El Instituto de Energía para el Transporte publicó un nuevo informe centrado en el papel de los combustibles sintéticos en la descarbonización del transporte por carretera

El sector del transporte por carretera de Estados Unidos es responsable del 22% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) del país, de acuerdo con los datos publicados por el Instituto de Energía para el Transporte (TEI, por sus siglas en inglés). Asimismo los gobiernos del mundo han determinado que reducir las emisiones de carbono del transporte es una gran prioridad, para lograr alcanzar los ambiciosos objetivos fijados en materia ambiental.

Transportation Energy Institute, publicó su informe ‘Evaluación de la viabilidad de los e-combustibles en el transporte por carretera’. "Con 1.500 millones de vehículos con motor de combustión interna en el mundo y decenas de millones más vendidos cada año, se debe encontrar la forma de reducir las emisiones de estos vehículos para alcanzar los objetivos medioambientales. La única manera de hacerlo es reducir la intensidad de carbono de los combustibles líquidos con los que funcionan, y los e-combustibles representan una opción viable que merece la pena explorar", señalaron fuentes de la entidad a través de su página web.

Los e-combustibles (tambien conocidos como electrocombustibles o combustibles síntéticos) son combustibles renovables producidos a partir de agua, electricidad renovable y dióxido de carbono (CO₂) mediante procesos químicos o bioquímicos, que pueden utilizarse para descarbonizar los sectores viario, aéreo, marítimo y ferroviario. El CO₂ puede capturarse de las emisiones de fuentes puntuales mediante tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CAC) o directamente del aire mediante tecnologías de captura directa en el aire (DAC).

El Transportation Energy Institute, fundado por la 'National Association of Convenience Stores' (NACS) en el año 2013, es una organización de investigación sin ánimo de lucro. Durante más de una década, se ha centrado en cómo reducir de forma eficaz y responsable las emisiones del transporte, preservando al mismo tiempo el acceso a una energía asequible y fiable para todos los consumidores y sectores industriales. La organización está dirigida por un Consejo Asesor compuesto por más de 60 empresas. Así, esta entidad representa a compañías petroleras, productores de biocombustibles, fabricantes de motores y vehículos, proveedores de equipos para vehículos eléctricos, organizaciones de gas natural e hidrógeno, minoristas, ingenieros de laboratorios nacionales, organizaciones de salud pública, operadores de flotas, etc.

Proceso de producción de 'e-fuels'.

Según el documento, estos combustibles producidos para los vehículos de transporte por carretera se consideran combustibles ‘drop-in’, lo que significa que pueden utilizarse tal y como el mercado utiliza actualmente la gasolina, el gasóleo y los biocombustibles, sin necesidad de modificar los vehículos o los equipos. Los e-combustibles pueden usarse de forma independiente o como mezcla de cualquier concentración, lo que les permite ampliar el suministro de combustible y reducir la intensidad de carbono de los carburantes utilizados en los vehículos.

“Los e-combustibles podrían cerrar las brechas potenciales de reducción de emisiones o acelerar los esfuerzos de reducción de emisiones en el transporte por carretera. Aprovechando la electricidad renovable y reciclando el CO₂, algunas vías de producción de e-combustibles podrían producir combustibles para vehículos de carretera con una reducción del 75% de las emisiones de gases de efecto invernadero durante su ciclo de vida en comparación con la gasolina fósil”.

Emisiones de gases de efecto invernadero de pozo a rueda (Well-to-Wheel) para las rutas de combustibles sintéticos (e-fuels) en configuraciones de producción previstas a corto plazo. Fuente: Transportation Energy Institute.

El informe detalla que, en Estados Unidos, la electricidad necesaria para producir e-combustibles representaría menos del uno por ciento de la generación de electricidad renovable en 2024. Además, los combustibles sintéticos consumirían menos del 1,6% de todas las emisiones de CO₂ de los sectores industrial y energético. La implantación de sistemas de captura de carbono y de infraestructuras de distribución de CO₂ serán elementos críticos para apoyar la producción de electrocombustibles.

Actualmente, la producción es aproximadamente entre 2,5 y 4 veces más cara que la de combustibles fósiles comparables, de acuerdo con el informe. Sin embargo, si se tiene en cuenta el impacto de las actuales políticas estadounidenses y las expectativas de producción mundial para los próximos quince años, la producción de muchos productos de 'e-fuels' en futuras plantas (NOAK = «Nth Of A Kind» plant) podría dar lugar a productos con un precio inferior a la disposición a pagar (DAP) esperada de los consumidores.

