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Durante la transición energética en la automoción, de los combustibles contaminantes a los limpios en todo su proceso desde fabricación a la utilización para el desplazamiento del vehículo y reciclaje, va a haber pasos intermedios en los que se mantendrán los motores térmicos de explosión y combustión, reduciendo la emisión de CO2 y el consumo de combustible, que son proporcionales.

Hay diferentes soluciones que tratan de equilibrar los avances tecnológicos con la industria, economía, aspectos sociales, laborales…; entre estas se encuentra la posibilidad de compensar de alguna forma la emisión de CO2 de los motores térmicos.

Con los biocombustibles al 100%, sin incluir ningún % de derivados del petróleo o gas, motor de combustión de hidrógeno (en I + D) ya se hace y también con el combustible sintético eFuel sobre el que trata este artículo.

Combustibles, bio combustibles y combustible sintético eFuel

Se están marcando fechas para reducir hasta eliminar la emisión de dióxido de carbono CO2 en la automoción.

Va a ser un proceso más largo de lo deseable, costoso e imprescindible.

Para que se puedan cumplir las fechas planificadas se ha de hacer un programa de coordinación complejo, con muchos factores a tener en cuenta.

Las tecnologías limpias ya son conocidas, al menos algunas, y se siguen investigando.

Simplificando los resultados, de estas tecnologías limpias unas permiten utilizar el coche como hasta ahora, recorridos cortos o largos incluso si son intempestivos, con autonomías suficientes y poco tiempo de repostaje, y otras requieren controlar los desplazamientos al tener autonomías limitadas, ser muy sensibles a los recorridos y utilización, además de necesitar bastante tiempo de recarga para evitar desgastes prematuros con cargas rápidas frecuentes.

Durante la transición, desde el motor que emite CO2 al limpio, hay pasos intermedios de los que vamos a citar cuatro, que muy probablemente vayan desapareciendo progresivamente según las tecnologías limpias de propulsión vayan siendo suficientemente difundidas:

Híbridos:

  • Combinan motor térmico y eléctrico con baterías de propulsión, son los más conocidos
  • Se reduce la emisión de CO2

Biocombustibles:

  • Se mantiene la emisión de CO2 de los motores, puede que en menor cantidad, y se compensa al descontar el CO2 emitido al circular con el absorbido por el contenido bio del combustible en su ciclo de vida anterior

Motor de combustión de hidrógeno:

  • Se utiliza este gas como combustible del motor térmico, sin emisión de CO2
  • Esta opción sigue en I + D

Combustible sintético o eFuel:

  • Se utiliza CO2 e hidrógeno para fabricar combustibles que hacen funcionar al motor térmico, y así compensar el CO2 que este emite
  • Es el tema de este artículo
  • Está en I + D (+ i) muy avanzado

Repostaje de combustible

Vamos a ver los combustibles que ya se utilizan al que añadiremos el sintético eFuel protagonista de este artículo, van a ser seis.

Los cinco primeros están disponibles, más o menos según países, y el último es el sintético o eFuel.

Gasolina

  • Es un producto obtenido del petróleo en refinerías
  • Requiere largos recorridos de transporte para su distribución
  • Emite contaminantes tóxicos que se neutralizan antes de salir al exterior, desde que se aplican las directivas de control
  • Emite dióxido de carbono CO2 que es contaminante no tóxico y proporcional al consumo de combustible

Gasóleo

  • Se obtiene como la gasolina del petróleo en el mismo proceso
  • Igualmente necesita ser distribuido desde donde se produce hasta los usuarios, que supone grandes distancias
  • Emite contaminantes tóxicos que se neutralizan antes de salir al exterior, a partir de la aplicación de las directivas anticontaminación
  • Emite CO2 que es contaminante pero no tóxico y en menor cantidad que el motor de gasolina
  • Es proporcional al consumo

Gas (GLP / GNC)

  • Se puede obtener del petróleo o también de yacimientos específicos
  • Emite contaminantes tóxicos que se neutralizan antes de salir al exterior
  • Emite CO2 que es contaminante pero no tóxico, proporcional al consumo de combustible, menos que el motor de gasolina

Bio gasolina (etanol)

  • Es un producto orgánico obtenido por fermentación de azucares
  • Se puede utilizar en diferentes % sobre la gasolina o en su totalidad
  • Emite contaminantes tóxicos que se neutralizan antes de salir al exterior, en función del % bio en la gasolina
  • Emite CO2 que es contaminante pero no tóxico, y se compensa con el absorbido por la sustancia orgánica en su desarrollo y crecimiento

