Fórmula E | La receta de cocina para los motores diésel

Desde los comienzos de la humanidad, el hombre ha buscado la manera más eficiente de trasladarse, moverse de un lugar a otro, entre ciudades y alrededor del mundo.

Comenzó por el caballo. La revolución industrial comenzó una gran escalada tecnológica que continua hasta nuestros días.
El vapor, el carbón fueron los primeros medios utilizados para impulsar grandes máquinas hasta que llegó la revolución del petróleo y su refinamiento que permitió tener distintas alternativas de combustible. Pero todo tiene un costo. El calentamiento global por un lado y, por otro, el hecho que es una fuente de energía no renovable. Según la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP), si se mantiene constante la producción de 83 millones de barriles por día, las reservas se agotarían en medio siglo aproximadamente.
En Oslo, capital de Noruega, ya se ha prohibido la circulación de autos diésel en sus calles y dejará de comercializar esta clase de vehículos para 2025. Alemania espera que un millón de autos eléctricos circulen en sus carreteras para 2020 y Francia pone fecha de vencimiento a la venta de autos de combustión interna en 2040 con el afán de ser un país neutro en cuanto a emisiones de CO2 para 2050.Con este panorama, el hombre necesita buscar una nueva fuente de energía limpia y renovable para un futuro sustentable.
La respuesta, en principio, podría estar en la molécula de glicerol ya que se ha encontrado la manera de generar un compuesto amigable con el medio ambiente, capaz de generar electricidad de forma sostenida y que, a su vez, es comestible. Su nombre: Aquafuel.¿Es posible utilizar un combustible renovable, comestible, no toxico, altamente eficiente y económico para generar suficiente electricidad, capaz de abastecer una pequeña población o bien impulsar autos de calle?
Ciertamente es un desafío que el hombre se ha planteado desde hace algunas décadas al ver que su fuente de energía por excelencia en el último siglo, el petróleo, comenzó a escasear. En el siguiente artículo nos proponemos analizar una alternativa revolucionaria: el glicerol y su aplicación en generadores diésel.La primera pregunta que surge es ¿Qué es el glicerol?
Desde un punto de vista químico, el glicerol es un compuesto que tiene la capacidad de absorber la humedad del ambiente en que se encuentra. Tiene un sabor dulce, aspecto transparente, viscoso y un característico aroma. Es soluble en agua y se descompone al entrar en ebullición a 200°C. Se encuentra en todos los tipos de aceites, grasas animales y vegetales. Uno de los aceites con mayor grado de glicerol es el de coco, en torno al 70-80%.Su composición química consta de tres átomos de carbono, ocho de hidrógeno y tres de oxígeno. Posee tres enlaces simples: CH2OH-CHOH-CH2OH.Hasta el año 1949, la producción mundial del glicerol procedía de la industria jabonera.
Hoy en día, el 70% de la manufactura mundial se lleva a cabo en Estados Unidos y proviene de los glicéridos (grasas y aceites naturales) y, en menor medida, de ácidos grasos y biodiesel. Por un lado, se encuentra el proceso de saponificación, que significa básicamente transformar un cuerpo graso en jabón y, posteriormente, la obtención de glicerina como un subproducto. Por otro lado, puede generarse como producto secundario del biodiesel, mediante el proceso llamado transesterificación el cual consiste convertir las grasas y aceites en biodiesel mediante una reacción química, luego de calentar el aceite a 130°C y agitándolo con máquinas especiales para este efecto. Por cada tonelada de biodiésel, se puede obtener 150 kg de glicerina.La aplicación de esta substancia para generar energía, fue descubierta por un ingeniero llamado John McNeil hace 10 años. Su trabajo se basó en encontrar un elemento que fuera capaz de descomponerse y generar energía de forma sostenida y limpia. Durante sus experimentos, testeó entre 6 y 7 alternativas diferentes hasta dar con la glicerina. Para esto, utilizó su experiencia previa, cuando trabajó para el Team Nasamax durante 2003 y 2004 de cara a las 24 Horas de Le Mans, donde desarrolló un vehículo impulsado a base de un combustible renovable.En esta oportunidad, diseñó una reingeniería de procesos en los motores estándar diésel, en los cuales se desarrolló un sistema de inyección y de liberación de gases totalmente distinto, capaz de funcionar a base de glicerina. Estos motores, primero la calientan para poder descomponer la molécula de glicerol, capturando los átomos de hidrógeno. Inicialmente, el generador comienza a funcionar a base de combustible diésel estándar y luego de 15 minutos, comienza a inyectarse el glicerol. La máquina comprime y calienta la substancia, fractura la molécula y usa el hidrógeno como fuente de combustible para poder mantener en funcionamiento el motor y generar electricidad, reemplazando al diésel. Por otro lado, la energía calórica generada por el sistema de enfriamiento de estos motores, es también capturado por esta estructura y reconvirtiéndola también en electricidad.
