NUEVOS TIPOS DE COMBUSTIBLES

La realidad esta marcando que la transición hacia combustibles más limpios y por ende menos perjudiciales para el medio ambiente, se está extendiendo por todo el mundo y este proceso continuará con muchas más fuerzas en el siglo próximo.

Las razones o incentivos para esta transformación por parte de cada país varía mucho, desde una verdadera preocupación por la calidad del aire hasta estrategias de Marketing que les permitan competir en el mercado local o ingresar a los internacionales, cuyas exigencias de calidad tienen cada vez más a los combustibles reformados.

El impulso inicial de esta histórica transformación fue el Acta del Aire Limpio (Clean Air Act) de los Estados Unidos en la década del 70. Este documento, entre otras cosas, estableció la necesidad de utilizar convertidores catalíticos para mejorar la calidad de los gases de escape, lo que fijó la condición de elaborar naftas libres de plomo, para ser utilizadas en esos nuevos motores.

La comunidad europea está acompañando este proceso y ha iniciado un plan integral de eliminación de plomo, el cual se cumplio la meta para el año 2000, salvo la excepción de algunos países.

Actualmente la situación es más compleja y ya no se requiere solamente la eliminación del plomo como herramienta indispensable para el uso de convertidores catalíticos, sino que se estudia la aplicación de medidas complementarias que actúan directamente sobre la composición química de los combustibles.

La complejidad que tiene este proceso de mejora del aire no termina con el conocimiento de los gases emitidos y su relación con las características de los combustibles que tienen influencia sobre ellos, sino que debe ser acompañado con verdaderos estudios de monitoreos ambientales que facilitan establecer la calidad actual, cuáles son los medios más importantes y recién ahí definir estándares futuros, de manera que aseguren una mejora ambiental integral.

Como se desprende de lo anterior, si el objetivo final de redefinir especificaciones de combustibles es obtener mejora en nuestra Calidad del Aire, es imprescindible encarar estudios conjuntos entre la totalidad de los sectores con responsabilidad en el tema, de manera que las mismas respondan a un proceso completo, donde la primera etapa sea la medición (monitoreo ambiental) y efectuadas las correcciones necesarias, la siguiente medición permita cuantificar los logros obtenidos.  

Naftas Reformuladas  

A nivel mundial, el desarrollo de Legislaciones de Protección del Medio Ambiente y el cambio cultural generado en este tema han establecido en los últimos 20 años, importantes cambios en las Industrias Refinadoras e impondrá mayores en los próximos 10 años.

La eliminación total del agregado de derivados metálicos como mejoradores octánicos de las naftas, se basó en la necesidad de atacar el nivel de toxicidad de los gases de emisión mediante el empleo de dispositivos (convertidores catalíticos) construidos a partir de metales preciosos y para los cuales el plomo es un veneno de alto poder que inutiliza al equipo, con lo que el nivel de emisiones puede llegar a estar por encima de los vehículos sin convertidores bajando además el rendimiento del mismo.

Por otro lado la evolución de las relaciones de compresión de los nuevos modelos (aumentan en lugar de disminuir) implica la necesidad de aumentar los Números de Octanos de las motonaftas, que al desaparecer definitivamente, por razones ambientalistas, la posibilidad de agregado de plomo tetraetilo, encuentran en la optimización de los procesos de refinación y la obtención de derivados petroquímicos (Eteres) las únicas vías posibles de formulación de nuevos combustibles.

Estos desarrollos condicionaron que en el año 1994 las naftas sin plomo comercializadas en ese país abarcaran el 90% del mercado y a partir del año 1995 (Ley del Aire Limpio de California) llegarán al 100%.

En Europa, la disminución de plomo se inició más tarde. llegando actualmente a un promedio del 50%; no obstante el mismo varía de país a país.  Mientras Alemania ha alcanzado a comercializar el 80% de sus naftas sin plomo, otros países se encuentran por debajo del 10% . No obstante la penetración del combustible sin plomo en el mercado europeo se incremento rápidamente y logro imponerse en los doce países integrantes de la Comunidad en el año 2000.

