Los e-fuel
¿Qué es el e-fuel?
Los e-fuels, también conocidos como combustibles sintéticos renovables o biocombustibles, son una nueva alternativa a los combustibles fósiles que cuenta con gran apoyo para la movilidad sostenible. Se producen a partir de agua, dióxido de carbono y energía renovable, como la energía eólica o la fotovoltaica.
Estos combustibles sintéticos son neutros en emisiones de carbono en el balance global, ya que el dióxido de carbono utilizado para su producción se captura de la atmósfera. Por ejemplo, podría tomar un papel relevante en la aviación sostenible.
Como veremos a continuación, toda la cadena de valor de los e-fuel hacen que realmente sus emisiones netas sean positivas. Por lo tanto, su uso a largo plazo no radica el problema de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Lo positivo de los e-fuel es que pueden utilizarse directamente en la mayoría de coches de combustión. Esto permitiría aprovechar gran parte de la flota de vehículos y haría la transición a un modelo más sostenible de forma más sencilla.
¿Cómo se produce el e-fuel?
La producción de combustibles sintéticos sostenibles desempeña un papel crucial en la transición hacia fuentes de energía más limpias y responsables. Estos combustibles verdes se generan utilizando métodos que implican agua, dióxido de carbono capturado de la atmósfera y electricidad procedente de fuentes de energía renovable. En este proceso, se captura CO2, se realiza la electrólisis del agua y se lleva a cabo una reacción de síntesis para crear combustibles sintéticos.
El primer paso fundamental es la captura de dióxido de carbono (CO2). Esto se puede lograr directamente desde la atmósfera o desde fuentes industriales donde el CO2 es el residuo predominante. Se emplean diversas tecnologías, como la absorción química con solventes, la adsorción con sólidos y las membranas selectivas para separar y concentrar el CO2.
La electrólisis del agua es otra etapa crucial en la producción de combustibles sintéticos sostenibles. En este proceso, se utiliza energía renovable, como la solar o la eólica, para descomponer el agua en sus componentes básicos: oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno resultante, conocido como hidrógeno verde, se convierte en una fuente de energía limpia que es esencial para la síntesis de combustibles sintéticos.
En la última etapa, el hidrógeno verde se combina con el CO2 capturado utilizando catalizadores. Esta reacción de síntesis da como resultado la creación de un combustible sintético. El tipo de combustible sintético producido, como metanol, gasolina, diésel, queroseno o fueloil, depende del proceso específico y las aplicaciones previstas. La elección del combustible se basa en las demandas y necesidades particulares.
Este sería el método utilizado para hacer los combustibles sintéticos renovables o e-fuels. Realmente hay otras formas de obtener combustibles sintéticos a partir de derivados del petróleo o del gas natural, pero el producto dejaría de ser sostenible. Y aún así hay debate sobre si realmente estos e-fuel son realmente sostenibles, pero lo veremos más adelante.
Tipos de e-fuel
Metanol sintético
El metanol (CH3OH) es uno de los combustibles sintéticos más sencillos de producir. Se obtiene mediante la reacción de hidrogenación del dióxido de carbono (CO2) con hidrógeno (H2), en presencia de un catalizador. La reacción química se puede representar de la siguiente manera:
CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O
Esta síntesis de metanol es relativamente rápida a temperatura ambiente. Sin embargo, se puede acelerar significativamente utilizando un catalizador, como el óxido de cobalto, que se activa a temperaturas entre 200 y 300 °C. Bajo estas condiciones, la reacción puede completarse en cuestión de segundos.
Una alternativa sostenible para obtener metanol de manera sintética es a través del tratamiento del biogás, que se obtiene a partir de residuos orgánicos. Este enfoque elimina la necesidad de llevar a cabo la electrólisis o de capturar CO2 directamente de la atmósfera.
