1 ' LUIS MÁRQUEZ, Dr. Ing. Agrónomo BI Rsur^^MEs La publicación, el pasado 30 de diciembre, del `Plan de fomento de energías renovables', aprobado por el Consejo de Ministros, ha vuelto a poner de actualidad el empleo de la `biomasa' para cubrir una parte importante de las necesidades energéticas del conjunto de los países de la Unión Europea. ^ n este Plan de Fomento se desarrolla el Libro Blanco sobre las Energías Renovables publicado por la Unión Europea, que reconoce la urgente necesidad de abordar el problema del cambio climático mediante la reducción del 15% de las emisiones de gases causantes del efecto invernadero en los países desarroIlados, tomando como objetivo el año 2010, respecto a 1990, y el papel que pueden desarrollar las energías renovables para conseguirlo. ® agrOtécnica Por el momento, la contribución de las fuentes de energía renovables al balance energético de la Unión Europea es muy escaso para el potencial técnico disponible, aunque se detecta que determinadas energías renovables necesitan poco esfuerzo para llegar a ser competitivas. Entre las diferentes acciones que se vienen realizando para divulgar las posibilidades de estas energías renovables, merece la pena destacar el Encuentro sobre `Aprovechamiento Energético de la Biomasa', celebrado durante los días ] 0 al 12 de abril en la sede de Sevilla de la Universidad Internacional Menéndez Pelayo. Durante este Encuentro, numerosos especialistas debatieron las posibilidades de los sistemas agrícolas europeos para suministrar combustibles, analizando desde diferentes puntos de vista la evolución esperada en los próximos años. Algunas de las ideas presentadas en este Encuentro se recogen a continuación. nnAYO zooo LA BIOMASA CQMO ' F U ENTE ENERGETI CA DEL S IGLO XX Tomando como punto de partida el origen solar de las energías renovables, el Prof. Jesús Fernández, de la Universidad Politécnica de Madrid, puso de manifiesto que una hectárea de maíz produce 20 toneladas de materia seca por año, lo que equivale, desde el punto de vista energético, a 3.35 x]0" julios/año, aunque sólo logre un rendimiento energético del 0.54°Io de la energía yue recibe del sol. Sobre la base de los datos de consumo energético correspondientes a 1992, se deduce que la relación de la producci<ín anual de la biosfera es 7.55 veces el consumo energético mundial, consumo que corresponde al petróleo en un 34.1%. Muchos han sido los combustibles que se han tenido que utilizar, a lo largo de los años, para hacer funcionar los motores de combustión interna, yue son la base de la industria de la automoción, especialmente en periodos de escasez como consecuencia de los bloqueos derivados de las grandes contiendas mundiales. Ya están olvidados los tiempos de) gasógeno, pero de vez en cuando aparecen referencias sobre las posibilidades del hidrógeno como combustible, aunque sea como alternativa a largo plazo. No siempre se recuerda que cuando aparece el motor de ciclo Otto, su inventor lo diseña pensando en el alcohol, y, años después, Diesel considera como ventaja de sus motores de Mnro 200o < < Con el diseño original de los motores de combustión internos estuvieron presentes los combustibles de origen vegetal7 ^ encendido por compresión, la circunstancia de ser adecuados para cualquier tipo de combustible. Los tiempos fueron cambiando, y con el petróleo barato los motores se optimizan para funcionar con sus derivados, sin pensar en lo que podrían ofrecer las energías renovables. Ahora se mira de nuevo a los alcoholes y los ac^ites de origen vegetal, al menos cómo complemento de los combustibles de origen fósil, por las ventajas que pueden aportar desde el punto de vista ambiental, sin olvidar que cuando se trata de producir directamente calor la energía que suministra la biomasa sólida es en todo equivalente a la que se obtiene quemando petróleo o carbcín. BIOCARBURANTES EN ^ AUTOMOCION EI segundo día del Encuentro, cl Sr. Tinaut, del Centro de Investigación y Desarrollo en Automoción (CIDAUT), junto con la Dra. Ballcsteros, del CIEMAT, pasaron revista al origen de los biocombustibles y a su comportamiento en los motore^, solos o mezclados con los comhustihlcs dc origen mineral. Hay que resaltar yue cualyuicr