Descubre qué fuentes energéticas alternativas están moviendo el transporte público y cuál es el panorama a futuro de los e-fuels en este área.
Haciendo eco a una de las noticias más sonadas de los últimos días respecto al acuerdo alcanzado entre la UE[i] y Alemania sobre eliminar la prohibición de venta de coches de combustión (aquellos que usan gasolina, gasóleo o gas, incluidos los híbridos) más allá de 2035[ii], bajo la condición de que estos a futuro se modifiquen y empleen únicamente combustibles sintéticos, en esta entrada se aborda qué fuentes energéticas alternativas están moviendo el transporte[iii] público a nivel mundial en la actualidad[iv] y cuál es el panorama a futuro de los e-fuels[v] en el transporte de pasajeros.
Como punto de partida vale la pena mencionar que existen varios combustibles que se utilizan en el transporte de pasajeros, entre ellos:
- Gasolina: Aunque se considera un combustible fósil que produce emisiones de gases de efecto invernadero, la gasolina sigue siendo un combustible ampliamente utilizado en el transporte público en muchos países
- Diesel: es otro derivado del petróleo y, por tanto, un combustible fósil que se utiliza especialmente en autobuses y camiones
- Gas natural: Es un combustible fósil que emite menos dióxido de carbono que la gasolina o el diésel, razón por la cual desde hace unos años se utiliza en algunos sistemas de transporte público
- Biocombustibles: Estos se producen a partir de materias primas renovables, como el maíz, la caña de azúcar o la remolacha, y pueden ser una alternativa más sostenible a los combustibles fósiles.
- Electricidad: Los autobuses eléctricos, por ejemplo, utilizan baterías recargables para alimentar sus motores, estos vehículos no emiten gases de escape y se consideran una alternativa más limpia a los vehículos con motor de combustión interna.
- Hidrógeno: en algunos vehículos el hidrógeno es usado como combustible, el cual tiene la ventaja de que solo emite agua como subproducto de su funcionamiento.
- Sistemas híbridos: Los vehículos híbridos combinan un motor eléctrico con un motor de combustión interna. Estos utilizan energía eléctrica cuando pueden, lo que reduce su consumo de combustible y las emisiones de gases de escape.
Desde esta perspectiva se puede observar que existen diversas alternativas de combustibles, su elección como no puede ser de otra forma, depende de muchos factores tales como el coste, la disponibilidad, la infraestructura y la legislación local.
Sin embargo, existe un creciente interés en el uso de combustibles alternativos más sostenibles, es decir, que buscan incidir en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire en las ciudades. En esta línea, Estados Unidos y Alemania[vi] anunciaron un acuerdo para promover el uso de e-fuels, marcando como objetivo establecer una hoja de ruta para su producción y uso en ambos países, lo que podría tener implicaciones significativas en la lucha global contra el cambio climático.
Pero ¿Qué son los e-fuels? Conocidos también como electrocombustibles, o combustibles sintéticos, el término hace referencia a cualquier tecnología que convierte la energía eléctrica (renovable de tipo fotovoltaica, hidráulica o eólica) en un portador de energía gaseoso o líquido. Existen diferentes taxonomías que hacen referencia a los e-fuels: Combustibles renovables líquidos (Power-to-liquid o PtL) o combustibles renovables gaseosos (Power-to-Gas o PtG) de origen no biológico. Además, también existen los combustibles sintéticos renovables derivados del hidrógeno, los cuales agrupan variedades de tipo líquidos y gaseosos a base de hidrógeno (renovable) y carbono (capturado). Ejemplos de estos son los derivados de la reacción de estos dos elementos para producir metano o la obtención de diesel o gasolina mediante la síntesis de Fischer-Tropschs.
Este conjunto de combustibles tiene la particularidad de poder ser utilizados en motores convencionales sin la necesidad de modificarlos, razón por la cual ha ido incrementando su atractivo, ya que se proyectan como una solución para reducir las emisiones, especialmente en aquellos sectores donde la electrificación completa (que utilizan como vector energético exclusivamente la electricidad) no es factible, como el transporte aéreo o marítimo.