Finalmente, el sistema de emisiones de gases, libera el oxígeno  desechado de la molécula de glicerol, lo que lo convierte en un proceso con impacto ecológico nulo en el medio ambiente. La glicerina es un compuesto único y, a diferencia del diesel, no es una mezcla compleja. Esto hace la química de su combustión sea mucho más simple.
Además, contiene un 55% de oxígeno en su peso. Esto significa que se encuentra de antemano parcialmente oxidado, de ahí el valor calorífico relativamente bajo. Por otro lado, este alto grado de la oxidación hace que la combustión se realice a una temperatura superior a la del ciclo diésel normal. Como consecuencia, la reducción en la emisión de gases tóxicos (NOx y CO2) es un 97% inferior a la del diésel. La glicerina, en este sentido, se ha vuelto un elemento ideal para la generación de electricidad ya que no es tóxico (es utilizado como endulzante en algunos líquidos), es soluble en agua y, en condiciones normales, no es inflamable lo que lo hace muy seguro de manipular.
La empresa Aquafuel se ha especializado en la generación de electricidad mediante el sistema combinado de calor y energía (CHP – siglas en inglés).Para que la máquina sea eficiente, siempre debe operar a una velocidad constante y un mínimo de 600 KW. Esto no es un dato menor ya que es la clave acerca del por qué no puede ser utilizado directamente en vehículos de calle. Los mismos operan a velocidades diferentes constantemente y hace inviable esta alternativa.
Sin embargo, una aplicación posible es tal vez utilizar generadores de glicerina para cargar las baterías de autos híbridos. Hoy en día, Europa libra una intensa batalla contra los autos de combustión interna y motores diésel. En Londres por ejemplo, se cobra un impuesto de 10 libras diarias a aquellos autos que utilicen esta motorización en el centro de la ciudad.En la actualidad, la Universidad de Greenwich en Kent, Inglaterra, utiliza esta forma de generación de electricidad en parte de sus instalaciones. Con un generador del tamaño de un conteiner, se puede abastecer a 2 mil casas en una ciudad. Su aplicación a la vida diaria puede ser muy amplia: edificios, ciudades y generadores auxiliares de electricidad.
Las barreras en el mercado que encuentra esta tecnología actualmente son, por un lado, las grandes multinacionales que extraen la mayor cantidad de crudo en el mundo, secundados por la OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo) que ven en la glicerina un potencial competidor. Por otro lado, existe un paradigma social que debe ser cambiado. Aún no se asocia la posibilidad de que una substancia comestible y aplicada, por ejemplo, en una torta, pueda ser capaz de encender una lamparita o cargar la batería de un auto. Además, esto conlleva una inversión considerable para cambiar los equipos actuales por estos innovadores que funcionan a base de glicerina.  
