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El gas natural (85% a 99% metano) es un combustible fósil, se quema limpiamente, es barato y abundante en muchas partes del mundo. Debido a que el gas natural es, mayoritariamente, metano, los Vehiculos a Gas Natural (NGVs, en inglés) tienen emisiones de hidrocarburos no metánicos mucho menores que los vehículos a gasolina, pero mayores emisiones de metano. Puesto que el sistema de combustible está cerrado, no hay emisiones evaporativas y las emisiones del llenado de combustible son insignificantes. Las emisiones de partidas en frío de los NGVs también son bajas, debido que no se requiere del enriquecimiento en la partida en frío ; esto reduce las emisiones de COV y CO. Las emisiones NOx de los NGVs no controlados pueden ser mayores o menores que los vehículos de gasolina comparable o diesel, dependiendo de la tecnología del motor, pero son típicamente un poco menores.
Como un sustituto para los motores diesel convencionales con combustible de alto azufre, los NGVs de alguna manera deberían tener menores emisiones de NOx y sustancialmente menores emisiones de MP.
Hay tres tipos de vehículos a gas natural, que pueden ser manufacturados específicamente para operar con él o convertirse desde vehículos convencionales ( 1 ):
- Bi-combustibles, donde el vehículo puede operar con gas natural o gasolina
- Combustible -dual, donde el vehículo opera con diesel solamente o diesel y gas natural, con la combustión del diesel usada para quemar el gas natural ( 2 ). Para más información sobre esta opción, ver la sección "Buses en uso: Conversiones".
- Dedicados, que operan completamente a gas natural.
La mayoría de los fabricantes de vehículos ofrecen la opción dedicada solamente, debido a su mayor confiabilidad.
La mayoría de los buses a gas natural comprimido (GNC) están equipados con un motor diesel modificado a motor de ignición de chispa que está optimizado para el uso de gas natural. Se instalan cilindros de gas que pueden ser llenados en estaciones de servicios con gas natural comprimido. Tales motores pueden ser de dos tipos básicos:
- Estequiométrico - este tipo hace posible el uso de un convertidor catalítico de tres vías como los autos de gasolina común.
- Mezcla Pobre (alta proporción aire/combustible: exceso de aire en relación a la mezcla estequiométrica)– este tipo es 10% - 20% más eficiente en combustible que los motores estequiométricos ( 3 ), pero también tiene mayores emisiones de NOx. Un convertidor catalítico de tres vías es inadecuado, pero pueden usarse catalizadores de oxidación. La gran mayoría de los motores a gas natural de carga pesada son de este diseño( 3 ).
En general, los buses GNC son entre 17% a 41% menos eficientes en combustible que los buses diesel convencional ( 4 ) ( 5 ). Tienen sustancialmente menor autonomía de conducción que los buses diesel ( 4 ) - ejemplo: en ( 4 ) los buses GNC son descritos como que tienen una autonomía de conducción de 300 millas aproximadas (por cierto, dependiendo de la capacidad de los cilindros de gas) comparados a un poco más de 400 millas para los buses diesel.
Hay un gran potencial para lograr bajas emisiones cuando el GNC se usa como combustible. Algunas reducciones de emisiones en comparación con las emisiones de los buses diesel convencional se han publicado en la literatura. Debido a que diferentes fuentes hacen diferentes hipótesis respecto de la naturaleza exacta de la comparación, es esencial consultar las fuentes originales para más detalles.
- Material Particulado (MP): reducciones de 60% a 97% comparadas con buses diesel convencionales con combustible alto en azufre( 4 ) ( 2 ) ( 1 ). (Observe que los buses diesel avanzados equipados con filtro de particulado diesel y quemando combustible bajo en azufre tienen emisiones comparables, o incluso menores emisiones, de PM que los buses GNC.) También debiera observarse que el número de partículas ultrafinas de un bus llenado con GNC puede ser bastante alto, bajo ciertas modalidades de conducción.
- Oxidos de Nitrógeno (NOx): reducciones de 25% a 86% comparadas al diesel convencional ( 4 ) ( 2 ) ( 1 ).
- Monóxido de carbono (CO): reducciones de 52% a 84% comparado con diesel convencional ( 2 ) ( 1 ). Otros datos indican que las emisiones de CO del GNC podrían ser mayores que las de los diesels.