biocarburante debc de of^rccer unas cspecificaciones técnicas equivalcntcs a las de los carburantes que sustituye en los motores de automoción, por lo que se puede contar con los alcoholes y sus derivados para los motores de gasolina, bien solos o mei.clados con ellas, y los aceites vegetales (triglicéridos) y sus derivados por esterificación, para su utiliración cn las mezclas con el gasóleo, o la adaptación de los motores para su empleo dirccto, en estado natural o transformado cn éstcr (biodiesel). En cualyuier caso, el emplco de un biocarburante exige que se necesiten pequeñas modificaciones en los motores, con la posibilidad de que ^stos pued^m volver ^il carburinte tr^idicional, así como que su utilizaciún no agl'O/c^r ^^ ic^u ® I a^.^.LL signifique pérdida de potencia apreciable u otras limitaciones como autonomía, facilidad de arranque en frío, funcionamiento en caliente, reducidas emisiones contaminantes, etc. Esto significa que los biocarburantes con mayor futuro, desde el punto de vista de los motores, serían el éter butílico de etanol (ETBE) como componente del las gasolinas hasta el 20% y los ésteres metílicos de aceites vegetales en los motores diésel, solos o mezclados con gasóleo. ENSAYOS EN BANCO DE MOTOR DIÉSEL ^ 400 ^ ^ ^ Gasóleo ^ 5% BIO 350 ^ 30°^ BIO 100°^ BIO 300 250 200 1500 OXIGENACIÓN DE LAS ^ GASOLINAS Cuando se incorporan productos oxigenados a las gasolinas, la emisión de gases contaminantes se reduce, ya que una parte del oxígeno necesario para la combustión se adquiere junto con el combustible, aunque esto signifique un aumento del consumo. Para aprovechar esta ventaja, en algunos países se exige que las gasolinas contengan un porcentaje mínimo de productos oxigenados para reducir las emisiones de gases nocivos. Pero de la utilización de los alcoholes también se derivan otras ventajas, como el incremento del octanaje de las gasolinas, sin que sea necesario recurrir para conseguirlo al plomo o a los hidrocarburos aromáticos, muy CONSUMO 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Régimen de giro (rev/min) nocivos desde el punto de vista ambiental. También, con el empleo de los alcoholes se reducen las emisiones de CO y HC. En relación con la fonna en la que se utilizan los alcoholes, en América las preferencias han ido dirigidas a su utilización directa, como el programa Proalcool de Brasil con alcohol hidratado, o a las mezclas de gasolina con alcohol anhidro de los EE UU. En Europa se prefieren los éteres, como el ETBE, obtenido con etanol e isobuteno, como mejorante de las gasolinas. A pesar de las ventajas no hay que olvidar algunos inconvenientes que se derivan de la utilización de los alco- ENSAYOS EN BANCO DE MOTOR DIÉSEL holes para corregirlos: menor poder calorífico que el de la gasolina, relación estequiométrica muy diferente, que exigiría modificar la carburación o la inyección de combustible, su gran afinidad con el agua que produciría la separación del combustible en dos fases, el mayor poder corrosivo y algunos inconvenientes para el arranque en frío, o derivados de su evaporación con gran altitud o por elevadas temperaturas. La utilización de los derivados en forma de éteres tiene claras ventajas, como el mayor poder calorífico, una relación estequiométrica más parecida a la de las gasolinas, muy baja solubilidad en el agua, poder corrosivo menor, entalpía de vaporización muy inferior y menor volatilidad. Se puede decir que, por las ventajas que ofrecen los derivados de los alcoholes, a la vez que por la reducción que continuamente se producen en los costes de obtención a partir de productos agrícolas, serán los bioalcoholes unos aditivos que cada vez aparecerán a una escala mayor en las gasolinas, con el beneplácito de los fabricantes de motores. ACEITES VEGETALES Y ^ SUS DERIVADOS Su empleo directo en los motores de ciclo diésel ha sido, en principio, opción que de una manera más sim- ^ ag1'otécnica MAYO zooo ENSAYOS EN BANCO DE MOTOR DIÉSEL EMISIONES DE HC -1 H Gasóleo ^ 5% BIO --r'- 30% BIO - ^ 100% BIO 3000 3500 4000 4500 Régimen de giro (rev/min) ple podía considerarse, aunque la durabilidad de los motores de diseño moderno se resintiera, especialmente en lo que se relaciona con el ensuciamiento de