Eficiencia energética en el transporte

La eficiencia energética se expresa en términos de economía de combustible: ^{[ 1 ]}

• distancia por vehículo por unidad de volumen de combustible; por ejemplo, km/L o millas por galón (EE. UU. o sistema imperial) .
• distancia por vehículo por unidad de masa de combustible; p. ej., km/kg. ^{[ 11 ]}
• distancia por vehículo por unidad de energía; por ejemplo, millas por galón equivalente (mpg-e).

El consumo de energía (eficiencia recíproca) ^{[ 12 ]} se expresa en términos de consumo de combustible: ^{[ 1 ]}

• Volumen de combustible (o energía total) consumido por unidad de distancia por vehículo; por ejemplo, l/100  km o MJ/100  km.
• volumen de combustible (o energía total) consumido por unidad de distancia por pasajero; por ejemplo, l/(100  pasajeros·km).
• volumen de combustible (o energía total) consumido por unidad de distancia y por unidad de masa de carga transportada; por ejemplo, l/100  kg·km o MJ/t·km.

Consumo de electricidad:

• Energía eléctrica consumida por vehículo por unidad de distancia; por ejemplo, kWh/100  km.

Producir electricidad a partir de combustible requiere mucha más energía primaria que la cantidad de electricidad producida.

Consumo de energía:

• Calorías procesadas por el metabolismo del cuerpo por kilómetro; por ejemplo, Cal/km o kcal/km.
• Calorías procesadas por el metabolismo del cuerpo por milla; p. ej., Cal/millas. ^{[ 13 ]}

En la siguiente tabla se presentan la eficiencia energética y el consumo de energía para diferentes tipos de vehículos terrestres de pasajeros y modos de transporte, así como las tasas de ocupación estándar, con las fuentes de estas cifras en las referencias.

Para la conversión entre unidades de energía, 1 litro de gasolina equivale a 34,2 MJ , 1 kWh a 3,6 MJ y 1 kilocaloría a 4184 J. Para la tasa de ocupación del automóvil, se considera un valor de 1,2 pasajeros por automóvil ^{[ 14 ]} . En Europa, este valor aumenta ligeramente a 1,4 ^{[ 15 ] .}

Una persona de 68 kg (150 lb) que camina a 4 km/h (2,5 mph) requiere aproximadamente 210 kilocalorías (880 kJ) de energía alimentaria por hora, lo que equivale a 4,55 km/MJ. ^{[ 17 ]} 1 galón estadounidense (3,8 L) de gasolina contiene aproximadamente 114.000 unidades térmicas británicas (120 MJ) ^{[ 51 ]} de energía, por lo que esto equivale aproximadamente a 360 millas por galón estadounidense (0,65 L/100 km) .            

Los velomóviles son principalmente triciclos, a veces bicicletas o cuadriciclos, con carenados completamente cerrados . Debido a su peso adicional, su eficiencia se reduce ligeramente en subidas y a bajas velocidades, donde predomina la resistencia a la rodadura. A velocidades más altas, se vuelven más eficientes que cualquier otro vehículo gracias a su reducida superficie frontal y su forma aerodinámica.

A velocidades superiores a 10 m/s (33 ft/s) , un velomóvil a la misma velocidad necesita menos de la mitad de la potencia de una bicicleta de carreras sin carenado. ^{[ 52 ]}  

La energía de entrada proveniente de los alimentos que consumen los humanos es más de 4 veces mayor. ^{[ 19 ]} Si se considera esto, los velomóviles con motores eléctricos son los vehículos más eficientes a pesar del peso adicional de sus baterías, siempre y cuando no sean demasiado pesados ​​y sigan utilizando neumáticos de baja resistencia.

Con la fuerza humana, existe una compensación entre la baja resistencia aerodinámica y la refrigeración del cuerpo, lo que influye tanto en la capacidad de potencia como en la comodidad, y por lo tanto también en la velocidad y la eficiencia. ^{[ 53 ]}

Una bicicleta estándar ligera de velocidad moderada es una de las formas de transporte más eficientes energéticamente si no se cuenta la producción de alimentos o si esta es óptima. En comparación con caminar, un ciclista de 64 kg (140 lb) que va a 16 km/h (10 mph) requiere aproximadamente la mitad de la energía de los alimentos por unidad de distancia: 27 kcal/km, 3,1 kWh (11 MJ) por 100 km, o 43 kcal/mi. ^{[ 17 ]} Esto se convierte en aproximadamente 732 mpg _{- EE. UU.} (0,321 L/100 km; 879 mpg _{- imperial} ) . ^{[ 54 ]} Esto significa que una bicicleta utilizará entre 10 y 25 veces menos energía por distancia recorrida que un automóvil particular, dependiendo de la fuente de combustible y el tamaño del automóvil. Esta cifra depende de la velocidad y la masa del ciclista: las velocidades más altas generan mayor resistencia del aire y los ciclistas más pesados ​​consumen más energía por unidad de distancia. Además, debido a su ligereza (generalmente entre 7 y 15 kg), las bicicletas requieren muy pocos materiales y energía para su fabricación. En comparación con un automóvil que pesa 1500 kg o más, una bicicleta suele requerir entre 100 y 200 veces menos energía para su producción.               

