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para aviación
En detalle…
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OBSERVATORIO DE LA SOSTENIBILIDAD EN AVIACIÓN
COMBUSTIBLES PARA LA AVIACIÓN Y SUS ALTERNATIVAS ... 2
Combustibles de origen fósil ........................................................................................3
Combustibles de origen renovable ...............................................................................3
Alternativas a los combustibles líquidos .......................................................................4
COMBUSTIBLES RENOVABLES ..................................................... 4
Biocombustibles de primera generación ......................................................................4
Biocombustibles de segunda generación .....................................................................5
Biocombustibles de tercera generación .......................................................................5
Hidrógeno ....................................................................................................................5
APLICABILIDAD ............................................................................... 6
Dificultades de suministro ............................................................................................ 6
Incompatibilidades químicas ........................................................................................7
Incompatibilidades físicas ............................................................................................ 7
Configuración de las aeronaves ...................................................................................8
EFECTOS EN LA SOSTENIBILIDAD ............................................... 9
Cambio climático ........................................................................................................ 10
Calidad del aire .......................................................................................................... 12
Territorio ..................................................................................................................... 12
Eficiencia energética .................................................................................................. 14
Socioeconomía .......................................................................................................... 15
HITOS DE DESARROLLO .............................................................. 16
Desarrollo de combustibles alternativos ..................................................................... 16
Vuelos con combustibles alternativos ........................................................................ 16
Investigación, desarrollo y certificación ...................................................................... 17
CRITERIOS
DE
SOSTENIBILIDAD
DEL
COMBUSTIBLE
ALTERNATIVO ................................................................................ 19
CONCLUSIONES ............................................................................ 19
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................... 20
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OBSERVATORIO DE LA SOSTENIBILIDAD EN AVIACIÓN
El problema del cambio climático junto con la dependencia del petróleo y la
inestabilidad en los precios del combustible tradicional están centrado, cada
vez más, la atención en el uso de combustibles alternativos.
Como señala la Agencia Internacional de la Energía (IEA), la actual dependencia energética de los combustibles fósiles no es sostenible, tanto en
términos de seguridad de suministro como de impacto ambiental. La bioenergía, en todas sus variantes, tiene potencial para cubrir, al menos en
parte, el crecimiento previsto en la demanda energética.
A esta necesidad de estabilidad y seguridad en los mercados del combustible mediante la
diversificación y el uso de fuentes locales frente a importaciones, se suman otras necesidades tanto ambientales como socioeconómicas.
Tras la inclusión de la aviación en el sistema europeo de comercio de derechos de emisión,
el uso de biocombustibles permitiría un crecimiento económico no sometido a los costes
asociados a las emisiones de CO2 de los combustibles tradicionales.
Pese a estos potenciales beneficios del uso de la bioenergía y otras alternativas, éste conlleva también riesgos significativos que deben ser cuidadosamente analizados.
El objetivo de este informe es mostrar la situación actual de avance tecnológico y las diferentes ventajas e inconvenientes del uso de las alternativas energéticas existentes para
mejorar la sostenibilidad del transporte aéreo.
A través de este documento se analizarán:
los distintos tipos de combustible utilizables en aviación;
las diferentes materias primas de las que obtenerlos;
ventajas, inconvenientes e incertidumbres que plantean.
COMBUSTIBLES PARA LA AVIACIÓN Y SUS ALTERNATIVAS
Para poder analizar la adecuación de un combustible a su uso en el transporte aéreo, y más
especialmente para conocer su efecto sobre la sostenibilidad, es clave conocer tanto la
materia prima a partir de la que se obtiene el combustible como el modo en que éste se
produce.
Cabe diferenciar entre los conceptos de biocombustible y bioenergía. Se denomina biocombustibles (en ocasiones biocarburantes, biolíquidos o incluso biofuels) habitualmente a los combustibles líquidos utilizados por transporte o para la generación
de energía. Bioenergía es un término más amplio que se refiere
a la energía derivada a partir de biomasa (generalmente sólida), e
incorpora varios tipos de energía como puede ser la biomasa
para leña en los hogares.
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Los combustibles de aviación pueden agruparse, en función de su fuente y forma de obtención en las siguientes categorías:
Fuentes
Combustible
Proceso
Carbón
CTL
Fischer-Tropsch
Gas Natural
GTL
Fischer-Tropsch
Biomasa
BTL
Fischer-Tropsch
Bioqueroseno (HRJ)
Hidrogenación
Azúcares vegetales
Bioetanol
Fermentación
Agua
Hidrógeno
Hidrólisis eléctrica
Aceites vegetales
COMBUSTIBLES DE ORIGEN FÓSIL
Los combustibles actuales (nos referimos fundamentalmente al queroseno) utilizados en
aviación se obtienen fundamentalmente de petróleo crudo. Sin embargo, también es posible
utilizar otras fuentes fósiles para aumentar las reservas totales como las arenas bituminosas, pizarras bituminosas o gas natural condensado.
Adicionalmente a esta obtención más o menos tradicional de combustibles fósiles de aviación, se plantean otras alternativas denominadas de forma genérica combustibles sintéticos.
Es importante tener en cuenta que no todos los combustibles alternativos reducen el efecto
de la aviación sobre el cambio climático, esta denominación simplemente indica que es
obtenido de un modo diferente al convencional (de modo alternativo).
Combustibles Fischer-Tropsch (F-T): sintetizados a partir de carbón (CTL), o gas
natural (GTL) mediante un proceso de transformación y refino denominado Fischer-Tropsch. Permite obtener combustibles con contenido ultra-bajo en azufre
(ULS jet).
Hidrógeno líquido (criogenizado): puede obtenerse a partir de hidrocarburos
(petróleo, gas natural…).
