₂ de la fabricación es similar al de los vehículos ICE.
• Vehículos Eléctricos Híbridos (HEVs): Combinan un motor de combustión interna tradicional con un motor eléctrico, pero a diferencia de los PHEVs, no se pueden enchufar para recargar. La batería eléctrica se puede recargar mediante el motor de combustión interna y, a veces, mediante frenado regenerativo. Generalmente emiten menos CO₂ que los ICE.
• Vehículos con Motor de Combustión Interna (ICE): Utilizan gasolina o diésel, producidos a partir de petróleo crudo. La combustión del combustible genera energía. La fabricación de un vehículo ICE promedio produce 5.6 toneladas de CO₂. También emiten dióxido de carbono y otros contaminantes debido a la combustión.
• Vehículos Eléctricos Híbridos Enchufables (PHEVs): Combinan un motor de combustión interna con una batería eléctrica que se puede recargar enchufándola a una fuente de energía externa. Pueden cambiar entre el motor eléctrico y el motor de combustión interna. Menos emisiones que los ICE en modo eléctrico; producen emisiones al usar el motor de combustión. Generalmente producen más CO₂ durante la fabricación que los ICE tradicionales.

La aparición de vehículos eléctricos e híbridos ha introducido una mayor dependencia de materiales como el litio, el cobalto y el níquel para las baterías, mientras que los vehículos ICE y HEV aún requieren platino y paladio para los convertidores catalíticos y dependen en gran medida de productos petrolíferos.

Materias Primas Esenciales en la Fabricación de Automóviles

Desde sus inicios, la industria automotriz ha sido un ejemplo de manufactura moderna y globalizada y de abastecimiento de materias primas. La cadena de suministro automotriz abarca varios continentes, con países como Australia, China, Rusia, EE. UU. y varios otros desempeñando papeles importantes para la mayoría de los materiales necesarios para los vehículos actuales.

La disponibilidad de materias primas para automóviles a menudo está dictada por la geografía y la volatilidad geopolítica de la cadena de suministro. Se recurre a metales más especializados a medida que cambian las necesidades de fabricación, lo que incorpora aún más países a la cadena de suministro automotriz global. Por ejemplo, los elementos de tierras raras provienen predominantemente de China, mientras que países como Indonesia y Filipinas son cruciales para el níquel, esencial en la producción de baterías para VE. Los precios y la demanda de materiales como el paladio, el platino y el litio son extremadamente volátiles, y la estabilidad política, las políticas comerciales y las relaciones internacionales impactan significativamente en la cadena de suministro. Problemas como las tensiones comerciales pueden interrumpir el flujo de materiales, e incluso problemas locales como una huelga sindical o una crisis política regional pueden afectar la producción y los precios a nivel mundial.

Los efectos ecológicos de la obtención y procesamiento de estos materiales, como la extracción de litio o cobalto, han puesto la sostenibilidad y el abastecimiento ético en primer plano para la industria y el público en general. El sector enfrenta muchos desafíos y cambios, incluyendo equilibrar la eficiencia y la rentabilidad con la responsabilidad ambiental y las prácticas éticas. Esto significa no solo buscar fuentes de materiales de manera más sostenible, sino también trabajar para garantizar que se utilicen mejores prácticas cuando los automóviles ya no sean aptos para conducir. Hoy en día, el resultado final es que el 86% de las materias primas discutidas aquí se reciclarán para uso futuro.

Materiales Clave y su Uso

A continuación, detallamos algunos de los materiales más importantes utilizados en la fabricación de automóviles:

