Miércoles, 17 Julio 2024

    Combustibles sintéticos: más allá de la electromovilidad

    Energía alternativa al petróleo Energía alternativa al petróleo Transporte Profesional

    Existen otras alternativas limpias a la propulsión eléctrica para el mundo de la movilidad. Un buen número de combustibles pueden tomar el relevo al gasóleo, la gasolina y el queroseno. Si bien algunos de estos combustibles son de reciente desarrollo, otros ya se habían probado en el pasado. Algunos de estos últimos fueron descartados, pero ahora vuelven a considerarse como opciones viables.

    La era del petróleo está llegando a su fin. El oro negro cada vez es más escaso y, a la vez, está más denostado. La Unión Europea parece que sólo contempla un escenario posible: el vehículo eléctrico. Sin embargo, existen otras alternativas al gasóleo y la gasolina, siendo algunas de ellas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.

    Lo primero que hay que tener en cuenta es que para que un combustible sea viable en el transporte de larga distancia, es preferible que esté en fase líquida por su facilidad de almacenamiento, repostaje y mayor densidad energética. Los productos en fase gas, al ofrecer una autonomía muy limitada, los limita al transporte local. Otra cuestión importante es que hay que refutar la idea: “los motores destinados al transporte pesado por carretera tienen que funcionar en ciclo diesel” pues gran parte de las alternativas al gasóleo son combustibles para motores en ciclo Otto -gasolina-.

    La primera opción, la que más se está utilizando en la actualidad en el mercado de turismos, es el GLP -Gas Licuado del Petróleo-. En su nombre lleva el pecado. Este gas es un subproducto del petróleo, lo que supone que su uso va unido a las reservas de crudo. Los motores de explosión se pueden adaptar de forma simple y barata al GLP. Incluso se puede utilizar GLP y gasolina en el mismo vehículo.

    Su coste es inferior al de la gasolina y su rendimiento energético es ligeramente mayor. [CA1] Otro punto débil del GLP [CA2] es que es un gas más pesado que el aire, lo que supone que en caso de fuga se pueden formar bolsas de gas inflamables. Este peligro también es inherente a otros gases como el dimetil éter y, por supuesto, a los combustibles líquidos como el gasóleo o la gasolina.

    El gas natural es la respuesta más desarrollada y consolidada en ciclo Otto para el transporte pesado. Este combustible puede provenir de dos fuentes muy diferentes: de depósitos fósiles o ser producido a partir de material orgánico -biogás-. En ambos casos, estamos hablando del mismo producto: metano. Este es un gas de efecto invernadero que, en caso de producirse pérdidas del mismo durante su producción o uso, atrapa un 25% más calor en la atmósfera que el CO2. Su ventaja es que produce menos CO2 que los derivados del petróleo cuando se quema, siendo el CO2 su único residuo. Su molécula es muy simple: CH4.

    Su precio sufrió un gran incremento con la guerra en Ucrania. Ahora ha vuelto casi a su precio habitual. El coste del biogás dependerá de la materia base y del método que se utilice para su producción.

    El gas natural se puede utilizar almacenado en fase gas -GNC- o en fase líquida -GNL-. Incluso hay vehículos que emplean las dos opciones. Las unidades que utilizan GNL montan depósitos de combustible mucho más caros y complejos, ya que el gas natural licuado es un producto criogénico que se almacena a unos -162º C.

    El coste del biogás dependerá de la materia base y del método que se utilice para su producción

    Otro gas que se podría utilizar es el dimetil éter -DME- CH3OCH3. En este caso este combustible alimentaría motores de ciclo Diesel. El DME se almacena en fase líquida a -25 Cº. Sus emisiones de NOx y de CO2 son muy bajas y, además, no emite hollín. Se puede producir BIO-DME mediante la deshidratación del metanol o a partir del licor negro, que es un residuo de la pulpa con la que se produce la pasta de papel.

    Qué son los biocombustibles

    Los biocombustibles, como el biodiesel y el etanol, se comenzaron a utilizar en Europa durante la Primera Guerra Mundial. Por ley, el gasóleo tiene que contener un mínimo del 7% de biodiésel y la gasolina, un 5% de etanol. Se pueden utilizar estos dos productos sin mezclarlos con combustibles fósiles, pero sólo en motores preparados, dado que son corrosivos al contacto con algunos materiales.

    El HVO -Aceite Vegetal Hidrotratado- es otra alternativa al diésel. Es un producto renovable que se obtiene a partir de los residuos y las fracciones de grasas sobrantes de la industria alimentaria. A este material, primero se le hidrodesoxigena y luego, se le realiza un hidrotratamiento. En la actualidad casi todos los nuevos motores diésel están preparados para utilizar este combustible.

    El HVO es un combustible de alta calidad que no compromete el rendimiento del motor. Con él se reducen las emisiones de CO2 en un 90%, las de NOx, en un 6% y las de partículas, en un 33%

    Combustibles sintéticos

    El proceso Fischer-Tropsch – FT- fue patentado por los alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch en 1925. La primera planta piloto a escala industrial fue construida por Ruhrchemie AG en 1934, y se industrializó a gran escala en 1936.