COMBUSTIBLES DE ORIGEN RENOVABLE
Biocombustibles: Bajo este nombre se engloban todos aquellos combustibles
líquidos o biocarburantes que proceden de materiales biológicos no fosilizados,
fundamentalmente plantas. Según los avances tecnológicos en su desarrollo, habi-
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tualmente se distingue entre de biocombustibles de primera, segunda y tercera generación como veremos más adelante. Los grandes grupos de estos combustibles
son (PARTNER-RAND):
o
BTL (Biomass To Liquid) combustible sintetizados mediante el proceso
Fischer-Tropsch (F-T) a partir de biomasa. Puede utilizarse cualquier
biomasa, sólida o líquida, lo que permite utilizar residuos forestales o urbanos.
o
Bioqueroseno: combustible obtenido a partir de aceites vegetales con las
mismas características que el queroseno convencional (Jet-A y JetA-1)
o
Bioetanol: a partir de fermentación de azúcares que puede asemejarse a
la gasolina de aviación
Hidrógeno líquido (criogenizado): puede obtenerse a partir la hidrólisis de agua pura mediante energía eléctrica.
ALTERNATIVAS A LOS COMBUSTIBLES LÍQUIDOS
Existe la posibilidad, aunque a menor escala, de utilizar propulsión eléctrica. En concreto se
está trabajando en el uso de:
Baterías (pilas de hidrógeno fundamentalmente). Obtienen la energía eléctrica
mediante reacciones químicas. Actualmente se están estudiando procesos de catálisis a partir de enzimas de bacterias para mejorar su rendimiento.
Energía solar fotovoltaica. Actualmente a escala de desarrollo experimental, obtiene la energía de propulsión a partir de superficies de células fotovoltaicas de silicio.
Actualmente, el estudio de estas alternativas, dada su reducida aplicabilidad en el corto y
medio plazo, se orienta a permitir su uso por las unidades auxiliares de energía (APU) de
las aeronaves, fundamentalmente en los consumos eléctricos.
COMBUSTIBLES RENOVABLES
Se describen en este apartado los principales tipos de alternativas energéticas, centrándose
fundamentalmente en los biocombustibles.
BIOCOMBUSTIBLES DE PRIMERA GENERACIÓN
Los biocombustibles de primera generación son
aquellos que son obtenidos a partir de cultivos
alimenticios o forrajeros tradicionales. Dependiendo de si el contenido principal del cultivo
son aceites o azúcares, su cultivo se dedicará a
la obtención de bioetanol o bioqueroseno.
Etanol: producido fundamentalmente a partir
de caña de azúcar y maíz y, en menor gra-
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do, a partir de trigo, remolacha azucarera, sorgo y yuca.
Aceites vegetales: fundamentalmente a partir de colza, palma aceitera, moringa aceitera,
soja, babasú, coco, ricino y aguacate.
BIOCOMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN
Los biocombustibles de segunda generación están representados fundamentalmente por los
denominados lignocelulósicos. En estos cultivos no sólo se aprovecha la semilla sino toda la
planta, degradando la lignina y celulosa para su fermentación y obtención de etanol, a
través de procesos dirigidos mayoritariamente por enzimas. Permite aprovechar residuos de
los cultivos tradicionales mencionados anteriormente (independientemente de que la semilla
se aproveche para biocombustible o para uso cosmético o alimentario) y permite el aprovechamiento adicional de otros cultivos como el mijo perenne (switchgrass) y los residuos
forestales. Este tipo de materiales puede ser también utilizado para sintetizar BTL.
Otro tipo de fuente de biocombustibles sería el uso de desechos de la industria alimentaria y
del sector servicios, como pueden ser las grasas y aceites de fritura usados. Incluso es
posible el uso de residuos orgánicos urbanos.
Se consideran habitualmente como biocombustibles de
segunda generación los cultivos no tradicionales como la
jatrofa (Jatropha curcas) o la camelina (Camelina sativa).
La jatrofa produce una semilla de la que se obtiene aceite,
al igual que la palma aceitera. Sin embargo no tiene uso
alimentario (es tóxica) y sus exigencias reducidas en cuanto a fertilización, calidad del suelo y agua diferencian este
cultivo de los cultivos de primera generación. Asimismo, la
camelina se utiliza para producir aceites no comestibles,
aunque genera un subproducto de alimentación animal.
BIOCOMBUSTIBLES DE TERCERA GENERACIÓN
El representante de los biocombustibles más avanzados,
de tercera generación, son las algas microscópicas que
permiten obtener un tipo de “crudo” vegetal del que puede
obtener bioqueroseno. Las algas se cultivan en lagos, en
el mar o en biorreactores, usando agua salada o aguas
residuales. Su productividad por unidad de superficie es
muy superior a la de los cultivos tradicionales (hasta 300
veces mayor) para la obtención de combustibles, ya que
no invierten energía en la generación de troncos, raíces,
flores o frutos.
HIDRÓGENO
Aunque su uso está aún considerándose seriamente como una alternativa,
su desarrollo se plantea a muy largo plazo. La energía eléctrica (en grandes cantidades) que se utiliza para su obtención desde agua pura debe ser
obtenida mediante otra fuente de energía (combustibles fósiles, energía
eólica, solar o hidroeléctrica, energía nuclear), de modo que el hidrógeno
sería un medio para “trasladar” energía (no es una fuente de energía).
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APLICABILIDAD
No todos los combustibles existentes, incluso cuando algunos son fácilmente utilizados para
el transporte rodado, pueden ser utilizados en aviación. Las condiciones de seguridad
que operan en la aviación son mucho más estrictas y restrictivas. Al mismo tiempo, las
condiciones de operación, de temperatura y de presión condicionan el uso de combustibles
que mantengan propiedades físicas específicas en estas condiciones (fluidez, viscosidad,
etc.). Deben evitarse posibles causas de problemas de re-encendido de motores, arranque
en frío, solidificación y depósitos de impurezas, degradación de determinados materiales de
motores y depósitos como los usados en juntas, etc. Por todo esto es muy importante el
desarrollo de investigación y ensayos donde se evalúen todos los parámetros del comportamiento de cualquier combustible alternativo.
