lunes, 29 de abril de 2024

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA, ¿HAY VIDA MÁS ALLÁ DE 2035? Parte II

New-Holland T7 Methane Power
LA PERSECUCIÓN AL DIÉSEL

En la entrega anterior poníamos sobre la mesa como el sesgo de la Unión Europea (UE) se ha decantado por ser más exigente con los propulsores de gasóleo frente a los de gasolina.

¿Igualdad?: En Europa se ha perseguido más el CO (obsérvese por ejemplo como los turismos incorporan filtro de partículas DPF desde su Euro 5 cuando en realidad los motores de gasolina solo lo hicieron con la Euro 6C)

Los fabricantes de vehículos y por supuesto los motoristas, han intentado romper ideas “atávicas” haciendo notar que no se puede meter en el mismo saco a todos los motores diésel. En nada se parecen los motores actuales, y su nivel de emisiones, con motores de hace 35 a 40 años. Los motores diésel actuales son altamente eficientes y, hasta ahora, van cumpliendo con los límites de emisiones impuestos. Entre un diésel actual y uno de hace 35 años hay una disminución del 90 % de NOx en material particulado. Pero es que además un diésel actual emite menos CO2 que uno de gasolina y en PM y NOx las cifras son similares. En consecuencia, ¿no es demasiado pronto, y quizá injusto, “matarlos” ahora cuando se ha alcanzado tal grado de eficiencia y eficacia? ¿Por qué se persigue al vehículo diésel, o de combustión en general, pero “miramos de lado” cuando se trata de otros “grandes contribuyentes” al tan cacareado cambio climático y calentamiento global, por ejemplo, aviones, cruceros, ejércitos, flota mercante…?

¡Cruceros!: El grupo de presión Transport & Environment (T&E) ha publicado que los cruceros de ocio, solo aquellos que atracaron en alguno de los puertos de la UE emitieron tantos óxidos de azufre (SOx) como 1000 millones de turismos. Sus emisiones, dejando aparte, sus vertidos al mar, son también, lógicamente, de óxidos de nitrógeno (NOx) y material particulado (PM)

¿HAY ALTERNATIVA AL GASÓLEO EN LA AGRICULTURA?

Si en el sector de la automoción se han barajado las alternativas de la electricidad o los combustibles sintéticos, en el caso agrícola, y analizando la generalidad del sector, y a día de hoy, no es viable apostar únicamente por el camino eléctrico.

Muchas son las voces que están en esta misma idea y en contra de las happy friendly del “pacto verde europeo” del gurú-vicepresidente de la Comisión Europea, Frans Timmermans. Más bien estamos en un sector, el agrícola o incluso de forma general, el agrario, en el cual, las máquinas autopropulsadas, y en el estado actual de la tecnología, se deberá apostar por alguna, o varias, de las siguientes alternativas: Biocombustibles; combustibles sintéticos; hidrógeno

Biocombustibles

Se trata de combustibles procesados a partir de residuos orgánicos como pueden ser residuos vegetales, aceites usados, otros residuos orgánicos. Si de moda está la denominada Economía Circular, más deberán estarlo los biocombustibles, y sobre todo los denominados de 2ª generación. Buenos representantes de la famosa, y bien vendida, Economía Circular, son el metano o biometano, el biodiesel y el hidrógeno.

Valtra a biogás

Biometano: Europa ha disparado su producción de biometano en la última década. Obtenido a partir de la fermentación de residuos orgánicos, como los desechos de alimentos, purines y estiércol. En la actualidad Europa, según la European Biogas Association (EBA), produce más de 3,5 bcm de biometano (bcm: miles de millones o 109 m3) Sin embargo se está muy lejos del objetivo de la Comisión Europea (plan REPowerEU) que es llegar a 35 bcm en el 2030

Hay países, a citar Alemania, Francia, Holanda y Dinamarca, que están claramente apostando por incentivar la producción y la infraestructura necesaria

Combustibles sintéticos (E-Diesel)

Como se expuso en el artículo del mes de junio (Parte I de la presente dilogía) la ventaja de estos combustibles sintéticos es que su huella de carbono es nula. De hecho, emiten menos CO2 que el que se recupera durante la producción del mismo, por lo que en ese sentido “mejora” la calidad del aire. Además, la iniciativa promete generar independencia energética de los países productores de petróleo.