la cámara de combustión. Recurriendo a la mezcla de aceite vegetal con gasóleo y algo de alcohol puede conseguirse un combustible apto para muchos motores diésel, aunque las emisiones contaminantes aumentaran para algunos de los gases controlados. La mayor viscosidad y el índice de cetano son los parámetros diferenciales de los aceites vegetales puros, que se acercan a los del gasóleo mediante la transesterificación, ya que de esta manera el peso molecular del aceite (triglicérido) se reduce a una tercera parte del inicial. Aunque han habido experiencias que permiten la utilización directa de los aceites vegetales en motores diésel especialmente diseñados para ello, como es el caso del motor Elsbett, la mayoría de los fabricantes de motores se inclina a la utilización de los aceites vegetales esterificados solos o mezclados con el gasóleo. Con el empleo directo del éster metílico (biodiesel o diester) en los motores diésel se produce una pequeña pérdida de potencia y un leve incremento del consumo, pero también una reducción de la opacidad de los humos (debido al oxígeno contenido en el aceite), de las emisiones de CO y HC, así como la ausencia de emisio- MAYO 2000 nes de azufre. Las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) son ligeramente superiores, y la emisión de CO, es la que previamente recuperó de la atmósfera la planta que sirvió para producir el aceite. En algunos casos puede producirse dilución del aceite lubricante, sin que ésta supere el 5°lo entre los periodos normales de cambio, así como problemas para el arranque y funcionamiento en climas muy fríos, que exige el empleo de aditivos sobre el biocombustible que pueden ser del mismo tipo de los que se utilizan en el gasóleo; hay cierta incompatibilidad con las pinturas no acrílicas y las conducciones de caucho y otros elastómeros. Hay un punto de discusión en relación con el índice de yodo, más elevado con los derivados ohtenidos a partir del aceite de girasol con respecto a lo que se puede conseguir con aceite de colza. EI índice de yodo pone de manifiesto la cantidad de enlaces instaurados en la molécula del aceite, que por su mayor facilidad de oxidación podrían provocar mayor ensuciamiento del motor, por lo que serían necesarios ensayos para comprobarlo. Las experiencias realizadas en el CIDAUT -más adelante comentadas en detalle- ponen de manifiesto que este ensuciamiento es inferior al que se produce con el gasóleo. LA EXPERIENCIA DEL ^ CIDAUT EI Centro de Investigación y Desarrollo en Automoción de Valladolid ha venido trabajando con el éster de girasol como comhustible de motores diésel, tanto en estado puro como en mezclas con gascíleo, para vcr sus posibilidades y limitaciones desde una perspectiva práctica, incluyendo en estas pruebas la caracterización del funcionamiento del motor en banco (curvas de potencia, consumo, cmisiones contaminantes y ensuciamiento de inyectores), en vehículos (emisiones ENSAYOS EN BANCO DE MOTOR DIÉSEL EMISIONES DE NOX 700 ^ a _^ X ^ ^ Gasóleo ^ 5% BIO O Z a^ ^ 100% BIO N ^ c 0 .^ .^ w 200 ^ 1500 ^ ^ 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Régimen de giro (rev/min) agror^^^^^ri^^^, ^ sobre el `Ciclo Europa' y comportamiento en frío) y ensayos de larga duración (2 vehículos ligeros con éster al lO^Io y 4 vehículos urbanos con éster al 30^Io). Se puede destacar como más significativo en los resu(tados de las pruebas en banco la reducida caída de potencia de los motores, especialmente con las mezclas, un ligero aumento del consumo, así como menores emisiones de CO y HC que las que se obtienen con gasóleo puro, así como menor grado de ensuciamiento de los inyectores (método CEC DP-023) respecto al gasóleo puro. En relación con las emisiones en el `Ciclo Europa' (urbano + interurbano) sobre dos vehículos ligeros (Renault Laguna 2. l D y R- l9 1.9D), los resultados obtenidos fueron los indicados en la Tabla 1. Por otra parte, la variación de las emisiones cuando se utiliza éster metílico de colza al 100% Comando como referencia un conjunto de ensayos realizados en Francia, Austria y España, en relación con las que se obtiene con gasóleo puro, son los señalados en la Tabla 2. En los ensayos de larga duración sobre vehículo ligero