Las aeronaves modernas usadas en el transporte comercial de pasajeros y carga utilizan
como combustible JetA o JetA-1, producido a partir de petróleo y en un pequeño porcentaje
desde arenas bituminosas (Venezuela y Canadá) (Chevron, 2006) y CTL (Sasol). Para garantizar la seguridad, estos combustibles deben cumplir especificaciones operacionales y
técnicas compatibles con las aeronaves y su operación (motores, circuitos, depósitos, fases
de vuelo…):
-
Densidad energética: cantidad de energía proporcionada por unidad de peso
y/o de volumen (mínimo 42,8 MJ/kg)
-
Fluidez del combustible para su paso de los depósitos hacia el motor, determinadas entre otras por la viscosidad, temperatura de solidificación (Jet A -40ºC,
Jet A1 -47ºC) y densidad física (peso por volumen).
-
Compatibilidad con los materiales de las aeronaves.
-
Capacidades lubricantes y termo-estabilidad.
-
Disponibilidad y asequibilidad: suministro suficiente en los aeropuertos y
económicamente asequible.
-
Necesidad de aditivos.
-
Mantener estas características durante todo el vuelo, a pesar de las diferencias
de altitud, presión y condiciones climáticas extremas (Appadoo, 2009).
La entidad oficial que define los estándares del combustible de uso en la aviación comercial
es la ASTM. Cualquier combustible alternativo que cumpla con esas especificaciones sería
lo que en inglés se denomina drop-in. Es decir, podría ser usado sin realizar modificaciones
en las aeronaves y con plenas garantías para la seguridad.
Los combustibles alternativos que no cumplan estas especificaciones requerirán un mayor
tiempo antes de poder ser utilizados por la aviación comercial, dependiendo de certificaciones de las entidades oficiales, y la capacidad de implementar cambios en los motores y en
las aeronaves.
DIFICULTADES DE SUMINISTRO
En el caso de los combustibles de sustitución directa e inmediata (drop-in), siempre que el
grado de mezcla permitido fuera indistinto (de 0 a 100%), no habría ninguna dificultad en su
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implantación. Si podría presentar dificultades el seguimiento, por cuestiones de cálculo de
emisiones, la trazabilidad en su uso.
Sin embargo, si el combustible no es drop-in o existen especificaciones mínimas de grado
de mezcla, su implantación en las redes de suministro supone una serie de inconvenientes
adicionales, económicos y estratégicos, que dificultan la implantación:
Para evitar mezclas en las infraestructuras de suministro, sería necesario multiplicar éstas individualizándolas por tipo de combustible.
Si se desean evitar las mezclas en los depósitos de las aeronaves, podrían existir
problemas de abastecimiento en determinados destinos, escalas o aeropuertos
donde un mismo combustible no pudiese ser suministrado.
INCOMPATIBILIDADES QUÍMICAS
Los combustibles sintéticos F-T (GTL, CTL y BTL) no contienen hidrocarburos aromáticos, lo que reduce la peligrosidad de las emisiones para la calidad del aire. Sin embargo
esta ausencia de compuestos aromáticos conlleva dos desventajas técnicas:
La densidad del combustible F-T inicial estará por debajo del mínimo establecido
en las especificaciones del Jet.
Los compuestos aromáticos expanden los elastómeros (gomas) utilizados en el circuito de distribución de combustible y por tanto su ausencia podría ser causa de
derrames.
Sin embargo, estas desventajas desaparecen cuando el combustible F-T no es utilizado en
forma pura sino en mezcla con el combustible convencional (aunque las ventajas sobre la
calidad del aire disminuyen) (ICAO, Environmental report 2007).
INCOMPATIBILIDADES FÍSICAS
El número de átomos de carbono condiciona las propiedades físico-químicas del compuesto
final. El biodiésel solidifica alrededor de 0 ºC, mientras que el combustible convencional no
lo hace hasta -40 ºC (-47 ºC Jet-A1). Esto es clave dadas las bajas temperaturas de crucero
y el riesgo para la seguridad que supondría que el combustible no llegara correctamente a
los motores. Esto podría controlarse con aditivos, aunque llevaría a un complejo proceso
para su aprobación y certificación para su uso en aviación (ICAO, 2007).
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Figura 1. Rangos de números de átomos de carbono y
de temperatura de ebullición
(ºC) para varios tipos de
combustible. Queroseno y
diésel son más similares
entre sí que con respecto a
la gasolina gracias a rangos
de
destilación
similares
(PARTNER).
CONFIGURACIÓN DE LAS AERONAVES
Partiendo de que para los combustibles drop-in no sería necesaria ninguna modificación en
las aeronaves, el uso de los combustibles no considerados drop-in si requerían dichos cambios (Dagget et al., 2006). Las propiedades físicas y de densidad energética condicionan,
mucho más en la aviación que en otros transportes, la necesidad de cambios estructurales
en los aparatos. Según las propiedades físico-químicas, las aeronaves capaces de funcionar con los nuevos combustibles pueden requerir desde pequeños cambios en los materiales a cambios estructurales drásticos. Por ejemplo, para cubrir una misma distancia usando
un combustible con menor densidad energética (energía por unidad de volumen) será necesario un depósito de mayor volumen, ya que la aeronave debe disponer siempre de combustible suficiente (ver a continuación apartado eficiencia energética).