El metanol sintético se puede utilizar en una variedad de aplicaciones, como motores de combustión dedicados, celdas de combustible, sistemas de calefacción y en la producción de ácido acético. Además, sirve como materia prima para la generación de otros combustibles sintéticos, como veremos a continuación.
Gasolina sintética
La gasolina sintética se puede producir de varias maneras. Una consiste en combinar metanol con hidrocarburos ligeros. El metanol se obtiene mediante el proceso de hidrogenación del CO2, como se mencionó previamente. Sin embargo, los hidrocarburos ligeros pueden proceder de fuentes como el petróleo o la biomasa.
La combinación de metanol sintético con hidrocarburos ligeros se conoce como el proceso de Fischer-Tropsch. Este proceso se lleva a cabo a temperaturas y presiones elevadas, y los hidrocarburos deben tener un alto contenido de carbono y bajo contenido de hidrógeno. Ejemplos de estos hidrocarburos ligeros incluyen el etano, el propano, el pentano y el butano.
La elección de los hidrocarburos ligeros determina el tipo de gasolina sintética que se obtendrá. Para producir gasolina sintética, se utilizan principalmente el propano y el butano. El primero ofrece un índice de octano más alto y una estructura molecular más compacta, lo que la hace adecuada para motores de combustión convencionales. Por otro lado, la gasolina obtenida a partir del butano podría requerir modificaciones en los motores de gasolina convencionales.
Para obtener esta gasolina sintética y considerarla sostenible es fundamental obtener los hidrocarburos ligeros a partir de biogás. Aunque esta tecnología está en desarrollo, representa un paso hacia la consecución de gasolina sintética sostenible en el futuro.
Otra alternativa para obtener gasolina sintética de manera más sostenible con la tecnología actual es combinar el metanol con hidrógeno mediante el proceso Fischer-Tropsch, utilizando catalizadores a temperaturas entre 200 y 300°C y presiones entre 10 y 200 bares. A través de la destilación fraccionada por ebullición, se pueden separar los componentes deseados, purificándolos posteriormente para su uso como gasolina sintética en motores de gasolina convencionales.
Diesel sintético
El diésel sintético se produce a partir del metanol sintético mediante el proceso Fischer-Tropsch. Este proceso químico utiliza catalizadores para convertir el metanol en una mezcla de hidrocarburos, incluyendo el diésel.
Por lo tanto, para obtener dióxido de carbono de la atmósfera y utilizar hidrógeno verde producido mediante electrólisis, se seguiría la misma ruta de obtención de metanol sintético, tal como se explicó previamente. Luego, con este metanol y más hidrógeno, se produce el diésel.
La mezcla de hidrocarburos se obtiene mediante el proceso Fischer-Tropsch a temperaturas entre 150 y 300°C y presiones entre 200 y 500 bares. Luego, mediante destilación fraccionada por ebullición, se pueden separar los componentes deseados. El diésel sintético resultante se purifica mediante hidrotratamiento y se puede utilizar en motores diésel convencionales sin problemas.
Queroseno sintético
El proceso sostenible para obtener queroseno sintético es idéntico al utilizado para la gasolina y el diésel. A partir del dióxido de carbono capturado de la atmósfera o de la biomasa, y el uso de hidrógeno verde, se genera una mezcla de hidrocarburos que, tras pasar por la producción de metanol, se obtiene mediante el proceso Fischer-Tropsch.
Esto se lleva a cabo a temperaturas de 200-250°C y presiones de 100-200 bares. Posteriormente, la mezcla se separa por destilación fraccionada y se purifica mediante hidrotratamiento. Una vez completado este proceso, el queroseno sintético se puede utilizar en motores de aviones convencionales y en otras aplicaciones.
Fueloil sintético
Los fueloil son hidrocarburos más pesados que se utilizan principalmente en calderas de calefacción, en generación de electricidad y en industrias pesadas. El proceso de obtención del fueloil sintético es el mismo que se ha explicado anteriormente. A partir del metanol sintético creado y el hidrógeno, se obtiene una mezcla de hidrocarburos mediante el proceso Fischer-Tropsch, utilizando temperaturas entre 250 y 350°C y presiones de 200 a 500 bares.
