Combustibles
alternativos
para vehículos

José Reyes González
Doctor en Ciencias Técnicas.
Filiberto Téllez Granda
Ingeniero Mecánico.
Omar Lee Sánchez
Ingeniero Mecánico.

Miembros de CUBASOLAR.
Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER).
Tel.: (537) 2055060.
E-mail: joseluis@ceter.cujae.edu.cu

 

Millones de autos circulan en el mundo:
¿cuál combustible emplear?

En los comienzos del desarrollo del motor de combustión interna el único combustible de gran disponibilidad era el alcohol. Con el paso del tiempo y a medida que el automóvil se volvió más popular y omnipresente se comenzaron a utilizar como combustible los derivados del petróleo.

En la actualidad, el resurgimiento del alcohol como combustible, además de ofrecer otras ventajas ecológicas y económicas que facilitan el desarrollo sostenible, es una posible solución para varios países que no cubren el ciento por ciento de sus necesidades de petróleo, por lo que tienen que importarlo.

Una de las principales ventajas del alcohol como combustible radica en que se trata de un recurso renovable, no como los hidrocarburos, que representan una riqueza única y agotable.

De la gran familia de los alcoholes, el etanol y el metanol son los dos compuestos que, mezclados con gasolina y diésel, se están utilizando como combustibles alternativos en los motores de automóviles.

Los combustibles que utilizan la mayor parte de los automóviles son no renovables: el diésel y la gasolina; y son no renovables, ya que tardaron millones de años en formarse y al usarlos ya no podemos volverlos a utilizar. Una vez que los quemamos no los podemos recuperar. Además, estos combustibles no renovables tienen una gran desventaja: al quemarse en los motores de combustión interna de los automóviles generan contaminantes y gases tóxicos.

Combustibles alternativos

Hoy existe una búsqueda continua para obtener combustibles alternativos; combustibles renovables que contaminen menos y sean más baratos. Los vehículos con combustibles alternativos son equipos que utilizan combustibles distintos a los que provienen del petróleo. Han existido por más de cien años, pero últimamente cautivan la atención de gobiernos, productores de automóviles y consumidores. Entre los combustibles alternativos se destacan el gas natural, la electricidad y el hidrógeno.

Gas natural comprimido
El gas natural se obtiene directamente de los yacimientos y en Cuba existen reservas de alguna importancia. Está formado principalmente por metano, constituido por un átomo de carbono con cuatro hidrógenos. Esta estructura hace que sea más ligero que el aire, por lo que si hay una fuga inmediatamente se escapa haciendo más difícil su explosión.

El metano o gas natural puede utilizarse de dos formas, comprimido o licuado (líquido); las únicas diferencias son su estado físico y la manera de cómo fueron «empacados».
El metano no libera grandes emisiones a la atmósfera, por lo que constituye el combustible alternativo menos contaminante. Pero a la vez, su pequeño tamaño molecular implica que no contiene tanta energía, así que necesitamos más gas natural que gasolina para recorrer la misma distancia.

Existen vehículos que solamente tienen motor para gas natural; sin embargo, también hay motores capaces de utilizar dos combustibles: gasolina y gas natural. Así que cuando el conductor no tiene acceso a gas natural presiona un botón y su motor se alista para recibir gasolina.

Hoy varios países ya están comenzando a tener autos que utilizan gas natural como combustible, principalmente para disminuir la contaminación. Italia tiene ya treinta mil autos con gas natural; Nueva Zelanda, ciento cincuenta mil, y Canadá, veinte mil. Grandes empresas automovilísticas, como GMC/Chevrolet, Ford y Chrysler están produciendo autos capaces de utilizar gas natural.

El gas natural tiene otras aplicaciones. En muchas regiones es utilizado como combustible en estufas y otros aditamentos de viviendas y fábricas que necesitan gas. El gas natural se transporta en ductos.

Seguramente muchos lectores han visto los cilindros de gas LP (licuado de petróleo), cuando camiones los reparten por la ciudad. Este gas es más pesado que el gas natural, así que puede resultar más peligroso en caso de una explosión, pues el gas natural se escapa, mientras que el LP se acumula. Todas las funciones que realiza el gas LP (en calderas, estufas, hornos y otros aparatos) puede realizarlas el gas natural.

Electricidad
Los vehículos eléctricos eran frecuentes al comienzo de 1900: había más coches eléctricos que de gasolina. Esto ocurrió porque la gasolina era muy cara, un motor de gasolina es difícil de iniciar su funcionamiento, los autos eran ruidosos y emitían mucho humo. Pero con el tiempo, los coches eléctricos fueron desapareciendo, ya que se descubrieron nuevas formas más baratas de obtener gasolina y se inventaron los iniciadores eléctricos del motor, que con sólo una llave daban marcha al auto.