Puesto que el hidrógeno como combustible debe ser utilizado en su forma líquida (criogenizado) se requieren condiciones especiales de aislamiento y presurización, que impide que
el combustible sea almacenado en las alas del avión como ocurre con los combustibles
tradicionales. Esto se traduce en un incremento de peso de operación, sin carga de pago,
de un 13%, aunque el peso en despegue es un 5% menor gracias al menor peso del combustible. Por esta causa necesitará alrededor de un 28% más energía en una misión tipo de
500 nmi (millas náuticas).
El etanol es más sencillo de almacenar y manejar que el hidrógeno líquido. Sin embargo,
requiere un volumen de almacenamiento 64% mayor para proporcionar la misma cantidad
de energía que el combustible tradicional. Como consecuencia, el nuevo diseño de aeronave tendría unas alas un 25% más largas, implicando un 20% adicional de peso sin carga de
pago. Al contrario que con el hidrógeno, el peso de despegue es mayor, requiriendo motores más grandes y consumiendo un 15% más para la misión tipo de 500 nmi. Como el etanol es pesado, la eficiencia energética disminuye, requiriendo un 26 % más de consumo en
una misión de 3.000 nmi.
Los combustibles sintéticos y el biodiésel carecen de estos inconvenientes debidos al
peso, volumen y densidad energética, por lo que resultan más interesantes para una primera sustitución.
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EFECTOS EN LA SOSTENIBILIDAD
Es importante tener en cuenta que tanto los beneficios como los impactos en la sostenibilidad de estos combustibles alternativos deben ser analizados considerando de forma integrada todo el ciclo de vida. En los biocombustibles, las emisiones durante el cultivo y procesado de la materia prima vegetal supera, en algunos casos, ampliamente a las producidas
durante la combustión.
Por ejemplo, el hidrógeno no emite CO2 durante su combustión y por tanto podría considerarse como la mejor alternativa contra el cambio climático. Sin embargo para su obtención
se requieren grandes cantidades de energía eléctrica. Si esta energía proviene de fuentes
fósiles, los rendimientos de la transformación condicionan unas emisiones de CO2 mucho
mayores que si las fuentes fósiles se usaran directamente en la propulsión.
Saber cómo de sostenible es un biocombustible no siempre es sencillo. Actualmente desde
diversos ámbitos se aboga por utilizar una certificación, al igual que se realiza para la madera y otros productos, que garantice un umbral mínimo de sostenibilidad y buenas prácticas
en su obtención.
Un problema difícil de controlar mediante la certificación son los efectos indirectos (International Transport Forum, ITF). Que un biocombustible se haya cultivado sin causar deforestación, con buenas prácticas agrícolas y con procesados compatibles con el medio ambiente
no garantiza que no genere indirectamente esos efectos en otras zonas: para paliar la escasez de alimentos o por la rentabilidad de su alto precio. En consecuencia usar sólo biocombustibles certificados no solucionaría todos los inconvenientes de los biocombustibles.
La nueva directiva europea para la promoción del uso de energías renovables indica de
forma expresa que los biocarburantes que sean utilizados para cumplir los objetivos marcados, así como los que reciben ayudas, deben cumplir obligatoriamente criterios de sostenibilidad ambiental, que pueden resumirse en:
Ahorro de emisiones de gases efecto invernadero >=35% (>50% a partir de 2017).
Los materiales utilizados no deben provenir de terrenos con elevada biodiversidad
ni de aquellos donde el suelo tenga elevado contenido en carbono (humedales,
turberas).
Cuando se utilicen como materias primas productos de la agricultura, éstos deben
ser obtenidos siguiendo los requisitos y normas ambientales aplicables a los agricultores y fijadas entre otras por la PAC (Política Agrícola Común).
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Los países de donde procedan las materias primas para los biocombustibles deberían ratificar e implementar diversos convenios destinados a proteger los derechos de los trabajadores, la bioseguridad y las especies amenazadas.
CAMBIO CLIMÁTICO
Los combustibles sintéticos CTL y GTL (F-T) y ULS-Jet, al provenir de
fuentes fósiles, tienen un efecto sobre el cambio climático similar al que
tendría el combustible convencional, y en la mayoría de los casos incluso
mayor. En el caso del BTL, al proceder de biomasa, se alcanza una cierta
reducción comparativa en el CO2 emitido.
El uso de electricidad no emite gases efecto invernadero (GEI) durante la operación, pero
puede hacerlo durante su generación.
La combustión del hidrógeno no emite gases efecto invernadero, pero la propia obtención
del hidrógeno líquido puede emitir muchos más que el combustible convencional (figura 2).
Figura 2. La figura muestra las diferencias relativas en emisiones de CO 2 de los
distintos combustibles alternativos con respecto al queroseno convencional (Jet-A).
H2-C y H2-N se refieren a hidrógeno líquido (criogenizado) obtenido a partir de
carbón en el primer caso y de agua mediante energía nuclear en el segundo
(Daggett et al., 2006).
Las emisiones de GEI de los biocombustibles, medidas durante todo su ciclo de vida, presentan grandes divergencias en los balances de carbono según la tecnología usada para su
refino, la localización de la producción y del destino de uso final y los métodos productivos,
siendo en ocasiones las emisiones de GEI mayores que las procedentes de los combustibles fósiles.
Las emisiones de GEI procedentes de la fase de combustión son compensadas por las
fijadas en la planta durante el cultivo desde la atmósfera. Sin embargo la conversión de
usos del suelo de zonas estables a cultivadas, la mecanización, el uso de fertilizantes y de
energías no renovables durante el procesado y el transporte, son fuentes importantes de
emisión de GEI.
La deforestación para cultivo conlleva un elevado balance negativo (produciendo emisiones
en lugar de reducirlas), tanto desde la eliminación del sumidero de carbono como desde la
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liberación por oxidación del carbono almacenado en el suelo. Si además esta deforestación
se realiza mediante quema (habitual en zonas tropicales), las emisiones de GEI se incrementan considerablemente.
