Los biocombustibles se están convirtiendo en una solución rentable y respetuosa con el clima para reducir las emisiones de carbono de automóviles y camiones, según dos nuevos estudios.
El Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) realizó la investigación en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del DOE, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) y el Laboratorio Nacional de Idaho (INL). Los resultados muestran que los biocombustibles combinados con un diseño de motor avanzado pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en aproximadamente un 60 %, al tiempo que mejoran la eficiencia del combustible o reducen las emisiones del tubo de escape.
biocombustibles tienen claras ventajas sobre la gasolina fósil. Pero la eficiencia energética del propio motor también es crucial. El diseño de motores y combustibles bajos en carbono para trabajar juntos puede maximizar la eficiencia energética y el rendimiento del vehículo.
“Estamos en la intersección de nuevas innovaciones en motores y biocombustibles”, dijo Troy Hawkins, gerente del grupo de productos y combustibles de Argonne. “Nuestro objetivo es desarrollar nuevos biocombustibles que puedan mezclarse con combustibles convencionales para mejorar el rendimiento del motor. Eso significa que un automóvil o camión a gasolina puede llegar más lejos con la misma cantidad de combustible. O un automóvil diésel puede cumplir con estándares de emisiones más estrictos".
En ambos estudios, los científicos de Argonne colaboraron con otros laboratorios nacionales para identificar combustibles prometedores para diferentes tipos de motores. Los investigadores consideraron el costo, el impacto ambiental y el potencial de expansión a los mercados comerciales.
La investigación fue apoyada por el programa Co-Optimization of Fuels and Engines (Co-Optima), dirigido conjuntamente por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU., la Oficina de Tecnologías de Bioenergía y la Oficina de Tecnologías Automotrices.
Argonne es parte del consorcio Co-Optimas de nueve laboratorios nacionales y más de 20 socios universitarios y de la industria. El consorcio estudia cómo innovar simultáneamente en combustibles y motores para mejorar la economía de combustible y el rendimiento del vehículo al tiempo que reduce las emisiones.
Encontrar rutas de biocombustibles
La investigación en el proyecto Co-Optimas se basa en el objetivo de identificar y comprender los biocombustibles. Los biocombustibles se producen a partir del material orgánico de la biomasa, incluidas las plantas, los desechos agrícolas y los desechos húmedos.
biocombustibles se puede mezclar con combustibles convencionales para reducir las emisiones y mejorar el rendimiento del motor y del combustible.
Al trabajar con expertos en combustibles de Co-Optima, los investigadores utilizaron un proceso de selección para desarrollar una lista de biocombustibles para su estudio, dijo Benavid.
"Trabajamos con otros expertos y usamos criterios específicos para reducir los muchos
biocombustible candidatos a una lista corta para nuestro estudio", dijo Benavid, "según el rendimiento deseado y los patrones de combustión del motor. La conversión de biomasa en biocombustibles es un proceso complejo que involucra variables en la materia prima, la tecnología de conversión y el tipo de combustible. Encontrar rutas de biocombustibles que cumplan simultáneamente con los objetivos económicos, tecnológicos y energéticos es particularmente desafiante".
Benavid es co-primer autor de uno de los estudios. El equipo evaluó 12 vías de producción de biocombustibles para optimizar los motores de combustión interna multimodo. Los motores de combustión interna multimodo pueden lograr una mayor eficiencia y ahorro de costos al utilizar diferentes métodos de encendido, combustión y preparación del combustible de acuerdo con las necesidades de conducción. Los investigadores utilizaron materias primas de biomasa renovable derivadas de subproductos agrícolas y forestales, como desechos de madera y subproductos agrícolas, como rastrojo de maíz. Las técnicas de conversión que utilizaron incluyeron fermentación, catálisis HPHT o una combinación de ambas.
