Calidad del aire en la Comunidad Valenciana hoy (1): motores Diesel y motores a gas natural en automoción J. Benajes

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1 Calidad del aire en la Comunidad Valenciana hoy (1): motores Diesel y motores a gas natural en automoción J. Benajes CMT-Motores Térmicos Universitat Politècnica de València 1

2 Objetivos de esta presentación Identificar las emisiones contaminantes de los motores de automoción como fuente de contaminación del aire Presentar al motor Diesel desde una perspectiva justa respecto a las emisiones contaminantes Introducir las tecnologías que permiten el uso del gas natural como alternativa a la gasolina y el gasóleo en motores de automoción Indicar algunos retos para la extensión del uso de los vehículos a gas natural 2

3 Contenido Los vehículos y la contaminación del aire Emisiones contaminantes de los motores de automoción El protagonismo del motor Diesel Ventajas y desafíos en el uso del gas natural vehicular Conclusiones 3

4 Sectores de actividad con impacto en la calidad del aire TRANSPORTE TRÁFICO TRANSPORTE PUERTOS TRANSPORTE AEROPUERTOS INDUSTRIA CALIDAD DEL AIRE AGRICULTURA GANADERIA CONSTRUCCION RESIDENCIAL COMERCIAL INSTITUCIONAL Mayores impactos en zonas urbanas de la CV 4

5 Previsión de demanda energética del sector Transporte Millones de barriles de petróleo equivalentes por día Ferrocarril Marítimo Aviación Transporte pesado Transporte ligero Fuente: ExxonMobil Outlook (2014) 5

6 Evolución de niveles totales de emisiones en la UE Índice relativo a 1995 Fuente: David Ward (2011) 6

7 Motivos de preocupación para las administraciones Objetivos de la legislación Además de la contaminación del aire: Calentamiento global por gases de efecto invernadero Agotamiento de las reservas de petróleo, dependencia de suministro de energía e inestabilidades en los mercados 7

8 Mercado de automóviles en el UE predicción para 2025 eléctrico híbrido gas natural flexi-fuel pila combustible Diesel gasolina Fuente: LMC Automotive Engine Expo Stuttgart 8

9 Impacto del tráfico en la calidad del aire Según documentos del Plan AIRE (2013): El tráfico rodado es responsable de: entre el 35 y el 50 % de los niveles en aire ambiente de PM10 y PM2.5 de más del 50 de PM1 80% de las emisiones de NOX.. las superaciones de NO2 registradas en las estaciones de calidad del aire en zonas urbanas es un problema casi exclusivo del tráfico rodado, debido a la alta densidad del tráfico y a la elevada proporción de vehículos diesel de la flota española 9

10 Algunos hechos relevantes El sector transporte va a generar el mayor incremento relativo en el consumo de energía a nivel mundial La mayor parte de los vehículos de transporte en Europa utilizarán un motor Diesel El motor Diesel se considera el mayor responsable de la emisión de NOx en zonas urbanas La contaminación ambiental es un motivo de preocupación de las administraciones, pero también el calentamiento global y el consumo y dependencia energéticos 10

11 Contenido Los vehículos y la contaminación del aire Emisiones contaminantes de los motores de automoción El protagonismo del motor Diesel Ventajas y desafíos en el uso del gas natural vehicular Conclusiones 11

12 Composición típica de los gases de escape en un motor Diesel Nitrógeno 67 % 9 % 1 % 12 % 11 % Oxígeno Sustancias contaminantes Dióxido de carbono Vapor de agua 12

13 Sustancias producidas durante el funcionamiento del motor Emisiones contaminantes Monóxido de carbono (CO) Hidrocarburos sin quemar (HC + CH 4 ) Óxidos de nitrógeno (NOx) Partículas líquidas y sólidas Óxidos de azufre (SOx) Aldehídos (R-CHO) PAHs.. Regulados por normativas Gases de efecto invernadero Dióxido de carbono (CO 2 ) ---- Regulado por normativas Metano (CH 4 ) Oxido nitroso (N 2 O) 13

14 Comparación motor Diesel motor de encendido provocado Potencia Rendimiento Ruido MEP (gasolina) DIESEL ADMISIÓN COMPRESIÓN COMBUSTION EXPANSION Motor de encendido provocado (MEP) Comprime aire + combustible (gasolina, GLP, GN, H 2..) Mezcla homogénea estequiométrica Inicia combustión con la bujía Motor Diesel Comprime solo aire - Inyecta combustible Mezcla heterogénea globalmente pobre Inicia combustión por autoencendido ESCAPE Emisión CO 2 Coste Contaminantes CO HC NOx Partículas Aldehídos SOx 14

15 Evolución en los límites de emisiones en automóviles-ue Límites actuales similares en Diesel y otros (gasolina, GLP, GNV) 15

16 Evolución en los límites de emisiones Diesel - UE Desde Euro1 a Euro6 Importante reducción relativa de emisiones en 20 años: NEDC Diesel engines PM 96 % NOx 90 % HC 82 % CO 80 % 16

17 Contenido Los vehículos y la contaminación del aire Emisiones contaminantes de los motores de automoción El protagonismo del motor Diesel Ventajas y desafíos en el uso del gas natural vehicular Conclusiones 17

18 Estrategias para reducir simultáneamente PM, NOx y CO 2 Partículas Consumo, CO 2 A) Postratamiento de Partículas - DPF (Diesel Particulate Filter) B) Postratamiento de NOx - SCR (Selective Catalytic Reduction) - LNT (Lean NOx Trap) NOx 18