La principal característica del mercado de la glicerina es la falta de interdependencia entre la oferta y la demanda. Como glicerina es un subproducto, su suministro es principalmente dependiente del desempeño del mercado del biodiesel. Por lo tanto, una mayor demanda de glicerina no dar lugar a una mayor oferta. La oferta aumenta sólo cuando sube la demanda de biodiesel. Como resultado, el precio de la glicerina cruda es fuertemente dependiente de la oferta del biodiesel lo que hacen al mercado muy volátil. En Europa, el costo del diésel por litro ronda en USD 1,60 mientras que el glicerol cuesta USD 2,68. Sin embargo, con el descubrimiento de nuevas aplicaciones y la expansión del mercado, la demanda comenzó a crecer permitiendo que los precios se recuperen.
Actualmente, la demanda de los países desarrollados, así como regiones en desarrollo, especialmente en Asia, hace que los precios suban. Se estima que la producción mundial de glicerina es de 2,9 millones de toneladas por año. Esta estimación tiene en cuenta todas las fuentes posibles. En 2015 en Europa, alrededor de 810.000 toneladas de glicerina fueron producidas a partir de aceites vegetales y alrededor de 150.000 toneladas de glicerina ha venido de residuos de producción de biodiesel de ácidos grasos.
Además, otros 45.000 TM provienen de las grasas animales de la categoría 1 y 2 en biodiesel. Sin embargo, el glicerol procedente de la producción de biodiesel sólo puede utilizarse para propósitos técnicos.La eficiencia de un litro de diésel comparado con un litro de glicerol es contundente: cada molécula de diésel es aprovechada en solo un 37% mientras que la glicerina es aprovechada hasta dos veces y media más, si se puede capturar el calor emanado durante el proceso de generación de electricidad.
Por otro lado, estos generadores que funcionan técnicamente alimentados a hidrógeno, ¿por qué no pueden funcionar directamente con este compuesto? Por un lado, es altamente inflamable (su ignición se produce a bajas temperaturas), es muy proclive a generar fugas, puede debilitar metales con facilidad por lo que se deben tomar recaudos extra cuando se lo manipula y presenta desafíos en cuanto a su composición química ya que en estado líquido se requieren temperaturas extremadamente bajas para mantenerlo en ese estado y su aumento de densidad. Todos estos componentes, hacen que sea un combustible muy poderoso, pero también altamente peligroso. Teniendo en cuenta esta situación, el glicerol se ha vuelto un elemento muy ideal para poder transportar el hidrógeno debido a que no tiene un impacto ambiental al ser soluble en agua y no es tóxico; además, en la actualidad, no existen regulaciones para el transporte y manejo de este producto, lo que lo hace fácil de manipular y comercializar.
En el área del deporte motor, la Federación Internacional de Automovilismo (FIA) hace varios años intenta mantenerse a la vanguardia de energías renovables y limpias. Comenzó con los motores híbridos en el Campeonato Mundial de Resistencia (WEC), luego en la Fórmula 1 con la introducción del KERS (sistema de recuperación de energía cinética – originada en las frenadas de los autos) y, posteriormente, con el cambio de motorización a impulsores de 6 cilindros turboalimentados.
Estas iniciativas fueron la antesala a un proyecto mucho más ambicioso que, tras dos años de arduo trabajo, vio la luz en 13 de septiembre de 2014: el Campeonato Mundial de Fórmula E. Creado por el presidente de la FIA Jean Todt, buscó cambiar el paradigma sobre las competencias de autos e introducir una categoría 100% eléctrica. Cada carrera se denominó ePrix (la “e” en referencia a eléctrico).
