Aceite vegetal no modificado como combustible para automoción
Peder Jensen, IPTS
Asunto: El aceite vegetal se ha considerado como un posible combustible para automoción al menos desde 1912, cuando Rudolf Diesel (inventor del motor diesel) lo mencionó en una solicitud de patente. Desde la década de los 70 se ha venido trabajando en la modificación de los motores diesel, para adaptarlos a que funcionen con aceite vegetal no modificado o "directo" (straight vegetable oil, SVO). Se ha comprobado que el concepto es válido. Hay sin embargo, varios obstáculos estructurales que impiden el éxito de este combustible en el mercado, y que se deben abordar si se pretende que este combustible juegue un papel en el suministro de combustible en el futuro.
Relevancia: Europa está desarrollando actualmente una política de combustibles alternativos, destinada a diversificar el suministro de combustible para aumentar su seguridad, y simultáneamente tratar de limitar las emisiones de CO2. Una directiva sobre la promoción de biocombustibles para el transporte acaba de aprobarse y constituirá la base para la acción. Una estrategia clave a corto y medio plazo consiste en incrementar la proporción de biocombustibles en la mezcla. Puesto que los recursos de donde van a provenir los biocombustibles son limitados, es importante concentrarse en los sectores en los que los beneficios pueden ser mayores.
La opinión expresada aquí es la del autor y no refleja necesariamente la de la Comisión Europea.
Introducción
En noviembre de 2002, los telespectadores del programa de automóviles de la BBC "Top Gear" pudieron presenciar una interesante demostración. Unos 5 litros de aceite de cocina usado, procedentes de un asador local, fueron filtrados a través de una tela, se les añadió una cucharada de etanol y se vertió la mezcla en el depósito vacío de un viejo automóvil diesel Volvo. El coche arrancó y recorrió la pista de pruebas: el futuro del suministro de energía para nuestro parque automovilístico estaba asegurado.
Pero lo que no se trató en el programa fue una serie de temas tales como la duración, la posibilidad de arrancar en frío, el comportamiento medioambiental, etc. que podrían haber estropeado la historia. El propósito de este artículo es "rellenar los huecos" en este debate y situar al aceite vegetal directo en un nicho en el que pueda suponer una contribución importante, tanto para la economía agrícola como para la sostenibilidad del sistema de transporte.
El interés por utilizar aceite vegetal como combustible para vehículos se remonta a hace un siglo, cuando Rudolf Diesel imaginó el aceite vegetal como la fuente de combustible a largo plazo para los motores diesel
El interés por utilizar aceite vegetal como combustible para vehículos se remonta a hace un siglo, cuando Rudolf Diesel imaginó el aceite vegetal como la fuente de combustible a largo plazo para los motores diesel. Más recientemente, el sector agrícola se ha convertido en el promotor más fuerte, ya que el aceite vegetal constituye evidentemente una salida para productos agrícolas. Inicialmente se creía que sería posible utilizar esos aceites directamente, con sólo un ligero tratamiento. Las pruebas realizadas por la industria del motor han demostrado que los motores diesel sin modificar funcionarán inicialmente de un modo satisfactorio, pero pronto tendrán problemas de duración, principalmente en el área de los inyectores de combustible, los anillos de los pistones y la estabilidad del aceite lubricante. Por esta razón, las necesidades de los motores tienen que modificarse. Actualmente hay varias instalaciones que pueden realizar dichas modificaciones, principalmente en Alemania, donde más de 5.000 vehículos están utilizando ya SVO1. El último avance es que el SVO se ha reconocido formalmente como un biocombustible, junto con sus parientes más conocidos como el biodiesel y el bioetanol, con la aprobación de una directiva de la UE sobre promoción de biocombustibles, que menciona específicamente al "aceite vegetal puro de plantas oleaginosas" como combustible.
Proceso de producción y consumo del aceite vegetal
Se pueden utilizar muchos cultivos para la producción de SVO, pero en la práctica solamente se utiliza en la actualidad en Europa el aceite de colza. El proceso de producción es relativamente simple, ya que consiste sencillamente en cultivar y recolectar las semillas, prensar el aceite a baja temperatura y filtrar el producto final para eliminar las impurezas. Por tanto, la tecnología de producción se puede aplicar casi a cualquier escala.
