Combustibles alternativos, ¿cuánto reducen la huella de carbono del transporte?
En los últimos años se ha comenzado a dar prioridad a los combustibles alternativos en detrimento de los combustibles fósiles. En el sector de la automoción, la transición hacia estas nuevas fuentes de energía supone una revolución que puede contribuir a la descarbonización del sector. Pero ¿cuál es el beneficio real que estas nuevas fuentes energéticas pueden ofrecer en términos de reducción de la huella de carbono del transporte por carretera?
Para dar respuesta a esta pregunta, hay que considerar tanto el ciclo de vida del combustible/fuente energética como el del vehículo. En lo relativo al ciclo de vida del combustible/fuente energética, el análisis considera todas las etapas de su ciclo de vida, desde la producción, transformación y distribución, hasta la fase de uso del combustible en el vehículo. Es lo que se conoce como “del pozo a la rueda” (“Well to Wheel”, WtW). Este ciclo completo del combustible se divide en una primera etapa “del pozo al tanque” (Well to Tank, WtT), donde se consideran las emisiones generadas en el proceso de obtención, transformación y distribución de cada combustible, y un segundo análisis “del tanque a la rueda” (Tank to Wheel, TtW), en el que se contabilizan las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) generadas en el propio vehículo.
Datos bibliográficos recopilados permiten obtener comparaciones en términos de masa de CO2 equivalente emitida por kilómetro recorrido, considerando como principales GEI emitidos por el sector el metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y dióxido de carbono (CO2), siendo este último el más relevante por la magnitud de su emisión. Así, por ejemplo, de acuerdo con los resultados obtenidos por el último informe publicado por el consorcio JEC (Joint Research Center (JRC), EUCAR y CONCAWE; Prussi et al., 2020), se puede establecer la comparativa en términos relativos recogida en la figura 1, para todo el ciclo de vida de la fuente energética. En ella se asigna el valor de 100 a la gasolina (consumida en vehículos de combustión interna).
Figura 1. Comparación relativa de las emisiones de GEI asociadas a la fuente energética y para distintas tecnologías de vehículos. Análisis para todo el ciclo (WtW) y desagregación para las etapas WtT y TtW. Gasolina en vehículo de combustión interna = 100. Elaboración propia a partir de datos de Prussi et al., 2020
En cuanto a los combustibles convencionales, el gasóleo empleado por los motores diésel presenta una menor huella de carbono que la gasolina (alrededor de un 13%). Las emisiones de GEI del gasóleo (diésel) tanto en la fase del WtT como en la TtW son inferiores a las de la gasolina. En esta parte del ciclo, la reducción de las emisiones se sitúa entre el 8-15% para el ámbito europeo (ADAC, 2021; EEA, 2019; EMISIA, 2021; Prussi et al., 2020; RE&E, 2020) Por otro lado, las tecnologías híbridas gasolina y diésel permiten obtener reducciones del 18-26%, respectivamente, en comparación con los motores de combustión interna tradicionales; 17-37% en la fase TtW (EEA, 2019; EMISIA, 2021; Prussi et al., 2020; RE&E, 2020). Por tanto, la opción de hibridación de las tecnologías convencionales reduce el impacto del ciclo de vida de la fuente energética.
El uso de gas natural comprimido (GNC) reduce el impacto un 18% respecto a la gasolina para todo el ciclo WtW, pero respecto al diésel, la reducción es de apenas un 5%. En cuanto a los gases licuados del petróleo (GLP), la reducción es del 16% frente a la gasolina, por lo que los resultados son similares a los del GNC. Mientras que el GNC genera un mayor impacto en la fase WtT, el GLP obtiene peores resultados en la fase TtW (ANL, 2020; EEA, 2019; EMISIA, 2021; Prussi et al., 2020).
En el caso de los biocombustibles, hay que considerar que las emisiones de CO2 generadas durante la combustión son análogas a las capturadas por la especie vegetal en su crecimiento, por lo que, en ese aspecto, “su emisión se considera neutra”, tal y como se esquematiza en la figura 2. Adicionalmente, algunos procesos de obtención de biocombustibles a partir de distintos recursos no sólo producen el producto deseado, sino también otros flujos o “subproductos”, por lo que se obtiene un beneficio ambiental adicional, si se descuentan las emisiones evitadas por no producir el material al que el coproducto puede reemplazar en su uso. Estas vías de obtención son múltiples, pudiendo emplear distintos recursos (incluidos residuos). Eligiendo vías de producción representativas para cada biocombustible, basándose la elección en su disponibilidad a medio plazo y en los procesos de producción implementados en Europa, el bioetanol reduce la huella de carbono del ciclo WtW en un 28% respecto a la gasolina, presentando valores negativos de huella de carbono en la fase WtT, debido a la absorción de CO2. Por otro lado, el biodiésel muestra reducciones del 54% respecto a la gasolina en todo el ciclo, presentando emisiones negativas para etapa WtT, debido nuevamente a la contabilización de la absorción de CO2.
Figura 2. Ciclo de absorción-emisión de CO2 en el caso de los biocombustibles
Para los vehículos eléctricos y tomando el sistema de generación eléctrica europeo en el año 2016, la huella de carbono del ciclo de vida de la fuente energética se reduce un 68% respecto a la gasolina. Esta reducción es del 100% en la fase TtW (cero emisiones en la fase de uso). Sin embargo, en la fase WtT las emisiones son hasta un 71% superiores a las de la gasolina, asociadas al proceso de producción de la energía eléctrica. La matriz de generación eléctrica en Europa en 2016 se caracterizaba por la presencia de un 43% de fuentes fósiles, un 29% de renovables y un 26% de energía nuclear (Prussi et al., 2020). A medida que las renovables vayan incrementando su contribución a la generación eléctrica, como ocurre para el caso español, donde para el año 2020 las renovables coparon el 44% de la producción eléctrica nacional (REE, 2021), las emisiones de la fase WtT se verán notablemente reducidas. Esto hace que, en la actualidad, los resultados de las emisiones asociadas a la generación de la electricidad consumida varíen significativamente de un ámbito geográfico a otro. Así, dentro de Europa, hay importantes diferencias entre países como Polonia (gran dependencia del carbón) y Suecia (gran presencia de renovables y nuclear) (RE&E, 2020).