Los productores de automóviles fueron perfeccionando sus equipos y los hicieron cada vez menos contaminantes. Diez coches construidos hoy contaminan igual que quince fabricados hace algunos años. Además, las gasolinas se han ido modificando para ser menos contaminantes. Sin embargo, los coches eléctricos están ya regresando, porque aportan ventajas en costo y limpieza ambiental.

¿Cómo funcionan los coches eléctricos? No usan gasolina, sino la electricidad almacenada en la batería del coche. Para recargar una batería se debe conectar a un enchufe el sistema de carga del vehículo, durante toda la noche, y así el automóvil eléctrico obtiene la energía necesaria para circular.

La energía que usa el coche eléctrico es la misma electricidad que permite encender una lámpara o hace funcionar la televisión.

La batería está hecha de plomo ácido, como las pilas de una linterna o un coche de gasolina. O bien pueden ser de níquel-cadmio (Ni-Cd), como las de una cámara de vídeo portátil.

Pronto los grandes productores de coches comenzarán a producir autos eléctricos en cantidades crecientes.
 


El diésel y la gasolina no satisfacen,
en un plazo cada vez más corto, las
exigenciasdel desarrollo energético
sostenible que necesita la humanidad
para su sobrevivencia, por lo que
progresivamente deben sustituirse
por otros combustibles que no afecten
la vida en el planeta.

Hidrógeno
El hidrógeno es un elemento químico que está formado por un electrón y un protón. Cuando se introduce este átomo en una celda electroquímica se fragmenta el hidrógeno y se libera por un lado el electrón y por otro el protón. El electrón liberado corre por un circuito y genera una corriente eléctrica. Esta electricidad es la que hace funcionar el motor del automóvil.


La principal característica de los automóviles contemporáneos
radica tanto en la exactitud formal y funcional de cada ejemplar
de la industria automotriz (o en la ostentosa carrera hacia
la diversidad formal y funcional de esa propia industria),
como, esencialmente, en la contaminación que provocan
por el uso de combustibles fósiles (no renovables).

Por otro lado, el protón se combina con el oxígeno del aire para producir vapor de agua. Así, un vehículo que contiene esta celda electroquímica (conocida como fuel cell) emite solamente vapor de agua.

Esta nueva tecnología no contamina, puesto que la única emisión es el vapor de agua, y es muy eficiente. Sin embargo, el hidrógeno es difícil de obtener.

El hidrógeno constituye un gas muy peligroso, ya que es inflamable, así que a pesar de que al coche se le puede suministrar hidrógeno líquido como combustible, se prefiere utilizar combustibles ricos en hidrógeno, como el etanol o el metanol. Estos alcoholes deben ser degradados dentro del motor para poder usar el hidrógeno.

Los cohetes espaciales emplean como combustible hidrógeno líquido y oxígeno. La nube blanca que se forma cuando el cohete asciende es vapor de agua formado por la combinación del hidrógeno y el oxígeno, muy parecido esto al funcionamiento de las celdas electroquímicas.

Varios grandes productores de coches ya están en el proceso de manufactura de vehículos con celdas electroquímicas de tipo fuel cell.

¿Los combustibles alternativos contaminan?
Los combustibles alternativos y la gasolina tienen estructuras químicas similares, con cadenas de átomos de carbono. Para obtener la energía contenida en un combustible debemos quemarlo, y al hacer esto los átomos de carbono se van desprendiendo y liberando; mientras más larga es la cadena, más tipos de emisiones se generan. Los expertos llaman a esto combustión incompleta.

Entre tanto, las pequeñas moléculas, que pueden estar formadas por uno, dos o tres carbonos, se queman en una combustión más limpia. Por otro lado, la electricidad no se quema, así que tampoco contamina. Su única fuente de emisiones está en la planta de generación de electricidad, donde se liberan muchas sustancias tóxicas. En el caso del hidrógeno se añade la ventaja de que sólo emite vapor de agua.

¿Cuánta energía aporta cada combustible?
El contenido energético de cada combustible depende de su molécula. Mientras más larga es la cadena, hay más energía, por lo que la gasolina es el combustible que tiene más energía por litro (esto constituye una característica positiva de la gasolina).

 




La industria automovilística incursiona,
todavía de forma lenta, en la concepción
y producción seriada de vehículos accionados
por combustibles alternativos, como el gas natural,
la electricidad y el hidrógeno.


Los combustibles alternativos, al ser de cadenas más cortas, tienen menos energía, de ahí que necesitemos más combustible para recorrer una misma distancia. Sin embargo, teniendo en cuenta los problemas relacionados con la contaminación ambiental y la crisis energética mundial, se hace necesario cada vez más el empleo de los combustibles alternativos en los vehículos. Por esa razón en Cuba se realizan algunos trabajos de I+D encaminados al uso de estos combustibles.