11/05/2021 - Motores de combustión dual para reducir las emisiones de CO2 en el transporte

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En España, el transporte es responsable de aproximadamente una cuarta parte del total de las emisiones de CO2, según los últimos datos del Ministerio para la Transición Ecológica y el reto Demográfico. En concreto, el transporte por carretera representa casi el 95% de las mismas. Esta proporción tan elevada hace que disminuir las emisiones en este sector sea clave para alcanzar los ambiciosos compromisos europeos en el marco del Acuerdo de París: reducir los gases de efecto invernadero en un 55% en el horizonte de 2030, tal y como ha ratificado la UE recientemente.

Se trata así de mantener el aumento de la temperatura media mundial por debajo de los 2 grados centígrados sobre los niveles preindustriales, lo que se considera clave para que el cambio climático no tenga consecuencias catastróficas. Incluso, de cara a 2050 la UE apuesta por la neutralidad de carbono: ser capaces de emitir a la atmósfera solo la cantidad de carbono que se retira por distintas vías -como suelos, bosques u océanos-, dejando el balance o huella de carbono en cero.

Motores de combustión dual

En esta transición, la Ciencia y la Tecnología tienen un papel protagonista. Desarrollar motores más eficientes y menos contaminantes o emplear combustibles alternativos con bajo o nulo contenido en carbono pueden ayudar a avanzar hacia el objetivo en el sector del transporte.

En este sentido, los motores de combustión dual son una opción prometedora. Se trata de motores que inician la combustión con diésel y la continúan con otro combustible de bajo o incluso nulo contenido en carbono, pudiendo sustituir hasta el 80% del combustible diésel. De esta forma se pueden aprovechar las prestaciones de los motores diésel, los que mejor rendimiento presentan para el transporte, con las ventajas de los combustibles alternativos procedentes de fuentes renovables e incluso residuales que de otra forma no se podrían utilizar en este tipo de motores.

Para experimentar y analizar en profundidad estos procesos de combustión de dual y aproximarlos a su futura utilización en motores, el Grupo de Investigación de Motores Térmicos y Energías Renovables (MYER) de la Universidad de Valladolid (UVa) ha iniciado un proyecto de tres años de duración financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación –dentro del Programa de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad- en colaboración con la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Ciudad Real (Universidad de Castilla-La Mancha).

“El objetivo de este proyecto es contribuir a disminuir las emisiones de CO2 de los motores diésel que están en el mercado. Lo que vamos a hacer es utilizar combustiones duales optimizadas, que consisten en la utilización simultánea de dos combustibles diferentes en el mismo motor, por un lado el diésel y por otro un combustible alternativo, por ejemplo biogás, alcoholes, amoniaco o hidrógeno. El diésel es un hidrocarburo de cadena larga que emite mucho CO2 y la idea es sustituirlo en parte por estos combustibles con un contenido en carbono muy bajo”, detalla la investigadora del Grupo MYER y profesora de la Escuela de Ingenierías Industriales de la UVa Miriam Reyes.

Especialmente interesante es el caso del amoniaco. Tal y como explica Andrés Melgar, coordinador del Grupo, “se trata de un combustible cero carbono que puede producirse de forma sencilla a partir del hidrógeno renovable y que ocupa mucho menos volumen que el hidrogeno, ya que es fácilmente almacenable y transportable en estado líquido”. Esto convierte al amoniaco en una alternativa viable para el sector del transporte, aunque es necesario conocer más sobre su combustión para cuantificar sus posibilidades reales.

Dos instalaciones experimentales

De este modo, los investigadores prevén realizar mezclas de diferentes combustibles alternativos (el mencionado amoniaco pero también metano, hidrógeno, metanol, etanol, etc.) y estudiar el proceso de combustión dual, caracterizando la propagación de la llama. De esta forma, esperan obtener los patrones de comportamiento de las distintas mezclas, determinar qué ventajas e inconvenientes presentan y conocer qué combinaciones son las más exitosas.

Para estudiar estos procesos de combustión en diferentes condiciones y parámetros, el Grupo cuenta con dos tipos de instalaciones experimentales: un motor de combustión interna y bombas de combustión. En cada una de estas instalaciones se realizan diferentes experimentos y se obtiene información complementaria.

“Para poder estudiar la combustión más fácilmente, sin el resto de componentes del motor, utilizamos bombas de combustión que hemos construido nosotros mismos y visualizamos el proceso con una cámara de alta velocidad”, señala Melgar. La técnica de imagen utilizada para registrar cómo se desarrolla la combustión se basa en el mismo efecto óptico que las sombras chinescas. Esas imágenes son capturadas por una cámara de alta velocidad, a 7.000 fotogramas por segundo, lo que permite observar detalladamente cómo se produce la propagación de la llama de cada mezcla y con diferentes condiciones de presión y temperatura. Un aspecto fundamental para conocer el comportamiento de cada proceso de combustión y determinar cuáles son las más ventajosas y optimizarlas.

En el marco del proyecto, que tiene una dotación cercana a los 130.000 euros y comenzó a finales de 2020, el Grupo ha contratado a dos investigadores predoctorales que se encargarán de realizar los ensayos y procesar los datos que se obtengan. Cada uno de ellos se centrará en una de las instalaciones experimentales. En estos momentos están planteando los experimentos y poniendo a punto las instalaciones y la técnica. Un paso más para avanzar hacia la disminución de las emisiones globales de CO2 antes de que se produzca la descarbonización total.

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Imagen: Andrés Melgar muestra las instalaciones experimentales del Grupo MYER en la Escuela de Ingenieros Industriales de la UVa. (Fuente: UVA/DICYT)

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