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Articulo de referencia

Combustible alternativo

Típica gasolinera brasileña con cuatro combustibles alternativos a la venta: biodiésel (B3), gasohol (E25), etanol puro ( E100 ) y gas natural comprimido (GNC). Piracicaba , São...

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Típica gasolinera brasileña con cuatro combustibles alternativos a la venta: biodiésel (B3), gasohol (E25), etanol puro ( E100 ) y gas natural comprimido (GNC). Piracicaba , São Paulo , Brasil.

Los combustibles alternativos , también conocidos como combustibles no convencionales y avanzados , [ 1 ] son ​​combustibles derivados de fuentes distintas al petróleo . [ 2 ] Los combustibles alternativos incluyen combustibles fósiles gaseosos como el propano , el gas natural , el metano y el amoníaco ; biocombustibles como el biodiésel , el bioalcohol y el combustible derivado de residuos ; y otros combustibles renovables como el hidrógeno y la electricidad . [ 3 ]

Estos combustibles están diseñados para sustituir fuentes de energía con mayor intensidad de carbono, como la gasolina y el diésel, en el transporte , y pueden contribuir a la descarbonización y la reducción de la contaminación . [ 2 ] [ 4 ] [ 5 ] También se ha demostrado que los combustibles alternativos reducen las emisiones no carboníferas, como la liberación de óxido nítrico y dióxido de nitrógeno , así como dióxido de azufre y otros gases nocivos en los gases de escape. Esto es especialmente importante en industrias como la minería , donde los gases tóxicos pueden acumularse con mayor facilidad.

Definiciones oficiales

Definición en la Unión Europea

En la Unión Europea , los combustibles alternativos se definen en la Directiva 2014/94/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 22 de octubre de 2014, relativa al despliegue de infraestructuras para combustibles alternativos.

Por «combustibles alternativos» se entienden los combustibles o fuentes de energía que sirven, al menos parcialmente, como sustitutos de las fuentes de petróleo fósil en el suministro energético al transporte y que tienen el potencial de contribuir a su descarbonización y mejorar el desempeño ambiental del sector del transporte. Estos incluyen, entre otros:

— Directiva 2014/94/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 22 de octubre de 2014, relativa al despliegue de infraestructuras para combustibles alternativos.

Definición en los EE. UU.

En los EE. UU., la EPA define el combustible alternativo como

Los combustibles alternativos incluyen combustibles gaseosos como hidrógeno, gas natural y propano; alcoholes como etanol, metanol y butanol; aceites vegetales y derivados de residuos; y electricidad. Estos combustibles pueden utilizarse en un sistema específico que quema un solo combustible, o en un sistema mixto con otros combustibles, como gasolina o diésel tradicionales, por ejemplo, en vehículos híbridos eléctricos o de combustible flexible.

— EPA [ 6 ]

Definición en Canadá

En Canadá, desde 1996, el Reglamento de Combustibles Alternativos SOR/96-453, Ley de Combustibles Alternativos, define el combustible alternativo:

A los efectos de la definición de combustible alternativo en el apartado 2(1) de la Ley, se prescribe que los siguientes, cuando se utilizan como única fuente de energía de propulsión directa de un vehículo de motor, son combustibles alternativos:

(a) etanol ;
b) metanol ;
(c) gas propano ;
(d) gas natural;
(e) hidrógeno;
f) electricidad;
g) a los efectos de los apartados 4(1) y 5(1) de la Ley, cualquier combustible mezclado que contenga al menos el 50 por ciento de uno de los combustibles a que se refieren los apartados (a) a (e); y
(h) a los efectos de los apartados 4(2) y 5(2) de la Ley, cualquier combustible mezclado que contenga uno de los combustibles mencionados en los apartados (a) a (e).

— Reglamento sobre combustibles alternativos (SOR/96-453) [ 7 ]

Porcelana

En China, los vehículos de combustible alternativo deben cumplir con las directrices técnicas para la producción local de este tipo de vehículos: deben tener una vida útil superior a 100 000 kilómetros (62 000 millas) y una carga completa debe durar menos de siete horas. Hasta el 80 % de la carga debe estar disponible en menos de 30 minutos. Además, los vehículos totalmente eléctricos deben consumir menos de 0,16 kWh/km de energía eléctrica . [ 8 ] 

Biocombustible

Surtidores de combustible alternativo en una gasolinera convencional en Arlington, Virginia . Biodiésel B20 a la izquierda y etanol E85 a la derecha.

