Combustibles alternativos: ¿cuánto reducen la huella de carbono del transporte?

En los últimos años se ha comenzado a dar prioridad a los combustibles alternativos en detrimento de los combustibles fósiles. En el sector de la automoción, la transición hacia estas nuevas fuentes de energía supone una revolución que puede contribuir a la descarbonización del sector. Pero ¿cuál es el beneficio real que estas nuevas fuentes energéticas pueden ofrecer en términos de reducción de la huella de carbono del transporte por carretera?

Para dar respuesta a esta pregunta, hay que considerar tanto el ciclo de vida del combustible o fuente energética como el del vehículo. En lo relativo al ciclo de vida del combustible o fuente energética, el análisis considera todas las etapas de su ciclo de vida, desde la producción, transformación y distribución, hasta la fase de uso del combustible en el vehículo. Es lo que se conoce como “del pozo a la rueda” (“well to wheel”, WtW).

Este ciclo completo del combustible se divide en dos fases:

• Una primera etapa “del pozo al tanque” (“well to tank”, WtT), donde se consideran las emisiones generadas en el proceso de obtención, transformación y distribución de cada combustible.

• Una segunda etapa “del tanque a la rueda” (“tank to wheel”, TtW), en la que se contabilizan las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) generadas en el propio vehículo.

En ese análisis está inmersa una de las líneas de trabajo de la Cátedra Fundación Repsol en Transición Energética - Movilidad Sostenible de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid.

Distintos datos bibliográficos permiten obtener comparaciones en términos de masa de CO₂ equivalente emitida por kilómetro recorrido, considerando como principales gases emitidos por el sector el metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O) y dióxido de carbono (CO₂). Este último es el más relevante por la magnitud de su emisión.

Así, por ejemplo, de acuerdo con los resultados obtenidos por el último informe publicado por el consorcio JEC (Joint Research Center, EUCAR y Concawe), se puede establecer la comparativa en términos relativos recogida en la figura 1 para todo el ciclo de vida de la fuente energética. En ella se asigna el valor de 100 a la gasolina (consumida en vehículos de combustión interna).

Gasolina y diésel

En cuanto a los combustibles convencionales, el gasóleo empleado por los motores diésel presenta una menor huella de carbono que la gasolina (alrededor de un 13 %). Las emisiones de GEI del gasóleo (diésel) tanto en la fase de obtención, transformación y distribución como en la de uso son inferiores a las de la gasolina. En esta segunda fase, la reducción de las emisiones se sitúa entre el 8-15 % para el ámbito europeo, según distintas fuentes.

Por otro lado, las tecnologías híbridas gasolina y diésel permiten obtener reducciones del 18 % y del 26 %, respectivamente, en comparación con los motores de combustión interna tradicionales; del 17 % y 37 % en la fase de uso del combustible. Por tanto, la opción de hibridación de las tecnologías convencionales reduce el impacto del ciclo de vida de la fuente energética.

Gas natural y gases licuados del petróleo

El uso de gas natural comprimido (GNC) reduce el impacto un 18 % respecto a la gasolina para todo el ciclo de vida. Pero respecto al diésel, la reducción es de apenas un 5 %.

En cuanto a los gases licuados del petróleo (GLP), la reducción es del 16 % frente a la gasolina, por lo que los resultados son similares a los del gas natural. Mientras que el gas natural genera un mayor impacto en la fase de obtención y distribución del combustible, los gases licuados del petróleo obtienen peores resultados en las emisiones emitidas a través del tubo de escape del propio vehículo.

Biocombustibles

En el caso de los biocombustibles, hay que considerar que las emisiones de CO₂ generadas durante la combustión son análogas a las capturadas por la especie vegetal en su crecimiento, por lo que, en ese aspecto, su emisión puede considerarse neutra, tal y como se esquematiza en la figura 2.

Adicionalmente, algunos procesos de obtención de biocombustibles a partir de distintos recursos no sólo resultan en el producto deseado, sino también en otros flujos o subproductos, por lo que se obtiene un beneficio ambiental adicional, si se descuentan las emisiones evitadas por no producir el material al que el coproducto puede reemplazar en su uso. Estas vías de obtención son múltiples, y pueden emplear distintos recursos (incluidos residuos).

Eligiendo vías de producción representativas para cada biocombustible, basándose la elección en su disponibilidad a medio plazo y en los procesos de producción implementados en Europa, el bioetanol reduce la huella de carbono de todo el ciclo de vida en un 28 % respecto a la gasolina, presentando valores negativos de huella de carbono en la fase de obtención debido a la absorción de CO₂.

Por otro lado, el biodiésel muestra reducciones del 54 % respecto a la gasolina en todo el ciclo, presentando emisiones negativas para la primera etapa debido nuevamente a la contabilización de la absorción de CO₂.