    El proceso Fischer-Tropsch permite convertir el gas de síntesis -una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno- en hidrocarburos líquidos, como la gasolina, el diésel y los lubricantes. El gas de síntesis se puede obtener a partir de diversas materias primas, como el carbón, el gas natural, la biomasa y los residuos orgánicos.

    Un proceso similar es la electrometanización. Esta es una técnica industrial que utiliza la electricidad para convertir el dióxido de carbono -CO2- en metano -CH4-, etanol -C2H6O-, metanol -CH3OH-, butanol - C₄H₁₀O- u otros tipos de combustibles sintéticos. Todos ellos productos que se podrían utilizar en los motores térmicos. Este proceso se considera una forma de captura de CO2, ya que permite convertir las emisiones de CO2 de la industria en combustible.

    En 2010, se inauguró la primera planta piloto de electrometanización a gran escala en Alemania. Desde entonces, se han construido varias factorías piloto del mismo tipo en todo el mundo. La electrometanización es más eficiente que el proceso Fischer-Tropsch, aunque su coste ahora es más alto.

    Para conseguir el objetivo cero emisiones de gases invernadero -net zero- utilizando e-combustible, es necesario que la energía eléctrica utilizada se produzca mediante fuentes renovables.   

    HVO -Aceite Vegetal Hidrotratado

    El HVO (Aceite Vegetal Hidrotratado) se produce mediante un proceso de hidrotratamiento de aceites vegetales y grasas animales. Este proceso implica la reacción del aceite con hidrógeno a alta presión y temperatura en presencia de un catalizador.

     Pretratamiento:

    • Desgomado: Se elimina la goma -sustancia compuesta por fosfolípidos, proteínas y carbohidratos- del aceite para evitar la formación de depósitos en el catalizador
    • Desacidificación: Se eliminan los ácidos grasos libres del aceite para evitar la corrosión del equipo
    • Deshidratación: Se elimina el agua del aceite para evitar la formación de vapor durante la reacción
    1. Hidrotratamiento:
    • El aceite pretratado se mezcla con hidrógeno y se hace pasar por un reactor con un catalizador
    • El hidrógeno reacciona con las dobles y triples ligaduras del aceite, saturándolas y convirtiendo el aceite en un líquido más estable y similar al diésel
    1. Separación:
    • Se separan los productos de la reacción, incluyendo el HVO, gases ligeros y agua
    • El HVO se purifica para eliminar impurezas y cumplir con las especificaciones de calidad

    Otros datos sobre el HVO:

    • Los aceites con alto contenido de ácidos grasos saturados son más fáciles de convertir en HVO
    • La temperatura, la presión y el tipo de catalizador utilizado afectan la eficiencia del proceso y la calidad del HVO
    • Existen diferentes tecnologías de hidrotratamiento disponibles, cada una con sus ventajas e inconvenientes

    El problema del hidrógeno (H2)

    Si tenemos en cuenta el pode calorífico (energía de combustión) del hidrógeno por unidad de masa, se ve que este producto gana por goleada: 120 megajulios por kilogramo de hidrógeno respecto a los 44 megajulios por cada kilogramo de gasolina, o los 50 megajulios por cada kilogramo de metano. Es decir, el hidrógeno tiene un poder calorífico 2,4 veces mayor que el metano y casi tres veces mayor que la gasolina.

    El problema radica en la dificultad para reunir una masa apreciable de hidrógeno, al ser el elemento menos denso del universo. Para reunir un kilogramo de hidrógeno hacen falta 11.200 litros de este gas a presión atmosférica.

    Para reunir un kilogramo de hidrógeno hacen falta 11.200 litros de este gas a presión atmosférica

    Si se utiliza la relación del poder calorífico por unidad de volumen, en vez de unidad de masa, tendremos que un litro de hidrógeno, que pesa 0,08988 gramos en condiciones normales de presión y temperatura genera 10,72 kilojulios, mientras que cada litro de gasolina, que pesa unos 710 gramos, produce 31.595 kilojulios. Haría falta comprimir el hidrógeno a 11.200 atmósferas, o licuarlo a -252,9° C para obtener un kilogramo en un litro de volumen. Por esta razón el hidrógeno tiene una baja autonomía, ya sea utilizado en un motor de combustión interna como en una pila de combustible.

    El hidrógeno es la molécula más pequeña que existe, lo que hace que se filtre fácilmente a través de compuestos comunes como el metal o el plástico. Por tanto, es necesario desarrollar materiales y depósitos especiales para su almacenamiento de forma segura y eficiente. Esta tecnología al ser tan reciente encarece su almacenamiento y limita su uso a gran escala.      

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    Txetxu Calleja

    Especialista en Vehículos industriales y formador de conductores profesionales es el probador de la revista Transporte Profesional y de transporteTV

    https://www.transporteprofesional.es/pruebas-camiones/autor/997-txetxucalleja

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