Alternativas para descarbonizar el transporte

Vista previa del material en texto

COMBUSTIBLES SINTETICOS 
Alternativa para descarbonizar el transporte 
Enzo Marcelo Corte 
enzoocorte@gmail.com 
Universidad Nacional De Salta 
Facultad de Ingeniería 
Descripción breve 
En este breve ensayo, tocaremos una opción que contribuye a descarbonizar el transporte, 
veremos cómo es posible producirlo, retos a futuro y dificultades actuales 
Universidad Nacional de Salta-Facultad de ingeniería 
Enzo Corte 
1 
 
Introducción 
Descarbonización del transporte 
En el Pacto Verde Europeo se barajan objetivos muy ambiciosos de descarbonización de la economía europea, 
como reducir, por ejemplo, un 50 % las emisiones de gases de efecto invernadero en 2030 o bajar un 90 % las 
emisiones de sectores tan complejos como el transporte para 2050. 
El transporte es el sector que más emisiones produce porque es también el mayor consumidor de energía y 
esta procede en casi su totalidad de combustibles fósiles. 
Una estrategia para tratar esta problemática, es introducir combustibles bajos en carbono y renovar la flota de 
vehículos, que contribuyan con la descarbonización, para esto, se fomenta el uso de vehículos eléctricos, aptos 
para combustibles de hidrogeno, biocombustibles y combustibles sintéticos. 
Para empezar a utilizar estas fuentes de energía, se requiere de mucha inversión, con respecto a vehículos 
eléctricos, se necesitara invertir en la generación de electricidad renovable, en nuevas redes eléctricas, en 
estaciones cargadoras eléctricas principalmente y la difusión de los vehículos, muy similar pasa con el uso de 
hidrogeno como combustible, se requiere inversiones en la obtención de hidrogeno renovable, en las redes de 
gasoductos, en hidrogeneras y en vehículos aptos, con el caso de los combustibles sintéticos, es algo más 
sencillo, las inversiones necesarias pueden ser menores para implementar el consumo masivo debido a que 
las gasolineras y los motores convencionales son aptos para estos combustibles (Cardenas, 2021). 
En este ensayo, quiero focalizarme en los combustibles sintéticos, ya que teniendo en cuenta que todas las 
opciones mencionadas son importantes, considero que el uso de estos combustibles puede ser más sencilla 
de implementar ya que son aptos con la flota actual de vehículos, por ende los consumidores finales, van a 
tener la posibilidad de contribuir a la descarbonizacion del sistema sin grandes inversiones, ya que no deben 
cambiar su medio de transporte habitual. 
Combustibles sintéticos 
Los combustibles sintéticos o e-fuel, son carburantes líquido similar al que usamos en la actualidad. La gasolina 
proviene de una fuente de energía fósil, que ha tardado millones de años en formarse, sin embargo el carburante 
sintético cobra vida con relativa rapidez gracias a procesos químicos. 
Estos procesos, son catalíticos relacionados con la hidrogenación de CO para la obtención de combustibles 
limpios (E de Smit, 2008). Los mismos pueden dividirse en: 
Universidad Nacional de Salta-Facultad de ingeniería 
Enzo Corte 
2 
 
