Rudolf Diesel na década de 1880 disse: “O motor de automóvel virá, e então eu considerarei o trabalho da minha vida completo”. Ele sabia claramente o quão importante era a sua invenção. Mas qualquer juízo que se fizesse sobre o trabalho da vida de Diesel, o próprio motor diesel estava longe de estar completo. Para começar, os seus primeiros motores eram apenas cerca de 26% eficientes. Mas isso foi há muito, muito tempo.
A eficiência potencial do motor diesel é um tema quente em 2015, mais de um século depois. Isto porque a EPA e a NHTSA dos EUA estão avaliando o potencial rigor dos novos regulamentos de eficiência para motores diesel como parte da “Fase 2” da proposta de veículos pesados. Os órgãos federais têm autoridade para regulamentar os motores de veículos pesados para alcançar o máximo de melhoria possível e adotar padrões de exigência tecnológica, dando a devida consideração ao custo da conformidade, tempo de avanço tecnológico e outras considerações.
Modernos motores diesel de ignição por compressão dominam a indústria de caminhões comerciais com motores eficientes que convertem cerca de 43%-44% da energia do combustível em trabalho de motor, com base nos motores certificados de 2013-2014. Para atender aos regulamentos de eficiência e carbono existentes, os motores de trator provavelmente reduzirão seu uso de combustível e emissões de CO2 em 6% de 2010 a 2017, ou aproximadamente 1% ao ano. A questão do momento é o quanto os motores diesel mais eficientes serão colocados na próxima fase do regulamento, de 2017 até 2024-2027.
Na proposta de junho da EPA/NHTSA, os motores diesel reduziriam seu consumo de combustível e as emissões de CO2 por unidade de trabalho em 4,2% de 2017 até 2027. As normas finais provavelmente permaneceriam em vigor por mais três anos, portanto as normas seriam aplicáveis até 2029 ou 2030. Isto significaria que as emissões de CO2 dos motores seriam reduzidas em média de 0,3% a 0,4% por ano até 2030. Como é que isto se compara com outros números existentes?
- O fabricante de motores de tractores de maior volume, Cummins, indica que os motores podem atingir uma redução de 9%-15% no consumo de combustível a partir de 2017, dentro do período de 2020-2030.
- Uma análise do motor com pesquisadores da Universidade da Virgínia Ocidental (WVU) indica que os motores diesel de trator-reboque podem melhorar em mais de 10% a partir de uma linha de base de 2017, dentro do prazo de 2020-2030.
- O trabalho do Southwest Research Institute for NHTSA indica que os motores de tractores diesel podem ver um consumo de combustível reduzido de 4%-7% – e até 8%-10% com recuperação de calor residual – a partir de uma linha de base de 2019 dentro do período de tempo da Fase 2.
- Equipas lideradas por Cummins, Daimler, Navistar e Volvo demonstraram melhorias no motor de 12%-17% a partir de uma linha de base de 2010. Estas equipas DOE SuperTruck dos EUA, como resultado, estão a atingir aproximadamente 50%-51% de eficiência térmica de travagem de pico.
- O objectivo seguinte dos programas SuperTruck iria mais longe, com uma eficiência térmica de travagem de 55% em condições de pico.
Uma pessoa não pode deixar de pensar no que Rudolf Diesel teria pensado, para saber que as últimas inovações diesel poderiam ser capazes de duplicar a eficiência dos seus primeiros designs diesel?
A figura abaixo ilustra os padrões existentes de 2014-2018, os padrões propostos de 2017-2027 e o potencial tecnológico do aumento da implantação da tecnologia baseada no estudo WVU acima mencionado em gramas de CO2 por cavalo-hora de potência de freio. O potencial tecnológico na figura sugere que os motores de trator poderiam alcançar até 7% de melhoria da tecnologia de eficiência incremental com a penetração do pacote de motores “2020+” dos estudos da WVU (ou seja, a partir de melhorias na redução de atrito, parasitismo, turboalimentação, pós-tratamento, otimização de combustão e controles avançados). Esse potencial dessas tecnologias incrementais é cerca do dobro do que as agências incluídas na regra proposta para 2027.
p>Além disso, consideramos na análise da figura o aumento da penetração de tecnologias avançadas de motores. Com uma maior penetração das tecnologias incrementais de 2020+ e uma penetração de 15% do sistema de recuperação de calor residual do ciclo Rankine orgânico (WHR) (conforme assumido pelas agências), é viável uma melhoria de CO2 em toda a frota de até 10% em 2027. Com uma maior penetração da WHR e das tecnologias DOE SuperTruck dos EUA, o potencial tecnológico é ainda maior. Os resultados indicam que as emissões de CO2 substancialmente menores do que os níveis propostos pela norma EPA-NHTSA são tecnicamente viáveis no horizonte temporal de 2025. O potencial tecnológico final de toda a frota poderia razoavelmente atingir a eficiência das demonstrações do SuperTruck da DOE nos EUA em 2014-2016, no horizonte temporal de 2030.
US Fase 1 (2014-2017) e proposta Fase 2 (2018-2030) normas reguladoras, potencial tecnológico, potencial tecnológico com aumento da recuperação de calor residual (WHR), e U.S. DOE SuperTruck demonstrações.
A decisão pendente dos EUA sobre os padrões de motores poderia ser a única ação real para melhorar substancialmente a eficiência dos motores diesel nos próximos 10-15 anos. Por essa razão, pode-se argumentar fortemente que eles devem empurrar o envelope tecnológico o máximo possível com base em tecnologias de eficiência emergentes. E a decisão tem implicações mais amplas para a inovação global, já que as mesmas empresas vendem os mesmos motores em todos os lugares. A Índia também está considerando os padrões de eficiência dos motores para seus motores de serviço pesado. Os mesmos motores de alta eficiência poderiam alimentar os caminhões movidos a diesel na China, Europa, México e em outros lugares se essas regiões seguirem o exemplo com regulamentações semelhantes e cada vez mais rigorosas.