Alimentando nuestro futuro transporte


Nota del editor: estamos publicando esta característica de nuestro número de septiembre de 2006 a la luz del enfoque renovado de la administración Obama sobre cómo alimentar al país sin sobrecargar la atmósfera con gases de efecto invernadero. Si somos honestos, la mayoría de nosotros en los países más ricos del mundo admitiríamos que nos gustan nuestros sistemas de transporte. Nos perm

Nota del editor: estamos publicando esta característica de nuestro número de septiembre de 2006 a la luz del enfoque renovado de la administración Obama sobre cómo alimentar al país sin sobrecargar la atmósfera con gases de efecto invernadero.

Si somos honestos, la mayoría de nosotros en los países más ricos del mundo admitiríamos que nos gustan nuestros sistemas de transporte. Nos permiten viajar cuando queremos, por lo general, puerta a puerta, solos o con familiares y amigos, y con nuestro equipaje. La red de distribución de carga, en su mayoría invisible, entrega nuestros productos y respalda nuestro estilo de vida. Entonces, ¿por qué preocuparse por el futuro y especialmente sobre cómo la energía que impulsa nuestro transporte podría estar afectando nuestro medio ambiente?

La razón es el tamaño de estos sistemas y su crecimiento aparentemente inexorable. Utilizan combustibles derivados del petróleo (gasolina y diésel) a una escala inimaginable. El carbono en estos combustibles se oxida al gas de efecto invernadero dióxido de carbono durante la combustión, y su uso masivo significa que la cantidad de dióxido de carbono que entra en la atmósfera es igualmente inmensa. El transporte representa el 25 por ciento de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. A medida que los países del mundo en desarrollo se motorizan rápidamente, la creciente demanda mundial de combustible planteará uno de los mayores desafíos para controlar la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera. La flota de vehículos ligeros de EE. UU. (Automóviles, camionetas pickup, camionetas, furgonetas y camiones pequeños) consume actualmente 150 mil millones de galones (550 mil millones de litros) de gasolina al año, o 1.3 galones de gasolina por persona por día. Si otras naciones consumieran gasolina al mismo ritmo, el consumo mundial aumentaría en un factor de casi 10.

Al mirar hacia el futuro, ¿qué posibilidades tenemos de hacer que el transporte sea mucho más sostenible, a un costo aceptable?

Nuestras opciones
Varias opciones podrían hacer una diferencia sustancial. Podríamos mejorar o cambiar la tecnología del vehículo; Podríamos cambiar la forma en que usamos nuestros vehículos; Podríamos reducir el tamaño de nuestros vehículos; Podríamos utilizar diferentes combustibles. Lo más probable es que tengamos que hacer todo esto para reducir drásticamente el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Al examinar estas alternativas, debemos tener en cuenta varios aspectos del sistema de transporte existente. Primero, está bien adaptado a su contexto primario, el mundo desarrollado. Durante décadas, ha tenido tiempo de evolucionar para equilibrar los costos económicos con las necesidades y deseos de los usuarios. En segundo lugar, este vasto sistema optimizado se basa completamente en una fuente de energía conveniente: el petróleo. Y ha desarrollado tecnologías (motores de combustión interna en motores de tierra y de chorro de agua (turbinas de gas) para el aire) que combinan bien el funcionamiento del vehículo con este combustible líquido de gran densidad energética. Finalmente, estos vehículos duran mucho tiempo. Por lo tanto, el cambio rápido es doblemente difícil. Restringir y luego reducir los impactos locales y globales de la energía del transporte llevará décadas.