En 2040, dado el aumento previsto de las instalaciones de producción comercial, la producción de e-combustible en EE.UU. podría aumentar a 4.700 millones de galones (14 Mt) al año y a nivel mundial a 27.500 millones de galones (82 Mt) anuales.

Las políticas de combustibles bajos en carbono pueden caracterizarse como políticas de impulso tecnológico o de tirón del mercado. Las políticas de impulso tecnológico contribuyen a impulsar el desarrollo en las primeras fases hacia la comercialización y fomentan el aumento de la producción en la región. Las políticas de estímulo del mercado garantizan la demanda y la disposición a pagar (DAP) por el producto resultante que se utilizará en la región. En EE.UU., existe una mezcla de instrumentos políticos 'pull' (de impulso tecnológico, por ejemplo: RFS2, LCFS) y 'push' (de tirón de mercado, como: 45Z Clean Fuel PTC, 45V Clean Hydrogen PTC, 45Q Carbon Sequestration TC) que son relevantes para los combustibles bajos en carbono, incluidos los 'e-fuels'.

Con el propósito de que las políticas gubernamentales sean un impulso para los e-Fuels en el sector del transporte en Estados Unidos, el documento ‘Evaluación de la viabilidad de los e-combustibles en el transporte por carretera’ ofrece algunas recomendaciones:

1: Establecer caminos, objetivos y hojas de ruta claras para la descarbonización del transporte

• Desarrollar una base de conocimiento sobre la descarbonización del transporte en los EE. UU., incluyendo todas las opciones de descarbonización: Actualmente hay muy pocos análisis detallados y escenarios que muestren el papel de todas las opciones de descarbonización del transporte en todos los modos en los EE. UU.
• Establecer objetivos claros de reducción de emisiones para el sector del transporte, incluidos por modo: Permitir que el mercado anticipe qué tipos de soluciones de transporte de bajas emisiones (incluidos los combustibles electrónicos) serán necesarios en la descarbonización del transporte por carretera.
• Desarrollar una hoja de ruta para la producción y uso de combustibles electrónicos en los EE. UU.: Incluir las demandas de los sectores de transporte por carretera, aviación, marítimo y ferroviario, para que las plantas de producción, la infraestructura y las políticas puedan desarrollarse conjuntamente, en lugar de ser vistas como mercados competidores.

2: Establecer requisitos para asegurar que los combustibles electrónicos se desarrollen de forma sostenible

• Estandarizar metodologías de evaluación del ciclo de vida: Actualmente, los EE. UU. no tienen una metodología acordada y publicada para calcular las emisiones de GEI de los combustibles electrónicos, incluida la consideración de la electricidad renovable utilizada, señala el documento. Dado que algunas políticas establecen umbrales de GEI para determinar la elegibilidad o brindar mayor apoyo a opciones que proporcionen mayores reducciones de GEI, desarrollar metodologías estandarizadas que reflejen los beneficios de los combustibles electrónicos permitirá a las partes interesadas evaluar el desempeño ambiental de manera cuantitativa para tomar decisiones informadas sobre su priorización.

3: Implementar políticas para incentivar aún más el desarrollo del mercado

• Garantizar mercados para los productores de combustibles electrónicos: Actualmente, el panorama político de los EE. UU. carece de un apoyo político del lado de la demanda que promueva la adopción de combustibles electrónicos, de acuerdo con los datos de TEI. Los responsables políticos podrían considerar la posibilidad de establecer un porcentaje mínimo obligatorio de uso de combustibles electrónicos en el sector del transporte por carretera. A diferencia del enfoque tecnológicamente neutral adoptado por el Estándar de Combustibles de Bajo Carbono (LCFS), un subobjetivo para combustibles electrónicos es la forma más directa de facilitar el acceso al mercado y proporcionar certidumbre a los desarrolladores e inversores de combustibles electrónicos.
• Establecer incentivos económicos adicionales: Considerar aumentar los créditos fiscales y crear subsidios para la producción de combustibles electrónicos que permitan reducir la brecha de costos entre combustibles fósiles y combustibles electrónicos.