(i) procesos de obtención de hidrocarburos, fundamentalmente combustibles líquidos (Síntesis 
De Fischer-Tropsch, FTS) 
(ii) procesos de obtención de productos oxigenados, principalmente alcoholes. 
Ambos son procesos catalíticos en los que el paso común es la activación de la molécula de CO, disociándola 
por completo en el caso de la síntesis de hidrocarburos, o activándola sin romper el enlace C-O en la síntesis 
de alcoholes. 
En general, los catalizadores están basados en metales como Fe, Co, Ni, y Ru, que son muy activos en la 
disociación de CO y por lo tanto se utilizan para sintetizar hidrocarburos. Otros metales, como el Cu, Ir, Pd y 
Pt son capaces de activar la molécula de CO sin disociarla, por lo que producen preferentemente metanol a 
partir de gas de síntesis. 
En su conjunto, el proceso de síntesis de hidrocarburos y oxigenados engloba dos etapas. La primera de ellas 
es la obtención del llamado gas de síntesis, una mezcla de H2 y CO cuya concentración relativa dependerá del 
precursor de carbono utilizado. Estas fuentes son el carbón, el gas natural y la biomasa; el proceso toma su 
nombre de la fuente de gas de síntesis, denominándose carbón-a-líquidos (CTL), gas-a-líquidos (GTL) o 
biomasa-a-líquidos (BTL). 
El proceso de obtención de hidrocarburos mediante la hidrogenación de CO fue descrito por primera vez por 
Franz Fischer y Hans Tropsch en la década de 1920. En la síntesis de Fischer Tropsch se obtiene un amplio 
espectro de hidrocarburos, principalmente n-parafinas y 1-olefinas lineales. El rango de pesos moleculares de 
los hidrocarburos obtenidos incluye productos en fase gas (C1 -C4), hidrocarburos líquidos (C5 -C18) y ceras 
(C19+). La fracción de hidrocarburos C13 -C18 es de especial relevancia en el sector energético ya que es la 
fracción correspondiente al combustible diésel, siendo uno de los mayores retos de este proceso encontrar 
catalizadores que consigan producir selectivamente el producto, o la fracción de producto, deseada. 
Los catalizadores más activos en la síntesis Fischer-Tropsch son Ru >>Co> Fe. Debido al alto precio del Ru, a 
nivel industrial sólo se utilizan catalizadores de Fe y Co. 
Los catalizadores de Fe, además de ser activos en la hidrogenación de CO hacia hidrocarburos, catalizan la 
reacción de desplazamiento de gas de agua, es decir, son activos en la reacción entre H2O y CO para originar 
H2 y CO2. Esta característica hace que sean principalmente utilizados para ajustar la relación H2/CO en aquéllos 
procesos con un gas de síntesis pobre en H2, es decir en los procesos CTL y BTL, que generan un gas de 
síntesis con una relación H2/CO próxima a 1. En cambio, los catalizadores de Co son utilizados en plantas con 
Universidad Nacional de Salta-Facultad de ingeniería 
Enzo Corte 
3 
 
un gas de síntesis que posee una relación H2/CO estequiométrica, es decir, cercana a 2 (proceso GTL) (Real 
Sociedad Española de Química, 2011). 
La reacción principal del proceso FTS es la síntesis de parafinas y olefinas lineales (Ecuaciones 1 y 2). No 
obstante, también se producen una serie de reacciones secundarias, entre las que cabe mencionar la síntesis 
de productos oxigenados (Ecuación 3), la reacción del gas de agua o water-gas shift (Ecuación 4), y la reacción 
de Boudouard (Ecuación 5): 
Parafinas: n CO + (2n+1) H2 → CnH2n+2 + n H2O (1) 
Olefinas: n CO + 2n H2 → CnH2n + n H2O (2) 
Alcoholes: n CO + 2n H2 → CnH2n+2O + (n–1) H2O (3) 
Water-gas shift: CO + H2O → CO2 + H2 (4) 
Boudouard: 2 CO → C + CO2 (5) 
La formación de hidrocarburos ocurre a través de una reacción de polimerización de unidades CHx formadas 
in situ en la superficie del catalizador a partir de CO e H2 y que actúan como especies iniciadoras y monoméricas 
en el proceso de crecimiento de cadena (F Fischer, 1926). 
Típicamente, la síntesis FT se lleva a cabo en un intervalo de presiones comprendido entre 2 y 6 MPa, así como 
de temperaturas: temperatura baja (200-250 ºC), y temperatura alta (300-350 ºC). En el primer caso se suelen 
emplear catalizadores de Fe y/o Co, obteniéndose fundamentalmente hidrocarburos de cadena larga, mientras 
que en el segundo proceso, en el que se emplean mayoritariamente catalizadores de Fe, se forman fracciones 
de hidrocarburos más ligeras (Klier, 1982). 
Una vez explicado cómo obtener estos combustibles, es importante preguntarse como obtenemos los 
productos, el hidrogeno y el monóxido de carbono, teniendo en cuenta de que para que el combustible sea 
considerado verde, la energía utilizada en su fabricación ha de ser renovable. 
Para obtener hidrogeno renovable, se hace a través de la hidrolisis del agua utilizando energía eléctrica de 
fuente renovable. Hoy en día, la tecnología no esta tan avanzada con respecto a otros medios de obtención, el 
cuello de botella hoy en día es el electrolizador. Obtener hidrogeno por esta vía es muy caro, relativamente con 
otros medios de obtención como porejemplo a través del gas metano (Repsol). 
Universidad Nacional de Salta-Facultad de ingeniería 
Enzo Corte 
4 
 
