El mundo del automóvil se está centrando en la electromovilidad, pero su desarrollo se enfrenta a problemas y los vehículos eléctricos también tienen sus inconvenientes. Por eso muchos fabricantes aún no han renunciado a los motores de combustión interna y siguen desarrollando tecnologías para hacerlos más eficientes y minimizar su impacto ambiental.
Según la nueva normativa de la UE, se reducirá gradualmente la introducción en el mercado de coches con emisiones intensivas. Para 2030, los fabricantes deberán reducir las emisiones de CO2 de los vehículos fabricados en un 55% en el caso de los turismos y en un 50% en el de los vehículos industriales ligeros. Se espera que la norma Euro 7 anunciada en la Unión Europea aumente el coste de producción de los coches de combustión interna a partir de 2025, y una reducción gradual de las emisiones medias de CO2 hasta 0 gCO2/km en 2035 significará que en los estados miembro de la UE sólo podrán matricularse coches respetuosos con el medio ambiente, como los impulsados por hidrógeno o electricidad. Sin embargo, los motores ecológicos de combustión interna pueden convertirse en una alternativa viable.
Motores de combustión interna ecológicos: ¿qué son y cómo funcionan?
Los motores de combustión interna ecológicos son unidades que se han diseñado o modificado para reducir las emisiones nocivas. Esto incluye tanto los motores tradicionales de gasolina y diésel como los híbridos suaves y los que sólo utilizan fuentes de combustible alternativas. Los modernos motores de combustión interna siguen evolucionando, y los fabricantes introducen nuevas tecnologías. Un ejemplo es Mazda, que ha desarrollado una nueva unidad de gasolina de seis cilindros y un gran motor diésel en un sistema híbrido suave que cumplen las estrictas normas de emisiones. Mientras tanto, Porsche ha ofrecido un nuevo motor bóxer de seis cilindros, que se espera que se introduzca incluso antes de que la compañía se limite definitivamente a los propulsores eléctricos. Entre las tecnologías que utilizan combustibles modernos en automoción, el motor de hidrógeno parece especialmente interesante como posible alternativa atractiva a los coches diésel y de gasolina. Fabricantes como Toyota, la china GAC, Yamaha y Renault trabajan actualmente en un motor de combustión de hidrógeno.
¿Por qué puede ser beneficioso el desarrollo de los modernos motores de combustión interna?
El desarrollo de motores de combustión interna ecológicos es beneficioso porque permite una transición gradual a soluciones más respetuosas con el medio ambiente sin tener que cambiar toda la infraestructura. Actualmente, el mayor reto para la electromovilidad es la limitada capacidad de las baterías y el elevado precio de los coches eléctricos. Aunque la tecnología de las baterías evoluciona constantemente, los vehículos eléctricos aún pueden recorrer menos kilómetros y tienen tiempos de carga más largos que los coches tradicionales de combustión interna o de hidrógeno. Varios tipos de coches eléctricos, como los híbridos de autonomía extendida, son una posible respuesta, pero una transición completa a la electromovilidad requiere una amplia infraestructura, como una red suficientemente densa de puntos de recarga y talleres de servicio especializados. Además, la eliminación de las pilas usadas sigue siendo un problema sin resolver. Debido a su compleja estructura y a su contenido en tierras raras, no sólo provocan el agotamiento de los recursos, sino que siguen siendo difíciles de reciclar. Todo ello está provocando la búsqueda de otro tipo de combustibles que sean fáciles de obtener, procesar y que no causen emisiones nocivas al medio ambiente. Los coches eléctricos de pila de hidrógeno también plantean problemas. Su producción es cara y su eficiencia es baja, de sólo el 30-35%. Por este motivo, los modernos motores de combustión interna que podrían funcionar con combustibles respetuosos con el medio ambiente parecen ser una buena solución inmediata.
Tipos de motores ecológicos de combustión interna: ¿qué combustibles modernos de bajas emisiones se utilizan?
Los combustibles modernos de bajas emisiones, como los biocarburantes y las mezclas sintéticas, permiten reducir considerablemente las emisiones nocivas. Los motores de hidrógeno y amoníaco ofrecen emisiones casi nulas, por lo que podrían entrar en zonas de transporte limpio, por ejemplo. Otras soluciones se basan en tecnologías avanzadas para aumentar la eficiencia y reducir las emisiones, lo que las hace cada vez más competitivas frente a los vehículos eléctricos.