Vehículos eléctricos

Para los coches eléctricos y tomando el sistema de generación eléctrica europeo en el año 2016, la huella de carbono del ciclo de vida de la fuente energética se reduce un 68 % respecto a la gasolina. Esta reducción es del 100 % en la fase de uso, es decir, se producen cero emisiones.

Sin embargo, en la fase de obtención de la fuente energética las emisiones son hasta un 71 % superiores a las de la gasolina, asociadas al proceso de producción de la energía eléctrica. La matriz de generación eléctrica en Europa en 2016 se caracterizaba por la presencia de un 43 % de fuentes fósiles, un 29 % de renovables y un 26 % de energía nuclear.

A medida que las renovables vayan incrementando su contribución a la generación eléctrica, como ocurre para el caso español, donde para el año 2020 las renovables coparon el 44 % de la producción eléctrica nacional, las emisiones de la primera fase del ciclo de vida se verán notablemente reducidas.

En la actualidad, los resultados de las emisiones asociadas a la generación de la electricidad consumida varían significativamente de un ámbito geográfico a otro. Así, dentro de Europa hay importantes diferencias entre países como Polonia (gran dependencia del carbón) y Suecia (gran presencia de renovables y nuclear).

Combustibles sintéticos e hidrógeno

Los combustibles sintéticos se están convirtiendo en una alternativa relevante para la descarbonización del sector del transporte. La ventaja de estos combustibles radica en su independencia de recursos no renovables como el petróleo y en que pueden emplearse en los vehículos existentes, sin necesidad de desarrollar nuevas tecnologías en los motores. Adicionalmente, cabe destacar su potencial ilimitado de producción.

Existen diversas vías para su producción, que generan una amplia horquilla de valores. Estos van desde una reducción del 99 % respecto a la gasolina para todo el ciclo completo del combustible eligiendo como recurso los residuos de madera con captura de CO₂, hasta incrementos del 188 % eligiendo el carbón.

En cuanto al hidrógeno, se verifica una reducción del 50 % del impacto respecto a la gasolina en todo el ciclo de vida. Es del 100 % en la fase de uso. Por el contrario, dependiendo del proceso de producción del hidrógeno, en la fase de obtención se podría verificar un incremento de hasta el 167 % respecto a la gasolina, considerando el denominado hidrógeno gris, que es la vía de producción predominante en la actualidad. En ese caso, se obtiene a partir de gas natural sin captura del CO₂ emitido.

Así, el hidrógeno gris da lugar a emisiones de gases de efecto invernadero que pueden generar un mayor impacto sobre el cambio climático que los vehículos eléctricos y los que emplean biocombustibles o los combustibles sintéticos.

Otras vías de producción de hidrógeno a partir de energías renovables y electrólisis (hidrógeno verde) o con procesos de captura de CO₂ (hidrógeno azul) conducen a menores emisiones de GEI (incluso nulas) en la fase de obtención. De esta forma, si se elige como vía para la producción de hidrógeno la energía eólica, el potencial de reducción es del 93 % respecto a la gasolina en todo el ciclo de vida de la fuente energética, valor que contrasta con el que se obtiene para el hidrógeno gris.

¿Qué fuente energética tiene una menor huella de carbono?

Comparando los resultados previamente comentados y representativos de la situación a nivel europeo, con los resultados obtenidos con el modelo estadounidense GREET, se concluye que, más allá de las diferencias cuantitativas obtenidas al considerar información para distintos ámbitos geográficos, la comparación entre las distintas fuentes energéticas sigue prácticamente la misma tendencia (figura 3).

La gasolina de origen fósil es el combustible con mayores emisiones de gases de efecto invernadero seguido por el gasóleo (diésel) y los gases licuados del petróleo. Los biocombustibles y los combustibles sintéticos compiten con los vehículos eléctricos en términos de huella de carbono, aunque la ruta de obtención de la fuente energética (para la electricidad, el biocombustible y el combustible sintético) es el factor clave en las diferencias en su huella de carbono.

Con este abanico de posibilidades, ¿qué medidas se deben tomar para reducir el impacto sobre el cambio climático? Las propuestas que pueden conducir hacia la descarbonización del sector son variadas, con rutas paralelas e incluso complementarias que pueden depender de condicionantes geográficos y temporales, dada la constante evolución tecnológica. Soluciones basadas en vehículos eléctricos, biocombustibles y combustibles sintéticos de baja o nula huella de carbono e hidrógeno toman fuerza como las principales opciones para conseguir reducir los impactos sobre el clima.

Además, no hay que olvidar el impacto ambiental asociado al ciclo de vida del vehículo, el cual puede ser notablemente distinto entre diferentes tecnologías. Este último aspecto también está siendo abordado en una de las líneas de trabajo de la Cátedra.

Este artículo forma parte de la cobertura de The Conversation sobre la COP26, la conferencia sobre el clima de Glasgow.

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Javier Pérez Rodríguez, Profesor del Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente. Miembro del Grupo de Tecnologías Ambientales y Recursos Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.