No existe una distinción clara en la construcción entre bicicletas o triciclos motorizados y motocicletas o scooters de baja potencia, pero el consumo de combustible está influenciado por los rangos de velocidad obligatorios y el número de usuarios.

La eficiencia energética de los vehículos de transporte personal, como patinetes eléctricos , patinetes eléctricos , monociclos eléctricos y Segways, se correlaciona con la velocidad, el peso y la resistencia a la rodadura. La resistencia aerodinámica del ciclista en posición vertical es similar a la de una bicicleta convencional con ciclista. La resistencia a la rodadura depende del diámetro, la dureza o la presión de inflado de los neumáticos y la superficie de la carretera. El consumo energético oscila entre 1 y 2  kWh (3,6-7,2 MJ) por cada 100  km. ^{[ 58 ]}

patinete eléctrico

Los patinetes eléctricos, como los que utilizan los sistemas de alquiler compartido Bird o Lime , suelen tener una autonomía máxima inferior a 30 km (19 millas) y una velocidad máxima de 20 o 25 km/h (12,4 o 15,5 mph), según la normativa. Diseñados para cubrir la última milla y circular por carriles bici, requieren poca habilidad por parte del usuario. El consumo energético típico es de 1,4-1,5 kWh (5-5,4 MJ) por cada 100 km. Sin embargo, al tener que recargarse con frecuencia, a menudo se recogen durante la noche junto con vehículos a motor, lo que reduce en cierta medida esta eficiencia. La vida útil de los patinetes eléctricos es notablemente corta, por lo que, en un análisis del ciclo de vida, la energía consumida y, sobre todo, los costes medioambientales de la producción son mucho mayores que los asociados a su uso. ^{[ 59 ]}    

Los automóviles suelen ser ineficientes en comparación con otros medios de transporte, debido al peso relativamente elevado del vehículo en relación con sus ocupantes. En términos porcentuales, si hay un solo ocupante en un automóvil, solo alrededor del 0,5 % de la energía total utilizada se emplea para mover a la persona dentro del vehículo, mientras que el 99,5 % restante (aproximadamente 200 veces más) se utiliza para mover el propio automóvil.

Un factor importante que influye en el consumo de energía de los automóviles por pasajero es la tasa de ocupación del vehículo. Si bien el consumo por unidad de distancia por vehículo aumenta con el número de pasajeros, este aumento es leve en comparación con la reducción del consumo por unidad de distancia por pasajero. Esto significa que una mayor ocupación se traduce en una mayor eficiencia energética por pasajero. La ocupación de los automóviles varía según las regiones. Por ejemplo, la tasa de ocupación promedio estimada es de aproximadamente 1,3 pasajeros por automóvil en el Área de la Bahía de San Francisco, ^{[ 61 ]} mientras que el promedio estimado para el Reino Unido en 2006 fue de 1,58. ^{[ 62 ]}

Debido a la eficiencia de los motores eléctricos, los automóviles eléctricos son mucho más eficientes que sus contrapartes con motor de combustión interna, consumiendo aproximadamente 38 megajulios (38 000 kJ) por cada 100  km en comparación con los 142 megajulios por cada 100  km de los automóviles con motor de combustión. ^{[ 63 ]} Sin embargo, dependiendo de cómo se genere la electricidad, el uso real de energía primaria puede ser mayor.

Las prácticas de conducción y los vehículos pueden modificarse para mejorar su eficiencia energética en aproximadamente un 15%. ^{[ 64 ] [ 65 ]}

Uso de energía durante el ciclo de vida

Los automóviles tienen un consumo energético significativo a lo largo de su ciclo de vida, no directamente atribuible al funcionamiento del vehículo. Una consideración importante son los costos energéticos de producir la forma de energía utilizada por el automóvil. Los biocombustibles, la electricidad y el hidrógeno , por ejemplo, requieren un aporte energético significativo en su producción. La eficiencia de producción de hidrógeno es del 50-70% cuando se produce a partir de gas natural, y del 10-15% a partir de electricidad. La eficiencia de la producción de hidrógeno, así como la energía necesaria para almacenar y transportar hidrógeno, deben combinarse con la eficiencia del vehículo para obtener la eficiencia neta. ^{[ 67 ]} Debido a esto, los automóviles de hidrógeno son uno de los medios de transporte de pasajeros menos eficientes, ya que generalmente se debe invertir alrededor de 50 veces más energía en la producción de hidrógeno que en la que se utiliza para mover el automóvil.

