Juan Carlos Goñi Delión - Manual de combustibles alternativos y tecnología automotriz

a) Definición y propiedades:

Una solución económica eficiente para transportar el GN es su previa transformación en líquido, mediante la cadena de GNL o también realizando una transformación química a líquidos adecuados. El líquido que maximiza la rentabilidad económica es el metanol, por la sencillez del proceso, los reducidos costos de transformación y la existencia de importantes economías de escala. Sin embargo, su desventaja más notable es la dificultad de aumentar la demanda mundial. Se están desarrollando procesos a partir del metanol, entre ellos está el dimetiléter.

b) Beneficios:

– Mejor comportamiento medioambiental.

– Nuevo segmento en el mercado de derivados de gas natural.

– Reducción de la dependencia del petróleo.

– Necesidad de usarlo a presión, aunque no muy elevada, si se utilizara solo, dado su bajo punto de ebullición (-20 ºC).

– Puede manejarse en condiciones similares a las del GLP en estado líquido.

c) Inconveniencias:

– No es económicamente viable para precios del crudo inferiores a 30 US$/barril.

– Es necesario hacer cambios en los componentes de los motores.

a) Definición y propiedades:

El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, no tóxico y el más ligero de todos los elementos. Tiene un elevado poder calorífico en masa (120,1 MJ/Kg) y es bajo en volumen (10,7 MJ/nm 3).

El proceso de producción requiere un alto consumo de energía. Sin embargo, el 90 % se obtiene reformado con vapor de gas natural (GN), ya que es más barato, pero puede utilizarse prácticamente cualquier otra fuente energética (naftas, metanol, carbón, biomasa), u obtenerse por electrolisis del agua.

El hidrógeno es un combustible potencialmente libre de emisiones, que se puede producir a partir de materia prima local. Aunque todavía no es usado ampliamente como combustible para transporte, se investiga para lograr una producción de hidrógeno limpia, económica y segura. Es el elemento más simple y abundante del universo, pero es escaso en la naturaleza y se presenta como un gas incoloro e inodoro en la atmósfera terrestre. Pero sí se encuentra combinado con otros elementos; ejemplos: agua, hidrocarburos y materia orgánica; de estas materias se planea obtenerlo para aplicarlo industrialmente y como combustible alternativo.

El hidrógeno puede mezclarse con gas natural para dar lugar al carburante denominado “hitano” ( hythane) . El interés por el hidrógeno es aprovechar su quemado limpio, posibilidad de fabricación local y su potencial para alta eficiencia en vehículos accionados con celdas de combustible, que permiten una eficiencia de 2 a 3 veces la eficiencia de un motor operado con gasolina.

b) Beneficios:

– Se puede producir hidrógeno a partir de múltiples fuentes, incluidas fuentes energéticas sostenibles y locales.

– El uso de hidrógeno no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni contaminantes del aire (salvo al ser usado en motores de combustión, en que se producen ligeras emisiones de NOx).

– Hay reducción de la dependencia energética.

– Se logra el desarrollo de un sistema optimizado de producción y distribución de hidrógeno.

– No es una fuente de energía sino un vector energético, y como tal hay que fabricarlo consumiendo alta energía.

– En la actualidad se produce mundialmente una veinteava parte del hidrógeno que sería suficiente para sustituir a los combustibles alternativos.

El H 2es un vector energético tan limpio como la fuente de la que se produzca:

– Electrolisis del agua: sin emisión de CO 2.

– Central nuclear: sin emisión de CO 2.

– Productos biológicos: emisión neutra de CO 2.

– Fuentes fósiles: con emisiones de CO 2(reducidas con técnicas de captura y confinamiento).

Las alternativas para el aprovechamiento energético del H 2son en motores de combustión y en pilas de combustible. Las emisiones en cada uno son:

– Motores de combustión: vapor de agua, bajos NOx, bajos HC.

– Pilas de combustible: vapor de agua.

c) Inconveniencias:

– Su transporte es costoso por tener una densidad energética en volumen bajo y ser un gas muy volátil.

– No existe en la actualidad una infraestructura de suministro de hidrógeno para su uso como vector energético.

– Las pilas de combustible están en fase de desarrollo.

– No se logra alcanzar un precio del hidrógeno que sea competitivo con los combustibles alternativos.

– El precio del hidrógeno puede ser muy dependiente del precio del gas natural o de la electricidad renovable.

Dentro de los combustibles emergentes se estudiarán el biobutanol, las series pentano, biometano y los combustibles sintéticos para transporte.

a) Definición:

El biobutanol es butanol (alcohol butílico), fabricado con la misma materia prima para obtener el etanol, como maíz, caña de azúcar, remolacha y de otra biomasa. Generalmente usado como solvente industrial, puede ser mezclado con otros combustibles para su uso en motores tipo Otto. El biobutanol se puede usar como oxigenante, hasta un 11,5 % en volumen, en mezclas con gasolina.

La fabricación del biobutanol vía fermentación data de 1900, pero ha sido más caro que los derivados del petróleo y actualmente se produce a partir de insumos petroquímicos.

b) Beneficios:

– Se considera como una alternativa de combustible vehicular sostenible.

c) Inconveniencias:

– Una limitación es usar plantas de fermentación para producir biobutanol a partir de maíz, que es un alimento.

a) Definición:

La serie pentano (SP) es una mezcla de líquidos del gas natural (pentano) con etanol y metil-tetrahidrofurano (MeTHF). Los combustibles SP son transparentes, incoloros y tienen un octanaje entre 83 y 93, y pueden mezclarse con gasolina en cualquier proporción.

b) Beneficios:

– Por su limitado uso, tendrían mayor valor como aditivo.

a) Definición:

El biometano se puede obtener a partir de la purificación del biogás (gas de pantano, gas de relleno de suelo, gas de digestión anaeróbica de materia orgánica) mediante un proceso de alta calidad de separación. Tiene un uso similar al del metano obtenido a partir del gas natural. Se puede quemar en una planta térmica para generar electricidad y energía térmica, además de accionar motores de combustión interna de vehículos automotores (como biometano vehicular). Puede ser considerado como un sustituto del gas natural seco comprimido.

El biogás contiene en promedio de 50 a 80 % de metano y de 20 a 50 % de dióxido de carbono, además de hidrógeno, monóxido de carbón y nitrógeno en muy baja proporción. Comparativamente, contiene menor concentración que en el gas natural; en algunos países de Europa lo emplean en vehículos con motores a gas natural, en tanto que en Norteamérica se emplea en menor proporción.

• Fuentes de biogás

Los rellenos sanitarios presentan la mayor fuente de emisiones de metano relacionadas con actividad humana.

La recuperación de biogás de las actividades de ganadería, puede ser viable por ratio beneficio/costo. El estiércol animal puede ser recogido para su procesamiento en un digestor anaeróbico. También se puede obtener biogás de actividades avícolas, porcinas y de lecherías con indicios de viabilidad económica.