Electrocombustible

Los electrocombustibles , también conocidos como e-combustibles , son una clase de combustibles sintéticos que funcionan como combustibles de reemplazo directo para motores de combustión interna. Se fabrican utilizando dióxido de carbono o monóxido de carbono capturado, junto con hidrógeno obtenido de la disociación del agua . ^{[ 1 ]} La electrólisis es posible tanto con fuentes de energía tradicionales de combustibles fósiles como con fuentes de electricidad bajas en carbono, como la energía eólica, solar y nuclear. ^{[ 2 ] : 7 [ 3 ]}

El proceso utiliza dióxido de carbono en la fabricación y libera aproximadamente la misma cantidad de dióxido de carbono a la atmósfera cuando se quema el combustible, lo que resulta en una baja huella de carbono general. Por lo tanto, los electrocombustibles son una opción para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero del transporte, en particular del transporte de mercancías a larga distancia, marítimo y aéreo. ^{[ 2 ] : 9–13}

Los objetivos principales son el metanol y el diésel , pero también incluyen otros alcoholes y gases que contienen carbono, como el metano y el butano .

Los electrocombustibles son hidrocarburos sintetizados artificialmente a partir de hidrógeno y dióxido de carbono. El dióxido de carbono se puede extraer de tres fuentes diferentes: del aire ambiente (captura directa del aire), de fuentes puntuales como centrales eléctricas (captura y almacenamiento de carbono) o de biomasa. Para maximizar la producción respetuosa con el clima, se prefiere la captura atmosférica mediante biomasa o la captura directa del aire . Al utilizar biomasa, existen diferentes maneras de obtener el CO₂ _necesario . Esto se puede lograr mediante la producción de biogás o bioetanol. En todos estos procesos, el CO₂ _se produce como subproducto y debe separarse y purificarse. En el proceso de captura directa del aire, el aire ambiente se aspira y se transfiere a un adsorbente, donde el dióxido de carbono forma un enlace químico con un absorbente o adsorbente, separándolo del aire. Posteriormente, durante la regeneración del adsorbente, o desorción, el dióxido de carbono se separa mediante la adición de energía térmica y se prepara para su posterior uso o almacenamiento. ^{[ 4 ]}

El hidrógeno se puede producir de diferentes maneras. Para los combustibles electrónicos neutros en CO₂ _, es esencial producir hidrógeno verde . ^{[ 4 ]} Con la ayuda de electricidad renovable, el agua se puede separar en sus componentes, hidrógeno y oxígeno, como parte de la electrólisis del agua.

Para producir combustibles electrónicos, se proporciona un gas de síntesis compuesto de hidrógeno y monóxido de carbono, que luego se convierte en hidrocarburos en un proceso de síntesis posterior, que luego puede usarse como combustible. En el pasado, dichos procesos de síntesis se han llevado a cabo con otras fuentes de carbono e hidrógeno y, por lo tanto, hay varios tipos diferentes de procesos que podrían usarse, por ejemplo: ^{[ 5 ]}

• Reacción de Sabatier
• Síntesis de Fischer-Tropsch
• Proceso móvil ( metanol a gasolina )

Por lo tanto, los combustibles electrónicos no son fuentes de energía primaria, sino secundaria. Permiten utilizar energía eléctrica para producir combustibles con alta densidad energética, propiedades de almacenamiento, transporte y combustión que, debido a sus propiedades y versatilidad, teóricamente pueden reemplazarlos en todas las aplicaciones posibles. Los combustibles son químicamente idénticos a sus contrapartes fósiles y tienen propiedades idénticas. Esta similitud con los combustibles fósiles permite utilizarlos no solo en la flota existente, sino también en la infraestructura existente en forma de transporte marítimo, oleoductos, buques cisterna y redes de estaciones de servicio. ^{[ 4 ]} Al mismo tiempo, se evitan las dificultades del manejo del hidrógeno.

Los electrocombustibles se consideran en gran medida un complemento y eventual reemplazo de los combustibles utilizados en el transporte, como el combustible para aviones , el gasóleo y el fueloil . ^{[ 2 ]}

Según el estudio «Los costes futuros de los combustibles sintéticos a base de electricidad», publicado en 2018 por Agora Verkehrswende, los combustibles sintéticos, como los e-fuels, necesitan dos requisitos previos para poder ofrecer un precio competitivo. En primer lugar, son esenciales un elevado número de horas de funcionamiento a plena carga, ya que los complejos de plantas para la producción de e-fuels requieren una inversión significativamente alta y, por consiguiente, tienen elevados costes fijos. Cada hora de funcionamiento adicional reduce los costes. Según el estudio, se requieren al menos entre 3000 y 4000 horas de funcionamiento a plena carga al año. ^{[ 6 ]}

El segundo aspecto importante es el bajo costo de la electricidad. La síntesis de combustibles sintéticos requiere grandes cantidades de electricidad y se caracteriza por pérdidas de conversión. Para mantener el precio lo más bajo posible, es fundamental contar con electricidad renovable y barata.

