Rudolf Diesel, en la década de 1880, dijo: «El motor del automóvil vendrá, y entonces consideraré el trabajo de mi vida completo». Estaba claro que sabía lo importante que era su invento. Pero sea cual sea el juicio que haya que hacer sobre la obra de la vida de Diesel, el motor diésel en sí no estaba ni mucho menos completo. Por un lado, sus primeros motores sólo tenían un 26% de eficiencia. Pero eso fue hace mucho, mucho tiempo.
La eficiencia potencial del motor diésel es un tema candente en 2015, más de un siglo después. Esto se debe a que la EPA y la NHTSA de Estados Unidos están evaluando el posible rigor de las nuevas regulaciones de eficiencia para los motores diésel como parte de la propuesta de la «Fase 2» de vehículos pesados. Las agencias federales tienen la autoridad para regular los motores de los vehículos pesados para lograr la máxima mejora factible y adoptar normas de forzamiento de la tecnología, dando la debida consideración al coste del cumplimiento, el tiempo de espera de la tecnología y otras consideraciones.
Los modernos motores diésel de encendido por compresión dominan la industria de los camiones comerciales con motores eficientes que convierten alrededor del 43%-44% de la energía del combustible en el trabajo del motor, basado en los motores certificados de 2013-2014. Para cumplir la normativa vigente sobre eficiencia y emisiones de carbono, los motores de las tractoras deberán reducir su consumo de combustible y sus emisiones de CO2 en un 6% de 2010 a 2017, es decir, aproximadamente un 1% al año. La cuestión del momento es cuánto más eficientes serán los motores diésel en la siguiente fase de la normativa, desde 2017 hasta el plazo de 2024-2027.
En la propuesta de junio de la EPA/NHTSA, los motores diésel reducirían su consumo de combustible y sus emisiones de CO2 por unidad de trabajo en un 4,2% desde 2017 hasta 2027. Las normas finales probablemente seguirían en vigor durante tres años más, por lo que las normas se aplicarían hasta 2029 o 2030. Esto significaría que las emisiones de CO2 de los motores se reducirían una media del 0,3% al 0,4% anual hasta 2030. Cómo se compara esto con otras cifras que hay por ahí?
- El fabricante de motores para tractores de mayor volumen, Cummins, indica que los motores pueden lograr una reducción del 9%-15% en el uso de combustible desde 2017, en el plazo de 2020-2030.
- Un análisis de motores con investigadores de la Universidad de Virginia Occidental (WVU) indica que los motores diésel de los tractores-remolques pueden mejorar en más de un 10% con respecto a la línea base de 2017 en el plazo de 2020 y siguientes.
- El trabajo realizado por el Instituto de Investigación del Suroeste para la NHTSA indica que los motores de tractores diésel pueden ver reducido su consumo de combustible entre un 4% y un 7% -y hasta un 8%-10% con la recuperación de calor residual- a partir de una línea de base de 2019 dentro del marco temporal de la Fase 2.
- Los equipos liderados por Cummins, Daimler, Navistar y Volvo demostraron mejoras en los motores entre un 12% y un 17% a partir de una línea de base de 2010. Estos equipos de SuperTruck del DOE de Estados Unidos, como resultado, están logrando aproximadamente un 50%-51% de eficiencia térmica de frenado en condiciones de pico.
- El objetivo de seguimiento de los programas de SuperTruck iría más allá, con una eficiencia térmica de frenado del 55% en condiciones de pico.
Uno no puede evitar preguntarse qué habría pensado Rudolf Diesel, al saber que las últimas innovaciones diésel podrían ser capaces de duplicar la eficiencia de sus primeros diseños diésel.
La figura siguiente ilustra las normas existentes de 2014 a 2018, las normas propuestas de 2017 a 2027, y el potencial tecnológico de un mayor despliegue de la tecnología basada en el estudio de la WVU antes mencionado en gramos de CO2 por hora-caballo-freno. El potencial tecnológico de la figura sugiere que los motores de los tractores podrían lograr hasta un 7% de mejora a partir de la tecnología de eficiencia incremental con la penetración del paquete de motores «2020+» de los estudios de la WVU (es decir, a partir de las mejoras de la reducción de la fricción, el parasitismo, la turboalimentación, el postratamiento, la optimización de la combustión y los controles avanzados). Este potencial de estas tecnologías incrementales es aproximadamente el doble de lo que las agencias incluyeron en la norma propuesta para 2027.
Además, consideramos una mayor penetración de las tecnologías avanzadas de motores en el análisis de la figura. Con una mayor penetración de las tecnologías incrementales de 2020+ y una penetración del 15% del sistema de recuperación de calor residual (WHR) de ciclo Rankine orgánico (como suponen las agencias), es factible una mejora del CO2 en toda la flota de hasta el 10% en 2027. Con una mayor penetración de las tecnologías WHR y U.S. DOE SuperTruck, el potencial tecnológico es aún mayor. Los resultados indican que son técnicamente alcanzables unas emisiones de CO2 sustancialmente inferiores a los niveles estándar propuestos por la EPA y la NHTSA en el marco temporal de 2025. El potencial tecnológico final de toda la flota podría cumplir razonablemente con la eficiencia de las demostraciones de SuperTruck del DOE de 2014-2016 en el marco temporal de 2030.
Normas reglamentarias de la Fase 1 de EE.UU. (2014-2017) y de la Fase 2 propuesta (2018-2030), potencial tecnológico, potencial tecnológico con una mayor recuperación de calor residual (WHR) y SuperTruck de EE.La decisión pendiente de EE.UU. sobre las normas de los motores podría ser la única acción real para mejorar sustancialmente la eficiencia de los motores diesel en los próximos 10-15 años. Por esa razón, se puede argumentar con fuerza que deberían impulsar los límites de la tecnología tanto como sea factible en base a las tecnologías de eficiencia emergentes. Y la decisión tiene implicaciones más amplias para la innovación mundial, ya que las mismas empresas venden los mismos motores en todas partes. La India también está estudiando normas de eficiencia para sus motores pesados. Los mismos motores de alta eficiencia podrían alimentar a los camiones diésel en China, Europa, México y otros lugares si estas regiones siguen el ejemplo con regulaciones similares y cada vez más estrictas.