Biodiésel

  • Producto de sustancias orgánicas usadas o sin usar; vegetales, aceites, residuos orgánicos… se puede utilizar en distintos % en el gasóleo o en su totalidad
  • Emite contaminantes tóxicos que se neutralizan antes de salir al exterior, en función del % bio
  • Emite CO2, contaminante pero no tóxico que se compensa con el absorbido por los contenidos orgánicos en su desarrollo y crecimiento

Sintético eFuel

  • Obtenido del hidrógeno y otro producto con carbono, el CO2 es el más adecuado.
  • Los hidrocarburos se componen de carbono (C) e hidrógeno (H), con diferentes formulaciones que llevan a distintos combustibles
  • Emite contaminantes tóxicos, en proporciones diferentes según el combustible fabricado, que se neutralizan antes de salir al exterior
  • El CO2 emitido proporcional al consumo, contaminante no tóxico, se compensa con el utilizado en su fabricación, en la que interviene el hidrógeno

Se han representado esquemáticamente los procesos de obtención de los combustibles para el motor térmico, y los aspectos más relevantes de su desarrollo, utilización y resultados enfocados a la contaminación y sobre todo a la emisión de CO2.

Los gases emitidos por el motor térmico y el dióxido de carbono CO2

Tomamos como referencia los dos combustibles más utilizados en automoción, gasolina y gasóleo.

Los automóviles que vemos se ponen en marcha y circulan:

  • Ambos coches tienen motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea y propulsión (tracción trasera), y están sobrealimentados por turbocompresor
  • Se representa en admisión el filtro de aire y el intercambiador térmico aire – aire o intercooler
  • En el escape está primero el turbocompresor, le siguen en la línea de escape los sistemas anticontaminación, en verde, y silenciadores hasta la salida del escape al exterior
  • El motor diésel por su contaminación variable requiere de más sistemas de limpieza, se han incluido cuatro, que con motor de gasolina en el que vemos solamente dos
  • Con los motores calientes son operativos los sistemas anticontaminación, neutralizando los gases contaminantes tóxicos generados por el motor, que son estos; HC hidrocarburos no quemados, CO monóxido de carbono, MPC micropartículas de hollín y NOX óxidos de nitrógeno, hay algunos más minoritarios
  • Vemos en la animación conceptualmente esta limpieza de gases contaminantes tóxicos que no llegan al exterior
  • Al exterior salen estos gases; H2O agua (vapor con el motor caliente), NX nitrógeno y otros más, entre estos oxígeno, además de CO2 dióxido de carbono
  • Este último es contaminante no tóxico ya que es ingerible, pero potencia el calentamiento global de nuestro planeta

Con la evolución de las directivas anticontaminación, cada vez más estrictas, los sistemas de limpieza de gases necesarios son más complejos y costosos, afectando bastante más a los motores con gasóleo como combustible, aunque emitan menos CO2.

Esto supone que los motores diésel pierdan rentabilidad, sobre todo si equipan a automóviles pequeños e incluso medios.

Los resultados son que está afectando a las tecnologías de propulsión que se van utilizando durante el proceso de transición para sustituir totalmente al motor térmico.

Fabricación de eFuel con hidrógeno y residuos que contienen CO2

Una de las soluciones transitorias para prolongar en el tiempo, más o menos, la utilización de motores térmicos, es compensar la emisión de CO2 de alguna forma.

Se puede conseguir utilizando este mismo gas que contiene carbono (C) en la fabricación de un combustible sintético, va a ser el eFuel, añadiendo lo que le falta al carbono para ser hidrocarburo, hidrógeno (H), vamos a verlo en tres secuencias didácticas conceptuales y resumidas.