Se puede observar que la eliminación de plomo, primer paso de la Reformulación de naftas, ha tenido un distinto grado de avance según el país, obedeciendo fundamentalmente, a la evolución de la industria refinadora, el nivel de inversiones efectuado y planificado, indispensable para la adecuación del parque refinador a las nuevas exigencias.

Una definición general de Nafta Reformulada abarca:

-      Eliminación total de agregado de Plomo

-      Limitación del contenido de Hidrocarburos Aromáticos

-      Limitación del contenido de Hidrocarburos Olefínicos

-      Limitación del contenido de Azufre

-      Disminución de la Tensión de Vapor Reid

-      Aumento de la Calidad Octánica

-      Agregado de Derivados Oxigenados

-      Empleo de Aditivos Multifuncionales

En este tema es importante ratificar lo detallado precedentemente. cuando se habla de las Nuevas Naftas, se habla de combustibles con dinámica de Reformulación , entendiéndose como tal no solo un mayor nivel de Calidad sino un nuevo Concepto- Evolucionar hacia los Combustibles Más amigables con el medio ambiente.

La reducción y/o eliminación de aditivos antidetonantes derivados del plomo, trajo aparejada la necesidad de rediseñar las motonaftas de manera de asegurar , en algunos casos similares y en otros mayores características antidetonantes. Mundialmente lo anterior estuvo acompañado permanentemente con la adecuación de la industria refinadora, que en un primer momento empleó los hidrocarburos aromáticos como una solución alternativa (Optimización de Reformado) .

En la actualidad la constante revisión de las reglamentaciones ambientalistas ha iniciado el análisis y control de la influencia de la concentración de hidrocarburos aromáticos en la composición del combustible respecto a las emisiones. Un horizonte futuro debería ubicar el contenido total de aromáticos en un valor inferior a 30% en peso, límite éste de actuales reglamentaciones internacionales.

Con respecto a la disminución de la Tensión de Vapor Reid podemos decir que es la contaminación causada por emisiones por evaporación en las operaciones de carga descarga, transporte y almacenaje de los mismos. La forma de controlar las últimas es a través de las limitaciones impuestas las cual condiciona la cantidad de hidrocarburos volátiles presentes en la nafta.

La evolución y mejor diseño de motores a inyección irá reducir al mínimo las pérdidas por evaporación. Según datos recientes aportados por ADEFA en el año 1997 la totalidad de vehículos de nuevos diseños , fabricados en el país , son a inyección y solo a partir del año 1999 se reemplazo el sistema a carburación de la totalidad de vehículos fabricados.

 Un aumento de la calidad octánica de las naftas permite el diseño de motores más comprimidos y termodinámicamente más eficientes , los cuales permitirán igual liberación de potencia con menor consumo de combustible. Dado que aun frente a combustiones ideales o completas , los gases de emisión resultantes serán: Anhídrido Carbónico , Nitrógeno y agua, siendo el primero el responsable del Efecto Invernadero , solo el menor consumo de combustible tendrá un efecto favorable para la protección ambiental, más aun , cuando la población mundial va en crecimiento y por lo tanto, también lo hace la demanda de combustibles hidrocarbonados. En función de lo anterior un aumento en la calidad octánica de los combustibles a comercializar, que permita el diseño y desarrollo de vehículos más económicos , unido al concepto de Reformulación de las Naftas, permitirá avanzar hacia una preservación integral del Medio Ambiente.