De acuerdo con la literatura especializada, los sistemas pueden electrificarse de manera directa o indirecta. Específicamente, la electrificación directa en el transporte implica el uso de vehículos eléctricos de batería, cuyo uso principal se da en el transporte por carretera e incluye la implementación de tecnologías de contacto como pantógrafos para trenes.
Por su parte, la electrificación indirecta se ocupa principalmente de hacer uso de tecnologías PtL o PtG para generar e-fuels tales cómo el hidrógeno, e-metanol y amoníaco. Estos combustibles podrían usarse directamente a través de procesos de conversión de e-metanol en gasolina, como celdas de combustible de hidrógeno (HFC) o celdas de combustible de metanol directo (DMFC) y dar cobertura también al transporte marítimo y aéreo.
Vale la pena destacar que ha habido un gran interés en la electrificación directa del transporte en los últimos años debido al aumento en la densidad de energía (capacidad de almacenamiento) de las baterías y su consecuente disminución en los costes de adquisición (los precios de las baterías de iones de litio han disminuido alrededor de un 89 % entre 2010 y 2020).
Sin embargo, como en el caso de la electrificación directa, existen limitaciones en el uso de e-fuels a una escala masiva. En particular, se observa la necesidad de grandes cantidades de electricidad renovable para la electrólisis e inherentemente, presentan una baja eficiencia en el factor well-to-wheel (alrededor del 13 % en comparación con 73% alcanzado por la electrificación directa).
A pesar de ello, expertos en la materia coinciden en que al obtenerse a partir de energía renovable, estos combustibles pueden ayudar a reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero, a la vez que colaboran con la estabilización de la red eléctrica, pues el excedente que se obtiene en la generación eólica o fotovoltaica puede derivarse para la producción de estos combustibles. Así, los e-fuels se perfilan como una solución más sostenible para satisfacer la demanda de energía de una economía global en crecimiento, incluso en el futuro, dado que el progreso tecnológico y la reducción de costes en energía eólica y solar, así como electrolizadores, han sido significativos en los últimos años.
De esta forma, los combustibles sintéticos brindan la oportunidad de utilizarse en todos los sectores y en casi todas las aplicaciones disponibles. Complementan el uso directo de energías renovables, especialmente donde la electrificación directa no es posible o económica. Además, los e-fuels se pueden integrar total o parcialmente en la infraestructura existente de combustibles líquidos y gaseosos.
En concreto, los e-fuels ofrecen muchas ventajas: colaboran en la reducción de emisiones de carbono, son carbono-neutrales, presentan un importante contenido de energía por masa, pueden moverse, almacenarse a largo plazo en forma líquida o gaseosa sin pérdidas de energía; o en grandes volúmenes para ser utilizados en caso de apagón o cualquier otro problema de suministro con otros vectores de energía, aportan seguridad y fiabilidad al sistema energético, facilitan el uso de la infraestructura existente y lo más importante, puede ser usado por la flota vehicular actual. Además, con su producción los países con pocos recursos naturales pero buenas condiciones solares y eólicas tendrán la oportunidad de mejorar su propio suministro de energía y convertirse en un nuevo actor en el mercado energético mundial.
No cabe duda de que los e-fuels representan una oportunidad para mitigar los impactos del uso de combustibles fósiles, pero el alcance de los beneficios dependerá en gran medida de una combinación de factores como la selección adecuada de materia prima y tecnologías, incluida la fuente de carbono, la eficiencia de los electrolizadores y la entrada de electricidad de redes descarbonizadas.
Y es en este último aspecto en el que los expertos coinciden en apuntar que la solución obvia para la desfosilización del sector energético es una electrificación extensiva de los vehículos de pasajeros. Con una participación cada vez mayor de las energías renovables en el sector eléctrico, se conseguiría mitigar automáticamente las emisiones de CO2 en el sector del transporte sin tener en cuenta, claro está, las emisiones relacionadas con la producción de baterías.
De esta manera, con los avances tecnológicos en la producción de combustibles y la cadena de suministro, así como la descarbonización del mix eléctrico europeo, se prevé que el impacto neto disminuya en el futuro. Sin embargo, es necesaria una política climática estricta con altas tasas de descarbonización del sector en Europa, y en el mundo en general, para que los e-fuels sean claramente más amigables con el ambiente que el combustible fósil.