La mezcla se separa mediante destilación fraccionada y se purifica por hidrotratamiento, lo que permite utilizar el fueloil sintético en las mismas condiciones que el fueloil convencional.
Ventajas y desventajas de los e-fuel
Ventajas de los e-fuels
- Neutralidad en Emisiones de Carbono: Uno de los mayores beneficios de los e-fuels es que son neutros en emisiones de carbono en el balance global. Durante su producción, el dióxido de carbono se captura de la atmósfera, contrarrestando las emisiones que se generan cuando se queman. Hay que decir que esta información está en entredicho.
- Compatibilidad con Vehículos de Combustión Actuales: Los e-fuels pueden ser utilizados directamente en la mayoría de los vehículos de combustión existentes. Esto facilita la transición hacia un modelo de movilidad más sostenible sin necesidad de reemplazar toda la flota de vehículos.
- Almacenamiento de Energía: Los e-fuels pueden desempeñar un papel importante en el almacenamiento de energía renovable. Pueden utilizarse como un medio efectivo para almacenar energía generada a partir de fuentes intermitentes, como la energía solar y eólica, y liberarla cuando sea necesario.
- Menos Dependencia de los Combustibles Fósiles: La producción y uso de e-fuels reduce la dependencia de los combustibles fósiles, lo que contribuye a la seguridad energética y a la mitigación del cambio climático.
Desventajas de los e-fuels
- Proceso de Producción Intensivo en Energía: La producción de e-fuels requiere una cantidad significativa de energía, especialmente en la etapa de electrólisis del agua. La fuente de esta energía debe ser renovable para maximizar los beneficios ambientales.
- Costos Iniciales Elevados: En la actualidad, la producción de e-fuels es costosa en comparación con los combustibles fósiles tradicionales. Esto puede limitar su adopción masiva en el corto plazo.
- Eficiencia Energética Limitada: El proceso de producción y uso de e-fuels implica pérdida de energía en comparación con otras tecnologías, como la electrificación directa de vehículos. Esto afecta su eficiencia energética global.
- Necesidad de Infraestructura Específica: La implementación exitosa de los e-fuels requiere una infraestructura específica para su producción, distribución y almacenamiento. Esto representa un desafío logístico importante, aunque podría aprovechar gran parte de la estructura de combustible fósil actual.
¿Qué coches y motos pueden usar e-fuel?
La versatilidad de los e-fuels los hace adecuados para una amplia variedad de vehículos con motores de combustión interna. Estos incluyen:
- Vehículos Convencionales: Los coches con motores de gasolina y diésel pueden utilizar e-fuels de manera directa. Esto permite que la mayoría de los automóviles en circulación aprovechen los beneficios de los e-fuels sin necesidad de una inversión masiva en nuevas tecnologías.
- Deportivos y Autos de Alto Rendimiento: Los vehículos deportivos y de alto rendimiento que requieren combustibles de alto octanaje pueden mantener su rendimiento al utilizar e-fuels. Esto es crucial para aquellos amantes de la velocidad y la potencia sin aumentar su huella de carbono.
- Transporte Comercial y Vehículos Industriales: Camiones, autobuses y otros vehículos comerciales también pueden beneficiarse de los e-fuels, contribuyendo a reducir las emisiones en el sector del transporte de carga y pasajeros.
- Motocicletas de Combustión Interna: Al igual que los coches, las motocicletas con motores de combustión interna pueden utilizar e-fuels. Esto abarca desde motos de alto rendimiento hasta vehículos de uso cotidiano.
- Ciclomotores y Scooters: Los ciclomotores y scooters, populares en áreas urbanas, pueden optar por los e-fuels como una opción más sostenible para la movilidad en la ciudad.