Los biocombustibles también se consideran una fuente renovable. Si bien la energía renovable se utiliza principalmente para generar electricidad, a menudo se asume que alguna forma de energía renovable, o un porcentaje de ella, se emplea para crear combustibles alternativos. Se están realizando investigaciones para encontrar cultivos más adecuados para la producción de biocombustibles y mejorar el rendimiento de aceite de estos cultivos. Con los rendimientos actuales, se necesitarían enormes extensiones de tierra cultivable y agua dulce para producir suficiente aceite como para reemplazar por completo el uso de combustibles fósiles.

Biomasa

La biomasa en la industria de la producción de energía es material biológico vivo o recientemente muerto que puede utilizarse como combustible o para la producción industrial. Se ha popularizado entre las centrales eléctricas de carbón, que están cambiando del carbón a la biomasa para convertirse en generadoras de energía renovable sin desperdiciar las instalaciones e infraestructuras existentes. La biomasa se refiere generalmente a plantas o materiales de origen vegetal que no se utilizan para la alimentación humana o animal, y se denomina específicamente biomasa nitrocelulósica . Como fuente de energía, la biomasa puede utilizarse directamente mediante combustión para producir calor, o indirectamente tras su conversión en diversos tipos de biocombustible.

Combustible de algas

Los biocombustibles a base de algas se han promocionado en los medios como una posible panacea para los problemas de transporte basados ​​en petróleo crudo. Las algas podrían producir más de 2000 galones de combustible por acre por año de producción. [ 9 ] La Armada de los EE. UU. está probando con éxito combustibles a base de algas. [ 10 ] Los plásticos a base de algas muestran potencial para reducir los residuos y se espera que el costo por libra de plástico de algas sea más barato que los precios de los plásticos tradicionales. [ 11 ]

Biodiesel

Autobús propulsado con aceite vegetal en el festival South by Southwest, Austin, Texas (marzo de 2008).

El biodiésel se elabora a partir de grasas animales o aceites vegetales, recursos renovables procedentes de plantas como el girasol, la soja, el girasol, el maíz, la oliva, el cacahuete, la palma, el coco, el cártamo, la canola, el sésamo, la semilla de algodón, etc. Una vez filtradas estas grasas o aceites para eliminar los hidrocarburos y combinados con alcohol como el metanol, se produce diésel mediante esta reacción química. Estas materias primas pueden mezclarse con diésel puro para obtener diversas proporciones o utilizarse solas. Independientemente de la mezcla preferida, el biodiésel libera una menor cantidad de contaminantes ( monóxido de carbono , partículas e hidrocarburos ) que el diésel convencional, ya que su combustión es más limpia y eficiente. Incluso con la reducción de azufre del diésel convencional gracias a la invención del LSD ( diésel de ultrabajo contenido de azufre ), el biodiésel supera esos niveles al estar libre de azufre. [ 12 ]

Combustibles de alcohol

El metanol y el etanol son fuentes primarias de energía; son combustibles convenientes para almacenar y transportar energía. Estos alcoholes pueden utilizarse en motores de combustión interna como combustibles alternativos. El butano tiene otra ventaja: es el único combustible para motores a base de alcohol que puede transportarse fácilmente a través de las redes de oleoductos existentes, en lugar de solo mediante camiones cisterna y vagones de ferrocarril. [ 13 ]

Amoníaco

Las actividades de investigación y patentamiento sobre el uso del amoníaco como combustible marino aumentaron significativamente entre 2004 y 2023. [ 14 ]

El amoníaco (NH₃ ) puede utilizarse como combustible. [ 15 ] [ 16 ] Entre los beneficios del amoníaco para los barcos se incluye la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. [ 17 ] La ​​reducción de nitrógeno se está considerando como un posible componente para pilas de combustible y motores de combustión mediante la investigación de la conversión de amoníaco en nitrógeno gaseoso e hidrógeno gaseoso. [ 18 ]