La fertilización química nitrogenada utilizada convencionalmente para mejorar la productividad de los cultivos se traduce en emisiones de óxido nitroso, un gas con un efecto invernadero casi 300 veces superior al del CO2 (IPPC).
Los biocombustibles de segunda generación, que usan residuos orgánicos o que proceden
de plantas perennes en terrenos degradados, presentan un mayor potencial para la reducción de las emisiones de GEI que los combustibles de primera generación.
CO2-eq
combustible
fuente
tecnología
diésel
petróleo
refino
198
0%
biodiésel
colza (local)
transesterificación
123
38%
biodiésel
soja (local)
transesterificación
94
53%
diésel
biomasa eucalipto (Báltico)
gasificación /F-T
diésel
biomasa eucalipto (Báltico)
pirólisis
gasolina
petróleo
gasolina
g/km
GEI
-16 108%
72
64%
refino
231
0%
biomasa eucalipto (Báltico)
gasificación /F-T
-10 104%
etanol
biomasa chopo
hidrólisis enzimática
-28 112%
etanol
maíz (local)
fermentación
65
72%
hidrógeno
biomasa eucalipto (Báltico)
gasificación
11
95%
Tabla 1. La tabla muestra combustibles obtenidos a partir de diferentes fuentes y distintos procesados y
la reducción final en las emisiones de gases efecto invernadero. La procedencia de la fuente del combustible es clave, dado que el transporte genera también emisiones (IEA 2004).
Los biocombustibles de tercera generación, a partir de algas, presentan el mayor potencial
reductor de emisiones. No requieren grandes superficies por lo que no generan cambios de
uso del suelo, además las condiciones controladas limitan las emisiones de óxidos de nitrógeno a la atmósfera.
Debe considerarse también que la distancia entre el punto de producción de la fuente
energética, de su tratamiento y el de consumo final es también un condicionante de las
emisiones de GEI. Si el transporte de materia prima (por ejemplo semillas de colza) se realiza, por ejemplo, mediante transporte rodado, éste consume también combustible. Esto es
particularmente significativo cuando se realizan grandes exportaciones de materias primas
(más que de combustible procesado) de unos países a otros.
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CALIDAD DEL AIRE
Una de las principales ventajas que presenta el uso de combustibles alternativos es su capacidad de reducir las cantidades de contaminantes locales primarios, al tiempo que las partículas en suspensión que emiten (PM)
tienen una menor toxicidad.
El ULS-Jet se produce mediante un proceso de refinando específico que
reduce la cantidad de azufre presente en el combustible y por tanto la emisión de contaminantes derivados de azufre (causantes de la lluvia ácida, entre otros impactos) durante su
combustión.
Los combustibles sintéticos F-T tampoco contienen azufre, por lo que los gases emitidos
tienen un menor impacto sobre la calidad del aire que el combustible tradicional. Además
permiten una combustión más completa que reduce la cantidad emitida de HC noquemados y PM (estas últimas reducidas un 50-90%). De este modo, aunque el uso comercial del GTL no produciría efectos especialmente significativos sobre los impactos climáticos
de la aviación, sí generaría importantes mejoras en la calidad del aire en las áreas próximas
a los aeropuertos.
Los motores eléctricos (solares o con baterías o pilas de combustible) no emiten gases de
combustión, y el hidrógeno sólo emite vapor de agua, que no tiene un efecto negativo en la
calidad del aire.
Los biocombustibles no contienen azufre y emiten menos partículas durante su combustión.
En general, el biodiésel reduce en más de un 70% los componentes de los gases de combustión dañinos para las vías respiratorias (Mark Vermeer, 2008). En estudios realizados
sobre el uso de biodiésel en vehículos pesados de carretera, los resultados muestran, comparando las emisiones de un diésel estándar (500 ppm de azufre) con el uso de biodiésel
100%, reducciones aproximadamente a la mitad de partículas (PM), monóxido de carbono
(CO) y compuestos orgánicos volátiles (COV). La reducción de óxidos de azufre es completa (100%). La reducción de HAP (Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos) es del 80% (EPA,
2002). Sin embargo se produce un aumento de las emisiones de óxidos de nitrógeno de
aproximadamente el 15 % (Morris et al., 2003).
TERRITORIO
La obtención de las materias primas a partir de las que elaborar los combustibles alternativos conlleva impactos ambientales en el territorio. Podrían distinguirse fundamentalmente tres tipos de impactos: sobre el uso del
suelo, sobre la biodiversidad y consumo (y contaminación) de agua.
En el caso de los biocombustibles, aunque estos impactos se producen
durante toda la cadena productiva (ciclo de vida), la mayoría se produce durante el cultivo,
siendo los impactos equiparables a los de la agricultura en general.
El cambio de uso del suelo genera una presión sobre el resto de usos, desde los propios de
alimentación a los de conservación, al tiempo que lleva a poner en cultivo terrenos no adecuados para el mismo, incrementando los problemas de erosión, degradación del suelo y
contaminación de aguas y suelos (a causa de fertilizantes y pesticidas). Cuando se transforman los cultivos anuales por cultivos energéticos perennes sin embargo se reduce la
erosión del suelo.
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Existe una amenaza a la biodiversidad asociada al cambio de uso del suelo, fundamentalmente a partir de la expansión de la frontera agrícola hacia bosques naturales, aun cuando
sea de modo temporal (en ocasiones el uso intensivo hace el proceso irreversible). Otra
preocupación creciente que amenaza la biodiversidad es la introducción de especies invasivas para la producción de biocombustibles. Paralelamente, la biodiversidad agrícola podría
verse afectada por monocultivos a gran escala y por la introducción de organismos modificados genéticamente (Lee and Elsam, 2008).