Se pueden usar muchos cultivos para la producción de SVO, pero en la práctica solamente se utiliza en la actualidad en Europa el aceite de colza
La producción se halla limitada por la disponibilidad de tierra cultivable, en cuanto a extensión total de terreno utilizable; en cuanto a competencia con otros cultivos (alimentos, etc.); en cuanto a necesidades de rotación de cultivos (la colza sólo puede plantarse cada 5 a 7 años en el mismo terreno) y a causa del Acuerdo Blair House2 entre la UE y EE.UU, que limita la extensión disponible para la producción de aceites de semillas en la UE.
El prensado del aceite a pequeña escala, en una estructura descentralizada, generalmente dará como resultado un rendimiento total de aceite menor, puesto que el prensado en frío no es capaz de extraer todo el aceite de las semillas. Los valores típicos del rendimiento giran alrededor del 77%, si bien se pueden dar valores superiores al 87%. En molinos de aceite mayores, utilizando extracción con hexano como disolvente, el rendimiento típico es del 98% del contenido total de aceite de las semillas.3 El empleo de la extracción con hexano aumenta el coste del tratamiento, puesto que el hexano empleado en la extracción tiene que eliminarse antes de que el alimento proteínico (los residuos del prensado de las semillas) pueda utilizarse como pienso animal. Se trata por lo tanto de encontrar un compromiso económico, cuando se quieran utilizar los residuos como piensos.
Alemania ha establecido normas para los combustibles de aceites vegetales que también se están utilizando en otros países
Existe una norma de calidad para el mercado alemán (RK-Qualitätsstandard)4, que el SVO debe cumplir. Otros países siguen también la misma norma. Seguirla no es ningún problema para el aceite puro de colza prensado en frío, pero puede serlo para algunos aceites disponibles en el mercado, especialmente si se han prensado a temperaturas más altas para incrementar el rendimiento en el prensado. Por tanto, una adopción a mayor escala requeriría una separación en el mercado de los diferentes aceites, para asegurar una calidad adecuada a los consumidores. La utilización de aceites de cocina tendría problemas similares, y generalmente no se consideran como fuente para SVO, sino más bien para biodiesel.
Cuadro 1. Aceite vegetal y biodiesel
El aceite vegetal no modificado o "directo" (SVO), que a veces se denomina Aceite Vegetal Puro (Pure Plant Oil, PPO) (el término utilizado en la directiva de biocombustibles publicada por la Comisión Europea es "aceite vegetal puro de plantas oleaginosas"), es un aceite vegetal no modificado, como el aceite de colza, el aceite de semillas de mostaza, el aceite de pepitas de girasol, etc. En principio se podría utilizar la mayoría de los aceites disponibles en los supermercados. El SVO solamente tiene un rendimiento óptimo en los motores diesel modificados.
El aceite vegetal de residuos (Waste Vegetable Oil, WVO), consiste básicamente en aceite usado desechado por la industria alimentaria (por ejemplo, aceite de freír), que por lo tanto requiere algo de filtrado. Una vez limpio, puede utilizarse sin modificar como combustible, o como una base para biodiesel.
El biodiesel es un aceite vegetal que ha sido modificado químicamente mediante una reacción con metanol (eterizado) con lo que se obtiene un producto parecido al diesel (biodiesel) con glicerina como subproducto. El biodiesel puede utilizarse en motores no modificados, generalmente mezclado con diesel fósil.
El proceso de consumo es el mismo que el del combustible diesel ordinario, excepto por la necesidad de modificar los motores. Las modificaciones cuestan aproximadamente de 1.500 a 6.000 euros5, dependiendo del tipo de motor, taller, etc. y constituyen, como tal, un coste extra importante para el propietario del vehículo (algunos talleres ofrecen un kit para automontaje y un curso de instalación a un precio sensiblemente inferior). En la producción industrial a gran escala el coste debería ser sólo ligeramente superior al de un motor diesel normal, debido a la necesidad de un equipo de precalentamiento para el combustible (Ansø6 estima un coste adicional de menos de 300 euros). Un motor modificado para funcionar con SVO puede funcionar con diesel fósil, puesto que el funcionamiento general del motor es el mismo. Se puede asumir, sin embargo, que las modificaciones que se hacen en los inyectores, etc. afectarán a las características de combustión por lo que ya no funcionarán de modo óptimo con diesel fósil. El diesel fósil por tanto representa una solución sustitutiva mientras se circula por zonas sin acceso al SVO, pero no puede considerarse como condición normal de conducción del vehículo.