El amoníaco es la molécula más simple que transporta hidrógeno en estado líquido. No contiene carbono y puede producirse utilizando energía renovable. El amoníaco podría convertirse pronto en un combustible de transición debido a su relativa facilidad de almacenamiento y distribución. [ 19 ]

Combustible de emulsión

Los combustibles emulsionados incluyen múltiples componentes que se mezclan en una emulsión de agua en aceite, la cual se crea para mejorar las propiedades de combustión del combustible. [ 20 ] El diésel también puede emulsionarse con agua para usarse como combustible. [ 21 ] Esto ayuda a mejorar la eficiencia del motor y a reducir las emisiones de escape. [ 22 ]

Combustibles neutros y negativos en carbono

El combustible neutro en carbono es un combustible sintético —como el metano , la gasolina , el diésel o el combustible para aviones— producido a partir de energía renovable o nuclear utilizada para hidrogenar el dióxido de carbono residual reciclado de los gases de escape de las centrales eléctricas o derivado del ácido carbólico en el agua de mar . [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] Estos combustibles son potencialmente neutros en carbono porque no producen un aumento neto de los gases de efecto invernadero atmosféricos . [ 27 ] [ 28 ] En la medida en que los combustibles neutros en carbono sustituyen a los combustibles fósiles , o si se producen a partir de carbono residual o ácido carbólico del agua de mar, y su combustión está sujeta a la captura de carbono en la chimenea o el tubo de escape, producen una emisión negativa de dióxido de carbono y una eliminación neta de dióxido de carbono de la atmósfera, y por lo tanto constituyen una forma de remediación de gases de efecto invernadero . [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] Estos combustibles neutros y negativos en carbono pueden producirse mediante la electrólisis del agua para producir hidrógeno utilizado en la reacción de Sabatier para producir metano que luego puede almacenarse para ser quemado posteriormente en centrales eléctricas como gas natural sintético , transportado por gasoducto , camión o buque cisterna , o ser utilizado en procesos de gas a líquidos como el proceso Fischer-Tropsch para producir combustibles tradicionales para el transporte o la calefacción . [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

Se han propuesto combustibles neutros en carbono para el almacenamiento distribuido de energía renovable , minimizando los problemas de intermitencia eólica y solar , y permitiendo la transmisión de energía eólica, hidráulica y solar a través de los gasoductos existentes. Estos combustibles renovables podrían aliviar los costos y los problemas de dependencia de los combustibles fósiles importados sin requerir la electrificación de la flota de vehículos ni la conversión a hidrógeno u otros combustibles, permitiendo vehículos compatibles y asequibles. [ 32 ] Alemania ha construido una planta de metano sintético de 250 kilovatios que están ampliando a 10 megavatios. [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] Audi ha construido una planta de gas natural licuado (GNL) neutra en carbono en Werlte, Alemania . [ 38 ] La planta está destinada a producir combustible para el transporte para compensar el GNL utilizado en sus automóviles A3 Sportback g-tron , y puede mantener 2800 toneladas métricas de CO₂ fuera del medio ambiente por año en su capacidad inicial. [ 39 ] Otros desarrollos comerciales se están llevando a cabo en Columbia, Carolina del Sur , [ 40 ] Camarillo, California , [ 41 ] y Darlington, Inglaterra . [ 42 ]

La fuente de carbono menos costosa para reciclar en combustible son las emisiones de gases de combustión de combustibles fósiles , donde se puede extraer por aproximadamente US$7.50 por tonelada. [ 25 ] [ 28 ] [ 33 ] También se ha propuesto la captura de gases de escape de automóviles como una opción económica, pero requeriría cambios de diseño o modernización extensos. [ 43 ] Dado que el ácido carbónico en el agua de mar está en equilibrio químico con el dióxido de carbono atmosférico, se ha estudiado la extracción de carbono del agua de mar. [ 44 ] [ 45 ] Los investigadores han estimado que la extracción de carbono del agua de mar costaría alrededor de $50 por tonelada. [ 26 ] La captura de carbono del aire ambiente es más costosa, entre $600 y $1000 por tonelada, y se considera poco práctica para la síntesis de combustible o el secuestro de carbono . [ 28 ] [ 29 ]