El e-diésel, combustible basado en “agua y aire”, se consigue mediante el uso de agua y CO2 atmosférico; el procedimiento implica calentar el agua hasta los 800ºC, así se consigue separar oxígeno e hidrógeno del agua. El oxígeno se libera a la atmósfera, y el hidrógeno se usa para combinarlo con el anhidrido carbónico para sintetizar metano (CH4) La energía eléctrica utilizada en el proceso de electrolisis debe proceder de una fuente renovable como la solar o eólica. El resultado es un líquido de color azul, de ahí su apelativo “crudo azul”. El combustible obtenido es compatible con la maquinaria actual, al igual que las infraestructuras de distribución y repostaje existentes.

Sin embargo, en el apartado de “contras” se encuentra el precio de obtención. Y es que a día de hoy pocos pueden pronosticar un precio inferior a los 2 €/litro. Y una duda más, con los límites que parece impondrá la Euro 7, los combustibles sintéticos, aunque cumplan en emisiones de CO2, no podrán cumplir con los del NOx.

Nada nuevo… pero algo distinto: el pueblo alemán lleva en su ADN grabado su dependencia energética. Ocurrió en la Iª Guerra Mundial con el bloqueo británico; ocurrió durante la IIª GM y ha ocurrido con la destrucción de los oleoductos Nord Stream.

Cuando los nazis tomaron el poder en 1933 ya empezaron a trabajar con IG Farben (un gigante químico que también fabricó el gas exterminador Zyklon B) para intentar resolver la dependencia energética. En 1943, Alemania obtenía aproximadamente la mitad de su combustible del carbón licuado. En 1944 Alemania produce hasta 25 millones de barriles de combustible sintético.

Audi&Sunfire: Con la alianza en 2014 entre Audi y la tecnológica Sunfire se inicia el e-diesel. Ambas empresas montaron una planta en Dresden. La técnica actual difiere de aquella pues consiste en extraer hidrógeno del agua y combinarlo con dióxido de carbono. Sin embargo, ambos métodos tienen sus raíces en la denominada síntesis de Fischer-Tropsch, un proceso desarrollado en la década de 1920 por dos químicos alemanes, Franz Fischer y Hans Tropsch.

En España es de resaltar la iniciativa de Repsol con Aramco con una planta proyectada en Bilbao.

¿Entonces biocombustible o combustible sintético?: La diferencia entre biocombustible y combustible sintético hay que encontrarlas en el proceso de fabricación. En el tema de emisiones, y en referencia a las emisiones de CO2, el balance de ambos es nulo; lo que significa que ambos son combustibles renovables con cero emisiones netas, o lo que es lo mismo, ambos se producen a partir de materias primas renovables y con el marchamo de reducción de huella de carbono.

Lo que parece quedar claro es que, se elija una línea u otra para alimentar a los motores de combustión interna próximos, es que se irá incrementando el grado de electrificación de componentes hasta incluso determinar cierto grado de hibridación (microhibridación)

Hidrógeno

En este caso se trata de utilizar hidrógeno como combustible en motores de combustión interna “casi” convencionales y es por ello que se convierte en una de las alternativas más atractivas. Con el hidrógeno se puede lograr la autonomía suficiente para una jornada de trabajo con el tractor; además el trabajo se puede desempeñar con una potencia similar a la que proporcionan motores convencionales actuales.

Las modificaciones al motor tampoco son excesivas en cuanto que se puede emplear el hidrógeno en un MCI con ligeros cambios. En cuanto a la recarga se requiere de una infraestructura propia, pero es cierto que es una operación rápida (a diferencia de la recarga de las baterías de litio) Una alternativa con mínimo “riesgo”, utilizando una industria muy madura, componentes ya desarrollados, y eso siempre gusta a la industria.