- Hidrocarburos totales (HC): significativamente mayores para GNC ( 6 ) ( 7 ). Sobre el 80% de estas emisiones están compuestas de metano, el cual tiene un bajo potencial para reaccionar en la atmósfera para crear ozono a nivel del suelo (esmog de verano) ( 2 ), pero es un poderoso gas de invernadero (ver más abajo también).
- Respecto de parámetros adicionales: los vehículos a gas natural tienen significativamente menores niveles de ruido y vibración del motor ( 2 ).
- A menos que estén equipados con un catalizador de oxidación, los vehículos GNC normalmente tienen emisiones de aldehidos mucho mayores que un diesel típico. (W22)
Según ( 4 ), "los motores a gas natural necesitarán de dispositivos de post tratamiento para cumplir con los estándares propuestos para el 2004 (0,5 g/bhp - hr) y estándares de NOx de 2007 (0,2 g/bhp - hr)" en los Estados Unidos. Respecto a las emisiones de ciclo de vida de gases con efecto invernadero (GHG), se han publicado visiones levemente distintas. Ejemplos son:
- "Analisis de ciclo de vida sugieren ahorros de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GHG) relativas a la gasolina, y posiblemente pequeños ahorros relativos al diesel" ( 1 ).
- "Para las vans de panel y vehículos pesados >3,5 toneladas, los GHG totales son comparables o levemente mayores al compararse a la operación de un diesel"( 2 ).
- "Mientras se requiere de más investigación, las emisiones de gases de efecto invernadero de los buses GNC parecen ser similares a aquellas de los buses diesel sobre una base de ciclo de combustible total, aún cuando ellos emiten más metano. Los buses a gas natural tienen inherentemente menores emisiones de dióxido de carbono que los buses diesel" ( 8 ).
- En resumen, las emisiones GHG de los NGVs serán aproximadamente de 15% a 20% menores que las de vehículos a gasolina, ya que el gas natural tiene un menor contenido de carbono por unidad de energía que la gasolina. Los NGVs emiten casi los mismos GHG que los vehículos de combustible diesel, con menores emisiones de CO2 compensadas por mayores emisiones de CH4.
Debiera observarse que estos valores de emisiones y gases de efecto de invernaderos no justifican necesariamente optar a favor de los buses GNC. La relevancia de los ahorros relativos de emisiones y la paridad en emisiones de gases de efecto invernadero deben analizarse cuidadosamente a la luz de la situación individual. De este modo por ejemplo, las reducciones de emisiones totales logradas a través de un filtro de partículas en un bus diesel convencional pueden ser perfectamente suficientes para aliviar un problema de alto nivel de PM. No obstante, debe resaltarse el hecho de que un filtro de partículas requiere de una calidad de combustible diesel con bajo contenido de azufre. Otros factores, tales como la rentabilidad , pueden ser decisivos en cuanto a la elección del sistema (ver también "buses GNC - una evaluación").
"Una medida de la confiabilidad de un bus es el número promedio de llamados de ruta. Cuando el conductor no puede completar su ruta y pide un bus de reemplazo, un llamado de ruta (que conlleva eventos desde falla del motor hasta quedarse sin gasolina) es registrado" ( 9 ). En 1996, el National Renewable Energy Laboratory (NREL) llevó a cabo un Progarma de Evaluación de Vehiculos ("Vehicle Evaluation Program") para el Departmento deEnergía de los Estados Unidos (DOE), usandoel número de llamados de ruta para evaluar la confiabilidad como bus de varios buses a combustibles alternativos ( 9 ). Aquellos llamados que involucraban componentes relacionados al motor / sistema de combustible, incluyendo llamados por quedarse sin combustible, fueron tratados separadamente de aquellos que involucraban otras partes del bus (ejemplo, puertas).
"Los buses que funcionaban con GNC en Miami tuvieron cerca de cuatro veces más llamados de ruta relacionados con sistemas de combustible alternativo por cada 1.000 millas comparados con sus contrapartes diesel. La mayoría fueron relacionados con sistemas de combustible o motor, incluyendo 9 de 81 que se quedaron sin combustible. Estos buses tienen muy bajo kilometraje porque no hay estaciones decombustible cercanas en los locales. En contraste, los buses en Tacoma tienen más de cuatro veces la acumulación de millaje de los buses de Miami. Los motores de Tacoma son un modelo un año más nuevo. Sus tasas de llamados de ruta son idénticas para GNC y diesel. En total, podemos concluir que los buses GNC son potencialmente tan confiables como los diesel. Es importante observar que el fabricante ahora está vendiendo motores GNC más nuevos y más avanzados que los que se usan en Miami o Tacoma" ( 9 ).