También debemos tener en cuenta que las calificaciones de eficiencia pueden ser engañosas; Lo que cuenta es el combustible consumido en la conducción real. El motor de encendido por chispa de gasolina de hoy es aproximadamente un 20 por ciento eficiente en conducción urbana y un 35 por ciento eficiente en su mejor punto de operación. Sin embargo, muchos viajes cortos con un motor y una transmisión fríos, amplificados por el clima frío y la conducción agresiva, empeoran significativamente el consumo de combustible, al igual que el tiempo substancial que pasa con el motor al ralentí y las pérdidas en la transmisión. Estos fenómenos de conducción en el mundo real reducen la eficiencia promedio del motor, de manera que solo el 10 por ciento de la energía química almacenada en el tanque de combustible en realidad impulsa las ruedas. Amory Lovins, un firme defensor de los vehículos mucho más livianos y eficientes, lo ha declarado de esta manera: con un vehículo eficiente al 10 por ciento y con el conductor, el pasajero y el equipaje, una carga útil de unas 300 libras, aproximadamente el 10 por ciento del peso del vehículo. - “solo el 1% de la energía del combustible en el tanque del vehículo en realidad mueve la carga útil”.

Debemos incluir en nuestra contabilidad lo que se necesita para producir y distribuir el combustible, para conducir el vehículo durante su vida útil de 150, 000 millas (240, 000 kilómetros) y para fabricar, mantener y desechar el vehículo. Estas tres fases de operación del vehículo a menudo se denominan pozo a tanque (esta fase representa aproximadamente el 15 por ciento del uso de energía total de por vida y las emisiones de gases de efecto invernadero), tanque a ruedas (75 por ciento) y cuna a tumba (10 por ciento). Sorprendentemente, la energía requerida para producir el combustible y el vehículo no es despreciable. Esta contabilidad del ciclo de vida total se vuelve especialmente importante ya que consideramos los combustibles que no provienen del petróleo y los nuevos tipos de tecnologías de vehículos. Es lo que se usa y se emite en este sentido total lo que importa.

Mejorar la tecnología existente de vehículos de trabajo liviano puede hacer mucho. Al invertir más dinero en aumentar la eficiencia del motor y la transmisión, disminuir el peso, mejorar los neumáticos y reducir la resistencia al avance, podemos reducir el consumo de combustible en aproximadamente un tercio en los próximos 20 años, una mejora anual de 1 a 2 por ciento, en promedio. (Esta reducción costaría entre $ 500 y $ 1, 000 por vehículo; a los precios probables del combustible en el futuro, esta cantidad no aumentaría el costo de propiedad de por vida). Estas mejoras han ocurrido de manera constante durante los últimos 25 años, pero hemos comprado productos más grandes y pesados. Coches más rápidos y camionetas livianas, por lo que han intercambiado efectivamente los beneficios que podríamos haber obtenido por estos otros atributos. Aunque es más obvio en los EE. UU., Este cambio a vehículos más grandes y más potentes también se ha producido en otros lugares. Necesitamos encontrar maneras de motivar a los compradores a utilizar el potencial para reducir el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero para ahorrar combustible y contener las emisiones.

A corto plazo, si el peso y el tamaño del vehículo pueden reducirse y si tanto los compradores como los fabricantes pueden alejarse de la trayectoria cada vez mayor de caballos de fuerza / rendimiento, en el mundo desarrollado es posible que podamos reducir la tasa de demanda de petróleo, nivelarla en 15 a 20 años, aproximadamente el 20 por ciento por encima de la demanda actual, y comenzar en un camino lento hacia abajo. Esta proyección puede no parecer lo suficientemente agresiva. Sin embargo, es difícil de lograr y muy diferente de nuestra trayectoria actual de crecimiento sostenido en el consumo de petróleo en aproximadamente el 2 por ciento al año.

A más largo plazo, tenemos opciones adicionales. Podríamos desarrollar combustibles alternativos que desplazarían al menos algo de petróleo. Podríamos recurrir a nuevos sistemas de propulsión que utilizan hidrógeno o electricidad. Y podríamos ir mucho más lejos en el diseño y el fomento de la aceptación de vehículos más pequeños y livianos.

