Se prevé un final para los motores de combustión tradicionales?


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1 RENTING DE VEHÍCULOS Y SERVICIOS PARA EL AUTOMÓVIL Madrid, 12 de mayo de 2016 Se prevé un final para los motores de combustión tradicionales? Jesús Casanova Kindelán Catedrático de Motores Térmicos ETSII - UPM

2 Premisas Toda predicción se basa en la experiencia anterior Es muy difícil emitir una predicción con plazos temporales El futuro lo marca la evolución de los diferentes condicionantes Son cambiantes de manera a veces impredecible Los intereses creados condicionan el futuro? Menos de lo que se dice 1

3 Propulsión y fuentes de energía en automoción AUTOMÓVIL Vehículo que se mueve con la energía que transporta acumulada Sistemas de propulsión: Motor básico Térmico (de combustión) Eléctrico Fuente de energía en el vehículo: Química (combustible) ( 3500 Wh/kg) Para combustión Para pila de combustible Eléctrica ( 150 Wh/kg) Baterías Supercondensadores Combustibles: Transmisión de potencia Mecánica Hidráulica Eléctrica (por cable) Convencionales (petróleo) Alternativos (GN, GLP, ) Bio-combustibles Hidrógeno 2

4 Flujo de energía química mecánica La energía química va asociada al combustible Depende del tipo de combustible La energía mecánica se utiliza en la propulsión de las ruedas del vehículo Depende del tipo de vehículo Dos caminos (valores a 2016): Pila de combustible 0,55 C x H y O Energía química Energía eléctrica Motor eléctrico 0,95 Energía mecánica Combustión 0,95 Energía térmica Motor térmico ( 0,45) 3

5 Condicionantes de los sistemas de propulsión + fuentes de energía Contaminación urbana Calentamiento global (CO 2 ) Contaminación transfronteriza Seguridad de uso?? Sistema de propulsión Fuente de energía Dependencia externa Coste ( ) Seguridad energética Sistema de propulsión y fuente de energía se desarrollan acompasadamente 4

6 Una adecuada combinación de: Pero qué quieren los usuarios? Conductibilidad Eficiencia Medio Ambiente Seguridad Todo ello con: Coste razonable Alta Fiabilidad Buena Durabilidad 5

7 Impacto del automóvil en el medio ambiente Contaminación de la atmósfera Calidad del aire y salud pública Conceptos Calentamiento global (CO 2 ) desacoplados Ruido Contaminación del suelo y las aguas Impacto en el paisaje urbano y natural 6

8 La contaminación de la atmóféra Medio urbano Partículas (PM) Óxidos de nitrógeno (NO X ), sobre todo NO 2 NO X Ozono (O 3 ) Contaminación transfronteriza Partículas finas < 2,5 m (PM 2,5 ) PM 10 2,5 Óxidos de nitrógeno Planetario: efecto invernadero CO 2 + O 3 Emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) Motor de combustión: NO X + PM finas 7

9 Fuentes de energía para el automóvil Fósiles (petróleo, gas natural y carbón) Carburantes convencionales del petróleo evolucionados (MC) Gas natural y sus derivados (MC) Hidrógeno obtenido por reformado (ME (o MC)) MC: Motor de Combustión ME: Motor Eléctrico Energía eléctrica de la red (centrales térmicas) (ME) Renovables (hidráulica, eólica, solar y biomasa) Combustibles derivados de biomasa (biocombustibles) (MC) Hidrógeno de electrólisis por electricidad renovable (ME (o MC)) Energía eléctrica de la red (centrales hidráulicas, eólicas y solares) (ME) Nuclear (fisión) Hidrógeno de electrolisis por electricidad nuclear (ME (o MC)) Energía eléctrica por red (centrales nucleares) (ME) 8

10 Densidad de energía de las fuentes de energía Energía disponible por unidad de volumen (Energía / Volumen) En vehículos de transporte juega un importante papel Densidad de energía en volumen respecto a la gasolina 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1,00 1,12 0,74 0,54 0,67 0,42 0,23 0,23 0,05 0,04 Gasolina Gasóleo Etanol Metanol GLP GNLiquido H 2 Liquido GN Compr. Metano BateríaMh 9

11 La realidad actual Resistencia natural a cambiar aquello que funciona bien Derivados del petróleo = mejores combustibles Aun baratos frente a otras fuentes de energía Los motores actuales responden a los requerimientos del usuario Son la consecuencia de 110 años de desarrollo tecnológico muy sofisticados Desarrollo acompasado de motores y combustibles Nuevos combustibles cambios en provisión/producción Pero pocos cambios en tecnologías de motores Pila de combustible aun costosa y falta de desarrollo Vehículos eléctricos = escasa autonomía 10

12 Requerimientos medio ambientales futuros Emisiones reguladas: CO, HC, NOx, PM, ya difícil reducir más Evolución de los procedimientos de control: Euro 6c Igualar emisiones en ensayos y en la vida real Estudiar emisiones no reguladas: Metales, hidrocarburos alifáticos, olefinas, aldehídos, aromáticos, PAH, Emisiones de partículas de desgaste Diversificar fuentes de energía Combustibles de origen diverso Electricidad del mix energético 11

13 Estrategias europeas para reducir emisiones de CO 2 de los vehículos de motor Estrategia de la Comisión Europea de Transporte y Movilidad Reducción del % de las emisiones de CO 2 para el año 2050, con respecto a las de 1995 Objetivo: Disponer de la correspondiente estrategia (Clean Transport Systems) a partir del año Reglamento CE 443/2009 ( ) Emisiones medias de CO 2 en 1995: 186 g/km Reducción del 35 % para el periodo : 120 g/km Objetivo de reducción adicional del 15 % a partir del 2020: 95 g/km 12

14 El futuro de los motores de combustión Motores diésel de menor impacto ambiental y menor consumo Motores de encendido provocado de menor consumo y emisión de CO 2 Aumento de las funciones de gestión electrónica del motor. Diagnosis Los combustibles alternativos no cambian esencialmente los motores Electrificación de cada vez más funciones: Accionamiento de sistemas auxiliares (bombas) Arranque y ayuda en aceleración Propulsión y transmisión híbrida 13

15 Cómo propulsaremos los coches del futuro? Motores de combustión interna: Problema Medio Ambiente + Disponibilidad de Combustibles. Soluciones: Optimización y eficiencia Nuevos combustibles No se esperan milagros Motores eléctricos: Problema Acumulación de energía con baja densidad energética Soluciones: Hibridación con motores de combustión interna Pila de Combustible Milagros? Otros? Turbina de gas Generador eléctrico? Turbina de vapor: NO Motor Stirling: NO 14

16 El futuro. Vehículos ligeros Eléctrico Batería recargable Grado de electrificación Eléctrico Batería recergable Hibrido Motor de combustión + Eléctrico Convencional Motor de combustión Eléctrico (rango extendido) Batería recargable + Motor de combustión Hibrido Motor de combustión + Eléctrico + Batería recargable Convencional Motor de combustión + Electrificación Eléctrico Pila de combustible de H años? Escala desconocida Densidad de energía Combustibles convencionales petróleo Gas natural Biocombustibles Hidrógeno Electricidad Tiempo 15

17 Conclusión SI: se espera un final para los motores de combustión convencionales Pero eso no va a pasar mañana 16

18 RENTING DE VEHÍCULOS Y SERVICIOS PARA EL AUTOMÓVIL Madrid, 12 de mayo de 2016 Se prevé un final para los motores de combustión tradicionales? Jesús Casanova Kindelán Catedrático de Motores Térmicos ETSII - UPM

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