Primera secuencia

  • Se llena de agua una cubeta, el agua se compone de hidrógeno y oxígeno
  • Con electricidad limpia, que se ha de obtener de centrales que utilicen energías renovables, se produce electrolisis disociando el hidrógeno (H2) del oxígeno (OX)
  • El oxígeno OX sale al exterior y el hidrógeno H2 es recogido…

Segunda secuencia

  • Hay un segundo complemento de fabricación, lo llamaremos segunda cubeta; recibe el hidrógeno H2 obtenido y también dióxido de carbono CO2, que proviene de residuos que lo contienen, evitando así su emisión a la atmosfera
  • Con el hidrógeno H2 y dióxido de carbono CO2 se obtienen hidrocarburos CXHX con varias posibilidades para fabricar combustibles
  • El oxígeno OX sale al exterior

Tercera secuencia

  • En la segunda cubeta hay hidrocarburos CXHX que van a ser dirigidos, en esta recreación didáctica, a cuatro cubetas de complementación para obtener tantos combustibles utilizables en motores térmicos, son estos:
    • Gasolina; CXHX más aditivos específicos permite llegar a la gasolina cuya fórmula es C8H18 y se distribuye a las estaciones de servicio, para ser repostada a automóviles con motores de gasolina
    • Diésel; CXHX más aditivos específicos permite llegar a diferentes formulaciones de gasóleo, de C10H22 a C15H32 que se distribuyen a las estaciones de servicio, para ser repostado a vehículos con motores diésel adecuados para cada uno
    • GLP (gas licuado de petróleo); CXHX más aditivos específicos permite llegar a la combinación equivalente a butano y propano que conforma este gas combustible, C4H10 y C3H8 que se distribuye a las estaciones de servicio, para ser repostado a vehículos con motores de GLP
    • También sería posible llegar a obtener GNC (gas natural comprimido); CXHX más aditivos específicos podría permitir llegar a su fórmula CH14 y ser distribuido a las estaciones de servicio, y ser repostado en vehículos con motores de GNC
  • Los motores de gasolina, diésel, GLP y GNC emiten CO2
  • Se mide la cantidad emitida por el motor y la utilizada para fabricar el eFuel correspondiente al consumo de combustible del motor, en caso de ser la misma se considera que al haberse recuperado la emisión de CO2 del vehículo equivale a cero
  • De no ser así se aplicaría el % que corresponda   

Aunque los resultados se puedan considerar buenos, habrá que valorar los costes de recogida de CO2, producción de hidrógeno, transporte, fabricación, distribución y todos los demás aspectos que intervengan, para llegar a las conclusiones más adecuadas.

Si se ha fabricado hidrógeno hay otras posibilidades de utilización además de eFuel, las vemos a continuación.

El hidrógeno y los sistemas de propulsión

El hidrógeno se puede utilizar como combustible de diversas formas, vamos a analizar estas tres:

Motor de combustión de hidrógeno

  • Diseñado para motores térmicos de gasolina actuales, en proceso de investigación
  • Podría ser utilizado en motores anteriores de hasta ciertos años, con algunas modificaciones, lo que permitiría seguir circulando a estos vehículos hasta el fin de su vida útil
  • Necesita transmisión completa; embrague o convertidor de par, caja de cambios y diferencial
  • Emite principalmente vapor de agua al exterior H2O
  • Si se produce algún contaminante tóxico en baja proporción se elimina por los sistemas anticontaminación

Motor de combustión con combustible sintético eFuel

  • Diseñado para motores térmicos actuales, en proceso de desarrollo
  • Podría ser utilizado en motores anteriores de hasta ciertos años, con modificaciones, lo que permitiría seguir circulando a estos vehículos hasta el fin de su vida útil
  • Necesita transmisión completa; embrague o convertidor de par, caja de cambios y diferencial
  • Emite al exterior CO2 que se puede recuperar total o parciamente para fabricar eFuel

Pila de combustible de hidrógeno

  • Funciona con hidrógeno del depósito y oxígeno del aire, generando electricidad para accionar el motor eléctrico que mueve las ruedas motrices
  • Tiene una batería de asistencia a la propulsión de tamaño pequeño a medio
  • Transmisión muy simple; solamente una desmultiplicación a las ruedas motrices y el diferencial, que se podría sustituir por un motor eléctrico para cada rueda motriz
  • Solamente emite al circular agua H2O

Si se dispone de hidrógeno, la opción que parece más idónea incluso actualmente es la pila de combustible, pues no requiere  transmisión y es más simple.

Su desarrollo y difusión depende de los medios que se pongan.

Es cuestión de inversión y apoyo de los estamentos implicados, pues el coche del futuro ya existe.

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Esta entrada tiene 2 comentarios

  1. Cada vez se descubren más combustibles que pueden ser más beneficiosos para el medio ambiente pero no terminan de tener un gran auge entre la gente, muchas veces es debido al precio, creo que es lo primero que deberían de cambiar

  2. Es un tema muy interesante y lo has conseguido explicar para que quede totalmente claro y “pique” la curiosidad de la gente, gracias por compartirlo

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