Recientemente, YPF lanzo sus nuevos productos: NAFTAS OXIGENO cuyas especificaciones dice:

Que tiene dos procesos de refinamiento más que las demás naftas, y le da al motor de su auto una combustión rápida y completa, con mucha más potencia. , sus composiciones químicas aseguran minimizar la toxicidad de los gases de emisión, resultantes del proceso de combustión. Tiene incorporado más oxígeno, necesario para lograr esa potencia y minimizar los compuestos responsables de la formación de smog. La generación de monóxido de carbono, resultante de una combustión incompleta, se ve reducida a través de la incorporación de compuestos oxigenados, del tipo éteres. La línea de naftas YPF oxígeno están libre de plomo y otros metales, con bajo contenido de benceno y olefinas, con una ajustada formulación con derivados oxigenados y completada con un paquete de aditivos multipropósito que asegura la limpieza del sistema de combustible (carburador, inyector y válvula), es calificada como un combustible de última generación tecnológica y está de acuerdo a los máximos estándares de calidad del mundo.

 

Gas Oil Reformulada  

Dentro de la línea de Reformulación de Combustibles y siempre entendiendo por ello , no solo , mayor calidad sino un nuevo concepto.  "Combustibles amigables con el Medio Ambiente" debe prestarse suma atención a los desarrollos efectuados sobre el combustible diesel.

Una definición general de Gas Oil Reformulado comprende.

-      Mayor Número de Cetano

-      Menor Contenido de Azufre

-      Ajustada Volatilidad (Menor Temperatura del 90% de destilado)

-      Menor Contenido de Hidrocarburos Aromáticos

-      Presencia de aditivos multipropósitos

Número de Cetano : El retardo que se genera entre el momento de inyección del combustible diesel en una cámara de aire presurizado y a temperatura y el instante de autoignición , es conocido como el Número de Cetano.  A mayor número de cetano menor retardo de ignición.

Un adecuado Número de Cetano, asegura : mejor arranque, una correcta combustión, disminución del ruido diesel , andar del vehículo uniforme y menor nivel de toxicidad de los gases de emisión.

Menor contenido de azufre: El contenido de azufre es la primer propiedad a ser controlada desde la óptica de limitación de los gases de emisión.  El azufre que se encuentra, en mayor o menor concentración , en todos los petróleos crudos , forma compuestos que se evaporan dentro del rango de temperaturas del combustible diesel.

Una forma de disminuir el mismo se basa en la hidrogenación del gas oil que a su vez consigue hacer más estable al producto.

Estados Unidos llevó el contenido de azufre del combustible diesel, para el área de California, a 0,05 % en peso a partir del año 1995.  Europa está disminuyendo el valor especificado a sus combustibles a límites de 0,1 % - 0,2% en peso, según el país, para el año 1995, tendiendo a disminuir el mismo a los niveles de los EE.UU.

En nuestro país la existencia de petróleos crudos "Dulces" de bajo contenido de azufre, permiten en líneas generales , la obtención de combustibles diesel de tenores de azufre satisfactorios y en el caso especial de YPF S.A. la existencia de unidades de hidrogenación de gas oil llevan estos a valores cercanos a los límites establecidos en EE.UU. ( Inferiores a 0,1% en peso)

Contenido de Hidrocarburos Aromáticos: La necesidad de incorporar o incrementar el nivel de incorporación de corrientes crackeadas al pool de gas oil a efectos de cumplir con la demanda cuantitativa de producto, trae aparejado el aumento de contenido de hidrocarburos aromáticos en el combustible.

Se ha demostrado internacionalmente, a través del desarrollo de una serie de ensayos en vehículos de distintos orígenes, que el aumento de hidrocarburos aromáticos no tuvo sustancial influencia en los niveles de emisión de Hidrocarburos, humos o partículas pero sí afectó considerablemente la emisión de Oxidos de Nitrógeno.

Las presiones de las reglamentaciones ambientalistas mundiales están tendiendo a poner un límite en el contenido de hidrocarburos aromáticos de los combustibles diesel , estando estos por debajo de 30%.  

El Gas Natural Comprimido  

El GNC como combustible es mas seguro que los combustibles líquidos porque proporcional y potencialmente no existen desastres asociados con derrame de petróleo, contaminación de los cursos y napas de agua y costas en accidentes en mar abierto y disminuya la contaminación del aire y el efecto invernadero. Por sus propiedades debido a que es más liviano que el aire y se disipa rápidamente, mientras que los vapores de la nafta son mas pesados que el aire por lo tanto pueden acumularse en lugares pocos ventilados y potencialmente explosivos. Además las reserva de gas en el mundo según el consumo actual seria para 65 años, 25 años mas que la del petróleo.