Por este motivo, los autores recomiendan producir en regiones soleadas y ventosas en lugar de utilizar electricidad renovable procedente de aerogeneradores marinos de regiones como el Mar del Norte o el Mar Báltico. Tres de las regiones examinadas ofrecían excelentes condiciones y tenían el potencial de reducir significativamente el precio. Por ejemplo, mediante el uso de sistemas fotovoltaicos en el norte de África y Oriente Medio, los costes de producción de combustibles líquidos sintéticos podrían alcanzar los 11 céntimos de euro por kilovatio-hora (€ct/kWh), lo que equivale a 0,96 euros por litro o 3,63 euros por galón en 2030 (3,94 dólares estadounidenses por galón según cálculos del 26 de mayo de 2024 sin impuestos). Otro lugar destacable, según los autores, sería Islandia, aprovechando la energía geotérmica existente. ^{[ 6 ]}

Resultados similares fueron reportados en el informe de 2018 de Prognos AG, el Instituto Fraunhofer de Tecnología Ambiental, de Seguridad y Energética, y el Centro Alemán de Investigación de Biomasa (DBF). Según sus datos, para 2050, con producción en la región MENA y utilizando el proceso Fischer-Tropsch, dependiendo de varios parámetros como tasas de interés, eficiencia de electrólisis, costos directos de captura de aire, costos de electricidad, así como costos de inversión y producción, entre otros, los costos de fabricación podrían oscilar entre al menos 0,70 €/L y 1,30 €/L (2,88 US$ por galón y 5,34 US$ por galón según cálculos del 26 de mayo de 2024), sin incluir impuestos. ^{[ 5 ]}

Una fuente principal de financiación para la investigación sobre electrocombustibles líquidos para el transporte fue el Programa de Electrocombustibles de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía ( ARPA-E ), dirigido por Eric Toone. ^{[ 7 ]} ARPA-E, creada en 2009 bajo el mandato del Secretario de Energía del Presidente Obama , Steven Chu , es el intento del Departamento de Energía de replicar la eficacia de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) . Ejemplos de proyectos financiados bajo este programa incluyen el esfuerzo de biodiésel de OPX Biotechnologies liderado por Michael Lynch ^{[ 8 ]} y el trabajo de Derek Lovley sobre electrosíntesis microbiana en la Universidad de Massachusetts Amherst , ^{[ 9 ]} que, según se informa, produjo el primer electrocombustible líquido utilizando CO ₂ como materia prima . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

La primera Conferencia sobre Electrocombustibles, patrocinada por el Instituto Americano de Ingenieros Químicos, se celebró en Providence, Rhode Island, en noviembre de 2011. ^{[ 12 ]} En dicha conferencia, el director Eric Toone declaró: «Dieciocho meses después del inicio del programa, sabemos que funciona. Necesitamos saber si podemos lograr que tenga un impacto real». Varios grupos han superado la fase de prueba de concepto y están trabajando para ampliar la producción de forma rentable. Actualmente, Porsche se considera líder en estos proyectos, con un costo estimado por galón de electrocombustible de cuarenta y cinco dólares. ^{[ 13 ]}

Los electrocombustibles tienen el potencial de ser disruptivos si los electrocombustibles neutros en carbono son más baratos que los combustibles derivados del petróleo , y si las materias primas químicas producidas por electrosíntesis son más baratas que las refinadas a partir del petróleo crudo . Los electrocombustibles también tienen un potencial significativo para transformar el panorama de las energías renovables, ya que permiten almacenar convenientemente las energías renovables de todas las fuentes como combustible líquido y reducir las restricciones de producción . ^{[ 3 ]}

A partir de 2014, impulsado por el auge del fracking , el enfoque de ARPA-E se ha desplazado de las materias primas eléctricas a las materias primas basadas en gas natural y, por lo tanto, se ha alejado de los electrocombustibles. ^{[ 14 ]}