La energía eólica nocturna se considera la forma más económica de energía eléctrica para sintetizar combustible, porque la curva de carga de electricidad alcanza su pico máximo durante las horas más cálidas del día, pero el viento tiende a soplar un poco más fuerte por la noche que durante el día. Por lo tanto, el precio de la energía eólica nocturna suele ser mucho más barato que cualquier alternativa. Los precios de la energía eólica fuera de las horas pico en áreas de alta penetración eólica de EE. UU. promediaron 1,64 centavos por kilovatio-hora en 2009, pero solo 0,71 centavos/kWh durante las seis horas menos costosas del día. [ 32 ] Normalmente, la electricidad al por mayor cuesta de 2 a 5 centavos/kWh durante el día. [ 46 ] Las empresas comerciales de síntesis de combustible sugieren que pueden producir combustible por menos que los combustibles derivados del petróleo cuando el petróleo cuesta más de $55 por barril. [ 47 ] La Armada de EE. UU. estima que la producción de combustible para aviones a bordo de buques a partir de energía nuclear costaría alrededor de $6 por galón. Si bien en 2010 el precio del combustible derivado del petróleo era aproximadamente el doble, se espera que sea mucho menor que el precio de mercado en menos de cinco años si continúan las tendencias recientes. Además, dado que el suministro de combustible a un grupo de combate de portaaviones cuesta alrededor de $8 por galón, la producción a bordo de los buques ya es mucho menos costosa. [ 48 ] Sin embargo, la energía nuclear civil en EE. UU. es considerablemente más cara que la energía eólica. [ 49 ] La estimación de la Armada de que 100 megavatios pueden producir 41 000 galones de combustible por día indica que la producción terrestre a partir de energía eólica costaría menos de $1 por galón. [ 50 ]

Hidrógeno y ácido fórmico

El hidrógeno es un combustible libre de emisiones. El subproducto de la combustión del hidrógeno es agua, aunque se producen algunos óxidos mononitrosos (NOx) cuando el hidrógeno se quema con aire. [ 51 ] [ 52 ]

Otro combustible es el ácido fórmico. Este combustible se utiliza convirtiéndolo primero en hidrógeno y usándolo en una pila de combustible . El ácido fórmico es mucho más fácil de almacenar que el hidrógeno. [ 53 ] [ 54 ]

Mezcla de hidrógeno y gas natural comprimido

El HCNG (o H2CNG) es una mezcla de gas natural comprimido y entre un 4 y un 9 por ciento de hidrógeno en términos energéticos. [ 55 ] El hidrógeno también podría utilizarse como gas hidroxilo para mejorar las características de combustión de los motores de encendido por compresión . [ 56 ] El gas hidroxilo se obtiene mediante la electrólisis del agua. [ 57 ]

Aire comprimido

El motor neumático es un motor de pistón libre de emisiones que utiliza aire comprimido como combustible.

Autogas propano

El propano es un combustible de alto rendimiento y combustión más limpia, derivado de diversas fuentes. Se conoce con varios nombres, como propano, GLP (gas licuado de propano), LPA (autogas de propano líquido), autogas, entre otros. El propano es un combustible de hidrocarburos y pertenece a la familia del gas natural.

El propano, como combustible para automóviles, comparte muchas de las características físicas de la gasolina, a la vez que reduce las emisiones de escape y las emisiones totales desde la extracción hasta el consumo. El propano es el principal combustible alternativo del mundo y ofrece una gran disponibilidad, almacenamiento en estado líquido a baja presión, un excelente historial de seguridad y un importante ahorro de costes en comparación con los combustibles tradicionales. [ 58 ]

El propano ofrece un índice de octano entre 104 y 112 [ 59 ], dependiendo de la composición de la mezcla de butano y propano. El autogas propano en formato de inyección líquida aprovecha el cambio de fase de líquido a gas dentro del cilindro del motor de combustión, produciendo un efecto de intercooler que reduce la temperatura del cilindro y aumenta la densidad del aire. [ 60 ] El efecto resultante permite un mayor avance en el ciclo de encendido y una combustión más eficiente del motor.