Según ( 5 ), "los buses GNC son sólo 50% - 75 % tan confiables como los buses diesel comparables"; ( 1 ) también afirma que ellos "son a menudo menos confiables".
Debiera señalarse que los buses dedicados a GNC son ahora (2003) una tecnología comercializada, a la venta por parte de los principales fabricantes de vehículos, con las mismas garantías que tiene los buses convencionales.
Factores que determinan el costo incremental asociado con el uso de motores a gas natural relativo al diesel en los HDDVs incluyen lo siguiente ( 4 ):
- El costo incremental de un motor a gas natural y equipamiento asociado (cilindros de gas, cañerías, válvulas, etc) en comparación con un motor diesel equivalente;
- El costo relacionado a la infraestructura de combustible requerida para el uso de GNC o GNL;
- El diferencial de costo entre GNC/GNL y combustible diesel; y
- El costo de operación y mantención relacionado con el uso de vehículos a gas natural en comparación con vehículos diesel.
La compra de buses GNC es más cara que aquella de buses diesel ( 1 ). Los gastos de operación son significativamente más altos ( 5 ). Los costos exactos dependen de la situación individual, pero diferentes estimaciones están disponibles en la literatura.
Según la International Energy Agency (IEA) ( 10 ), un bus GNC cuesta "US$ 25.000 a US$50.000 más que un bus diesel comparable (menos en países en desarrollo)" (ver, también, la tabla comparativa de costos de IEA en la vista tabular general ). Según ( 8 ), un bus diesel típico cuesta entre US$ 250.000 y US$ 275.000, un bus de gas natural entre 15% y 25% (esto es, cerca de US$ 40.000 a US$ 65.000) más.
En las descripciones de programa Flotas de buses más limpias en New York City y Buses GNC en los EE UU se dan algunas experiencias de costos en los EE UU, incluyendo costos de combustible, mantención y operación (ver también documentos ( 5 ), ( 11 ), ( 12 ), ( 13 ) y ( 14 ).
Para mayor información en profundidad o implicaciones de costos de GNC, ver también ( 4 ), ( 15 ), ( 2 ), ( 8 ), ( 6 ), ( 9 ) y ( 10 ).
Más de 1,2 millones de vehículos a gas natural- incluyendo vehículos livianos - están en uso a nivel mundial en más de 40 países, siendo Argentina (450.000), Rusia (>300.000), Italia (300.000), Canadá y EE UU (70.000) los que operan las más grandes flotas ( 2 ).
Un informe sobre la experiencia internacional con buses de transporte público a gas natural ha sido publicado por la International Association for Natural Gas Vehicles (IANGV) ( 16 ). En total, 3.500 buses a gas natural - la mayoría GNC - funcionaban en EE UU el año 2000, dando una penetración de mercado de cerca de 8%. Además, los buses a gas natural representan el 18% de las actuales pedidos de nuevos buses ( 16 ).
La ciudad de Beijing, en China, recientemente introdujo cerca de 1.500 buses de GNC.
En el Infopool, se describen los siguientes proyectos que contemplan buses GNC: buses GNC en los EE UU,buses GNC en Delhi y Flotas de buses más limpios en New York City.
Las principales barreras para el uso de los vehículos a gas natural son su alto costo de inversión y la falta de infraestructura de llenado de combustible ( 2 ) ( 8 ). Estos se pueden reducir a través de mayores penetraciones de mercado. Idealmente, debiera haber un enfoque coordinado para la introducción conjunta de vehículos a GNC y la infraestructura de servicios y de llenado de ellos.
En muchos países, el combustible diesel está subsidiado en relación con otros combustibles. La combinación de alta eficiencia de combustible para los buses diesel junto con el bajo precio del combustible diesel, a menudo, resulta en costos operacionales mucho mayores para GNC en relación al diesel.
Según ( 1 ), las desventajas del gas natural incluyen lo siguiente:
- Mayor dificultad en distribución y almacenamiento
- Autonomía de conducción más corta
- Mayor peso del estanque de combustible (cilindro de gas)
- Mayor tiempo de llenado de combustible, especialmente si se usa un sistema de llenado lento
- Preignición en el colector de entrada.
Estos factores deberían ser considerados en el desarrollo tecnológico a futuro.
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