CMT-Motores Térmicos de la Universidad Politécnica de Valencia es un centro de investigación español con el mayor reconocimiento internacional y que desde hace 40 años, y con más de 100 investigadores en la actualidad, está plenamente involucrado en el desarrollo y optimización de los motores de combustión en un mundo cada vez más focalizado en la reducción de emisiones. Es importante significar que CMT organiza desde hace más de 22 años la internacional ‘THIESEL Conference’ sobre los avances en las tecnologías de la combustión en motores térmicos.
En nuestro Boletín de septiembre pasado (y II), nos hicimos eco de la solicitud de CMT, junto con el CSID, de la patente para un nuevo motor de combustión interna que emplea una tecnología basada en la utilización de membranas cerámicas, que elimina todos los gases contaminantes y nocivos para la salud (NOx), capturando el CO2 propio y atmosférico, licuándolo y siendo susceptible de almacenaje y recogida en las estaciones de servicio.
En esta ocasión, hemos considerado interesante resumir aquí las respuestas del investigador de CMT, José Ramón Serrano, en una reciente entrevista de niusdiario.es sobre este motor, donde ha llegado a calificarlo como “superior al eléctrico”.
¿Un motor térmico sin emisiones?
Parece imposible, pero existe y es español. Se trata de un motor convencional, diésel o gasolina que gracias a unas membranas cerámicas es capaz de no emitir gases ni partículas por su tubo de escape. El único “desecho” que produce es vapor de agua y dióxido de carbono (CO2), que licuado es fácilmente recogido en un depósito para volver a generar combustible o para otros usos.
“Esta tecnología es superior a la del motor eléctrico y tiene muchas más ventajas que la del hidrógeno”, nos dice José Ramón Serrano:
Como cualquier eléctrico es un motor cero emisiones ‘del repostaje a la rueda’, ya que no tiene ninguna emisión contaminante ni de gases ni de partículas dañinas para la salud ni para el medioambiente. Pero en cambio, tiene la misma autonomía que un motor térmico y también su facilidad de repostaje. Tiene lo mejor de ambas tecnologías, pero manteniendo las infraestructuras, es decir sin tener que realizar ninguna inversión multimillonaria. Y además se cumplen objetivos de emisiones de CO2 del Acuerdo de París y por supuesto los objetivos europeos de descarbonización del transporte.
Se consigue que no tenga emisiones, retirando el nitrógeno del aire y usando oxicombustión. Es un tipo de combustión en la que se enriquece el aire con oxígeno puro para disminuir el consumo de combustible, reducción que es aún mayor si el nitrógeno se elimina completamente del aire. Además, minimiza las emisiones de dióxido de carbono y de óxidos de nitrógeno. Tiene unas membranas cerámicas que separan el nitrógeno del aire, trabajan a altas temperaturas y necesitan presión. Ese es el escenario ideal para un motor.
Se espera que estas membranas tengan un precio competitivo y la intención es que el coste de la membrana sustituya al coste de postratamiento. La limpieza de gases de escape, eliminar NOx, partículas, eliminar monóxido de carbono, hidrocarburos… todo esto es caro, supone más de un 30% del coste de un motor hoy en día. Como ese postratamiento desaparece, deja margen para la membrana.
No hay óxidos de nitrógeno ya que no se encuentra en la mezcla que se quema (queda separado antes y se devuelve a la atmósfera), así que toda la combustión se diseña para eliminar las partículas. Se trabaja controlando la composición del oxígeno. El aire lleva un 21% de oxígeno. Lo que sale de la cámara de combustión es CO2 y vapor de agua. Se puede poner un pequeño catalizador de oxidación para llevar a cero las emisiones de partículas. El vapor de agua se emite a la atmósfera y el CO2 se captura y se comprime en un depósito en estado líquido.
El vehículo podría llevar dos depósitos, uno para el combustible y otro para recoger el CO2, pero sería más conveniente montar un depósito de combustible tres veces mayor, pues aproximadamente por cada tanque de combustible se generarían tres tanques de CO2 en volumen. Es decir, 50 litros de combustible generarían 150 litros de CO2. En ese depósito común ambos líquidos irían separados por una membrana: en una parte se encontraría el combustible y en la otra se iría recogiendo CO2. Según se vacía el combustible, la membrana se desplaza dando espacio al CO2.
Respecto a si funciona mejor con gasolina o con diésel, se ha trabajado con estos dos combustibles y sirve cualquiera. En realidad habría que hablar más bien de forma de combustión. Si es de encendido por chispa (encendido provocado) o por compresión (encendido espontáneo). Funciona mejor en los de encendido por compresión ya que la combustión es más fácil y el frente de la llama progresa mejor.