En resumen, los e-fuels ofrecen una solución sostenible para una amplia gama de vehículos, desde coches convencionales hasta motos de todo tipo. Su compatibilidad con los motores de combustión interna existentes facilita la transición hacia una movilidad más limpia y reduce la dependencia de los combustibles fósiles tradicionales.
¿Son los e-fuel sostenibles?
a sostenibilidad de los combustibles sintéticos, conocidos como e-fuels, es un tema debatido y complejo. Para analizarlo de manera concisa, consideremos la producción de e-fuels de la forma más sostenible posible, tal como hemos descrito en esta entrada. Excluiremos cualquier método que no implique energía renovable y la captura de CO2 de la atmósfera, ya que estos se consideran no sostenibles.
Con las tecnologías disponibles actualmente, muchos expertos, como Transport&Environment, plantean dudas sobre la viabilidad de la producción a gran escala de e-fuels para cumplir con los objetivos de reducción de emisiones para 2050.
Debido a la baja eficiencia en la generación de e-fuels, según T&E, el uso de vehículos eléctricos podría resultar en emisiones un 40% más bajas en comparación con los vehículos de combustión que utilizan estos combustibles sintéticos, considerando el sistema eléctrico en Europa para 2030.
Además, el costo tanto para los usuarios como para los fabricantes de vehículos es significativamente mayor al optar por los combustibles sintéticos, lo que podría obstaculizar su adopción a gran escala.
La transición energética requiere un impulso rápido para alcanzar los objetivos de reducción de carbono. Esto implica centrarse en las opciones de generación y consumo eléctrico más eficientes, como el coche eléctrico. Ya contamos con tecnologías asequibles a gran escala, como los vehículos eléctricos y sistemas de generación y almacenamiento eficiente de energía, como las energías renovables y las baterías de almacenamiento.
En los sectores donde la electrificación no sea viable en el corto plazo, como el transporte aéreo y marítimo, que representan una parte significativa del consumo de energía global, o en algunas industrias pesadas, los combustibles sintéticos obtenidos de manera sostenible podrían ser una opción interesante. Sin embargo, es fundamental asegurarse de que estos e-fuels se generen de manera totalmente sostenible, utilizando amplias instalaciones de energía renovable para la producción de hidrógeno verde y plantas de captura de CO2 a gran escala.
En resumen, la sostenibilidad de los e-fuels es un tema complejo y depende en gran medida de cómo se produzcan y de las alternativas disponibles. La electrificación eficiente y el uso de energías renovables siguen siendo las opciones más prometedoras para alcanzar los objetivos de reducción de emisiones. Sin embargo, en ciertos sectores, los e-fuels sostenibles podrían desempeñar un papel importante en la transición hacia una economía más limpia.
Los e-fuel en España
En España, la normativa sobre e-fuels está todavía en desarrollo. En 2022, el Gobierno español aprobó el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC), que establece un objetivo de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de un 55% para 2030. Este objetivo incluye el desarrollo de e-fuels como una de las medidas para reducir las emisiones del transporte.
En este plan se propone para el 2030 la cuota de energías renovables dedicadas al sector del transporte para generación de combustibles renovables de origen no biológico (RFNBO, de sus siglas en inglés) sea de al menos el 1%. Estos combustibles incluyen el uso directo de hidrógeno verde o el amoniaco en el consumo para el transporte. Estos objetivos están principalmente enfocados para el transporte aéreo.
Pero esto se trata solamente de una hoja de ruta, y debe accionarse con normativa específica que fomente la producción y el uso de estos combustibles allá donde sean necesarios y eficientes. Por el momento, incluso en esta hoja de ruta, el objetivo de España en cuanto a combustibles sintéticos queda un poco difuso e incierto. Veremos en los próximos años cómo se desarrolla, ya que en la propia Unión Europea todavía no hay consenso al respecto.