El SVO y el biodiesel se utilizan del mismo modo que el combustible normal, aunque las modificaciones que hay que hacer para adaptar un motor normal suponen un coste adicional
El mercado alemán de las soluciones con SVO es, con mucho, el más desarrollado, con más del 95% de la flota de vehículos SVO de Europa registrados en Alemania. Ello se debe, principalmente, a un grupo relativamente pequeño de entusiastas que han promocionado activamente el concepto y que han desarrollado los kits necesarios para modificar los motores, etc.
El sistema de distribución de SVO está menos desarrollado que el del diesel fósil. En el mercado mejor desarrollado hay unas 109 estaciones de suministro, muchas de las cuales tienen, sin embargo, un horario de apertura reducido (por ejemplo, dependiente del horario de un taller que realiza las modificaciones de los motores). Además, hay una red de proveedores que venden SVO a granel (por ejemplo 1.000 litros) lo que permite a los usuarios tener en sus domicilios un gran depósito para llenar, desde él, sus vehículos7.
Actualmente, el precio del SVO en Alemania es de 50-60 céntimos/litro, lo que aproximadamente es un 25% inferior al precio del diesel fósil. El consumidor tiene pues un incentivo económico para utilizar el SVO, siempre y cuando no se le apliquen impuestos. Puede esperarse, sin embargo, que el precio de mercado del SVO se incremente algo si el consumo aumenta significativamente. A pesar de que el contenido energético por volumen es de un 8 a 10% inferior al del diesel fósil, hay todavía una ganancia económica del 15% aproximadamente, en la actualidad.
Utilizar SVO es hoy menos conveniente que utilizar productos tradicionales. Por tanto, se debe deducir que la conversión es atractiva principalmente para conductores:
que se puedan beneficiar de los precios inferiores del SVO por sus grandes necesidades de desplazamiento;
o que adopten precozmente la tecnología por razones más idealistas.
Dada la infraestructura de distribución, más limitada, y la necesidad de convertir los motores, utilizar SVO es hoy menos conveniente que utilizar productos tradicionales. Por tanto es probable que sea atractivo para conductores que se puedan beneficiar de los precios inferiores o que lo adopten por sus ventajas medioambientales
Comportamiento medioambiental de los vehículos de SVO
La bibliografía científica sobre el comportamiento medioambiental de los vehículos de SVO es bastante limitada. Se presentaron algunos estudios hace 15 o 20 años, concluyendo en general que el aceite vegetal no era viable como combustible. La mayoría de estos estudios se realizó, sin embargo, con motores sin modificar y, como tales, no comparables con los modernos motores modificados.
La imagen que emerge de los ensayos con motores modificados indica que las emisiones de la mayoría de los contaminantes son algo menores en el caso de los SVO, pero hay una tendencia hacia emisiones iguales o ligeramente mayores de NOx y de partículas ultra finas. Sin embargo, como el azufre prácticamente no está presente en el combustible, los SVO deberían funcionar bien con sistemas de post-tratamiento de gases de escape, ofreciendo así mejoras importantes en las emisiones, en comparación con la norma actual. Está en curso un estudio en Alemania, para investigar estos temas en más detalle.
Los ensayos medioambientales con motores modificados indican que los SVO producen emisiones algo menores de la mayoría de los contaminantes., pero con una tendencia hacia emisiones iguales o ligeramente más elevadas de NOx y de partículas ultra finas
En cuanto al CO2, los ensayos muestran que los niveles de emisión son similares a los del diesel fósil. Pero si se descuenta la absorción de CO2 durante el crecimiento de la planta, la imagen cambia drásticamente, como ocurre también con otros biocombustibles. Dependiendo de las precondiciones en cuanto al uso de subproductos, la reducción indicativa de emisión de CO2, en comparación con el diesel fósil, es del orden de 80 a 96%8. Hay que reiterar que las reducciones son indicativas, ya que la disponibilidad, la transparencia y la comparabilidad de los diferentes estudios son limitadas. Según la reglamentación nacional alemana sobre la clasificación de los riesgos del agua, el SVO es inofensivo para las aguas subterráneas (clase NWG) lo que significa que los vertidos de aceite no causan daños apreciables al medio ambiente. En comparación, el biodiesel se encuadra en la clase de riesgos WG1, como el aceite bruto viscoso, el fueloil pesado y otros varios productos químicos y aceites minerales9.