Los combustibles sintéticos se están convirtiendo en una alternativa relevante para la descarbonización del sector del transporte. La ventaja de estos combustibles radica en su independencia de recursos no renovables como el petróleo y que pueden emplearse en los vehículos existentes, sin necesidad de desarrollar nuevas tecnologías en los motores. Adicionalmente, cabe destacar su potencial ilimitado de producción. Existen diversas vías para su producción, que generan una amplia horquilla de valores, desde una reducción del 99% respecto a la gasolina para todo el ciclo completo del combustible eligiendo como recurso los residuos de madera con captura de CO2, hasta incrementos del 188% eligiendo el carbón como materia prima del proceso de producción.
En cuanto al hidrógeno (H2), se verifica una reducción del 50% del impacto respecto a la gasolina en todo el ciclo WtW, siendo ésta del 100% en la fase de uso. Por el contrario, dependiendo del proceso de obtención del H2, en la fase WtT se podría verificar un incremento de hasta el 167% respecto a la gasolina, considerando el denominado “H2 gris”, que es la vía de producción predominante en la actualidad. En ese caso, el H2 se obtiene a partir de gas natural sin captura del CO2 emitido. Así, da lugar a emisiones de GEI que pueden generar un mayor impacto sobre el cambio climático que los vehículos eléctricos y los que emplean biocombustibles/combustibles sintéticos. Otras vías de producción de H2 a partir de energías renovables y electrólisis (“H2 verde”) o con procesos de captura de CO2 (“H2 azul”) conducen a menores emisiones de GEI (incluso nulas) en la fase WtT. De esta forma, si se elige como vía para la producción de hidrógeno la energía eólica, el potencial de reducción es del 93% respecto a la gasolina en todo el ciclo de vida de la fuente energética, valor que contrasta con el que se obtiene para el “H2 gris”.
Comparando los resultados previamente comentados y representativos de la situación a nivel europeo (Prussi et al., 2020), con los resultados obtenidos con el modelo estadounidense GREET (ANL, 2020), se concluye que, más allá de las diferencias cuantitativas obtenidas al considerar información para distintos ámbitos geográficos, la comparación entre las distintas fuentes energéticas sigue prácticamente la misma tendencia (figura 3). La gasolina de origen fósil es el combustible con mayores emisiones de GEI seguido por el gasóleo (diésel) y los GLP. Los biocombustibles y los combustibles sintéticos compiten con los vehículos eléctricos en términos de huella de carbono, si bien la ruta de obtención de la fuente energética es el factor clave en la huella de carbono resultante.
Figura 3: Valores relativos de emisiones de GEI en todo el ciclo WtW comparando el modelo JEC y el modelo GREET para diferentes combustibles. Notas aclaratorias:
- Diésel sintético: conversión de residuos de madera en gasóleo mediante licuefacción hidrotérmica en JEC, e-diésel en GREET (CO2 de la atmósfera + hidrógeno del agua con proceso de electrólisis)
- Hidrógeno: a partir de gas natural sin captura de CO2;
- Electricidad: matriz de generación europea en JEC y matriz de EE.UU. en GREET
Con este abanico de posibilidades, ¿qué opciones se deben tomar para reducir el impacto sobre el cambio climático? Las propuestas que pueden conducir hacia la descarbonización del sector son variadas, con rutas paralelas e incluso complementarias, para lograr el objetivo de la reducción, dependiendo, en ocasiones, de condicionantes geográficos y/o temporales, dada la constante evolución tecnológica. Además, no hay que olvidar el impacto ambiental asociado el ciclo de vida del vehículo, el cual puede ser notablemente distinto entre distintas tecnologías de vehículos. Este último aspecto también está siendo abordado en una de las líneas de trabajo de la Cátedra.
Referencias bibliográficas
- ADAC, 2021. Base de datos – Catálogo de vehículos. Disponible en: https://www.adac.de/infotestrat/autodatenbank/autokatalog
- Argonne National Laboratory’s Systems Assessment Center (ANL), 2020. The Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Technologies Model (GREET). Disponible en: https://greet.es.anl.gov/
- EMISIA, 2021. COmputer Programme to calculate Emissions from Road Transport, version COPERT 5.4.52, 2021. https://www.emisia.com/utilities/copert
- European Environment Agency (EEA), 2019. EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook-2019. EEA Technical Report No. 13/2019. Disponible en: https://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2019
- Prussi, M., Yugo, M., De Prada, L., Padella, M., Edwards, 2020. JEC Well-To-Wheels report v5. EUR 30284 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2020, ISBN 978-92-76-20109-0, doi:10.2760/100379, JRC121213
- Red Eléctrica de España (REE), 2021. Informe del sistema eléctrico español 2020. Información estadística disponible en: https://www.ree.es/es/datos/publicaciones/informe-anual-sistema/informe-del-sistema-electrico-espanol-2020
- Ricardo Energy and Environment (RE&E), 2020. Determining the environmental impacts of conventional and alternatively fuelled vehicles through LCA. Final Report for the European Commission, DG Climate Action. Contract Ref. 34027703/2018/782375/ETU/CLIMA.C.4
Nota sobre la publicación
Contenido original de la noticia publicado en la plataforma The Conversation y escrito también por Javier Pérez Rodríguez.
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