"Descubrimos que no solo los siete biocombustibles eran competitivos en costos de producción, sino que los siete biocombustibles también variaban en las materias primas y las tecnologías de conversión utilizadas", dijo Buterin. Esto significa que las biorrefinerías tienen más flexibilidad para elegir dónde y cómo construir sus instalaciones". Los investigadores de NREL y PNNL realizaron una evaluación tecnoeconómica de las vías de producción de biocombustibles, analizando los costos y el rendimiento técnico. "Nuestros hallazgos sugieren que muchos biocombustibles son competitivos con los actuales. costos del combustible de petróleo", dijo Phillips.
Los investigadores también analizaron los impactos ambientales. Un análisis del ciclo de vida de las vías utilizando el modelo Argonnes GREET (Gases de efecto invernadero, emisiones reguladas y energía utilizada en la tecnología) muestra resultados impresionantes. Diez biocombustibles tienen el potencial de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 60% en comparación con la gasolina fósil. La lista incluye alcoholes, mezclas de furanos y alquenos.
Perspectivas de biocombustibles para motores diesel
El segundo estudio fue coautor de Butlin. Los investigadores analizaron 25 vías optimizadas para producir biocombustibles para mejorar la combustión en motores de encendido por compresión controlados por híbridos. Este es un motor diesel utilizado principalmente para el transporte de carga. Para desarrollar vías de producción de biocombustibles, los investigadores utilizaron una variedad de materias primas, que van desde material vegetal, como astillas de madera o rastrojo de maíz, hasta aceites de soja y papaya, desechos húmedos y grasa reciclada. Las tecnologías de conversión que utilizan incluyen fermentación, gasificación y licuefacción hidrotermal.
Damon Hartley, jefe del Grupo de Investigación y Análisis de Operaciones de INL, dijo que los diversos recursos de biomasa disponibles tenían un enorme potencial para reemplazar algunos combustibles y productos químicos derivados del petróleo. Sin embargo, uno de los mayores obstáculos es la calidad variable de las materias primas. Esto tiene un gran impacto en cómo se comporta el material en las transiciones. Como en el primer estudio, la mayoría de las técnicas funcionaron bien. La mayoría de los biocombustibles tienen un costo competitivo con los precios actuales del gas natural.
En términos de impacto ambiental, según el análisis del ciclo de vida de GREET, 12 de las 25 rutas han reducido las emisiones de gases de efecto invernadero en más del 60 %. "Evaluamos las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida para cada ruta de motor de encendido por compresión controlada híbrida", dijo Hawkins. emisiones aguas arriba".
Creación de rutas de biocombustibles
Los investigadores no planean desarrollar una lista definitiva de biocombustibles, dijo Benavid. En cambio, estos estudios brindan orientación para que las partes interesadas elijan el camino del biocombustible que mejor satisfaga sus necesidades. “Brindamos orientación a los investigadores y la industria para las evaluaciones de biocombustibles basadas en muchas variables complejas”, dijo. El ciclo de vida y el análisis tecnoeconómico son importantes para guiar a las partes interesadas desde el principio. No podemos decirles a las partes interesadas qué opciones tomar. Pero estas herramientas pueden orientarlos en la dirección correcta desde el principio. Si bien muchas rutas de biocombustibles pueden ser competitivas en costos, es demasiado pronto para asegurar los precios en un mercado de gas natural volátil.
A largo plazo, dijo Hawkins, el desafío es ofrecer precios competitivos en costos. Si bien estas vías de producción de biocombustibles están dirigidas a automóviles de pasajeros y camiones diésel, los investigadores de Argonne también están investigando su potencial para su uso en industrias difíciles de electrificar, como la aviación y la marítima. El objetivo es introducir los biocombustibles en el mercado en una variedad de industrias lo más rápido posible.
"El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha estado trabajando para desarrollar soluciones sostenibles de descarbonización para el sector del transporte", dijo Hawkins, y los biocombustibles son una gran parte de eso. “Seguiremos ampliando la importante labor de Co-Optimas”.
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