El GNC es un combustible limpio. Los productos resultantes de su combustión producen menos contaminación ambiental en comparación con los otros combustibles como la gas oil y de la nafta. Debe destacarse la ausencia de humo, así como el bajo nivel de (monóxido de carbono) y los HC (hidrocarburos quemados) debe considerase que la mayor proporción es metano no quemado que es mas liviano que el aire por lo que se disipa con rapidez.

Pero este no será sustituto para los otros combustibles, al menos en el corto o mediano plazo. La mayor parte del mercado potencial para GNC está conformado por los más altos consumidores de nafta como lo son el transporte colectivo, taxis y de carga que circulan en ciudades y zonas que actualmente disponen de redes de gas y que por sus condiciones aceptan el producto. Este mercado corresponde principalmente a los sectores de transporte publico, taxis, carga liviana y flotillas de empresas. En ningún lugar del mundo el GNC es un combustible de uso masivo, su uso depende de los recursos disponibles, de los precios de los otros combustibles automotores y de motivaciones ambientales.

El concepto de que el uso adecuado del GNC puede ser una alternativa muy interesante, principalmente en los grandes centros urbanos, tanto desde el punto de vista ecológico como económico, con motores sistemas adecuadamente calibrados y controlados. En rigor de verdad, en el mundo automotriz están apareciendo cada ves más vehículos equipados con sistemas para operar con GNC. La Argentina es el principal productor de Gas Natural en América del Sur. En 1997, el gas representó el 4 % de las ventas de combustibles en el mercado; en la actualidad se expenden actualmente 1.300 millones de m3 de gas, con lo que llegó al 7 %, y se estima que para el año 2015 la venta de GNC tenderá más que a duplicarse. La siguiente gráfica muestra una estadística con respecto a la cantidad de motores son impulsados con GNC desde sus inicio hasta fines de 1997.

 

Es importante notar que la terminal automotriz FIAT lanzo en marzo del año 1997 el Duna S GNC, algo que deberían imitar todas las marcas que comercializan en el país.

También existen motores diesel que manteniendo las características del ciclo diesel, y mediante un sistema de inyección mixto, inician la combustión inyectando gasoil y la continúan con GNC sin que se haga presente el fenómeno de la detonación y con excelentes resultados. Es decir tanto en los motores de encendido por chispa como en los diesel, el GNC tiene muy buenas perspectivas...... si se trabaja seriamente para lograr resultados.

Los combustibles provienen del petróleo, es decir, de un recurso no renovable. Litro de petróleo que se quema, litro de petróleo que desapareció para siempre, pero son enviados a la atmósfera los productos de esa combustión con efecto que todavía no conocemos muy bien en proyección del futuro, pero por lo que hasta ahora sabemos no son para nada beneficiosos, atentan contra la salud y la vida. Se trata entonces de una fuente de energía no renovable y contaminante.

Existen también las fuentes renovables, es decir combustibles obtenidos de recursos que puedan ser renovables. Es el caso de los alcoholes, los biodiesel y también el gas metano obtenido a partir de la descomposición de compuesto orgánico (el GNC también es metano, pero obtenido de depósitos naturales).

El biodiesel  

Este particular combustible encierra un enorme potencial. Es un aditivo del gasoil derivados de aceites o grasas vegetales, alternativa sin tener que introducir ningún tipo de modificación al motor, y que genera una potencia similar al gasoil convencional. Tiene además ventajas adicionales, como ser que es total y rápidamente biodegradable, no contiene azufre, y por su naturaleza de compuesto oxigenado logra una mejor combustión con una notable reducción de los conocidos humos diesel. Se trata por supuesto, de un recurso renovable, y que siendo derivado de un vegetal, no aporta anhídrido carbónico adicional a la atmósfera.