Otro factor importante es la energía necesaria para construir y mantener las carreteras, así como el retorno energético sobre la energía invertida (EROEI). Entre estos dos factores, se debe sumar aproximadamente un 20 % a la energía del combustible consumido para calcular con precisión el total de energía utilizada.

Finalmente, los cálculos de eficiencia energética de los vehículos serían engañosos si no se tuviera en cuenta el coste energético de su producción. Este coste energético inicial puede, por supuesto, amortizarse a lo largo de la vida útil del vehículo para calcular una eficiencia energética media durante su vida útil efectiva. En otras palabras, los vehículos que requieren mucha energía para su producción y se utilizan durante periodos relativamente cortos consumirán mucha más energía durante su vida útil efectiva que aquellos que no, y por lo tanto son mucho menos eficientes energéticamente de lo que podrían parecer. Los coches híbridos y eléctricos consumen menos energía en su funcionamiento que los coches comparables de gasolina, pero se consume más energía en su fabricación, por lo que la diferencia total sería menos evidente de lo que parece a simple vista. Compárese, por ejemplo, caminar, que no requiere ningún equipo especial, con un automóvil, producido y enviado desde otro país, fabricado con piezas de todo el mundo a partir de materias primas y minerales extraídos y procesados ​​en otros lugares, y utilizado durante un número limitado de años. Según la agencia francesa de energía y medio ambiente ADEME, ^{[ 68 ]} un automóvil promedio tiene un contenido energético incorporado de 20.800 kWh y un vehículo eléctrico promedio de 34.700 kWh. El automóvil eléctrico requiere casi el doble de energía para su producción, principalmente debido a la gran cantidad de minería y purificación necesarias para los metales de tierras raras y otros materiales utilizados en las baterías de iones de litio y en los motores eléctricos. Esto representa una parte significativa de la energía utilizada durante la vida útil del automóvil (en algunos casos, casi tanta como la energía utilizada a través del combustible consumido, duplicando efectivamente el consumo energético por distancia del automóvil), y no puede ignorarse al comparar los automóviles con otros modos de transporte. Dado que estas son cifras promedio para automóviles franceses, es probable que sean significativamente mayores en países más centrados en el automóvil como Estados Unidos y Canadá, donde los automóviles mucho más grandes y pesados ​​son más comunes. El uso de vehículos privados puede disminuir significativamente y puede ayudar a promover un crecimiento urbano sostenible si se desarrollan opciones de transporte no motorizado más atractivas, así como entornos de transporte público más cómodos. ^{[ 69 ]}