• Aluminio: Fuentes principales: Guinea, Australia, Vietnam y Jamaica. Se encuentra en: Bloques de motor, carcasas de transmisión, ruedas y partes de la carrocería de todo tipo de vehículos. El bauxita, el mineral primario del aluminio, y la alúmina se utilizan para producir aluminio. Año tras año, se está convirtiendo en el metal dominante en los coches debido a su maleabilidad y naturaleza ligera, adecuada para aumentar la eficiencia del combustible o extender la autonomía de la batería de los VE. Ha reemplazado al acero y al hierro en la construcción de muchas piezas críticas. En 1975, solo se utilizaban 84 libras de aluminio en un coche típico. En 2020, la cifra era de aproximadamente 466 libras, con expectativas de la industria de que alcance las 565 libras para 2030.
• Cobalto: Fuentes principales: República Democrática del Congo, Indonesia, Australia y Filipinas. Se encuentra en: Baterías para BEVs y PHEVs. La RDC domina, produciendo aproximadamente el 73% del suministro mundial de cobalto. Su uso más destacado en automóviles es para las baterías de iones de litio en vehículos eléctricos, ya que es un material clave en sus cátodos. Además de las baterías, el cobalto es un elemento de aleación para varias piezas de automóviles, especialmente aquellas que deben resistir condiciones extremas.
• Cobre: Fuentes principales: Chile, Perú, China y EE. UU. Se encuentra en: Cableado eléctrico, electrónica, sistemas informáticos en todo tipo de vehículos; arrancadores en ICE, PHEVs y FECVs. La conductividad del cobre es esencial para los sistemas eléctricos del vehículo, proporcionando una distribución eficiente de la energía y el funcionamiento de la electrónica compleja. Por lo tanto, se utiliza para operar todo, desde la radio hasta los sistemas de navegación y las cámaras de visión trasera.
• Fibra de vidrio: Fuentes principales: La materia prima, arena de sílice, es abundante en todo el mundo. China es el mayor productor. Se encuentra en: Parachoques, puertas de coches y ruedas de todo tipo de vehículos. La fibra de vidrio es un material compuesto hecho de fibras de vidrio extremadamente finas. Es un material ligero y no corrosivo utilizado en lugar de metales para ciertas aplicaciones. Combinado con resina, crea un material ligero que no puede corroerse, lo que lo convierte en un buen reemplazo para metales en parachoques, puertas y ruedas.
• Vidrio: Fuentes principales: La materia prima es arena de sílice, abundante en todo el mundo. China exporta aproximadamente el 29% del vidrio utilizado en la fabricación. Se encuentra en: Parabrisas, ventanas y espejos retrovisores y laterales de todo tipo de vehículos. El vidrio es común en todos los coches. Desde parabrisas y ventanas hasta espejos retrovisores y laterales, se necesita vidrio para construir un vehículo.
• Plomo: Fuentes principales: China es el mayor productor mundial. También hay operaciones mineras significativas en Australia, México, Perú y EE. UU. (Missouri). Se encuentra en: Pesas de equilibrado de ruedas (todo tipo de vehículos); baterías de coche (ICE y FECV). El plomo es un metal pesado que los fabricantes de automóviles utilizan para garantizar que los coches permanezcan equilibrados. Las ruedas de los coches suelen tener una cierta cantidad de plomo para equilibrar su peso. Las baterías pueden incluir plomo, lo que les ayuda a mantenerse a una temperatura más baja durante el uso.
• Litio: Fuentes principales: Australia, Chile, China y Argentina. Se encuentra en: Baterías de BEVs. Las baterías de iones de litio son fundamentales para el funcionamiento de los vehículos eléctricos, ofreciendo alta capacidad de energía y la capacidad de ser recargadas. El litio es uno de los componentes principales de las baterías utilizadas para construir coches eléctricos. Las baterías de iones de litio tienen una mayor capacidad que las baterías con otros metales que se pueden utilizar en la producción en masa, y se pueden cargar muchas veces antes de degradarse. Se espera que el uso de litio en la fabricación de automóviles aumente, con el número de VE en circulación que se espera que alcance casi 150 millones para 2030.
• Magnesio (magnesita): Fuentes principales: China es, con mucho, el principal productor. Se encuentra en: Partes de la carrocería, estructura y motor de un coche. La principal fuente de magnesio es el agua de mar y los depósitos subterráneos de minerales como la magnesita y la dolomita. El magnesio también se puede obtener de salmueras. Más ligero que el acero o el aluminio, el magnesio se utiliza en áreas donde se necesita reducción de peso sin comprometer la resistencia.
• Níquel: Fuentes principales: Australia, Indonesia, Brasil, Rusia y Filipinas. Se encuentra en: Los cátodos de las baterías de iones de litio, que se utilizan en BEVs y PHEVs. El níquel se añade a otros metales para crear aleaciones con propiedades mejoradas como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y dureza. Estas aleaciones se utilizan en muchas piezas automotrices para garantizar durabilidad y fiabilidad.
• Petróleo: Fuentes principales: EE. UU., Arabia Saudita, Rusia, Canadá e Irak. Se utiliza en: Plásticos y polímeros que se encuentran en salpicaderos, manijas de puertas, rejillas de ventilación, airbags, paneles de instrumentos, asientos y sistemas HVAC de todo tipo de vehículos. El petróleo es la materia prima de los muchos componentes plásticos en los coches. Las empresas químicas transforman los subproductos del petróleo en plástico. Los plásticos son el competidor del acero por la prominencia en la fabricación automotriz. Un coche nuevo típico se fabrica con 151 kilogramos de plásticos y materiales compuestos, lo que representa aproximadamente el 8% del peso del vehículo y el 50% del volumen de materiales.
• Platino (Paladio): Fuentes principales: Sudáfrica, Canadá, EE. UU. y Zimbabue. Se encuentra en: Utilizado en convertidores catalíticos (ICE, HEVs y PHEVs). El paladio y el platino se extraen de depósitos de mineral, a menudo encontrados junto con minerales de níquel y cobre. Ambos son componentes cruciales en los convertidores catalíticos, que son dispositivos utilizados para reducir las emisiones nocivas en los sistemas de escape de los vehículos. Son catalizadores, facilitando la conversión de gases tóxicos en sustancias menos nocivas.
• Elementos de tierras raras: Fuentes principales: China, EE. UU. y Australia. Se encuentra en: Motores eléctricos en todos los VE. Se encuentran en algunas baterías y componentes electrónicos de otros tipos de vehículos. La importancia de los metales de tierras raras en la industria automotriz, particularmente para vehículos eléctricos e híbridos, radica en sus propiedades magnéticas y eléctricas únicas. Elementos de tierras raras como el neodimio se obtienen principalmente de China, que domina el mercado. Son preferidos por su resistencia y capacidad para operar eficientemente a altas temperaturas.
• Caucho: Fuentes principales: El caucho natural proviene de Tailandia, Indonesia y Vietnam. El caucho sintético se deriva de productos petrolíferos. Se encuentra en: Neumáticos, correas, mangueras y sellos. El caucho es esencial para los coches y la industria automotriz. Los neumáticos son una de las partes más importantes de un coche. El caucho también se utiliza para fabricar numerosas correas, mangueras y sellos críticos para el funcionamiento del motor en ICE, HEVs y PHEVs. Al igual que el plástico, el caucho es duradero y se moldea fácilmente en diferentes formas.
• Acero (mineral de hierro): Fuentes principales: China, India, Japón y EE. UU. Se encuentra en: Chasis, carrocería, techo, paneles de puertas y vigas entre puertas para todo tipo de vehículos; silenciadores y tubos de escape para HEVs, ICE y PHEVs. El acero se produce a partir de mineral de hierro y tradicionalmente es muy utilizado en la fabricación de automóviles. En promedio, se utilizan 900 kilogramos de acero en cada coche. Se utiliza para construir el chasis y la carrocería de un coche, incluyendo el techo, los paneles de las puertas y las vigas entre las puertas. También se utiliza en silenciadores y tubos de escape. Los avances tecnológicos han permitido a los fabricantes de automóviles desplegar diferentes tipos de acero con distintos niveles de rigidez o pasar a materiales menos densos.