En 2021, Audi anunció que estaba trabajando en proyectos de e-diesel y e-gasoline . ^{[ 15 ]} La empresa británica Zero , fundada en 2020 por el ex ingeniero de F1 Paddy Lowe , ha desarrollado un proceso que denomina "petrosíntesis" para crear combustible sostenible y ha establecido una planta de desarrollo en el centro de negocios Bicester Heritage, cerca de Oxford . ^{[ 16 ]}

Stellantis (marcas principales: Alfa Romeo , Peugeot , Opel , Citroën y Chrysler ) anunció en septiembre de 2023 que aprobaría el uso de Electrofuels en 28 millones de vehículos en Europa. Esta información se dio a conocer tras un extenso proceso de pruebas en colaboración con Saudi Aramco. Se probaron 24 familias de motores instaladas en Europa desde 2014 en cuanto a emisiones de escape, arranque, rendimiento del motor, fiabilidad, durabilidad, dilución de aceite, depósito de combustible, conductos de combustible y filtros, así como el rendimiento del combustible en frío extremo y altas temperaturas. Stellantis prevé ahorrar hasta 400 millones de toneladas de CO₂ _para 2050. ^{[ 17 ]}

En 2023, un estudio publicado por el Centro de Excelencia de Seguridad Energética de la OTAN concluyó que los combustibles electrónicos ofrecen una de las vías de descarbonización más prometedoras para la movilidad militar en los ámbitos terrestre, marítimo y aéreo. ^{[ 18 ]}

Algunos procesos actuales que afirman producir electrocombustibles se alimentan de electricidad generada a partir de combustibles fósiles no renovables ; los académicos han reconocido la necesidad de estos métodos en las primeras etapas de la producción de electrocombustibles a pesar de su naturaleza contraintuitiva. ^{[ 25 ]}

Para 2021, la Federación Europea para el Transporte y el Medio Ambiente , un grupo de defensa , recomendó que el sector de la aviación necesitara implementar el e-queroseno, ya que podría reducir sustancialmente su impacto climático, ^{[ 26 ]} y de manera similar para el transporte marítimo. ^{[ 27 ]} También afirmó que el uso de electrocombustibles en automóviles emite dos gases de efecto invernadero significativos además del CO ₂ capturado para la producción: metano (CH ₄ ) y óxido nitroso (N ₂ O); la contaminación del aire local seguía siendo una preocupación, y era cinco veces menos eficiente que la electrificación directa. ^{[ 28 ]}

Europa define una clase de electrocombustibles denominada «Combustibles de transporte líquidos y gaseosos renovables de origen no biológico» (RFNBO), químicamente idénticos a los electrocombustibles en general, pero con requisitos más estrictos. La energía debe ser generada por nuevas centrales eléctricas renovables no subvencionadas ubicadas en la misma zona de licitación que la planta de electrocombustibles; la producción de energía y la de electrocombustibles deben realizarse simultáneamente, y las fuentes de carbono deben ser de determinados tipos. ^{[ 3 ] [ 29 ]}

En septiembre de 2022, la empresa finlandesa Q Power vendió a P2X Solutions una unidad de producción de metano sintético que se entregará en 2024 en Harjavalta , Finlandia, junto a su planta de producción de hidrógeno verde de 20 MW . ^{[ 30 ]} Ren-Gas tiene varios proyectos de producción de metano sintético en Tampere , Lahti , Kotka , Mikkeli y Pori en Finlandia. ^{[ 31 ]}

Hacia finales de 2020, Porsche anunció su inversión en electrocombustibles, incluido el proyecto Haru Oni ​​en Chile, que crea metanol sintético a partir de energía eólica. ^{[ 32 ]} En diciembre de 2022, Porsche y la empresa chilena Highly Innovative Fuels abrieron la planta piloto Haru Oni ​​en Punta Arenas , Chile, basada en energía eólica y produciendo alrededor de 130 000 L (29 000 gal imp ; 34 000 gal US ) de eFuel por año en la fase piloto, con planes para escalar a 55 000 000 L (12 000 000 gal imp ; 15 000 000 gal US ) por año para 2026, y 550 000 000 L (120 000 000 gal imp ; 150 000 000 gal US ) para 2028, para ser exportado a través de su puerto. ^{[ 33 ] [ 34 ]}               

• Lovett, Richard A. (17 de junio de 2013). «Electrocombustibles: Microbios cargados podrían "expulsar" una alternativa a la gasolina» . National Geographic . Archivado del original el 20 de junio de 2013. Recuperado el 23 de julio de 2013 .(Se requiere suscripción)
• Alianza de combustible electrónico