Este campeonato posee 10 equipos con 4 autos cada uno donde cada piloto utiliza dos vehículos por carrera, debiendo parar en boxes tras cumplir la mitad de las vueltas establecidas aproximadamente, y cambiar de coche. Estos monoplazas presentaron en su primer año, una batería construida por Williams Advance Engineering, afiliada al equipo Williams de Fórmula 1 y, tras tres temporadas, los equipos fueron capaces de construir sus propias baterías. Las mismas son recargadas con unos cargadores portátiles especiales para cada auto de carrera. A su vez, estos generadores son alimentados por dos enormes generadores del tamaño de un container cada uno, que funcionan a base de glicerina y son manejados por la empresa Aquafuel. Dichos equipos pueden funcionar hasta un total de 35 horas, consumiendo 10 mil litros de glicerol. Sin embargo, durante las carreras, solo se alcanzan unas 24 a 26 horas ya que durante el jueves se encienden de 2 a 4 horas, los viernes 8 horas y los sábados (el día de la carrera) durante 14 horas. Los equipos pueden utilizar los generadores a discreción y la capacidad de recarga es una hora para 20 autos, alcanzando el 100% y los 40 vehículos en una hora y media.
Actualmente, estos dos enormes grupos electrógenos son los únicos que existen en el mundo que son portátiles. Si se utilizara la misma energía para alimentar una ciudad, alcanzaría para abastecer a unas 2 mil viviendas. Esto hace que el campeonato mundial deba contar con su propia forma de generar electricidad ya que, de otra forma, provocaría grandes inconvenientes en a los lugares que visita, teniendo en cuenta que cada carrera se realiza en un circuito callejero en el corazón de las grandes ciudades del mundo.
Analizando finalmente la posición del combustible a base de glicerina, si bien es una tecnología innovadora, no resulta aún una manera práctica de poder generar electricidad para abastecer a una zona urbana. Una de las principales problemáticas es la dependencia de la producción del biodiesel para abastecer el mercado. No resulta conveniente volcarse a buscar el glicerol de otras fuentes ya que hay un mercado demandante dedicado a los productos cosméticos, del cuidado personal y alimenticio que requieren gran cantidad de este insumo.
Sin embargo, el mercado se encuentra en expansión y existen más de dos mil usos que se le pueden dar a la glicerina, por lo que es auspicioso para poder lograr una industria lo suficientemente grande para abastecer un potencial requerimiento de este elemento como fuente de energía. Por otro lado, los mayores productores de petróleo a nivel mundial, Arabia Saudita, Estados Unidos, Rusia, Canadá y China, representan las economías más dominantes en el mundo e imponen barreras de mercado muy grandes para dar paso a otros competidores y productores de un insumo sustituto como es la energía a base de glicerol.Por sobre todas las cosas, resulta aún más difícil romper con el paradigma mundial que impone como fuente principal de energía al petróleo y sus derivados.
Basta con ver un simple ejemplo relacionado con el automovilismo deportivo. La Fórmula E es muy resistida por el seguidor del deporte motor ya que los autos al no tener motor sino una batería, no emanan el majestuoso sonido de un impulsor de combustión interna, sino emiten un modesto silbido al pasar a más de 230 km/h. Es una categoría que representa el futuro y tiene ex pilotos de Fórmula 1 en su plantilla pero sin embargo, a un gran porcentaje de la audiencia no le resulta atractivo un auto que no hace ruido.
La pregunta en ese sentido es ¿cuánto tiempo podrán convivir ambas categorías por separado?Como ya hemos visto, ya hay acciones concretas para buscar una alternativa al petróleo y teniendo en cuenta que el hombre ha utilizado la misma fuente energética para moverse y desarrollarse durante los últimos 100 años aproximadamente, es posible que el cambio de paradigma tome un tiempo, pero llegará, será efectivo. Cuando eso pase, no nos tomará por sorpresa ya que poco a poco hemos comenzado a transitar un camino hacia un futuro que cambiará sustancialmente la forma en que actuamos. Posiblemente en un par de décadas la alternativa descripta en estas páginas cobre más relevancia y seguramente será una fuente sustentable para generar electricidad o bien, la inspiración hacia nuevos descubrimientos. Todo depende de nuestros objetivos y como elijamos evolucionar.
por Jerónimo Aliaga
__________________________________________________________________________@FIAformulaE #ePrix y la sustentabilidad #Aquafuel

 

 

 

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