Tabla Comparativa: Materiales Clave por Tipo de Vehículo

Preguntas Frecuentes sobre Materiales Automotrices

¿Cómo han cambiado los materiales utilizados en los coches con el tiempo?

Durante la mayor parte de su historia, el acero fue el material principal utilizado para construir coches. Solo en el último cuarto de siglo materiales más complejos como el aluminio, la fibra de carbono y el magnesio han comenzado a usarse. Esta evolución responde a la búsqueda de mayor eficiencia, rendimiento y adaptación a nuevas tecnologías como los vehículos eléctricos.

¿Cuánto tiempo se tarda en fabricar un coche?

Un coche típico tiene alrededor de 30,000 piezas diferentes. Por lo general, cada una de esas piezas se fabrica en diferentes instalaciones y se envía a una planta de producción final donde se ensambla el vehículo. Dependiendo de la complejidad del coche, puede llevar de 18 a 35 horas para que una línea de montaje ensamble un coche de principio a fin.

¿Por qué son importantes los materiales ligeros para los coches?

Las tendencias recientes en la producción de automóviles han mostrado la importancia de reemplazar materiales más pesados por otros más ligeros, como la fibra de vidrio y el magnesio. Reducir el peso de un coche puede mejorar o mantener la seguridad y reducir el combustible utilizado. Por cada reducción del 10% en el peso del vehículo, los conductores ven un aumento del 6% al 8% en la eficiencia del combustible.

¿De dónde provienen las materias primas para los coches?

Las materias primas provienen de todo el mundo. Países como China, Australia, Guinea, Chile, la República Democrática del Congo y muchos otros son fuentes clave de metales, minerales y productos petrolíferos utilizados en la fabricación automotriz. La cadena de suministro es global y compleja.

¿Qué papel juegan los productos petrolíferos más allá del combustible?

Aunque son conocidos como combustible para los vehículos ICE, los productos petrolíferos son la base para la producción de plásticos y caucho sintético, que constituyen una parte significativa del volumen y peso de un coche moderno, utilizándose en innumerables componentes interiores y exteriores.

¿Son reciclables los materiales de los coches?

Sí, la industria está trabajando activamente en el reciclaje. Se estima que el 86% de las materias primas utilizadas en la fabricación de automóviles modernos pueden ser recicladas para uso futuro, abordando preocupaciones de sostenibilidad y eficiencia de recursos.

La cadena de suministro automotriz abarca varios continentes, con países clave desempeñando papeles fundamentales en el suministro de materiales que van desde el acero, el aluminio y los elementos de tierras raras hasta los productos petrolíferos y recursos naturales como el caucho y la arena de sílice. A medida que la tecnología y las consideraciones ambientales evolucionan, también lo hace el enfoque de la industria automotriz hacia los materiales, como se ve en el mayor uso de aluminio para reducir el peso de los vehículos y un cambio hacia fuentes más sostenibles de caucho y plásticos.

Los cambios económicos, ecológicos y geopolíticos influyen en gran medida en el abastecimiento de estos materiales. Desde metales hasta fibras, pasando por la arena y el cuarzo utilizados para fabricar vidrio, la fabricación de automóviles utiliza más materias primas que casi cualquier otra industria. Desde que desarrolló el proceso de línea de montaje, la industria automotriz siempre ha sido el principal ejemplo de producción en masa, y su continuo uso adaptativo de materias primas ha sido tan importante para el auge y el lugar central del automóvil como la invención del motor de combustión interna.

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