El propano no contiene aditivos, detergentes ni otros aditivos químicos, lo que reduce aún más las emisiones de gases de escape. Su combustión más limpia también genera menos partículas, menores emisiones de NO x gracias a la combustión completa del gas dentro del cilindro, temperaturas de escape más elevadas que aumentan la eficiencia del catalizador y depositan menos ácido y carbono en el motor, lo que prolonga la vida útil del aceite lubricante.

El autogás de propano se genera en el pozo junto con otros productos derivados del gas natural y del petróleo. También es un subproducto de los procesos de refinación, que incrementan aún más el suministro de propano al mercado.

El propano se almacena y transporta en estado líquido a una presión aproximada de 5 bar (73 psi) . El repostaje de vehículos es similar al de la gasolina en cuanto a la velocidad de suministro con los equipos de repostaje modernos. Las estaciones de servicio de propano solo requieren una bomba para transferir el combustible y no necesitan sistemas de compresión costosos y lentos, a diferencia del gas natural comprimido, que generalmente se mantiene a más de 3000 psi (210 bar) .    

En el ámbito vehicular, el autogás de propano se puede adaptar a casi cualquier motor y proporciona ahorros en costos de combustible y menores emisiones, a la vez que resulta más eficiente como sistema general debido a la gran infraestructura de abastecimiento de propano preexistente que no requiere compresores y evita el consiguiente desperdicio de otros combustibles alternativos en los ciclos de vida desde la extracción hasta el consumo.

gas natural comprimido

El gas natural comprimido (GNC) y el gas natural licuado (GNL) son dos alternativas combustibles más limpias que los combustibles líquidos convencionales para automóviles .

Tipos de combustible de gas natural comprimido

Los vehículos de GNC pueden utilizar tanto GNC renovable como GNC no renovable. [ 61 ]

El GNC convencional es un combustible fósil. Las nuevas tecnologías, como la perforación horizontal y la fracturación hidráulica para acceder económicamente a los recursos de gas no convencionales , parecen haber aumentado el suministro de gas natural de manera fundamental. [ 62 ]

El gas natural renovable o biogás es un gas a base de metano con propiedades similares al gas natural que puede utilizarse como combustible para el transporte. Las fuentes actuales de biogás son principalmente vertederos , aguas residuales y residuos animales/agrícolas . Según el tipo de proceso, el biogás se puede dividir en: biogás producido por digestión anaeróbica, gas de vertedero recogido de vertederos y tratado para eliminar contaminantes traza, y gas natural sintético (GNS). [ 61 ]

Sentido práctico

El GNC impulsa más de 5 millones de vehículos en todo el mundo, y poco más de 150.000 de ellos están en los EE. UU. [ 63 ] El uso en los EE. UU. está creciendo a un ritmo espectacular. [ 64 ]

Análisis ambiental

Debido a que el gas natural emite menos contaminantes formadores de smog que otros combustibles fósiles al quemarse, se ha medido un aire más limpio en localidades urbanas que cambiaron a vehículos de gas natural. [ 65 ] Las emisiones de CO₂ del tubo de escape pueden reducirse entre un 15 y un 25 % en comparación con la gasolina y el diésel. [ 66 ] Las mayores reducciones se producen en los segmentos de camiones medianos y pesados, camiones ligeros y camiones de basura. [ 66 ]

Es posible lograr reducciones de CO2 de hasta un 88% mediante el uso de biogás. [ 67 ]

El gas natural y el hidrógeno son ambos más ligeros que el aire y pueden mezclarse entre sí. [ 68 ]

Energía nuclear y generadores radiotérmicos

reactores nucleares

La energía nuclear es cualquier tecnología nuclear diseñada para extraer energía útil de los núcleos atómicos mediante reacciones nucleares controladas . Actualmente, el único método controlado utiliza la fisión nuclear en un combustible fisionable (con una pequeña fracción de la energía proveniente de la desintegración radiactiva posterior ). El uso de la fusión nuclear para la generación controlada de energía aún no es práctico, pero es un área activa de investigación. [ 69 ]

La energía nuclear generalmente requiere un reactor nuclear para calentar un fluido de trabajo, como el agua, que luego se utiliza para generar vapor a presión. Este vapor se convierte en trabajo mecánico para generar electricidad o propulsión en el agua. Actualmente, más del 15 % de la electricidad mundial proviene de la energía nuclear, y se han construido más de 150 buques de guerra de propulsión nuclear.