Motores de hidrógeno
Los motores de combustión interna que utilizan combustibles de hidrógeno modernos no emiten CO2, lo que es beneficioso en términos de cambio climático. Los productos de la combustión, en este caso, son vapor de agua y pequeñas cantidades de óxidos de nitrógeno (NOx), que es cierto que son perjudiciales para el medio ambiente, pero el uso de filtros adecuados compensa este problema. Sin embargo, la baja eficiencia energética sigue siendo un problema. El hidrógeno tiene una densidad energética muy inferior a la de los combustibles fósiles (unos 2-3 kWh/l frente a los 11 kWh/l del gasóleo). Esto significa que un motor de combustión interna debe quemar mucho más hidrógeno que combustibles fósiles, lo que conlleva una baja autonomía o la necesidad de depósitos de combustible más grandes. En un motor alternativo, sólo alrededor del 30% de la energía del combustible se utiliza para la propulsión. El resto se convierte en calor y se elimina del sistema en esa forma. Los fabricantes trabajan en un uso más eficiente del hidrógeno y de los modernos combustibles de hidrógeno. Por ejemplo, en 2021, la marca china GAC Motor ha desarrollado un motor que se espera que tenga una eficiencia superior al 44%, y ha anunciado el desarrollo de la infraestructura correspondiente.
Motores de amoníaco
El motor de amoníaco es una solución innovadora que puede revolucionar la industria del automóvil en el futuro. Durante la combustión, el amoníaco (NH₃) no emite dióxido de carbono, pero sin embargo deja una sutil huella de carbono debido a sus bajas emisiones de óxido de nitrógeno. En cambio, es fácil de conseguir y se puede producir en grandes cantidades. A diferencia del hidrógeno, puede almacenarse en forma líquida, lo que facilita mucho la logística. Toyota y Guangzhou Automobile Group (GAC) han desarrollado conjuntamente un prototipo de motor de amoníaco que utiliza componentes especialmente diseñados. Los inyectores de precisión controlan la cantidad de amoníaco que llega a la cámara de combustión, mientras que los sistemas avanzados reducen las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx). Cabe mencionar, sin embargo, que el amoníaco en sí es una sustancia tóxica, lo que suscita grandes dudas entre los usuarios potenciales. Por lo tanto, el uso de este tipo de motor se considera en este momento más bien en el contexto de las soluciones industriales – por ejemplo, para propulsar camiones, que hoy en día son una grave fuente de emisiones.
Biocarburantes y mezclas sintéticas
Otra solución para reducir la huella de carbono de los vehículos tradicionales de combustión interna son los biocarburantes producidos a partir de recursos renovables como plantas, residuos orgánicos o algas. Esto los convierte en una alternativa más ecológica a la gasolina y el gasóleo. Se dividen en biocomponentes (componentes de los carburantes líquidos) y biogás (como el biometano). Los biocarburantes ya se utilizan con éxito en motores de combustión interna, y su producción y combustión tienen un menor impacto ambiental que los combustibles fósiles. Otra categoría son los combustibles sintéticos, es decir, los hidrocarburos o sus mezclas obtenidos a partir de biomasa u otras fuentes renovables. Entre ellos se encuentran el GTL (Gas to Liquid), el BTL (Biomass to Liquid), el SynGas, producido mediante procesos de gasificación de biomasa forestal, o el SynDiesel. Son combustibles producidos químicamente y también generan menos emisiones que los combustibles fósiles tradicionales.
El futuro de los motores de combustión interna
Los motores de combustión interna han recorrido un fascinante camino evolutivo, desde diseños sencillos hasta tecnologías avanzadas. Su impacto en el desarrollo de la civilización es innegable. A pesar de la creciente popularidad de los vehículos eléctricos, algunas previsiones indican que los coches con motor de gasolina o diésel seguirán siendo una opción popular durante los próximos 10 años. Bosch, por ejemplo, predice que dos de cada tres coches matriculados en 2030 funcionarán con gasolina o gasóleo. La cada vez mayor reducción de tamaño, los filtros de partículas cada vez más precisos, los nuevos materiales y los intentos de optimizar las series existentes para que puedan cumplir los estrictos requisitos de la UE demuestran que aún queda mucho margen para la innovación en este campo, tanto en el diseño de los motores como en la carrocería de los coches de combustión. Uno de ellos son los plásticos ultraligeros, como el polipropileno espumado (EPP), por ejemplo. Permiten fabricar piezas de carrocería mucho más ligeras que los componentes tradicionales de plástico duro. Al disminuir el peso propio del vehículo, se puede reducir la combustión y alcanzar más fácilmente los objetivos exigidos por las estrictas normas Euro. Muchas empresas, entre ellas BMW, por ejemplo, aún no han fijado una fecha para el abandono progresivo de la producción de unidades de combustión. Esto es una prueba más de que la tecnología aún puede tener mucho que ofrecer.