Investigadores de la UPM analizan nuevas mezclas de gasolinas con biocombustibles para reducir las emisiones de CO2

Las normativas que regulan la disminución de emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera están obligando a sustituir paulatinamente los combustibles fósiles por otros de origen renovable. Con el fin de caracterizar las propiedades de los nuevos combustibles, investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) adscritos a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial (ETSIDI), en colaboración con el Laboratorio de Combustibles de la Fundación Gómez Pardo (FGP), han elaborado un mapa de propiedades de mezclas ternarias de gasolina, bioetanol y etil tert-butil éter (ETBE) para, en función de las circunstancias concretas de precios o normativas, optimizar su composición y, efectivamente, disminuir las emisiones contaminantes que produce su combustión sin que esto repercuta en el normal funcionamiento del motor.

Actualmente, existe la necesidad de reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera a nivel global con el fin de revertir el efecto invernadero. Esto ha conducido al desarrollo de normativas que obligan a sustituir los combustibles fósiles tradicionales por otros de origen renovable. Los sustitutos habituales para la gasolina son el bioetanol (100% renovable) y el ETBE (47% renovable) que se obtiene en las refinerías a partir del isobutileno (derivado del petróleo) y del bioetanol.

El cambio del tipo de combustible puede acarrear en los motores de automoción importantes problemas que pueden traducirse en un funcionamiento inadecuado y un aumento de sus emisiones contaminantes. Para evitarlo, las normativas de calidad de los combustibles (EN 228 y otras) acotan dentro de ciertos límites el contenido en oxígeno, la presión de vapor (RVP) o la curva de destilación (porcentajes evaporados a 70, 100 y 150 grados centígrados: E70, E100 y E150).

Figura 1. Mapas de la presión de vapor, 'Vapour Lock Index' y conducibilidad. / L.M. Rodríguez-Antón et al. 'Fuel' 156 (2015) 81–86).

Estudiar cómo se ven afectados los parámetros fijados por las normativas al añadir a la gasolina combustibles renovables ha sido el objetivo del trabajo llevado a cabo por los investigadores de la UPM en colaboración con la Fundación Gómez Pardo. En conjunto, han abordado la elaboración de un mapa de propiedades de mezclas ternarias de gasolina-etanol-ETBE que les ha permitido enunciar una serie de recomendaciones, en cuanto a la composición, en función del escenario de precios o normativas ante el que nos encontremos.

El contenido en oxígeno es el parámetro que limita de forma más importante el uso de etanol y ETBE [figuras 1 y 2], ya que estos, al ser combustibles oxigenados, modifican la estequiometría de la combustión, pudiendo afectar negativamente al funcionamiento del motor. Para evitarlo debe adecuarse la cantidad de combustible introducida en motor a las características del combustible. Los sistemas de inyección electrónicos modernos son capaces de hacerlo, e incluso de aprender con la experiencia. No obstante, en el parque automovilístico conviven otros motores no tan avanzados tecnológicamente, incapaces de adaptarse.

La RVP [figura 1] es otro parámetro que limita la adición de etanol y ETBE por afectar notablemente a la facilidad de arranque del motor y a las emisiones de hidrocarburos por evaporación. La curva de destilación (E70, E100 o E150) [figura 2] afecta a diferentes aspectos del motor, como son la aceleración, el consumo de combustible o el funcionamiento en frío y en caliente. Otros parámetros que se han estudiado son el VLI (Vapour Lock Index, índice de bolsa de vapor) —derivado del anterior, ya que controla la formación de burbujas en los conductos de combustible— y el DI (Driveability Index, índice de conducibilidad), que controla la rapidez de respuesta del motor al acelerador.

Figura 2. Mapas de la presión de E70, E100 y E150. / L.M. Rodríguez-Antón et al. 'Fuel' 156 (2015) 81–86.

La gasolina base ensayada contenía un 6% de concentración en volumen (v/v) de ETBE. Así, tal y como muestran los gráficos y a nivel de ejemplo de aplicación, se observa que una mezcla de gasolina base con 8% v/v de etanol y 0% v/v de ETBE (E8T0) cumple con el límite de oxígeno (3,7% m/m) pero supera el límite fijado a la RVP (60 kPa). Sin embargo, las mezclas E0T18.5 y E2.5T12.5, con igual contenido de oxígeno, no superan la RVP. No obstante, estos últimos difieren en cuanto a sus contenidos en energía renovable: 9,87% y 9,21% respectivamente.

Con todo lo anterior, en función de las circunstancias de precios o normativas, estos mapas servirán para optimizar la composición de las mezclas según los diferentes criterios que se apliquen, pudiendo incrementar el contenido en energía renovable sin afectar al funcionamiento del motor y contribuir, así, a revertir el efecto invernadero.

Este trabajo está enmarcado dentro de un estudio más amplio en el que se ha trabajado con isobutanol y diferentes tipos de gasolina. Los trabajos han sido realizados por estudiantes de la ETS de Ingeniería y Diseño Industrial bajo supervisión de profesores y técnicos de la FGP.

RODRÍGUEZ-ANTÓN LM, GUTIÉRREZ-MARTÍN F, MARTÍNEZ-ARÉVALO C. “Experimental determination of some physical properties of gasoline, ethanol and ETBE ternary blends”. Fuel, 156 (2015) 81–86.