El porque de que no se este produciendo masivamente, en primer lugar se debe que existe un problema de costo y de infraestructura. Para poder producir el biodiesel en cantidades significativas se debería disponer también de oleaginosas y lugares para obtener el aceite en igual proporción, pero el asunto esta estudiado económicamente y los números cierran por ahora a un costo un poco superior al del gasoil. Lo que ocurre es que no a todo el mundo le conviene que este tipo de alternativa se difunda demasiado.

El hecho en concreto es que en silencio hay mucha gente trabajando en fuentes alternativas como que para que los motores puedan seguir funcionando a un en el caso de una nueva crisis petrolera o de un crecimiento desmesurado de los índices de contaminación.

En realidad nadie espera que el biodiesel reemplace totalmente al gasoil, sino que actúe como complemento de este mediante mezclas de ambos en distintas proporciones.

Una alternativa esta siendo seriamente considerada en los EEUU es la de la de un producto conocido como B20, consiste en un blend de 80% de gasoil y 20% de biodiesel. Si se toma en cuenta el consumo de gasoil de ese país y la reducción en importación de petróleo, la introducción de ese 20% les resultaría una cifra astronómica de chorro en combustible importado, y el beneficio de crear nuevas fuentes, demanda de combustible local renovable.

Otra de las fuentes de provisión de base vegetal para elaborar esta maravilla la constituye el mar, por intermedio de las algas y las llamadas “microalgas”, que debidamente elaboradas también son fuente del aceite necesario para el biodiesel.

Otra ventaja es la del mayor grado de lubricidad que presenta frente al gasoil convencional, es decir, que reduce el desgaste de aquellos componentes que están lubricados por el propio combustible.

Los biodiesel son producto de un proceso de “transesterificación”, proceso que combina aceites vegetales, grasas animales y / o vegetales, y / o aceites derivados de algas y microalgas con alcohol en presencia de sus sustancias catalizadoras.

El resultado es éteres del tipo graso rebautizados como biodiesel. El proceso debe ser realizado en etapas para poder separar el principal subproducto del proceso que es la glicerina, y posteriormente para separar el exceso del alcohol y poder reciclarlo. Mediante un proceso final de lavado, eliminación de agua y filtrado se obtiene el biodiesel terminado.

El siguiente cuadro da todo los detalles y diferencias ente todos los combustibles que hoy se pueden utilizar en los motores de combustión interna.

Nombre

Metano

Gas licuado

Metano liquido

Nafta

Gasoil

Hidrogeno

Alcohol metílico

Alcohol etílico

Formula

CH4

C3H8

CH4

C8H16

C12H26

  H2

CH3OH

C2H5OH

  RON

130

112

130

91-98

N.D.

N.D.

112

111

  ROM

130

97

130

83-90

N.D.

N.D.

91

92

Densidad del liquido (Kg/lt)

-----

0.509

0.421

0.746

0.808

0.0708

0.79

0.783

Densidad del gas (Kg/m3)

0.6515

0.508

-----

-----

-----

0.0838

-----

------

Punto de ebullición (ºC)

-162

-42

-162

27-240

-----

-252.7

-----

-----

Poder calorífico inferior (Kj/lt)

49.913

46.238

49.913

42.661

43.419

119.444

19.859 

26.855

Energía comparada con la nafta(%) a igualdad de vol.

   25%

74%

66%

100%

110%

0.06%

49%

66%

Energía comparada con el gasoil (%)

22%

  67%

60%

91%

100%

5.50%

45%

60%

Rel. Esteoquim.De Aire/Comb (en peso)

17.3:1

15.7:1

17.3:1

14.6:1

15.0:1

34.3:1

6.5:1

9:1

Calor de vaporización (Kj/Kg)

507

423

507

355

286

------

1186

842

Temperatura de ignición (ºC)

450

540

450

220

225

585

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Máxima Temperatura de llama (ºC)

1790

1990

1790

1977

2045

2054

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