Además, el hidrógeno, amén de su uso directo como combustible, también puede utilizarse como pila de combustible. En ambos casos, como combustible directo o vía pila, es el mismo combustible, sin carbono.

El hidrógeno como combustible directo se inyecta en motores convencionales.

En el caso del uso de pila de combustible, la propulsión mecánica proviene de motores eléctricos que reciben la energía desde la pila y esta a su vez, recibe un flujo de gas de hidrógeno: En la celda de combustible el hidrógeno reacciona químicamente con el oxígeno del aire para producir electricidad.

Vehículos Eléctricos de pila de combustible de hidrógeno (FCEVs): La energía se almacena en forma de hidrógeno en un depósito de alta presión, no en baterías. Las pilas generan electricidad a demanda para motores eléctricos mediante reacción electroquímica entre el hidrógeno y el oxígeno. El hidrógeno va almacenado y el oxígeno se suministra de la propia atmósfera.

Motor Cummins Hydrogen Engine X15H

La potencia del motor, así como su autonomía, quedan determinados por el tamaño de la pila y el volumen del depósito de hidrógeno. En cuanto al poder energético, el del hidrógeno es varias veces superior al gasóleo.

Hidrógeno verde: Para obtener el “marchamo de verde”, el hidrógeno producido por la electrolisis del agua, debe producirse utilizando la energía desde fuentes renovables.

Pero ojo, porque también el hidrógeno “verde” tiene un inconveniente, y es que produce NOx, en baja cantidad, pero no “cero” como exige la normativa 2035. Es decir que el hidrógeno quemado puede ser “verde”, producido por electrólisis, pero seguirá generando NOx al combustionar…

Y LOS FABRICANTES DE MAQUINARIA

Desde hace años, tanto los fabricantes de automoción, o los de transporte pesado, como los fabricantes de maquinaria autopropulsada, se han ido afanando en mejorar el consumo de sus máquinas, aumentar eficiencia y reducir emisiones.

La implementación de soluciones ha venido mejorando muchos componentes y sistemas:

  • Soluciones precombustión: inyectores multipunto; common rail; la sobrealimentación
  • Soluciones postcombustión: el uso de catalizadores, sistemas de recirculación de gases de escape (EGR), reducción catalítica selectiva (SCR), filtros de partículas (DPF)
  • Soluciones a nivel vehículo: diseño de transmisiones más eficientes; o la gestión conjunta de motor-transmisión
  • Soluciones a nivel de técnicas de trabajo: aumento de la eficiencia con técnicas propias de la agricultura de precisión y la gestión de flotas

ALGUNOS EJEMPLOS CONCRETOS

Biometano

Ya figura en la oferta de algún fabricante, tractores producidos en serie y que trabajan con metano; por ejemplo los T6 y T7 Methane Power de New Holland.

T6 Methane Power: Es un tractor de New Holland que ya está producido en serie impulsado al 100 % por biometano.

Motor Toyota de combustión de hidrógeno
El proyecto de New Holland es incluso más ambicioso pues pretende que agricultores y ganaderos utilicen sus propios subproductos para la generación del biometano.

Según datos del fabricante, los tractores T6 Methane ofrece el mismo nivel de potencia que su equivalente diésel, pero con una disminución de hasta el 30% en los costes de funcionamiento. En cuanto a las emisiones, el T6 Methane genera 98% menos de partículas y un 11 % menos de CO2. Su motor cumple con la normativa Tier 5, y no necesita si SCR ni DPF.

El tractor de biometano de NH está comercializado y es pionero en el mundo; incluso hay 2 unidades trabajando en España y sobre 60 en Europa.