4: Crear oportunidades de financiamiento para los combustibles electrónicos

• Incrementar la financiación pública para proyectos de combustibles electrónicos: La producción de combustibles electrónicos requiere un capital intensivo, representando entre el 17% y el 24% de los costos de producción nivelados. Es difícil asegurar inversión privada para tecnologías en etapa temprana debido a los grandes riesgos asociados con plantas de baja madurez. El acceso a financiamiento público para cubrir los costos de capital de las primeras plantas podría ayudar a promover el despliegue de plantas de combustibles electrónicos en los EE. UU.
• Crear fondos específicos para combustibles electrónicos: Seguir ejemplos de programas como el Fondo de Combustibles Avanzados (AFF) en el Reino Unido, que proporcionan apoyo financiero específico para nuevas tecnologías de combustible. Esto podría brindar confianza a los inversionistas y desbloquear más inversión privada en proyectos de combustibles electrónicos.

Los e-combustibles son compatibles con los vehículos de combustión interna (ICEV) actuales y con la infraestructura de distribución de combustibles existente. Sin embargo, ya existen hoy en día tecnologías alternativas de descarbonización y opciones de tren motriz disponibles para el sector del transporte por carretera. "Es probable que los e-combustibles sean más adecuados técnicamente para modos de transporte donde las alternativas no puedan utilizarse de manera efectiva", indica el documento. 

Biodiesel en vehículos convencionales con motor de combustión interna

Al igual que los e-combustibles, los biocombustibles también pueden usarse directamente en vehículos con motores de combustión interna (ICEV, por sus siglas en inglés) en el transporte por carretera, tanto como combustibles complementarios (drop-in) como no complementarios, con consideraciones técnicas similares. Como tal, los biocombustibles podrían competir con los e-combustibles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de las flotas existentes de ICEV o en otros sectores del transporte donde los combustibles de bajo carbono se identifican como soluciones clave de descarbonización.

Retos y consideraciones en el suministro upstream de biocombustibles. Fuente: ‘Evaluación de la viabilidad de los e-combustibles en el transporte por carretera’, TEI.

"La diferencia clave entre los biocombustibles y los e-combustibles radica en sus materias primas y tecnologías de conversión de combustible, aunque algunos pasos del procesamiento son similares. Los biocombustibles se producen a partir de biomasa vegetal y generalmente se clasifican según el tipo de materia prima: biocombustibles de cultivos (también conocidos como convencionales), biocombustibles basados en aceites residuales o grasas animales, y biocombustibles celulósicos. Muchas tecnologías de producción de biocombustibles están más desarrolladas que las de los e-combustibles; por ejemplo, la producción de bioetanol mediante la hidrólisis y fermentación del maíz está ampliamente establecida en los Estados Unidos. Sin embargo, los biocombustibles enfrentan desafíos diferentes a los de los e-combustibles que podrían impactar su adopción", apunta el informe.

Es posible que el suministro de biocombustibles se enfoque en el futuro en materias primas de desecho y de base celulósica. Se estima que Estados Unidos tiene el potencial de producir suficientes recursos de biomasa no alimentaria para generar hasta 151 Mt de biocombustibles anualmente para 2040, siempre que se superen los desafíos relacionados con la accesibilidad de las materias primas y las cadenas de suministro. En contraste, aunque la producción de e-combustibles podría enfrentar demandas competitivas de electricidad renovable y CO₂, su suministro no está técnicamente limitado como el de la biomasa.

Además del uso de combustibles de bajo carbono, como los e-combustibles y los biocombustibles en vehículos convencionales con motor de combustión interna, los trenes motrices alternativos que utilizan otras fuentes de energía también pueden emplearse para reducir las emisiones de GEI del transporte por carretera. "Su adopción podría complementar o competir con el uso de e-combustibles", señala el informe. 

Tecnologías de propulsión disponibles, según el informe ‘Evaluación de la viabilidad de los e-combustibles en el transporte por carretera’ de TEI

Vehículo convencional con motor de combustión interna (ICEV) y vehículo de combustible flexible (FFV)

Fuente de energía: Gasolina/diésel, biocombustibles, e-fuels

Los ICEV son la mayoría de los vehículos que circulan en las carreteras hoy en día. Funcionan actualmente con gasolina, diésel y mezclas con algún tipo de biocombustible o e-fuels (el nivel de mezcla depende del biocombustible o e-fuel utilizado, y de las regulaciones nacionales). La mayoría de los vehículos de gasolina actuales utilizan E10. Los FFV son un tipo de ICEV modificado para funcionar con mezclas más altas de combustibles no compatibles directamente, como etanol o metanol.