 (Nave, 2008) 
Una manera de obtener CO de manera renovable es capturando CO2 del aire, de tal manera de que en un 
balance global, la captura de CO2 sea similar a la liberación del mismo por la combustión del e-fuel en los 
vehículos, así, no produciría nuevas emisiones de gases de efecto invernadero, pues devolvería el CO₂ captado 
para la producción de combustible. 
Capturar CO2 a partir de la atmósfera es costoso e ineficiente, pero posible. Lo único que hace falta es pasar el 
aire atmosférico por una planta de procesado especial que, mediante unos circuitos de recirculación y unos 
filtros especiales, capturan el dióxido de carbono. 
Supone un proceso complicado debido a que el CO2 supone solo un 0,04% de la composición atmosférica 
entonces, supone procesar grandes cantidades de aire, con un gasto energético muy grande (Campillo, s.f.). 
Sin embargo, en una reciente investigación, el equipo de Keith ha demostrado que puede obtenerse una 
tonelada de CO2 a partir del aire con un coste de entre 94 y 232 dólares. Esto supondría un ahorro drástico, la 
pieza que faltaba en la aplicación de este procedimiento y, también, la razón por la que el propio Bill Gates 
invierta en esta tecnología (Temple, 2019). 
La empresa Repsol, en su proceso para la producción de combustibles sintéticos, captura CO2 de 
refinerías de petronor en Bilbao y para obtener hidrogeno, realiza el proceso de electrolisis, de tal manera de 
obtener un combustible verde (Repsol). 
Conclusión 
Para concluir con este ensayo, podemos ver que desde un punto de vista técnico ya son factibles pero no así 
económicamente, falta optimizar procesos, el coste de la obtención de hidrogeno a través de la hidrolisis del 
agua es muy elevado teniendo en cuenta otras alternativas, como así también la obtención de dióxido de 
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30225-3
Universidad Nacional de Salta-Facultad de ingeniería 
Enzo Corte 
5 
 
carbono a través de fuentes renovables (Shell Argentina, s.f.), es importante que para que los costos bajen, se 
amplíen las capacidades de producción, en ese sentido, es bueno ver que empresas importantes están 
invirtiendo en estas tecnologías, como son Bosch, Repsol, Volkswagen, Shell y Porsche. 
Esperemos que tanto el desarrollo de combustibles sintéticos como las otras tecnologías con el objetivo de des 
carbonizar el transporte se sigan desarrollando y se amplíen para bajar la contaminación en el mundo y vivir 
así en un ambiente más sano, tanto para las generaciones actuales como las futuras. 
Bibliografía 
Campillo, S. (s.f.). xataka. Obtenido de https://www.xataka.com/energia/extractores-co2-
atmosferico-asi-funciona-tecnologia-que-necesitaremos-para-luchar-cambio-climatico 
Cardenas, D. M. (21 de mayo de 2021). Energías cero emisiones netas: múltiples rutas para la 
descarbonización de la movilidad. Innovauto. 
E de Smit, B. M. (2008). En Chem. Soc. Rev. (págs. 2758–2781). 
F Fischer, H. T. (1926). En Brennst. Chem. (págs. 97–104). 
Klier, K. (1982). En Advances in Catalysis (págs. 243–313). 
Nave, M. O. (2008). hyperfisics. Obtenido de http://hyperphysics.phy-
astr.gsu.edu/hbasees/thermo/electrol.html 
Real Sociedad Española de Química. (2011). Producción de combustibles líquidos sintéticos. 
Repsol. (s.f.). ¿Qué son los combustibles de huella cero? Combustibles sintéticos. Una alternativa 
para descarbonizar la movilidad. . 
Shell Argentina. (s.f.). Shell-El futuro de la energia. Obtenido de https://www.shell.com.ar/energia-
e-innovacion/el-futuro-de-la-energia.html 
Temple, J. (28 de Febrero de 2019). Obtenido de MIT technology Review: 
https://www.technologyreview.es/s/10993/tr10-trampas-para-el-dioxido-de-carbono