Nicho de mercado para el SVO
El SVO representa sólo, hoy en día, un nicho marginal en el mercado de combustibles para el transporte. La mayoría de los vehículos que funcionan con SVO son vehículos estándar convertidos, pero ya hay kits para la conversión de muchos modelos corrientes de motores. Actualmente, la mayoría de los motores diesel del mercado se podrían convertir a SVO, incluyendo las versiones avanzadas de TDI y los motores especiales utilizados en vehículos de 3 litros/100 km. Uno de los principales proveedores de equipos de conversión ha desarrollado también un motor diseñado específicamente para funcionar con SVO. Además, un fabricante de tractores comercializa un tractor adaptado específicamente al SVO, como parte de un programa de introducción en el mercado. Por tanto, la tecnología se debe considerar como disponible y lista para el mercado, aunque todavía no exista producción a gran escala.
Si toda la tierra agrícola en la Europa de los 15 se incluyera en una rotación de cultivos de colza de 6 años, la producción total de SVO cubriría aproximadamente un 9% del consumo total de energía para el transporte. Por tanto, incluso en este escenario extremadamente optimista, el SVO sólo cubriría una pequeña proporción de la demanda de energía
Si toda la tierra agrícola en la Europa de los 15 se incluyera en una rotación de cultivos de colza de 6 años, la producción total de SVO cubriría aproximadamente un 9% del consumo total de energía para el transporte. Por tanto, incluso en este escenario extremadamente optimista, el SVO sólo cubriría una pequeña proporción de la demanda de energía. Un escenario más realista, que tenga en cuenta otros usos de la tierra, etc. contemplaría una participación en el mercado de menos del 5%. Por tanto, si el SVO no es un combustible importante, ¿dónde está el nicho que puede ocupar?
Los escasos requisitos de tratamiento significan que el SVO se puede producir localmente, lo cual es una ventaja, desde el punto de vista del transporte, pero al mismo tiempo puede conducir a una producción de menor calidad, ya que los esquemas de control serán más difíciles de implementar.
La producción local puede evadir los impuestos, incluido el IVA, un problema importante y que, como tal, representa un problema similar a los planteados por las "tiendas en granjas" donde los huevos, etc. se venden directamente. Los políticos pueden mostrarse reticentes para aceptar el SVO.
La técnica de producción poco sofisticada puede significar que haya poco espacio para más fuertes inversiones de capital en el área, ya que es más difícil gestionar y obtener un retorno razonable de las microinversiones. Por tanto la industria y los inversores pueden mostrarse reticentes en adoptar el SVO. En este contexto, el biodiesel les ofrece una alternativa mejor, ya que los requisitos de tratamiento se adaptan mejor a las mayores inversiones en plantas de conversión.
La necesidad de una infraestructura de distribución separada significa que los distribuidores de combustible son generalmente reacios a aceptar el SVO. No incrementa el mercado total, pero añade costes en el punto de distribución, ya que necesita tanques separados, bombas, etc.
La necesidad de modificar los motores significa que los fabricantes de automóviles deberán comercializar un modelo adicional de sus motores, aumentando los costes medios (debido a las series de producción menores en promedio) pero no los beneficios, ya que compiten con sus propios vehículos diesel.
En vista de los muchos obstáculos estructurales, es difícil que el SVO despegue sin una intervención externa. El SVO es una tecnología interesante en busca de su propio nicho. Para evitar que tenga que vencer todos los obstáculos de una vez, es necesario identificar un nicho en el que algunos de esos obstáculos estén ausentes. Los tractores agrícolas podrían ser uno de ellos:
Los tractores sólo se utilizarán habitualmente en las cercanías del lugar de producción del SVO.