Vehículo híbrido eléctrico (HEV)

Fuente de energía: Gasolina/diésel, biocombustibles, e-fuels

Los vehículos híbridos incluyen un motor eléctrico junto con un sistema de propulsión ICE. Los HEV tienen una batería relativamente pequeña que se utiliza principalmente para la recuperación de energía al frenar, aumentando así la eficiencia de un vehículo con ICE. No se pueden cargar mediante enchufes y tienen un alcance limitado (o nulo) en modo totalmente eléctrico.

Vehículo híbrido eléctrico enchufable (PHEV)

Fuente de energía: Gasolina/diésel, biocombustibles, e-fuels, electricidad

Los PHEV son similares a los HEV, pero cuentan con una batería más grande que puede cargarse mediante una fuente eléctrica, alcanzando autonomías completamente eléctricas de hasta 98 km en algunos modelos nuevos.

Vehículo eléctrico de batería (BEV)

Fuente de energía: Electricidad

Impulsado por electricidad, suministrada por una batería integrada. El vehículo se recarga conectándolo a una fuente de electricidad.

Vehículo eléctrico de celda de combustible de hidrógeno (FCEV)

Fuente de energía: Hidrógeno

Funcionan con hidrógeno, convirtiendo la energía en electricidad a través de una celda de combustible para alimentar el motor eléctrico del vehículo. Se abastecen de hidrógeno puro almacenado en un tanque dentro del vehículo.

Vehículo de gas natural (NGV)

Fuente de energía: Gas natural (de fuentes fósiles, biológicas o sintéticas)

Los NGV operan de manera similar a los vehículos convencionales mediante la combustión del combustible. La mayoría de los NGV son vehículos medianos o pesados (MDV o HDV), y el gas puede almacenarse en forma de gas natural comprimido (CNG) o gas natural licuado (LNG).

La mayoría de los vehículos que circulan en las carreteras hoy en día funcionan actualmente con gasolina, diésel y mezclas con algún tipo de biocombustible o e-fuels (el nivel de mezcla depende del biocombustible o e-fuel utilizado, y de las regulaciones nacionales). 

Foto de The frolicsome Fairy en Unsplash.

Características técnicas

TEI señala que las opciones de vehículos alternativos analizadas en el documento han alcanzado la madurez técnica, pero presentan diferentes características de eficiencia y autonomía, impulsadas por las diferencias fundamentales en las fuentes de energía y la tecnología de los trenes motrices.

• Eficiencia energética: Desde el punto de vista de la eficiencia energética, los trenes motrices alternativos podrían superar a los ICEV, siendo los BEV los más eficientes. Esto significa que se requiere más energía total para operar vehículos impulsados por e-combustibles que directamente por electricidad en BEV, reduciendo así la demanda total de energía y las emisiones gracias a la eficiencia energética.
• Autonomía: Sin embargo, los ICEV tienen la mayor autonomía entre recargas. Los BEV, FCEV y NGV presentan autonomías reducidas, lo que podría impactar su adopción en los segmentos MDV (Medium Duty Vehicle o vehiculos medianos) y HDV (Heavy Duty Vehicle o vehiculos pesados), aunque estas podrían aumentar en el futuro con el avance de las tecnologías. Una alta autonomía podría no ser necesaria para todos los consumidores, particularmente en LDV (Light Duty Vehicle o vehiculos ligeros), pero la "ansiedad por la autonomía" es una preocupación común de los consumidores al cambiar a BEV.

Producción de E-Fuels, tecnologías y productos. Fuente: Transportation Energy Institute

Consideraciones prácticas

Además el informe apunta que factores prácticos, como las capacidades operativas, también son consideraciones importantes para los consumidores o empresas que decidan entre vehículos con diferentes trenes motrices.