Ejemplo de cifras de consumo

• Los coches solares son vehículos eléctricos que utilizan poca o ninguna energía externa, salvo la proveniente de la luz solar, cargando las baterías mediante paneles solares integrados. Suelen consumir menos de 3  kWh por cada 100  millas (67  kJ/km o 1,86  kWh/100  km). La mayoría de estos coches son de carreras, diseñados para la competición y no para el transporte de pasajeros ni para uso comercial. ^{[ 26 ]} Sin embargo, varias empresas están diseñando coches solares para uso público . A diciembre de 2021, ninguno había sido lanzado al mercado.
• El GEM NEV de cuatro pasajeros utiliza 169 Wh/mi (199 mpg - e; 10,5 kW⋅h/100 km) , ^{[ 27 ]} lo que equivale a 2,6 kWh/100 km por persona cuando está completamente ocupado , aunque a solo 24 mph (39 km/h) .        
• El General Motors EV1 fue calificado en una prueba con una eficiencia de carga de 373 Wh-AC/milla o 23 kWh/100  km ^{[ 70 ]} aproximadamente equivalente a 2,6 L/100 km (110 mpg _{- imp} ; 90 mpg _{- EE. UU.} ) para vehículos alimentados con petróleo.    
• El Chevrolet Volt en modo totalmente eléctrico consume 36 kilovatios-hora por cada 100 millas (810 kJ/km; 94 mpg - e) , lo que significa que puede acercarse o superar la eficiencia energética de caminar si el coche está completamente ocupado con 4 o más pasajeros, aunque las emisiones relativas producidas pueden no seguir las mismas tendencias si se analizan los impactos ambientales.  
• El Daihatsu Charade 993cc turbo diésel (1987-1993) ganó el premio al vehículo más eficiente en consumo de combustible por recorrer el Reino Unido con un promedio de 2,82 L/100 km (100 mpg _{- imp} ) . Recientemente fue superado por el VW Lupo 3 L, que consume alrededor de 2,77 L/100 km (102 mpg _{- imp} ) . Ambos coches son difíciles de encontrar en el mercado. El Daihatsu tuvo serios problemas de corrosión y seguridad estructural, lo que contribuye a su rareza y a su corta producción.       
• El Volkswagen Polo 1.4 TDI Bluemotion y el SEAT Ibiza 1.4 TDI Ecomotion, ambos con un consumo de 3,8 L/100 km (74 mpg _{- imp} ; 62 mpg _{- EE. UU.} ) (combinado), eran los coches de gasolina más eficientes en consumo de combustible a la venta en el Reino Unido a fecha de 22 de marzo de 2008. ^{[ 71 ] [ 28 ] [ 30 ]}    
• Honda Insight : alcanza 60 mpg _{- EE. UU.} (3,9 L/100 km; 72 mpg _{- imperial} ) en condiciones reales. ^{[ 72 ]}    
• El Honda Civic Hybrid suele tener un consumo medio de unos 45 mpg ₍ 5,2 L/100 km _{en EE. UU .; 54} mpg _{en el mercado imperial} ) .    
• Cadillac CTS-V Wagon 6.2  L Supercharged 2012, 14 mpg _{- EE. UU} . (17 L/100 km; 17 mpg _{- imp} ) ^{[ 33 ]}    
• Bugatti Veyron 2012, 10 mpg _{- EE. UU.} (24 L/100 km; 12 mpg _{- imp} ) ^{[ 33 ]}    
• Honda Civic 2018 : 36 mpg _{- EE. UU.} (6,5 L/100 km; 43 mpg _{- imperial} ) ^{[ 73 ]}    
• Mitsubishi Mirage 2017 : 39 mpg _{- EE. UU.} (6,0 L/100 km; 47 mpg _{- imperial} ) ^{[ 74 ]}    
• Hyundai Ioniq híbrido 2017 : 55 mpg _{- EE. UU.} (4,3 L/100 km; 66 mpg _{- imperial} ) ^{[ 75 ]}    
• Toyota Prius 2017: 56 mpg _{- EE. UU.} (4,2 L/100 km; 67 mpg _{- imperial} ) (versión Eco) ^{[ 35 ]}    
• Nissan Leaf 2018: 30 kWh (110 MJ) /100 mi (671 kJ/km) o 112 MPGe ^{[ 34 ]}   
• Hyundai Ioniq EV 2017: 25 kWh (90 MJ) /100 mi (560 kJ/km) o 136 MPGe ^{[ 76 ]}   
• Tesla Model 3 2020 : 24 kWh (86,4 MJ)/100  millas (540 kJ/km) o 141 MPGe ^{[ 77 ]}

En general, los trenes son uno de los medios de transporte más eficientes para mercancías y pasajeros . Entre sus ventajas se incluyen la baja fricción de las ruedas de acero sobre los raíles de acero, así como una alta tasa de ocupación intrínseca. Las líneas ferroviarias se utilizan habitualmente para el transporte urbano o interurbano, donde se maximiza su capacidad.

La eficiencia varía significativamente con las cargas de pasajeros y las pérdidas incurridas en la generación y suministro de electricidad (para sistemas electrificados), ^{[ 78 ] [ 79 ]} y, lo que es importante, la entrega de extremo a extremo, donde las estaciones no son los destinos finales de origen de un viaje. Si bien los motores eléctricos utilizados en la mayoría de los trenes de pasajeros son más eficientes que los motores de combustión interna , ^{[ 80 ]} la generación de energía en las centrales térmicas está limitada a (en el mejor de los casos) la eficiencia de Carnot ^{[ 81 ]} y hay pérdidas de transmisión en el camino desde la central eléctrica hasta el tren. ^{[ 82 ]} Suiza, que ha electrificado prácticamente toda su red ferroviaria ( los ferrocarriles históricos como el Dampfbahn Furka-Bergstrecke son excepciones notables), obtiene gran parte de la electricidad utilizada por los trenes de la energía hidroeléctrica , incluido el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo . ^{[ 83 ]} Si bien la eficiencia mecánica de las turbinas involucradas es relativamente alta, la energía hidroeléctrica de bombeo implica pérdidas de energía y solo es rentable porque puede consumir energía durante los períodos de exceso de producción (lo que lleva a precios spot bajos o incluso negativos ) y liberar la energía nuevamente durante los períodos de alta demanda. ^{[ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ]} con algunas fuentes que afirman hasta un 87%. ^{[ 88 ]}