La opción de combustibles alternativos puede ser difícil de implementar a menos que las alternativas sean compatibles con el sistema de distribución existente. Además, nuestros combustibles actuales son líquidos con una alta densidad de energía: los combustibles de baja densidad requerirán tanques de combustible más grandes o tendrán un alcance menor que las aproximadamente 400 millas de la actualidad. Desde esta perspectiva, una alternativa que se destaca es el petróleo no convencional (petróleo o arenas bituminosas, petróleo pesado, esquisto bituminoso, carbón). El procesamiento de estas fuentes para producir "petróleo", sin embargo, requiere grandes cantidades de otras formas de energía, como el gas natural y la electricidad. Por lo tanto, los procesos utilizados emiten cantidades sustanciales de gases de efecto invernadero y tienen otros impactos ambientales. Además, tal procesamiento requiere grandes inversiones de capital. Sin embargo, a pesar de las consecuencias ambientales más amplias, las fuentes de petróleo no convencionales ya están comenzando a explotarse; se espera que proporcionen alrededor del 10 por ciento de los combustibles de transporte en los próximos 20 años.

También se están produciendo combustibles basados ​​en biomasa, como el etanol y el biodiesel, que a menudo se considera que emiten menos dióxido de carbono por unidad de energía. En Brasil, el etanol hecho de caña de azúcar constituye aproximadamente el 40 por ciento del combustible de transporte. En los Estados Unidos, aproximadamente el 20 por ciento de la cosecha de maíz se está convirtiendo en etanol. Gran parte de esto se mezcla con gasolina al nivel del 10 por ciento en las llamadas gasolinas reformuladas (de combustión más limpia). La reciente ley de política energética nacional de EE. UU. Planea duplicar la producción de etanol del 2 por ciento actual del combustible de transporte para 2012. Sin embargo, el fertilizante, el agua y el gas natural y la electricidad que actualmente se gasta en la producción de etanol a partir de maíz deberán reducirse sustancialmente. La producción de etanol a partir de biomasa celulósica (residuos y desechos de plantas que generalmente no se utilizan como fuente de alimento) promete ser más eficiente y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Todavía no es un proceso comercialmente viable, aunque puede llegar a serlo. El biodiesel se puede hacer a partir de varios cultivos (colza, girasol, aceites de soja) y grasas animales de desecho. Las pequeñas cantidades que se están fabricando ahora se mezclan con el combustible diesel estándar.

Es probable que el uso de combustibles basados ​​en biomasa crezca constantemente. Pero dada la incertidumbre sobre los impactos ambientales de la conversión a gran escala de cultivos de biomasa en combustible (sobre la calidad del suelo, los recursos hídricos y las emisiones generales de gases de efecto invernadero), esta fuente contribuirá, pero es poco probable que domine el suministro futuro de combustible en el corto plazo.

El uso del gas natural en el transporte varía en todo el mundo desde menos del 1 por ciento al 10 a 15 por ciento en unos pocos países donde las políticas fiscales lo hacen económico. En la década de 1990, el gas natural se abrió camino en las flotas de autobuses municipales de EE. UU. Para lograr menores emisiones; Los motores diesel con una limpieza de escape efectiva ahora están demostrando ser una opción más barata.

¿Qué pasa con la nueva tecnología de sistema de propulsión? Las innovaciones probables incluirían motores de gasolina significativamente mejorados (con un turbocompresor con inyección directa de combustible, por ejemplo), transmisiones más eficientes y motores diesel de baja emisión con catalizadores y trampas de partículas en el escape, y quizás nuevos enfoques sobre cómo se quema el combustible. ser incluido también. Los híbridos, que combinan un pequeño motor de gasolina y un motor eléctrico alimentado por batería, ya están en la carretera y los volúmenes de producción están creciendo. Estos vehículos utilizan significativamente menos gasolina en la conducción urbana, tienen menores beneficios a velocidades de autopista y cuestan unos pocos miles de dólares adicionales para comprar.

