Nuevo motor ‘verde’ para camiones de mercancías

Para reducir el impacto medioambiental de los camiones de mercancías que más circulan por las carreteras europeas, los que pesan entre 18 y 25 toneladas, investigadores del instituto CMT-Motores Térmicos de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) proponen una nueva configuración de motor que conjuga todos los beneficios de los híbridos y la combustión dual-fuel (diesel-gasolina)

Los resultados de sus primeras pruebas teórico-experimentales son concluyentes: en comparación al diésel, la tecnología propuesta reduce los niveles de óxidos de nitrógeno (NOx) y hollín un 92 % y 88 %, respectivamente, y las emisiones de CO2 en el escape un 15 % –hasta los 52 gramos por tonelada y kilometro–, adelantándose así a la exigente normativa anticontaminación aprobada para la UE en 2025. Estos resultados se han publicado en la revista Energy Conversion and Management.

“El objetivo del trabajo era evaluar el potencial técnico-económico de la tecnología híbrida paralelo aplicada junto con la tecnología dual-fuel como alternativa a la electrificación pura para conseguir la drástica reducción de las emisiones de CO2 necesaria para 2025 (cuando estos camiones deberán emitir un 15 % menos de dióxido de carbono). Y las cifras que hemos obtenido, tanto de CO2 como de otros de los contaminantes más nocivos de los motores de combustión han sido más que positivos”, destaca Antonio García, profesor de la UPV e investigador en CMT-Motores Térmicos.

Este motor conjuga los beneficios de los híbridos y la combustión dual diesel-gasolina, reduciendo significativamente las emisiones de óxidos de nitrógeno, hollín y CO2 

Junto a este instituto, en el estudio han participado también dos empresas francesas con las que colabora: Volvo Group Trucks Technology y Aramco Overseas Company.

La conjunción de ambas tecnologías, combustión dual-fuel y arquitectura híbrida, permite maximizar los beneficios de cada una de ellas. “La asistencia eléctrica evita el uso del motor térmico en condiciones de baja eficiencia. A su vez, la inclusión del motor térmico en el sistema completo permite obtener vehículos económicamente viables en comparación a los puramente eléctricos, y relativamente limpios”, apunta García.

Por otra parte, la optimización de los componentes eléctricos permite operar al motor térmico en las zonas de mayor rendimiento, con un consumo de combustible un 13 % menor que el vehículo diésel convencional.

“Además de esta propuesta de nuevo motor, estamos trabajando en el uso de combustibles alternativos, como son los e-fuels, para maximizar el beneficio de esta tecnología en términos de análisis de ciclo de vida del CO2, anticipándonos así a posibles cambios en la futura normativa”, destaca García.

Simulaciones por ordenador

Otro de los autores, Santiago Martínez, también del CMT-Motores Térmicos, destaca la importancia de las simulaciones por ordenador en el trabajo de dimensionado de los distintos componentes eléctricos para ser empleados en la arquitectura híbrida paralelo junto al sistema de combustión dual-fuel. En este sentido, la simulación numérica ha sido uno de los pilares para la consecución de los resultados del estudio en un periodo de tiempo relativamente corto.

“Para este trabajo se ha desarrollado un modelo virtual del vehículo original, con funcionamiento diésel convencional, y se ha validado haciendo uso de datos experimentales obtenidos en el propio camión por la empresa Volvo. Tras ello, llevamos a cabo la optimización de los diferentes componentes eléctricos como motor, generador y batería, teniendo en cuenta ciclos de conducción reales en los que el camión desarrollaría su actividad. Esta metodología permite reducir muchísimo la cantidad de ensayos experimentales, y por lo tanto el coste de desarrollo de una determinada tecnología”, destaca Martínez.

Este nuevo motor está destinado para camiones de mercancías de 18 a 25 toneladas y se adelanta a la exigente normativa anticontaminación europea aprobada para 2025

Por su parte, Javier Monsalve, otro de los miembros del equipo del CMT-Motores Térmicos, explica que para determinar el potencial de esta tecnología con respecto a la tecnología actual, es necesario evaluar su coste teniendo en cuenta dos factores principales. Por un lado, el precio de las baterías, y por otro, el posible ahorro en términos de penalización por exceso de emisiones de CO2. En este sentido, en el análisis los investigadores tuvieron en cuenta tanto el precio actual de las baterías (~176 €/kWh) como su previsión para 2025 (~100 €/kWh), además de la penalización económica aplicada a los fabricantes de camiones en caso de no cumplir con el límite de CO2 en 2025, que será de 4250 € por gramo por tonelada y kilometro.

“Teniendo en cuenta el precio actual de las baterías y las penalizaciones propuestas por la Unión Europea para 2025, la tecnología híbrida dual-fuel para camiones de 18 a 25 toneladas presenta sus mayores beneficios haciendo uso de baterías de pequeña capacidad (hasta 10 kWh). El uso de paquetes de baterías más grandes incrementaría sustancialmente el coste total del vehículo. Es verdad que se reduciría con la previsible caída de precio de la tecnología litio-ion durante los próximos años. Pero hasta entonces, será difícil ver camiones puramente eléctricos producidos a gran escala”, concluye Monsalve.

Referencia:

A. García et al. "Dual fuel combustion and hybrid electric powertrains as potential solution to achieve 2025 emissions targets in medium duty trucks sector". Energy Conversion and Management