El consumo real depende de las pendientes, las velocidades máximas y los patrones de carga y parada. Los datos producidos para el proyecto europeo MEET (Metodologías para la estimación de emisiones de contaminantes atmosféricos) ilustran los diferentes patrones de consumo en varios tramos de vía. Los resultados muestran que el consumo de un tren de alta velocidad ICE alemán varió de aproximadamente 19 a 33 kW⋅h/km (68–119 MJ/km; 31–53 kW⋅h/mi) . Los trenes Siemens Velaro D tipo ICE tienen capacidad para 460 pasajeros (16 de ellos en el vagón restaurante ) en su edición de 200 metros de longitud, de los cuales se pueden acoplar dos. ^{[ 89 ]} Según los cálculos de Deutsche Bahn , la energía utilizada por cada 100 asientos-km es el equivalente a 0,33 litros (12 onzas líquidas imperiales ) de gasolina ( 0,33 litros por cada 100 kilómetros (860 mpg _{- imperial} ; 710 mpg _{- EE. UU.} ) ). ^{[ 90 ] [ 91 ]} Los datos también reflejan el peso del tren por pasajero. Por ejemplo, los trenes Duplex de dos pisos del TGV utilizan materiales ligeros, que mantienen bajas las cargas por eje y reducen los daños a la vía y también ahorran energía. ^{[ 92 ]} El TGV funciona principalmente con centrales nucleares de fisión francesas que, de nuevo, están limitadas —como todas las centrales térmicas— a la eficiencia de Carnot . Debido a que el reprocesamiento nuclear es un procedimiento operativo estándar, en Francia se utiliza una mayor proporción de la energía contenida en el uranio original que, por ejemplo, en Estados Unidos con su ciclo de combustible de un solo paso . ^{[ 93 ]}         

El consumo energético específico de los trenes a nivel mundial asciende a unos 150 kJ/pkm (kilojulio por pasajero-kilómetro) y 150 kJ/tkm (kilojulio por tonelada-kilómetro) (aprox. 4,2 kWh/100 pkm y 4,2 kWh/100 tkm) en términos de energía final. El transporte de pasajeros por ferrocarril requiere menos energía que por automóvil o avión (una séptima parte de la energía necesaria para trasladar a una persona en automóvil en un contexto urbano, ^{[ 44 ]} ). Por esta razón, aunque representó el 9 % de la actividad mundial de transporte de pasajeros (expresada en pkm) en 2015, los servicios ferroviarios de pasajeros representaron solo el 1 % de la demanda de energía final en el transporte de pasajeros. ^{[ 94 ] [ 95 ]}

Pérdidas de frenado

Tener que acelerar y desacelerar un tren pesado con pasajeros en cada parada es ineficiente. Por lo tanto, los trenes eléctricos modernos utilizan el frenado regenerativo para devolver corriente a la catenaria mientras frenan. La Unión Internacional de Ferrocarriles ha declarado ^{[ 110 ]} que los trenes de cercanías con servicio de parada completa reducen las emisiones entre un 8 y un 14 % al emplear el frenado regenerativo, y los trenes de redes suburbanas muy densas en aproximadamente un 30 %. Los trenes eléctricos de alta velocidad, como el Shinkansen de la serie N700 (el tren bala ), emplean el frenado regenerativo, pero debido a la alta velocidad, la UIC estima que este solo reduce las emisiones en un 4,5 %.