Referencias
Abid, H., Kany, M. S., Mathiesen, B. V., Nielsen, S., & Maya-Drysdale, D. W. (2021). Transport electrification scenarios for decarbonization of the European transport sector by 2050. Eceee 2021 Digital Summer Study: Energy efficiency in the new reality, 751-759.
Ausfelder, F., & Wagemann, K. (2020). Power-to-Fuels: E-Fuels as an Important Option for a Climate-Friendly Mobility of the Future. Chemie Ingenieur Technik, 1-2(92), 21-30.
Ballal, V., Cavalett, O., Cherubini, F., & Barbosa Watanabe, M. D. (2023). Climate change impacts of e-fuels for aviation in Europe under present-day conditions and future policy scenarios. Fuel(338), 1-11.
Freire Ordóñez, D., Halfdanarson, T., Ganzer, C., Shah, N., Mac Dowell, N., & Guillén-Gosálbez, G. (2022). Evaluation of the potential use of e-fuels in the European aviation sector: a comprehensive economic and environmental assessment including externalities. Sustainable Energy & Fuels(6), 4749-4764.
Hombach, L., Doré, L., Heidgen, K., Maas, H., Wallington, T., & Walther, G. (2019). Economic and environmental assessment of current (2015) and future (2030) use of E-fuels in light-duty vehicles in Germany. Journal of Cleaner Production, 207, 153-162.
Kramer, U., Goericke, D., & Thee, R. (2019). Energy Paths for Road Transport in the Future. MTZ worldwide, 5(80), 18-25.
Pütz, R. (2021). Towards zero emission: Are e-fuels a promising option? Mobility & Vehicle mechanics, 47(2), 1-14.
Pasini, G., Lutzemberger, G., & Ferrari, L. (2023). Renewable Electricity for Decarbonisation of Road Transport: Batteries or E-Fuels? Batteries, 2(9), 135.
Viscardi, R., Bassano, C., Nigliaccio, G., & Deiana, P. (2021). The potential of E-fuels as future fuels . (1), 112-116.
[i] El objetivo de la Unión Europea es la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 80 % para 2050 en comparación con los niveles registrados en 1990.
[ii] Bajo la Directiva de vehículos limpios de la UE los autobuses con motores diesel altamente sofisticados aún estarían permitidos como vehículos «limpios» a mediano plazo si funcionan con biocombustibles sostenibles o e-fuels. Por lo tanto, los combustibles PtL, GtL e incluso CtL (coal-to-liquids) estarían permitidos, este último independientemente de su alta intensidad de CO2.
[iii] Los datos publicados en 2022 por Eurostat revelan que en los países avanzados, el transporte tiene un impacto aún mayor que otros sectores individuales con casi el 30% del consumo de energía final.
[iv] En promedio el consumo de energía aumenta aproximadamente entre un 1% y 2% por año, el transporte representa alrededor del 25% de la demanda mundial de energía y sobre el 60% del consumo total de petróleo para el mismo periodo. Adicionalmente, el sector del transporte es responsable de alrededor del 20% de las emisiones de carbono del mundo.
[v] En el debate político energético sobre los conceptos de conducción y combustible específicos, la electromovilidad se ve y se promueve casi exclusivamente como una opción sostenible. Esto ignora el hecho de que los motores de combustión interna modernos de las etapas Euro VI (para vehículos comerciales) y Euro 6d (para turismos) ya tienen un nivel local de emisiones cercano a cero y solo se necesitan combustibles renovables para lograr una reducción muy significativa en la emisión de gases de efecto invernadero.
[vi] El plan de protección climática del Gobierno Federal Alemán establece objetivos ambiciosos para la reducción general de CO2: para el 2050 se aspira a una reducción del 80-95% con respecto a los niveles registrados en 1990. Dentro del sector del transporte, particularmente, el objetivo es una reducción del 40% en el uso de la energía final, sin embargo, no se establece un objetivo específico de reducción en las emisiones de CO2.