durante 80 000 km utilizando una mezcla de gasóleo y éster al 10% se detecta que el aceite del motor conserva sus propiedades hasta los l5 000 km, superando la limitación ENSUCIAMIENTO DE INYECTORES RESULTADOS MÉTODOS CEC PF-023 CON ESTER DE GIRASOL: 80 ^ ^ 100% Gasóleo ---, 70 ^ Ester al 5% o^° ^^ Ester al 30% ^ 60 - - 100% Ester ^ ^ 50 ^ ^ 40 :ó 30 V ^ 20 a^ ^ 10 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Levantamiento de aguja (mm) 0.5 0.6 ENSAYOS DE DURACIÓN (RENAULT LAGUNA 2^ ^ G) EMISIONES Y CONSUMO EN CICLO EUROPA URBANO+INTERURBANO HC CO NOX HC+NOX PART Cons. C02 Producto EMISIONES EN CICLO EUROPA RENAULT LAGUNA 2 ^ D Y R ^ 9 ^.9D Tabla 1 HC CO dif. g/km Partículas NOx g/km dif. 0.146 g/km dif. 0.991 g/km dif. 0.078 Gasóleo 0.634 Éster al 20% 0.574 -9% 0.128 -12°^ 0.986 -1% 0.083 +6% Éster al 100% 0.497 -22% 0.058 -60% 1.025 +3°^ 0.072 -8% Tabla 2 Valor medio Valores max., min. j^ agrOtc^cjzica CO HC NOx Partículas -12% -24°^ +7% -36% -35, +16% -46, -4% -16, +20% -55, +5°^ nno,vo zooo L;l^LLLJ establecida por el fabricante (7 500 km); el consumo se estabiliza a lo largo del tiempo y los filtros de combustible tienen un funcionamiento correcto hasta los 10 000 km, frente a los 15 000 señalados por el fabricante cuando se utiliza gasóleo. Las emisiones según el Ciclo Europa evolucionan en el tiempo como indica la figura adjunta. Para los ensayos de larga duración sobre cuatro autobuses urbanos (Pegaso 6420, ID, 12L, AN) utilizando durante seis meses una mezcla de gasóleo con éster de girasol al 30% (distancia total recorrida de 120 000 km), no se detectaron anomalías en los análisis realizados en los aceites del motor, las prestaciones se mantuvieron con un ligero aumento del consumo en servicio (<1%) y ligera disminución de la potencia (1-2%), sin que se detectaran ensuciamiento de inyectores o emisiones de humos de escape diferentes a los del gasóleo. Todo ello pone de manifiesto que el empleo de mezclas con menos del 30% de éster metílico de girasol, el comportamiento de los motores se encuentra en los límites establecidos para el gasóleo, siendo el ensuciamiento de los inyectores menor del que se produce cuando se utiliza el gasóleo como único combustible. Es tiempo de Parece que la única limitación que se deriva de la utilización de los aceites vegetales transformados mediante esterificación es la económica. Los costes de producción los hacen menos competitivos que los de bioalcohol, por lo yue deben de ser las ventajas ambientales derivadas de su utilización, especialmente cuando se emplean en ambientes sensibles, como para la navegación por aguas interiores o en la circulación urbana, las que los impongan en mayor o menor grado. ■ CONCLUSIONES Se puede decir que, desde el punto de vista técnico, el empleo de los biocarburantes es una alternativa potencialmente válida que podría mejorar el balance ambiental de nuestros automóviles. Las únicas limitaciones son de naturaleza económica y organizativa, en gran parte como consecuencia del impuesto a los combustibles fósiles, que no deberían de aplicarse a los biocarburantes con la misma intensidad, ya que su proceso productivo en la fase agrícola ofrece un retorno impositivo de cerea del 80% del que se aplica a los combustibles importados. Tampoco hay que pensar que la totalidad de los carburantes utilizados podrían tener origen agrícola. EI objetivo del 5% es racional, compatible con las superficies agrícolas disponibles, ya que no se puede olvidar el objetivo alimentario como principal de la producción agraria. En cualquier caso, las medidas de incentivación que se están produciendo en el conjunto de los países de la Unión Europea van a incrementar la presencia de los biocombustibles en el mercado de los combustibles fósiles, en gran medida por las consecuencias ambientales que derivan de su utilización.^ MAYO 2000 Ahora que necesita dar esa labor a sus campos después de arados es cuando puede apreciar las máquinas de AGRIC. Desarrolladas para rendir al máximo. .. lisa y IlanameMe AGRÍC^B^MVÍG s. a. Ctra. Nal. 152, km 80 • 08508 MASIES DE VOLTREGÁ Barcelona - España Tets. 93 850 25 25 - 24 50 - 27 00 • Fax 93 850 20 77 - 93 857 08 93 e-mail: [email protected] • http://www.agricbemvig.com