La economía circular del CO2
Además de eliminar las emisiones, que ya es toda una revolución en sí misma, como gran idea subyacente está la promoción de la economía circular del CO2. El usuario iría a la estación de servicio a repostar combustible o a vaciar tu depósito de CO2. Sería como un intercambio de CO2 puro por combustible líquido. El CO2 líquido puro tiene un precio y se generaría un mercado con diversas aplicaciones. Por ejemplo, Repsol en Bilbao ha montado una planta para producir combustible sintético. Lo van a hacer con hidrógeno verde producido con energías renovables y con CO2 como subproducto de su refinería de petróleo. La idea es que el CO2 de los motores de combustión entre en ese circuito comercial, que los camiones que llevan combustible a las gasolineras se lleven el CO2 y que las empresas energéticas vuelvan a producir combustible sintético. Con ello se establece un recurso renovable, generando una economía circular.
Eso sostendría aún más a los motores de combustión, pues el combustible sintético también iría a parar a los motores térmicos. Ya sólo el retirar las emisiones de CO2 tendría un retorno económico para las empresas, en bonos verdes, eludir multas por contaminar… Pero además, este motor limpiaría la atmósfera. Ahora mismo todos los combustibles térmicos incluyen biocombustibles o etanol que incluye CO2 capturado de la atmósfera por las plantas y que se quema y se reenvía al aire. Pero si ese biocombustible se retira de la mezcla, tienes unas emisiones negativas de CO2. Además, el motor es como una pequeña aspiradora de CO2 para el ambiente.
¿En qué nivel de desarrollo se encuentra este motor?
El desarrollo de este motor se encuentra en lo que se llama TRL 6 (technology readiness level) o nivel de desarrollo tecnológico seis. Ese nivel va desde 1 cuando nace la idea hasta 9 que es cuando está en el mercado. La idea se
patentó y se presentó a la Agencia Valenciana de Investigación perteneciente a la Generalitat Valenciana, que dio una subvención de 150.000 € para permitir terminar el proyecto, realizando un prototipo en gasolina y otro en gasóleo a partir de motores convencionales y usando las membranas que nos cede el ITQ (Instituto de Tecnología Química).
Además de la financiación y apoyo de la Agencia Valenciana de Innovación, ha habido interés por parte de fondos de inversión de capital riesgo centrados en automoción que están interesados en financiar el desarrollo. También con la naviera Navantia por el interés en la descarbonización aplicada a motores de barcos. Y con proveedores de tecnología como Wärtsilä, una de las únicas tres empresas que diseñan estos motores para barcos. También es interesante en trenes, pero en aviones no es competitivo.
Ya hay contactos con la plataforma M2F (Mobility To Future) que agrupa al sector de la automoción y que ha identificado diversos proyectos tractores para tratar de conseguir por parte del Gobierno de España, inversión procedente de los Fondos Europeos de Recuperación (Next Generation EU).
La meta es empezar por sectores de difícil descarbonización como el transporte pesado, mercancías… y luego ir optimizando la tecnología con reducción de tamaño para llegar hasta el vehículo de pasajeros, que podría ser la última etapa. Todavía no está claro hasta dónde se pueden reducir sus dimensiones y ahora mismo todos los fabricantes de automóviles están a otra cosa; la presión de las exigencias de emisiones a 2030 les ha llevado a apostar por tecnologías muy electrificadas. Además, la situación económica no es muy buena. Es lógico que no estén nada receptivos a nuevas tecnologías.
Las esperanzas están puestas en que se reconozca que esta tecnología es superior al motor eléctrico y que tiene muchas más ventajas que el hidrógeno. Los primeros pasos van por el transporte de mercancías. En función de cómo se consiga atraer capital en ese sector y atraer la mirada del sector de transporte de pasajeros hacia esta tecnología, se intentaría acercarse al transporte privado.
Por último, el precio…
Éste no es un motor caro y puede tener el mismo precio que un motor de combustión ‘normal’. Se ha conseguido que tenga el mismo desempeño, la misma potencia. El consumo es muy similar, aunque ligeramente más elevado. Pero ya han ‘desacoplado’ la relación entre consumo y CO2, es decir, que las emisiones de CO2 no dependen de lo que se consuma (de hecho siempre son cero). Y ese ligero sobrecoste del combustible quedará compensado con la valorización del CO2 y otras ventajas por ser ‘cero emisiones’. El motor será presentado en breve.
Fuente: Boletín de Noticias de Automoción ASEPA. Febrero 2021 (y II).