• En 2024, la ocupación media de los autobuses en Gran Bretaña se situó en 11,9 pasajeros por vehículo. ^{[ 112 ]}
• La flota de 244 trolebuses New Flyer de 12 metros (40 pies ) de 1982, que prestaban servicio local con BC Transit en Vancouver, Canadá, en 1994/95, consumió 35.454.170 kWh durante 12.966.285 km, lo que equivale a 9,84 MJ/km. Se desconoce la cantidad exacta de pasajeros en los trolebuses, pero con los 34 asientos ocupados, esto equivale a 0,32 MJ/km por pasajero. Es bastante común ver gente de pie en los trolebuses de Vancouver. Este servicio tiene muchas paradas por kilómetro; parte de la razón de su eficiencia es el uso del frenado regenerativo.  
• Un servicio de transporte público en Santa Bárbara, California , EE. UU., encontró una eficiencia promedio de autobuses diésel de 6,0 mpg _{- EE. UU.} (39 L/100 km; 7,2 mpg _{- imperial} ) (utilizando autobuses MCI 102DL3). Con los 55 asientos ocupados, esto equivale a 330 mpg por pasajero; con el 70 % de ocupación, 231 mpg por pasajero. ^{[ 41 ]}    
• En 2011, la flota de 752 autobuses de la ciudad de Lisboa tenía una velocidad media de 14,4  km/h y una ocupación media de 20,1 pasajeros por vehículo. ^{[ 113 ]}
• Los autobuses eléctricos de batería combinan la potencia eléctrica de un trolebús, con sus desventajas en cuanto a la fabricación, el peso y la vida útil de las baterías, con la flexibilidad de ruta de un autobús con cualquier fuente de alimentación a bordo. Entre los principales fabricantes se encuentran BYD y Proterra.

• El transportador oruga de la NASA se utilizó para trasladar los cohetes Saturno V y el transbordador espacial desde el almacenamiento hasta la plataforma de lanzamiento . Utiliza diésel y tiene uno de los índices de consumo de combustible más altos registrados: 150 galones estadounidenses por milla (350 L/km; 120 galones imperiales /milla) . ^{[ 114 ]}   

Un factor determinante del consumo de energía en las aeronaves es la resistencia aerodinámica .

• La resistencia aerodinámica es proporcional a la sustentación necesaria para el vuelo, ^{[ 115 ]} que es igual al peso de la aeronave. Dado que la resistencia inducida aumenta con el peso, la reducción de peso, junto con las mejoras en la eficiencia del motor y las reducciones en la resistencia aerodinámica , ha sido una fuente principal de aumentos de eficiencia en las aeronaves, siendo una regla general que una reducción de peso del 1 % corresponde a una reducción de aproximadamente el 0,75 % en el consumo de combustible. ^{[ 115 ]}
• La altitud de vuelo afecta la eficiencia del motor. La eficiencia del motor a reacción aumenta con la altitud hasta la tropopausa , la temperatura mínima de la atmósfera. ^{[ 115 ]} La eficiencia del motor a reacción también aumenta a velocidades más altas, pero por encima de Mach 0,85 aproximadamente la resistencia del avión aumenta más rápidamente.
• Efectos de compresibilidad: a partir de velocidades transónicas de alrededor de Mach 0,85, se forman ondas de choque que aumentan la resistencia aerodinámica.
• A velocidades supersónicas, el mayor consumo de combustible se compensa con un menor tiempo de vuelo.

Los aviones de pasajeros promediaron 4,8 L/100  km por pasajero (1,4 MJ/pasajero-km) (49 pasajeros-millas por galón) en 1998. En promedio, el 20% de los asientos permanecen desocupados. La eficiencia de los aviones a reacción está mejorando: entre 1960 y 2000 hubo una ganancia general de eficiencia de combustible del 55% (si se excluye la flota ineficiente y limitada del DH Comet 4 y se considera el Boeing 707 como caso base). ^{[ 118 ]} La mayor parte de las mejoras en la eficiencia se obtuvieron en la primera década cuando los aviones a reacción comenzaron a utilizarse comercialmente de forma generalizada. En comparación con los aviones de pasajeros avanzados con motor de pistón de la década de 1950, los aviones de pasajeros a reacción actuales son solo marginalmente más eficientes por pasajero-milla. ^{[ 119 ]} Entre 1971 y 1998, la mejora anual promedio de la flota por asiento-kilómetro disponible se estimó en 2,4%. El Concorde, el avión de transporte supersónico, lograba aproximadamente 17 millas-pasajero por galón imperial; similar a un jet ejecutivo, pero mucho peor que un avión turbofán subsónico. Airbus estima que el consumo de combustible de su A380 es inferior a 3 L/100 km por pasajero (78 millas-pasajero por galón estadounidense). ^{[ 120 ]} 

El peso de una aeronave se puede reducir utilizando materiales más ligeros como el titanio , la fibra de carbono y otros plásticos compuestos. Se pueden utilizar materiales costosos si la reducción de peso justifica su precio gracias a una mayor eficiencia en el consumo de combustible. Las mejoras en la eficiencia del combustible logradas mediante la reducción de peso disminuyen la cantidad de combustible que se necesita transportar. Esto reduce aún más el peso de la aeronave y, por lo tanto, permite obtener mayores beneficios en la eficiencia del combustible.