Muchos cultivos energéticos, incluyendo azúcar, palma de aceite y maíz, requieren grandes
cantidades de agua para su cultivo, compitiendo por un recurso ya escaso según su ubicación y los métodos productivos. Los biocombustibles líquidos ya consumen un 2% del agua
para regadío (FAO, 2008).
No sólo los cultivos consumen agua y recursos. Se calcula que hacen falta 5.000 litros de
agua para producir un kilo de hidrógeno, únicamente para el enfriamiento, con las actuales
normas de eficiencia, que superan los 65 kw/kg (Consejo Económico y Social Europeo,
CESE, 2008). Las plantas para la producción de combustibles sintéticos también requieren
grandes cantidades de agua para el procedimiento (WGA, 2008)
La nueva directiva europea introduce restricciones a los incentivos y a la utilización de biocarburantes cuando su producción provoque la destrucción de áreas biodiversas. Sólo
podrán beneficiarse de incentivos cuando pueda asegurarse que no proceden de tierras con
una rica biodiversidad, según unos criterios definidos.
Actualmente se tiende hacia el uso de cultivos con mayor productividad por unidad de superficie, capaces de crecer en varios climas (reduce los costes de transporte y aumenta la
capacidad de superficie disponible), adaptadas a suelos pobres (para reducir la competencia con otros cultivos y reducir la degradación del suelo) y con bajo consumo de agua.
Los biocombustibles (y BTL) a partir de residuos industriales o urbanos no presentan los
problemas asociados al cultivo. Sin embargo es diferente si los residuos son procedentes de
la agricultura, ya que al dar valor a lo que era un residuo pueden convertir en rentable el
cultivo donde no lo era, si bien el efecto es de prever que fuese pequeño.
Por otro lado, es importante considerar los procesos de traslado entre el lugar de obtención
de la materia prima y el punto de procesado y el de consumo. Es relativamente frecuente
que las regulaciones ambientales (o la capacidad de control y vigilancia de las mismas) en
los países productores de las materias primas sea menor que en los países importadores, lo
que puede llevar a un proceso de lo que se conoce como dumping ecológico.
Sin embargo no todo son impactos negativos sobre el territorio. Los biocombustibles, dado
su origen, son biodegradables. De este modo, en caso de derrame o vertido, no existe contaminación del agua o del suelo.
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EFICIENCIA ENERGÉTICA
El paradigma de la eficiencia energética podría resumirse en una frase: el
mejor carburante es el que se ahorra (CESE, 2008).
Un mayor peso por unidad energética implica un gasto extra de energía al
hacer necesario transportar un peso que de otro modo permitiría transportar pasajeros o mercancías. De modo similar ocurre con el volumen: un
mayor volumen por unidad de energía obliga a disponer de un volumen mayor dedicado al
almacenamiento de combustible (lo que indirectamente aumenta el peso) y que no puede
ser aprovechado para el transporte de mercancías o pasajeros. Un combustible será más
eficiente cuanto menor sean su peso y su volumen por unidad de energía.
Figura 3. Energía específica por unidad de peso y de volumen según el tipo de combustible (Daggett et al., 2006; EU, 2008; Chevron, 2006). Las diferencias con respecto al
combustible convencional Jet tienen implicaciones con respecto al peso en despegue y
durante el vuelo y por tanto en la eficiencia energética por peso (de pago) transportado
y km recorrido.
Es importante considerar la eficiencia energética de los combustibles considerados a lo
largo de todo el ciclo de vida y no sólo desde su utilización. Deben incluirse los consumos
energéticos tanto desde su producción (Source-to-Tank) hasta su consumo (Tank-to-Wake).
Un ejemplo claro de la relevancia de este estudio de eficiencia en su conjunto es el hidrógeno. Aún cuando la eficiencia en la combustión del hidrógeno podría ser similar o mejor a la
del combustible convencional, se requiere una energía mayor desde otra fuente energética
para obtenerlo. También los procesos de síntesis (F-T) consumen energía.
Otro aspecto importante es que si las materias primas se producen alejadas del punto de
consumo final (o de procesado), se requiere un gasto energético reseñable en transporte.
Se debe considerar la distribución de la producción de éstas en el territorio (CESE, 2008) y
su relación con el tamaño óptimo de los centros de procesado.
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Los alcoholes tienen un mayor contenido en oxígeno, por lo que son menos eficientes en
relación a su peso, haciéndolos más adecuados para el transporte rodado (CESE, 2008).
SOCIOECONOMÍA
El uso de combustibles alterativos tiene implicaciones socioeconómicas
positivas muy importantes. Fundamentalmente, las que han guiado hasta
el momento la mayoría de las políticas hacia su fomento son: disponer de
alternativas al petróleo para paliar las posibles crisis de precios (dado que
son fuentes agotables y monopolizadas) y mejorar la independencia
energética de los países.
El uso de combustibles alternativos ayuda a diversificar las fuentes energéticas, lo que estabiliza los precios y reduce la dependencia entre países. Ambos son claves para garantizar
la sostenibilidad socioeconómica de la aviación a largo plazo.
Además, el creciente mercado de los biocombustibles presenta nuevas oportunidades de
renta para los agricultores, incluyendo los pequeños. Sin embargo, la distribución de beneficios al nivel de los hogares podría no ser equitativa, existiendo evidencias de un mayor
beneficio masculino en contra de los miembros femeninos del hogar (FAO, 2008).
A pesar de ello, experiencias comparadas indican que la producción de algunos biocombustibles, en concreto etanol, es más competitiva si recae en economías de escala relacionadas
a producción industrial a gran escala. Esto es debido al elevado coste asociado al procesado. Mientras que el potencial para la generación de empleo, particularmente poco especializado, puede ser significativo, evidencias preliminares indican una rápida reconversión a la
mecanización y descenso de la mano de obra utilizada. Además los derechos de los trabajadores y las condiciones socioeconómicas en las plantaciones a gran escala de biocombustibles pueden ser precarias, estando las trabajadoras especialmente en desventaja. En
situaciones de inseguridad con respecto a la propiedad de la tierra, las explotaciones a gran
escala pueden llevar a un desplazamiento (de las tierras) de las comunidades vulnerables,
particularmente las indígenas.
