El mismo motor, nuevos combustibles: Extendiendo la vida de los motores de combustión interna con e-fuels más allá de las regulaciones futuras.

Abstract

[ES] A medida que los efectos del calentamiento global se hacen más severos, el estudio de alternativas para tratar de frenarlos, o incluso detenerlos, aumenta su importancia. El sector de transporte es uno de los principales contribuyentes a los insidiosos gases de efecto invernadero (GEI), y como tal este sector debe estar a la vanguardia del desarrollo de estrategias que reduzcan las emisiones globales. Por otro lado, los entes reguladores de emisiones se han vuelto más estrictos con cada nueva iteración de normativa, y actualmente, nos encontramos en la cúspide de nuevas normativas que podrían no dejar cabida para los motores de combustión interna en años posteriores al 2025. La tendencia para los vehículos ligeros es la electrificación. Sin embargo, la electrificación completa del parque automotor tomará tiempo, inversión de capital y adaptación del consumidor debido a que los vehículos eléctricos (VE) todavía presentan altos costos de producción, menos puntos de carga, un rango de distancia menor, y un tiempo de carga mayor que sus contrapartes de combustión interna. En el caso de las flotas de vehículos pesados, estas limitaciones continúan representando un impedimento para la adopción de los Ves a causa de las demandas de rentabilidad, peso y distancia requeridas. Alternativas diferentes a la conversión a eléctricos deben también ser exploradas y serán tremendamente importantes en regiones donde la red eléctrica se conforme de fuentes de generación desfavorables para el medio ambiente, se encuentre en mal estado o desarrollo, o el costo de substitución de vehículos sea prohibitivo. En tal sentido, el uso de combustibles alternativos que no contribuyan hacia los gases de efecto invernadero gana relevancia a medida que las políticas para lograr cero emisiones entran en vigor alrededor del mundo. El estudio de combustibles que puedan tener propiedades energéticas similares a las de los combustibles convencionales (diésel y gasolina), pero con menores emisiones del motor y emisiones netas de producción igual a cero, al mismo tiempo que se mantienen usables como substitutos de aplicación directa donde ni el motor ni el tren motriz deben ser modificados se convierte en un esfuerzo digno de entender a profundidad. Habiendo dicho lo anterior, el presente trabajo se enfoca al estudio de los efectos de los e-fuels como el OMEx, el metanol y el metano en motores de encendido por compresión, actuando bajo modos de combustión de baja temperatura con combustible dual, para evaluar el potencial de reducción de emisiones sin desmejorar la eficiencia y el consumo de combustible. Estrategias de calibración diferentes son utilizadas para obtener una fase de combustión optimizada. Durante el estudio se encuentra que las emisiones de especies contaminantes como el NOx y el hollín pueden ser reducidas con respecto a las contrapartes tradicionales. Otro hito importante se asocia a que, si la síntesis del combustible se realiza utilizando fuentes renovables, el CO2 (una de los principales contribuyentes a los GEI) del ciclo de vida del combustible puede ser potencialmente cero en su suma neta.

[EN] As the effects of global warming become more dire, the study of alternatives to try to delay it, or even stop it, become increasingly important. The transport sector is one of the main contributors to the insidious greenhouse gases (GHG), and as such should be at the forefront of the development of strategies that reduce global emissions. On the other side, emissions regulators have become stricter with every new iteration of normative, and currently we are on the cusp of new rulings that could potentially leave no room to the use of internal combustion engines beyond 2025. The tendency for light-duty vehicles is to become electrified. However complete electrification of the automotive park will take time, capital investment and consumer adaption since electric vehicles (EV) still present higher production costs, less charging stations, a shorter range, and a longer time to replenish its energy than internal combustion vehicles. In the case of heave-duty fleets these limitations still represent a significant impediment for the adoption of EVs due to their rentability, weight and distance demands. Alternatives different to electrification should also be explored and will be tremendously important in regions where the electric grid is not comprised of mainly green sources, is not as well developed, or the cost of vehicle substitutions is prohibitive. In that sense, the use of alternative fuels that do not contribute to greenhouse gases is gaining relevance as policies to move to zero emissions come into force across the world. The study of fuels that can have similar energetic properties as conventional fuels (diesel and gasoline), but with less engine-out emissions and net-zero production emissions, while remaining usable as drop-in substitutes where neither the engine nor the drivetrain has to be modified becomes an insightful endeavor. Having said the above, the present work is dedicated to the study of the effect of e-fuels like OMEx, methanol and methane on compression ignition (CI) internal combustion engines under dual-fuel low-temperature combustion modes to assess the potential for emissions reductions while maintaining good levels of efficiency and fuel consumption. Different calibrations methodologies are applied to obtain an optimized combustion phasing. Through the study it is found that engine-out emissions of polluting species like NOx and soot can be reduced with respect to their conventional counterparts. Another important highlight is the fact that given the fuels are synthetized employing renewable sources, the CO2 (one of the main contributors to GHG) through the lifecycle of the fuel can potentially be net-zero.