Los tractores generalmente no están sometidos a las mismas reglamentaciones medioambientales estrictas, puesto que se usan casi siempre fuera de las zonas urbanas; por tanto, pueden utilizar un combustible que ofrezca parámetros medioambientales prometedores, aunque no se hayan comprobado plenamente, de un modo científico.
El combustible para tractores constituye un coste de producción interno en agricultura y, como tal, suele estar exento del IVA.
Los tractores representan un mercado bien definido de un tamaño (2-4 % del consumo de combustible) comparable a los recursos de que razonablemente se pueda disponer.
Los tractores se surten habitualmente de un tanque local en la explotación agraria y, por tanto, dependen sólo de una infraestructura de distribución en la que el SVO no se produce en la propia explotación.
El uso agrícola es un nicho potencial atractivo para el SVO, debido a una serie de factores como la utilización de depósitos de almacenamiento locales, los desplazamientos a distancias cortas, el régimen fiscal, etc.
Así pues, convertir la flota de tractores (y posiblemente otra maquinaria) a SVO podría dar lugar a un nicho importante para este combustible. Además, siempre habrá idealistas: algunos agricultores que utilicen SVO, probablemente optarán por una solución similar para sus vehículos privados; pero esto no es diferente de lo que ocurre hoy, cuando algunos llenan sus coches con diesel de sus propios tanques de almacenamiento, aunque ello no sea siempre legal, por razones de seguridad o fiscales.
Introducción del SVO en el mercado
Para que tal escenario se haga realidad, deberán intervenir una serie de actores:
Los fabricantes de tractores tendrán que instalar las adaptaciones necesarias en sus motores, ya en la fábrica. No hace falta decir que la instalación será siempre más barata si forma parte del proceso de producción del motor, en vez de ser una modificación posterior. Esto resolvería también los problemas de garantía que generalmente afectan a las modificaciones de los motores, cuando el fabricante original no la cubre si el motor ha sido modificado.
Los molinos de aceite deben garantizar que pueden suministrar una cantidad de combustible verificable a sus clientes, y crear servicios de distribución a granel.
Los políticos deben garantizar que las políticas agrícola y fiscal se adapten para favorecer la producción de semillas oleaginosas. Ello podría suponer negociar modificaciones a los acuerdos internacionales sobre dichas semillas en terrenos especialmente dedicados.
Los posibles beneficios de tales cambios políticos serían, entre otros:
Un sistema de transporte más sostenible (en la medida en que los tractores se cuenten como parte del sistema de transporte).
Una expansión de los mercados agrícolas para los agricultores europeos.
Un aumento en la seguridad del suministro de energía, a precios que dependan menos de la política mundial y del precio del petróleo.
Una producción de subproductos útiles, como proteínas para piensos y productos energéticos, como paja para calefacción y producción de energía.
En conclusión, el SVO es una tecnología en busca de un nicho. Una oportunidad adecuada sería convertirse en el combustible primario para el sector agrícola. Pero la decisión debe sopesarse frente a otros biocombustibles que compiten por el mismo fin:
El biodiesel tiene costes de producción más elevados, es menos respetuoso con el medio ambiente, pero puede mezclarse fácilmente con diesel fósil y utilizarse en motores no modificados.
El bioetanol da generalmente mayores rendimientos energéticos por hectárea, pero menos subproductos. Al mismo tiempo, el bioetanol sustituye a la gasolina, que es un producto excedentario en el mercado europeo, debido al aumento de la demanda de diesel y a ladisminución de la demanda de gasolina.
La conclusión está lejos de ser clara, pero si el SVO constituye una opción, el nicho de los vehículos y la maquinaria agrícolas parece ser la oportunidad más prometedora.
Peder Jensen trabaja en el IPTS en el Grupo de Transporte y Movilidad. Sus principales temas de investigación son las nuevas soluciones al transporte, tecnológicas y organizativas, incluyendo los nuevos combustibles para el transporte. Antes de incorporarse al IPTS trabajó durante dos años sobre tarifas de peaje basadas en la distancia, en la Universidad Técnica de Dinamarca, donde fue Profesor Asociado de Telemática del Transporte.
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