Combustibles sintéticos

Repsol y New Holland han iniciado una interesante colaboración consistente en la evaluación del uso de combustibles renovables en el sector agrícola. El proyecto contempla utilizar este combustible en productos New Holland como tractores, cosechadoras, vendimiadoras…

Técnicos de New Holland, Repsol y también de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM) irán evaluando el comportamiento del combustible en condiciones de trabajo real. Se registrarán parámetros para determinar potencia, consumo, emisiones se determinará la idoneidad de los nuevos combustibles y su comparativa con respecto a los derivados del petróleo.

Repsol se ha marcado como objetivo tener una producción de 2 millones de toneladas en España para 2030. A día de hoy Repsol ya tiene estaciones de servicio con combustible 100% renovable y cero emisiones de CO2, es decir son compatibles con los e-fuel que autoriza Bruselas.

Hidrógeno

Muy interesantes los desarrollos mostrados tanto por Fendt como por New Holland con tecnología de hidrógeno. También el fabricante Versatile, con su motorista Cummins, ha presentado un modelo prototipo que utiliza el hidrógeno como combustible.

Cummins X15H: El fabricante motorista ha apostado por un bloque multicombustible y lo ha hecho a lo grande, para cilindradas de 15 y de 6,7 litros. Así que Cummins está pensando en clientes que necesiten motores grandes como pueden ser sus clientes de transporte por carretera o minería u obras públicas y, por supuesto, agricultura.

Su motor actual el Cummins X15 (diésel) ya tiene un hermano de hidrógeno, el X15H. Ambos motores comparten muchos componentes y dan una potencia similar: bloque motor, cigüeñal, ensamblaje, mantenimiento… Los usuarios y fabricantes van “sobre seguro”, utilizando transmisiones, centralitas ya desarrolladas.

A pesar del buen ejemplo del X15H de Cummins, pienso que la forma más eficiente de usar el hidrógeno no será como combustible directo, si no en forma de pilas de combustible.

MI OPINIÓN

No soy de los que pienso que puedo trazar la línea por la que discurrirá el universo energético en los próximos años. Pero quizá si me atrevo a realizar algún boceto:

  • No veo un futuro “eléctrico” en el mundo de la agricultura, transporte pesado, incluso el sector marítimo y aéreo, así como vehículos militares
  • Se tendrá que mejorar mucho la tecnología en baterías. Las de ion litio no son solución, las de estado, electrolito, sólido están en desarrollo embrionario
  • La política de “cero emisiones” es, simplemente, una quimera de algunos políticos europeos (súmense sus paralelos en países como EEUU, Canadá, Japón…) no es una política real
  • Considero que se avanzará en la línea de los combustibles sintéticos, del hidrógeno, de los biocombustibles

Batería de estado sólido: Es una evolución de la batería de iones de litio. Ambas funcionan con el mismo principio: dos electrodos de metal (cátodo y ánodo) inmersos en un líquido conductor (electrolito) formando una celda, y el conjunto de varias celdas es la batería.

En el caso de baterías de iones de litio el electrolito es una sal de litio que es la que proporciona los iones para la reacción química reversible.

La diferencia entre ambas está en el tipo de electrolito; si en el caso de las de ion litio es un líquido, en las de estado sólido es un sólido… pero la clave, y el secreto, está en el tipo de sólido.

Sus ventajas son grandes (mejor habría que decir que “serán”): poseen más densidad de carga (más energía para el mismo tamaño), más autonomía, más vida útil, capaz de funcionar incluso a -20 ºC, más seguras, recarga más rápida…

  • La transición energética es un gran desarío. Si el potencial para descarbonizar con hidrógeno verde puede parecer enorme; también lo es que en muchas aplicaciones se requerirá un escenario alternativo de combustible tradicional para mantener un negocio viable.

El Admiral Ushakov
(que alguien le diga que debe estar en Fase 7)
Pienso que no existe una respuesta única que sirva para todos. Se desarrollará la hibridación en mayor o menor grado, el hidrógeno vía combustible y vía pila, los combustibles alternativos… Todo está sobre la mesa y the truth is out there (la verdad está ahí fuera)

ENTRADAS RELACIONADAS

FUENTES CONSULTADAS (Parte I y II)

By: Catalán Mogorrón, H.

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