Los investigadores están explorando sistemas de propulsión más radicales y combustibles, especialmente aquellos que tienen el potencial de bajas emisiones de dióxido de carbono durante el ciclo de vida. Varias organizaciones están desarrollando vehículos de celda de combustible impulsados ​​por hidrógeno en forma híbrida con una batería y un motor eléctrico. Tales sistemas podrían aumentar la eficiencia del vehículo en un factor de dos, pero gran parte de ese beneficio se compensa con la energía consumida y las emisiones producidas al producir y distribuir el hidrógeno. Si el hidrógeno se puede producir a través de procesos de baja emisión de carbono y si se pudiera establecer un sistema de distribución práctico, tiene un bajo potencial de emisiones de efecto invernadero. Pero se necesitarían avances tecnológicos y muchas décadas antes de que el transporte basado en hidrógeno pueda convertirse en una realidad y tener un impacto generalizado.

El hidrógeno es, por supuesto, un portador de energía en lugar de una fuente de energía. La electricidad es un portador de energía alternativa con la promesa de producir energía sin liberar dióxido de carbono, y varios equipos de investigación están analizando su uso en el transporte. El mayor desafío es encontrar una batería que pueda almacenar suficiente energía para un rango de manejo razonable, a un costo aceptable. Una barrera técnica es el largo tiempo de recarga de la batería. Aquellos de nosotros que solíamos llenar un tanque de 20 galones en cuatro minutos, tendríamos que esperar varias horas para cargar una batería. Una forma de evitar el alcance de los vehículos eléctricos es el híbrido enchufable, que tiene un pequeño motor a bordo para recargar la batería cuando sea necesario. La energía utilizada podría ser, en gran medida, electricidad y solo una parte del combustible del motor. Todavía no sabemos si esta tecnología híbrida enchufable resultará ser ampliamente atractiva en el mercado.

Más allá de la adopción de sistemas de propulsión mejorados, un cambio a materiales más livianos y diferentes estructuras de vehículos podría reducir el peso y mejorar el consumo de combustible sin reducir el tamaño. Obviamente, sin embargo, la combinación de materiales más livianos y el tamaño más pequeño del vehículo produciría un efecto aún mayor. Tal vez la forma en que usamos los vehículos en el futuro diferirá radicalmente de nuestras expectativas de "vehículo de propósito general" de hoy. En el futuro, un coche diseñado específicamente para la conducción urbana puede tener sentido. Volkswagen, por ejemplo, tiene un pequeño prototipo de automóvil conceptual para dos personas que pesa 640 libras (290 kilogramos) y consume un litro de gasolina por cada 100 kilómetros (unas 240 millas por galón; el promedio de los vehículos de servicio liviano de los EE. UU. Existentes es de 10 litros por 100). kilómetros, o un poco menos de 25 millas por galón). Algunos argumentan que la reducción de personal reduce la seguridad, pero estos problemas pueden minimizarse.

Promoviendo el cambio
Una mejor tecnología indudablemente mejorará la eficiencia del combustible. En el mundo desarrollado, los mercados pueden incluso adoptar una cantidad suficiente de estas mejoras para compensar los aumentos esperados en el número de vehículos. Y es casi seguro que los precios de la gasolina aumentarán en la próxima década y más allá, lo que provocará cambios en la forma en que los consumidores compran y usan sus vehículos. Pero es poco probable que las fuerzas del mercado frenen nuestro creciente apetito por el petróleo.

Será necesario un paquete coordinado de políticas fiscales y regulatorias para que los beneficios de reducción de combustible se realicen a partir de estas mejoras futuras. Las políticas efectivas incluirían un esquema de "feebate", en el cual los clientes pagan una tarifa adicional para comprar grandes consumidores de combustible, pero obtienen un reembolso si compran modelos pequeños y de bajo consumo. El feebate se combina bien con los estándares corporativos más estrictos de Economía de Combustible Promedio (CAFE), en otras palabras, con regulaciones que requieren que los fabricantes de automóviles produzcan productos que consuman menos combustible. Agregar impuestos de combustible más altos al paquete induciría aún más a las personas a comprar modelos de bajo consumo de combustible. Y los incentivos fiscales podrían estimular cambios más rápidos en las instalaciones de producción de nuevas tecnologías. Todas estas medidas pueden ser necesarias para seguir avanzando.