Los impactos sociales del desarrollo de los biocombustibles dependerán del cultivo y del
sistema productivo utilizado. Cuando es económicamente viable, los cultivos a pequeña
escala de jatropha y uso a escala local de aceite vegetal crudo pueden revitalizar economías rurales mejorando la mecanización, irrigación y transporte y descentralizando el suministro energético. Adicionalmente, la producción de biocombustibles proporciona subproductos
como la glicerina, piensos para el ganado y fertilizantes.
Por otro lado, el impacto en la seguridad alimentaria es uno de los factores sociales cruciales a ser considerados con respecto al desarrollo de la bioenergía. Diversos estudios indican
que los biocarburantes han influido entre un 2% y un 15% en el encarecimiento de los alimentos a nivel mundial, cuyo precio ha subido un 55% desde junio del año pasado (FAO,
2008). El uso de biocombustibles a base de cultivos alimentarios u otros cultivos que compitan con ellos por el terreno, tiene un impacto en el precio y escasez de abastecimiento de
los alimentos, más acuciante en las zonas más desfavorecidas.
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HITOS DE DESARROLLO
DESARROLLO DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS
El uso de combustibles alternativos en aviación no es un concepto nuevo. Los primeros
motores a reacción desarrollados utilizaban hidrógeno, aunque fue sustituido por un combustible que tuviese mejor relación de energía por peso y volumen, por lo que se adoptó
como estándar el queroseno (CAPE/7-IP/28).
En los años 70 y a principios de los 80, las organizaciones de Defensa de EE.UU. y Gran
Bretaña desarrollaron combustibles sintéticos, aunque los combustibles no fueron adoptados por su mala relación coste-efectividad.
Entre 1980 y 1984 Brasil desarrolló PROSENE, un combustible a base de aceites vegetales,
aunque el proyecto también fue descartado.
Sasol tiene desde 2004 una planta que produce GTL en Sudáfrica (CTL desde 1999). El
queroseno sintético (synjet) de Sasol está siendo utilizado en mezclas del 50% con Jet-A sin
efectos perjudiciales en el funcionamiento de los motores de las aeronaves.
El 16 de junio de 2008, se realizaron ensayos de laboratorio a una mezcla de combustible
ecológico de aviación (Bio-Jet) de la compañía Sustainable Power, combinado con el combustible de una aerolínea (de identidad no desvelada), obteniéndose unos resultados favorables.
VUELOS CON COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS
El prototipo Helios de la NASA propulsado mediante energía solar (fotovoltaica) consiguió
volar por control remoto en junio de 2003 hasta que se produjo un fallo. Solarimpulse está
desarrollando un prototipo para vuelo también propulsado con energía fotovoltaica.
El 19 de octubre de 2004 la aeronave agrícola Ipanema, fabricada por Embraer, fue certificada en Brasil para la utilización como combustible habitual de etanol procedente de biomasa (caña de azúcar).
El 2 de febrero de 2007, en el aeropuerto de Reno-Stead, la aeronave militar L-29, bajo un
programa de prueba entre Green Flight International and Biodiésel Solutions, realizó el primer vuelo usando como combustible 100% biodiésel. Desde ese momento el interés por el
uso de combustibles alternativos por la aviación ha sido creciente y se han sucedido diversas pruebas de vuelo.
El primer vuelo de un avión (Electra F-WMDJ) propulsado con motor eléctrico (baterías de
polímero de litio) fue realizado el 23 de diciembre de 2007.
Airbus realizó una prueba con un A380 el 1 de febrero de 2008 en el que el avión utilizaba
como combustible una mezcla que incluía GTL, combustible derivado de gas natural, con
excelentes resultados.
De modo casi consecutivo, el 24 de febrero de 2008, Boeing, Virgin Atlantic y GE-Aviation,
realizaron un vuelo desde Heathrow (Londres) a Ámsterdam utilizando en uno de sus motores una mezcla de biocombustible (20%), producido por Imperium Renewables a partir de
babasú y aceite de coco.
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El 3 de abril de 2008 Boeing realizó en
Ocaña (Toledo) el primer vuelo propulsado
mediante una pila de hidrógeno.
Klm y AlgaeLink han suscrito (abril de 2008) un convenio para la investigación en el desarrollo de combustible de aviación a partir de algas.
Honeywell, Airbus, JetBlue Airways e International Aero Engines se asociaron en mayo de
2008 para el estudio del uso sostenible de biocarburantes en aviones comerciales y tienen
prevista una prueba en un avión comercial en 2010.
Air New Zealand, junto con Boeing y Rolls-Royce, realizaron el 30 de diciembre de 2008 un
vuelo de prueba con biocombustible a partir de jatropha (50%) con un motor de un Boeing
747-400.
De forma similar, Boeing, GE Aviation y Continental Airlines realizaron el 7 de enero de
2009, tras su asociación, un vuelo de demostración con biocombustible (50%), a partir de
jatropha y algas, con un motor de un Boeing 747-400.
El 30 de enero de 2009 Japan Airlines (JAL), en colaboración con Boeing, Pratt & Withney y
Honeywell UOP, realizó una prueba de vuelo con un Boieng 747-300, utilizando en uno de
sus motores una mezcla (50%) de combustible convencional con biocombustible procedente
de algas, jatropha y camelina.
INVESTIGACIÓN, DESARROLLO Y CERTIFICACIÓN
En octubre de 2006 surgió la iniciativa de combustibles alternativos para la aviación comercial (CAAFI), liderada por AIA, ATA, FAA y ACI-NA.