Airbus ha presentado dispositivos en las puntas de las alas (sharklets o winglets) que pueden lograr una reducción del 3,5 por ciento en el consumo de combustible. ^{[ 121 ] [ 122 ]} Hay dispositivos en las puntas de las alas del Airbus A380. Se ha dicho que los winglets Minix, más desarrollados, ofrecen una reducción del 6 por ciento en el consumo de combustible. ^{[ 123 ]} Los winglets en la punta del ala de una aeronave suavizan el vórtice de la punta del ala (reduciendo la resistencia del ala de la aeronave) y se pueden adaptar a cualquier avión. ^{[ 123 ]}

La NASA y Boeing están realizando pruebas en una aeronave de " ala integrada " de 500 lb (230 kg) . Este diseño permite una mayor eficiencia de combustible ya que toda la aeronave produce sustentación, no solo las alas. ^{[ 124 ]} El concepto de cuerpo de ala integrada (BWB) ofrece ventajas en eficiencias estructurales, aerodinámicas y operativas sobre los diseños de fuselaje y alas más convencionales de hoy en día. Estas características se traducen en mayor alcance, economía de combustible, confiabilidad y ahorros en el ciclo de vida, así como menores costos de fabricación. ^{[ 125 ] [ 126 ]} La NASA ha creado un concepto STOL eficiente en crucero (CESTOL).  

El Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación e Investigación de Materiales Aplicados (IFAM) ha investigado una pintura que imita la piel de tiburón y que reduciría la resistencia aerodinámica mediante un efecto de microestructuras. ^{[ 127 ]} Las aeronaves representan una importante aplicación potencial para nuevas tecnologías como la espuma metálica de aluminio y la nanotecnología , como la pintura que imita la piel de tiburón.

Los sistemas de hélice , como los turbohélices y los propulsores, son una tecnología más eficiente en consumo de combustible que los reactores . Sin embargo, los turbohélices tienen una velocidad óptima inferior a unos 700 km/h  (450 mph  ). ^{[ 128 ]} Esta velocidad es menor que la que utilizan actualmente las principales aerolíneas con sus reactores. Con la actualDebido al alto precio del combustible para aviones y al énfasis en la eficiencia del motor/estructura para reducir las emisiones, ha resurgido el interés en el concepto de hélice-fan para aviones de pasajeros que podrían entrar en servicio más allá del Boeing 787 y el Airbus A350 XWB. Por ejemplo, Airbus ha patentado diseños de aeronaves con hélices-fan gemelas de rotación contraria montadas en la parte trasera. ^{[ 129 ]} La NASA ha llevado a cabo un Proyecto Avanzado de Turbohélice (ATP), donde investigaron una hélice-fan de paso variable que producía menos ruido y alcanzaba altas velocidades.

Relacionado con la eficiencia del combustible está el impacto de las emisiones de la aviación en el clima .

Aviones pequeños

• Los motoplaneadores pueden alcanzar un consumo de combustible extremadamente bajo en vuelos de larga distancia, si existen corrientes térmicas y vientos favorables.
• A 160  km/h, un Dieselis de dos plazas con motor diésel consume 6 litros de combustible por hora, 1,9 litros por cada 100 km de pasajeros. ^{[ 130 ]}
• A 220 km/h, un MCR-4S  de cuatro plazas y 100  CV consume 20 litros de gasolina por hora, o 2,2 litros por cada 100 kilómetros recorridos por pasajero.
• En vuelo motorizado continuo a 225  km/h, un Pipistrel Sinus consume 11 litros de combustible por hora de vuelo. Con dos personas a bordo, su consumo es de 2,4 litros por cada 100 kilómetros recorridos por pasajero.
• El avión ultraligero Tecnam P92 Echo Classic, a una velocidad de crucero de 185  km/h, consume 17 litros de combustible por hora de vuelo, lo que equivale a 4,6 litros por cada 100 km recorridos por pasajero (2 personas). ^{[ 131 ]} Otros aviones ultraligeros modernos han aumentado su eficiencia; el Tecnam P2002 Sierra RG, a una velocidad de crucero de 237  km/h, consume 17 litros de combustible por hora de vuelo, lo que equivale a 3,6 litros por cada 100 km recorridos por pasajero (2 personas). ^{[ 132 ]}
• Los aviones de dos y cuatro plazas que vuelan a 250  km/h con motores de generaciones anteriores pueden consumir entre 25 y 40 litros por hora de vuelo, o entre 3 y 5 litros por cada 100 kilómetros recorridos por pasajero.
• El helicóptero bimotor de turbina Sikorsky S-76 C++ consume aproximadamente 1,65 mpg ₍ 143 L/100 km; 1,98 mpg _{- EE. UU .} ) a 140 nudos (260 km/h; 160 mph) y transporta 12 pasajeros, con un consumo aproximado de 19,8 millas por pasajero por galón (11,9 L por cada 100 km de pasajero).      