En teoría, la electricidad de los reactores nucleares también podría utilizarse para la propulsión espacial, pero esto aún no se ha demostrado en un vuelo espacial. Algunos reactores más pequeños, como el reactor nuclear TOPAZ , están diseñados para minimizar las piezas móviles y utilizan métodos que convierten la energía nuclear en electricidad de forma más directa, lo que los hace útiles para misiones espaciales, pero históricamente esta electricidad se ha utilizado para otros fines. La energía de la fisión nuclear se ha utilizado en varias naves espaciales, todas ellas no tripuladas. Hasta 1988, los soviéticos pusieron en órbita 33 reactores nucleares en satélites de radar militar RORSAT , donde la energía eléctrica generada se utilizaba para alimentar una unidad de radar que localizaba barcos en los océanos de la Tierra. Estados Unidos también puso en órbita un reactor nuclear experimental en 1965, en la misión SNAP-10A .

reactores nucleares alimentados con torio

Los reactores nucleares basados ​​en torio también se han convertido en un área de investigación activa en los últimos años. Cuentan con el respaldo de muchos científicos e investigadores, y el profesor James Hansen, exdirector del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA , ha declarado: "Tras estudiar el cambio climático durante más de cuatro décadas, me queda claro que el mundo se dirige hacia una catástrofe climática a menos que desarrollemos fuentes de energía adecuadas para reemplazar los combustibles fósiles . La energía nuclear, más segura, limpia y barata, puede reemplazar al carbón y es urgentemente necesaria como parte esencial de la solución". [ 70 ] El torio es de 3 a 4 veces más abundante en la naturaleza que el uranio , y su mineral, la monacita , se encuentra comúnmente en arenas a lo largo de cuerpos de agua. El torio también ha despertado interés porque podría ser más fácil de obtener que el uranio. Mientras que las minas de uranio están confinadas bajo tierra y, por lo tanto, son muy peligrosas para los mineros, el torio se extrae de pozos a cielo abierto. [ 71 ] [ 72 ] La monacita está presente en países como Australia, Estados Unidos e India, en cantidades lo suficientemente grandes como para abastecer de energía a la Tierra durante miles de años. [ 73 ] Como alternativa a los reactores nucleares alimentados con uranio, se ha demostrado que el torio contribuye a la proliferación, produce residuos radiactivos para depósitos geológicos profundos como el tecnecio-99 (vida media de más de 200 000 años), [ 74 ] y tiene un ciclo de combustible más largo. [ 72 ]

Para obtener una lista de reactores de torio experimentales y actualmente en funcionamiento, consulte Ciclo del combustible de torio §  Lista de reactores de torio .

Generadores radiotérmicos

Además, los radioisótopos se han utilizado como combustibles alternativos, tanto en tierra como en el espacio. Su uso en tierra está disminuyendo debido al peligro de robo de isótopos y daños ambientales si se abre la unidad. La desintegración de los radioisótopos genera calor y electricidad en muchas sondas espaciales, particularmente en aquellas que se dirigen a planetas exteriores donde la luz solar es débil y las bajas temperaturas representan un problema. Los generadores radiotérmicos (RTG), que utilizan radioisótopos como combustible, no mantienen una reacción nuclear en cadena, sino que generan electricidad a partir de la desintegración de un radioisótopo. [ 75 ]

Véase también

Referencias

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  • Guía del estudiante sobre combustibles alternativos. Archivada el 31/10/2015 en Wayback Machine.
  • Revolución Verde: El futuro de los coches eléctricos