Para los ICEV, FFV, HEV y PHEV, la infraestructura principal requerida son las estaciones de servicio, que han estado ampliamente disponibles en los Estados Unidos durante décadas. Los PHEV también pueden utilizar cargadores eléctricos lentos (generalmente hasta siete kW) para cargar la batería a bordo. Esto puede hacerse mientras el vehículo está en casa o en su destino, aunque no es necesario para utilizar el vehículo. La oferta de PHEV podría estar limitada a corto plazo mientras se desarrollan la capacidad de producción y las cadenas de suministro de materiales para baterías. En los últimos años, ha habido un interés creciente en FFV, PHEV y HEV, aunque actualmente no está claro qué tan importante será su papel en el futuro. Además, estos trenes motrices pueden funcionar con e-combustibles, por lo que incluso una adopción masiva es poco probable que afecte significativamente la demanda de e-combustibles.

Para los BEV, las principales consideraciones prácticas son la autonomía del vehículo, el acceso a cargadores, la velocidad de carga y la disponibilidad de vehículos. Para la mayoría de los consumidores que tienen acceso a un área de estacionamiento designada durante la noche (por ejemplo, un camino de entrada, un espacio de estacionamiento asignado o un garaje), los vehiculos eléctricos de baterías pueden cargarse durante la noche desde enchufes domésticos o con un cargador de VE instalado. Esto probablemente sea suficiente para la mayoría de los usuarios si no conducen más que la autonomía del vehículo en un solo día (entre 250 y 350 millas o 402 km y 563 km, respectivamente), ya que pueden recargar cada noche. Para los consumidores sin acceso a carga nocturna o para viajes que superen la autonomía del BEV, será necesario recurrir a estaciones de carga públicas. En 2023, había disponibles 40.000 cargadores rápidos públicos para vehículos eléctricos (>50 kW) en Estados Unidos, además de 120.000 cargadores lentos públicos (hasta 7 kW).

Para los ICEV, FFV, HEV y PHEV, la infraestructura principal requerida son las estaciones de servicio, que han estado ampliamente disponibles en los Estados Unidos durante décadas. Foto de Lemon Pepper Pictures en Unsplash.

Para los vehículos pesados, el impacto operativo de autonomías más bajas podría ser más grave que para los vehículos ligeros y medianos, dado su mayor requerimiento de energía, mayores distancias recorridas y menor disponibilidad de puntos de carga rápida. Aunque el número de BEV en Estados Unidos es actualmente relativamente pequeño, se espera que crezca con el tiempo y afecte la demanda potencial a largo plazo de e-combustibles en el transporte por carretera.

“Los vehículos eléctricos con pila de combustible tienen el potencial de usarse de manera similar a los vehículos con motor de combvustión interna tradicionales, con autonomías y velocidades de repostaje comparables”, apunta el informe. Sin embargo, mientras que hay 145.000 estaciones de servicio en Estados Unidos, solo hay 54 estaciones de repostaje de hidrógeno (HRS) disponibles públicamente, 53 de las cuales están en California (este número ha disminuido recientemente debido al cierre de varias estaciones de Shell en California). Fuera de California, grandes centros logísticos podrían generar suficiente demanda de hidrógeno para recibir entregas directamente en el depósito. Esto sería más adecuado para rutas repetitivas, ya que actualmente no hay ubicaciones alternativas para repostar fuera del depósito. Esta opción no estaría disponible para pequeños centros o consumidores privados, quienes tendrían que esperar el desarrollo de una red pública de repostaje. “La adopción de FCEV es actualmente muy baja y no se espera que impacte significativamente la demanda potencial de e-combustibles antes de 2040, como mínimo”, concluye el documento.

Los vehiculos de gas pueden usarse de manera similar a los ICEV, con autonomías y velocidades de repostaje comparables. Aunque actualmente solo hay 1.400 estaciones de repostaje de gas natural en Estados Unidos (frente a casi 1.600 en 2019), los grandes depósitos también pueden comprimir gas natural de la red para repostar la flota del depósito. Sin embargo, esta no es una opción para depósitos más pequeños o usuarios privados, quienes dependerán de la red pública de repostaje. Esto se evidencia en la significativa adopción de NGV en autobuses y camiones de basura en Estados Unidos, que tienen operaciones predecibles y funcionan desde un depósito, frente a una adopción casi nula en automóviles privados. “Dado que el número de estaciones de repostaje está disminuyendo en lugar de aumentar, es poco probable que el despliegue de NGV crezca lo suficiente como para impactar la demanda potencial de e-combustibles antes de 2040, como mínimo”, apunta TEI.