Generalmente, los trenes y autobuses deben prestar servicio en horas valle y en zonas rurales, que por su naturaleza tienen menor afluencia que las rutas de autobuses urbanos y las líneas de trenes interurbanos. Además, debido a que los billetes se venden sin reserva previa, es mucho más difícil satisfacer la demanda diaria y el número de pasajeros. En consecuencia, el factor de ocupación general en los ferrocarriles del Reino Unido es del 35%, o 90 personas por tren: ^{[ 136 ]}

Por el contrario, los servicios aéreos generalmente operan en redes punto a punto entre grandes centros de población y son de tipo «reserva anticipada». Mediante la gestión de ingresos , los factores de ocupación generales pueden elevarse hasta alrededor del 70-90%. Los operadores de trenes interurbanos han comenzado a utilizar técnicas similares, con ocupaciones que alcanzan típicamente el 71% en general para los servicios TGV en Francia y una cifra similar para los servicios de Virgin Rail Group en el Reino Unido . ^{[ 137 ]}

Para las emisiones, es necesario tener en cuenta la fuente de generación de electricidad. ^{[ 138 ] [ 139 ] [ 140 ]}

El Libro de Datos de Energía del Transporte de EE. UU. indica las siguientes cifras para el transporte de pasajeros en 2018. Estas se basan en el consumo real de energía, independientemente de la tasa de ocupación. Para los modos de transporte que utilizan electricidad, se incluyen las pérdidas durante la generación y la distribución. Los valores no son directamente comparables debido a las diferencias en los tipos de servicios, rutas, etc. ^{[ 141 ]}

El libro US Transport Energy indica las siguientes cifras para el transporte de mercancías en 2010: ^{[ 108 ] [ 142 ] [ 143 ] [ 144 ]}

De 1960 a 2010, la eficiencia del transporte aéreo de mercancías aumentó un 75%, principalmente debido a motores a reacción más eficientes. ^{[ 145 ]}

1  galón _{estadounidense} (3,785  L, 0,833  galones _imperiales ) de combustible puede transportar una tonelada de carga 857  km o 462  millas náuticas por barcaza, o 337 km (209 millas) por ferrocarril, o 98 km (61 millas) por camión. ^{[ 146 ]}    

Comparar:

• El transbordador espacial se utilizaba para transportar mercancías al otro lado de la Tierra (véase más arriba): 40 megajulios por tonelada-kilómetro.
• Energía neta para elevación: 10 megajulios por tonelada-kilómetro.

La Oficina de Eficiencia Energética de Recursos Naturales de Canadá publica estadísticas anuales sobre la eficiencia de toda la flota canadiense. Para los investigadores, estas estimaciones de consumo de combustible son más realistas que las clasificaciones de consumo de los vehículos nuevos, ya que representan las condiciones reales de conducción, incluyendo condiciones climáticas extremas y tráfico intenso. El informe anual se titula Análisis de Tendencias de Eficiencia Energética. Contiene decenas de tablas que ilustran las tendencias de consumo de energía, expresadas en energía por pasajero-kilómetro (pasajeros) o energía por tonelada-kilómetro (carga). ^{[ 147 ]}

La calculadora ambiental de la Agencia Francesa de Medio Ambiente y Energía (ADEME), publicada en 2007 con datos de 2005 ^{[ 148 ],} permite comparar los diferentes medios de transporte en cuanto a las emisiones de CO₂ (en términos de _dióxido de carbono equivalente ) y el consumo de energía primaria . En el caso de un vehículo eléctrico, la ADEME parte del supuesto de que se necesitan 2,58 tep como energía primaria para producir un tep de electricidad como energía final en Francia (véase Energía incorporada: En el campo de la energía ). 

Esta herramienta informática, desarrollada por la ADEME, muestra la importancia del transporte público desde una perspectiva ambiental. Destaca el consumo de energía primaria y las emisiones _de CO₂ derivadas del transporte. Debido al impacto ambiental relativamente bajo de los residuos radiactivos , en comparación con las emisiones de la combustión de combustibles fósiles, este factor no se considera en la herramienta. Además, el transporte intermodal de pasajeros es probablemente clave para un transporte sostenible , al permitir que las personas utilicen medios de transporte menos contaminantes.

Deutsche Bahn calcula el consumo de energía de sus diversos medios de transporte. ^{[ 149 ]}