En 2007 el grupo empresarial del suroeste de Francia (Pirineos y Aquitania) Aerospace
Valley lanzó el proyecto CALIN para realizar pruebas de laboratorio de mezclas de combustibles, biocombustibles de segunda generación y otras alternativas. A través de estas pruebas se analizarán las propiedades físicas de los combustibles, emisiones y características
de combustión a través de modelos informáticos. Aerospace Valley agrupa a fabricantes
líderes franceses, incluyendo EADS, Airbus, Air France Industries, Alstonm y Dassault.
También en 2007 se creó la Mesa redonda sobre biocombustibles sostenibles (Roundtable
on Sustainable Biofuels, RSB), una iniciativa internacional que reúne a agricultores, empresas, ONG, expertos, gobiernos y agencias inter-gubernamentales interesadas en asegurar la sostenibilidad de la producción y procesado de los biocombustibles. En marzo de 2009
se presentó este grupo al sector de la aviación en la Cumbre de Aviación y Medio Ambiente
(Aviation & Environment Summit, 2009).
Roland Cernat recibió, el 3 de julio de 2008, el premio de Diseñador Junior Lucky Strike por
su proyecto final de carrera “Oriens”: una aeronave eficiente, ligera, que combina motor y
planeo, compuesta de materiales biodegradables o reciclables y que utiliza para su propulsión energía solar (aunque dispone de un motor de combustible de seguridad).
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El proyecto ALFA-BIRD (Alternative Fuels and Biofuels for Aircraft Development) se inició
en julio de 2008 (finalización prevista en mayo de 2012) financiado por el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea con el objetivo de desarrollar combustibles alternativos para
la aviación. Entre los miembros de este proyecto (23) cabe destacar: Airbus, Avio, Dassault
Aviation, Rolls-Royce, Shell, Sasol y Snecma, También participan diversas universidades y
centros de investigación.
La compañía British Airways y el fabricante de motores Rolls Royce iniciaron (10 de julio
2008) un programa de investigación en cooperación para la búsqueda de combustibles
alternativos. Sin embargo su vuelo de prueba, previsto para marzo de 2009, tuvo que ser
cancelado por problemas en la obtención de suficiente biocombustible (15.000 galones) que
reuniera los criterios de volumen, sostenibilidad y funcionamiento.
En septiembre de 2008 Boeing, Air France, Air New Zealand, ANA (All Nippon Airways),
Cargolux, Gulf Air, Japan Airlines, KLM, SAS, Virgin Atlantic Airways, Natural Resources
Defense Council, WorldWide Fund for Nature y Honeywell UOP se agruparon bajo el nombre de Sustainable Aviation Fuel Users Group para promover los biocombustibles de
segunda generación sostenibles para la industria de la aviación.
SWAFEA (Sustainable Way for Alternative Fuels and Energy for Aviation) es un proyecto
recientemente lanzado por la Comisión Europea, cuyo primera reunión con agentes tuvo
lugar en Bruselas los días 23 y 24 de abril de 2009.
PARTNER (Partnership for AiR Transportation Noise and Emissions Reduction), red de
cooperación para la investigación aeronáutica (FAA/NASA/Transport Canada) está desarrollando un proyecto sobre combustibles alterativos (17.Alternative fuels) en el que colaboran
Pratt & Whitney, Boeing, General Electric Aircraft Engines, Airports Council International –
North America, y Aerospace Industries Association.
Se prevé que en 2010 entre en funcionamiento en
Qatar una gran planta de producción de GTL. Qatar
Airways pretende ser la primera aerolínea a nivel
mundial en operar un vuelo comercial utilizando un
combustible con contenido en GTL.
El proyecto Hy-Bird, de la compañía francesa Lisa
Airlines, está desarrollando una aeronave capaz de
dar la vuelta al mundo propulsado mediante energía
eléctrica renovable (solar y pila de hidrógeno).
IATA ha establecido como meta que las aerolíneas miembros de esta organización utilicen
un 10% de combustibles alternativos antes de 2017.
Lufthansa, por su parte, ha manifestado su intención de incrementar la cantidad de biocombustible, en mezcla con queroseno convencional, hasta alcanzar un 10% en 2020.
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CRITERIOS DE SOSTENIBILIDAD
Diversas entidades definen criterios que un combustible debe cumplir para ser considerado
sostenible. La Unión Europea ha fijado estos criterios mediante la Directiva 2009/28/CE,
fundamentalmente centrados en limitar el cambio de uso del suelo y en garantizar una reducción mínima de emisiones de gases efecto invernadero considerando todo el ciclo de
vida del combustible.
Los criterios de sostenibilidad fijados por la Roundtable on Sustainable Biofuels han sido
adoptados, entre otros, por el grupo de usuarios de combustibles sostenibles de aviación
(SAFUG).
CONCLUSIONES
Para que la solución no desemboque en un nuevo problema, es necesario adoptar un enfoque integrado de todo el ciclo de vida de las alternativas planteadas e incluso de las interrelaciones entre unas alternativas y otras.
Se debe distinguir entre las alternativas que pueden o no ser utilizadas a corto plazo (dropin) y aquellas que o bien no pueden producirse a escala suficiente en la actualidad o requieren cambios sustanciales en las aeronaves para su uso.
La seguridad es un aspecto clave del transporte aéreo y que siempre debe quedar garantizado, por lo que hay que asumir que los procesos de ensayo y certificación serán largos y
complicados.
Si bien es cierto que la sustitución de combustibles es más simple en el caso del transporte
rodado, esto no restringe la aplicación de sus beneficios (costes, independencia energética,
reducción de contaminantes atmosféricos locales y globales) a la aviación.
Este hecho se hace patente con los esfuerzos de los agentes del sector por incorporar nuevos carburantes, dedicando cada vez más recursos a la investigación en combustibles alternativos.
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