19 Sistemas de pos-tratamiento Diesel para cumplir normativa Euro 6 Depósito de Adblue (urea) Necesario para reacciones en SCR Catalizador de oxidación (DOC) Elimina HC Oxida NO a NO 2 para mejor eficiencia del SCR Catalizador SCR Elimina NOx Necesita aporte continuo de urea Filtro de partículas (FAP o DPF)) Retiene partículas que se queman periódicamente en proceso de regeneración 19

20 Influencia de normativas en coste del motor Porcentaje de incremento en el coste de motores equivalentes Desde Euro3 a Euro5 Referencia: Motor gasolina Euro3 20

21 Ciclos de homologación para medida de emisiones NEDC 21

22 Zona de operación del motor durante el ciclo de homologación Motor Diesel Euro litros 100 KW Zona de máximas emisiones de NOx y partículas Zona de homologación NEDC 22

23 Emisiones de NOx en condiciones reales. Euro 3 a Euro6 23

24 Emisiones de NOx, CO 2 y partículas en ciudad - Euro6 tráfico urbano congestionado tráfico urbano congestionado y baja temperatura Emisiones homologadas NEDC 24

25 Algunos hechos relevantes El motor Diesel presenta una ventaja importante en términos de emisiones de CO 2 por su mejor rendimiento, pero tiende a emitir NOx y partículas ultrafinas Los motores Diesel modernos emiten niveles muy bajos de emisiones contaminantes, según el ciclo de homologación Las bajas emisiones se consiguen con sistemas de postratamiento complejos y caros En condiciones reales de funcionamiento, las emisiones de óxidos de nitrógeno pueden multiplicarse por varios enteros Las normativa futuras exigirán niveles de cumplimiento más estrictos y el motor Diesel puede dejar de ser interesante en automóviles de bajo coste 25

26 Contenido Los vehículos y la contaminación del aire Emisiones contaminantes de los motores de automoción El protagonismo del motor Diesel Ventajas y desafíos en el uso del gas natural vehicular Conclusiones 26

27 Percepción de la importancia futura de diferentes combustibles Fuente: Informe FVV,

28 Vehículos a gas natural por países En España 28

29 Características del gas natural como combustible en vehículos Estado gaseoso en condiciones normales Más ligero que el aire (seguridad) Formado mayoritariamente por metano, con relación H/C máxima Emisiones bajas de CO 2 y de partículas Índice de octano muy alto (120) Menor precio por energía aportada Efecto invernadero importante por fugas (25 veces el del CO 2 ) gasolina gasóleo GNV Grandes reservas conocidas Posibilidad de combinar con biometano 29

30 Tecnologías de motor adaptadas al GNV Gas natural Gasolina Gas natural Gasóleo Gas natural Dedicado Bi-fuel Dual- fuel 30

31 Comparación motor GN motor Diesel motor gasolina Ventajas Menores emisiones contaminantes (sobre todo vs. Diesel: NOx y PM) Mejor rendimiento que motor gasolina (motor dedicado) Menores emisiones de CO 2 (hasta 25% menos que con gasolina) Menor coste del combustible (mitad que gasolina) Posibilidad de operar con dos combustibles (motor bi-fuel y dual-fuel) Inconvenientes Menor potencia (motor gasolina) Peor rendimiento que motor Diesel Mayor coste, peso y complejidad (bi-fuel y dual-fuel) del vehículo Menor autonomía (volumen tanques) Puntos de abastecimiento escasos 31

32 Comparación de emisiones de efecto invernadero en gco2 eq/km para distintos combustibles Referencia: vehículo de gasolina - consumo 7l/100 km 32

33 Equivalencia en volumen para igual autonomía Fuente: NGVA 33

34 34

35 Comparación ahorro automóvil y camión 35

36 Barreras al desarrollo del GNV y medidas de mitigación Barreras identificadas Incertidumbre en la evolución regulatoria Falta de infraestructura en el repostaje Limitada oferta de vehículos y falta de información y de aceptación social Mayor coste de adquisición del vehículo Posibles medidas de mitigación Diseño adecuado de la regulación, estable en el medio y largo plazo, que reduzca la incertidumbre de los inversores. Subsidios o ventajas fiscales a la inversión en infraestructura. Políticas de expansión e implantación de infraestructura Programas de ayuda para incentivar la demanda. Ayudas a la adquisición de vehículos a gas natural. Establecimiento de ayudas particulares para el desarrollo de segmentos de vehículos específicos. Políticas de desarrollo de gama y de tecnologías más eficientes. Campañas de divulgación realizadas por fabricantes, AAPP y otros grupos de interés. Aprovechamiento de la curva de aprendizaje tecnológica y de economías de escala. Fomentar la competencia entre fabricantes. Establecer medidas que favorezcan el aumento de demanda, como, p.ej., facilitar la financiación de los vehículos. Fuente: Deloitte, Gasnam 36

37 Implicación de las administraciones 37

38 Contenido Los vehículos y la contaminación del aire Emisiones contaminantes de los motores de automoción El protagonismo del motor Diesel Ventajas y desafíos en el uso del gas natural vehicular Conclusiones 38

39 Algunas conclusiones La contaminación ambiental es un motivo de preocupación de las administraciones, pero también el calentamiento global y el consumo y dependencia energéticos El motor Diesel ha evolucionado a niveles de emisiones muy bajos, pero se considera el mayor responsable de la emisión de NOx y de partículas ultrafinas en zonas urbanas El gas natural es un combustible adaptable al uso en motores de automoción y puede contribuir a reducir las emisiones contaminantes y de gases de efecto invernadero, con un ahorro económico importante Es necesario romper algunas barreras no tecnológicas que frenan el desarrollo del uso del GNV en España 39

40 Jesús Benajes Calvo CMT-Motores Térmicos Universitat Politècnica de València 40

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