{"id":420327,"date":"2022-01-12T19:07:23","date_gmt":"2022-01-12T22:07:23","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=420327"},"modified":"2024-06-05T16:08:51","modified_gmt":"2024-06-05T19:08:51","slug":"coches-electricos-impulsados-con-etanol","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/coches-electricos-impulsados-con-etanol\/","title":{"rendered":"Coches el\u00e9ctricos impulsados con etanol"},"content":{"rendered":"

El etanol, un combustible renovable y disponible en abundancia en Brasil, est\u00e1 siendo evaluado como una opci\u00f3n para propulsar veh\u00edculos el\u00e9ctricos, en reemplazo de la electricidad de la red p\u00fablica y eliminando el sistema de recarga tipo plug-in<\/em>, por medio de tomacorrientes, de las bater\u00edas de litio. En la carrera para que esta alternativa salga al mercado compiten grupos de investigaci\u00f3n de universidades, empresas del segmento automotor y centros de estudios de Brasil y de otros pa\u00edses. La soluci\u00f3n implica el desarrollo de un modelo de c\u00e9lula de combustible alimentada por etanol que sea t\u00e9cnica y econ\u00f3micamente factible. Las pilas o c\u00e9lulas de combustible, una especie de bater\u00edas que convierten la energ\u00eda qu\u00edmica en el\u00e9ctrica, utilizan tradicionalmente el hidr\u00f3geno como insumo.<\/p>\n

Algunas f\u00e1bricas de autom\u00f3viles y los fabricantes de autopartes instalados en el pa\u00eds han suscrito acuerdos para el desarrollo de esta tecnolog\u00eda. Parte de esos entendimientos han contado con la participaci\u00f3n del Centro de Innovaci\u00f3n en Nuevas Energ\u00edas (Cine), un Centro de Investigaciones en Ingenier\u00eda (CPE) apoyado por la FAPESP y la multinacional Shell, del cual forman parte investigadores de las universidades de Campinas (Unicamp) y de S\u00e3o Paulo (USP) y del Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas y Nucleares (Ipen).<\/p>\n

La colaboraci\u00f3n m\u00e1s antigua y avanzada es la de la f\u00e1brica japonesa Nissan y el Ipen, firmada en 2019 y renovada en junio de este a\u00f1o tras haber logrado avances. \u201cLa tecnolog\u00eda de la c\u00e9lula de combustible alimentada con etanol permite abastecer al veh\u00edculo con este combustible en cualquier gasolinera del pa\u00eds, como ya ocurre en la actualidad. A partir de ah\u00ed, el etanol se transforma [en mol\u00e9culas de hidr\u00f3geno y di\u00f3xido de carbono] y el hidr\u00f3geno obtenido en ese proceso se inyecta en la c\u00e9lula, generando la energ\u00eda necesaria para la propulsi\u00f3n del motor el\u00e9ctrico\u201d, explica el f\u00edsico Fabio Coral Fonseca, gerente del Centro de C\u00e9lulas de Combustible e Hidr\u00f3geno del Ipen.<\/p>\n

Hoy en d\u00eda, los veh\u00edculos propulsados con hidr\u00f3geno producidos y comercializados en el mundo por fabricantes tales como Toyota, Honda, BMW y Hyundai, est\u00e1n equipados con tanques llenos con ese gas. El combustible se bombea al interior de la pila de combustible, donde tienen lugar las reacciones qu\u00edmicas y se genera energ\u00eda el\u00e9ctrica, que es la que impulsa el motor. El \u00fanico residuo que se devuelve a la atm\u00f3sfera por el ca\u00f1o de escape es vapor de agua. La gran ventaja de esta tecnolog\u00eda reside en que es sostenible ambientalmente.<\/p>\n

La c\u00e9lula de combustible con etanol dise\u00f1ada por Nissan y el Ipen aprovecha el hidr\u00f3geno presente en el etanol (C2<\/sub>H6<\/sub>O) para generar energ\u00eda. El proceso, seg\u00fan explica Coral Fonseca, se inicia cuando un catalizador compuesto por \u00f3xido de cerio (CeO2<\/sub>) y metales preciosos, por ejemplo, rompe las mol\u00e9culas del etanol, separando el hidr\u00f3geno. A continuaci\u00f3n, este gas se inyecta en un dispositivo que trabaja en un rango de temperaturas que va de 600 a 800 grados Celsius (\u00baC). Estas son las pilas de combustible de \u00f3xido s\u00f3lido (SOFC), as\u00ed llamadas porque su electrolito est\u00e1 compuesto por material s\u00f3lido, generalmente un \u00f3xido. Las reacciones electroqu\u00edmicas en las SOFC transforman el hidr\u00f3geno en electricidad, la cual se almacena en una bater\u00eda recargable y se utiliza para propulsar el veh\u00edculo (v\u00e9ase la infograf\u00eda<\/em><\/a>).<\/p>\n\n \n \n \n <\/picture>\n

La ventaja del nuevo sistema radica en que no requiere hidr\u00f3geno puro, tal como ocurre en el modelo tradicional, y es apto para funcionar con mol\u00e9culas presentes en el etanol, como el carbono, que es liberado durante el proceso. \u201cEl veh\u00edculo, por lo tanto, no est\u00e1 exento de emisiones de gases de efecto invernadero, pero las emisiones son neutralizadas gracias al cultivo de la ca\u00f1a de az\u00facar\u201d, dice Coral Fonseca. \u201cEs un combustible con una cadena de producci\u00f3n sostenible\u201d.<\/p>\n

Las investigaciones del Ipen tienen por objeto reducir la temperatura de trabajo de las SOFC lo m\u00e1s cerca posible de los 600 \u00baC. Tambi\u00e9n proyectan reemplazar el uso de metales preciosos, tales como el platino y el iridio, que actualmente forman parte de su composici\u00f3n, por otros econ\u00f3micamente m\u00e1s accesibles, tales como el n\u00edquel, el circ\u00f3n y el niobio. \u201cHemos obtenido buenos resultados trabajando a 700 \u00baC\u201d, informa Coral Fonseca. Un art\u00edculo en el que describe este avance sali\u00f3 publicado en enero en la revista International Journal of Hydrogen Energy<\/em>.<\/p>\n

Otra de las ventajas de las SOFC es su eficiencia te\u00f3rica, entre un 10 % y un 20 % superior a la de las pilas de combustible tradicionales en la conversi\u00f3n de energ\u00eda qu\u00edmica en energ\u00eda el\u00e9ctrica. En un primer prototipo de veh\u00edculo dotado de una c\u00e9lula de combustible movida con etanol producido por Nissan en 2016, el autom\u00f3vil, con una carga de 30 litros de etanol, recorri\u00f3 m\u00e1s de 600 kil\u00f3metros.<\/p>\n

El gerente s\u00e9nior de ingenier\u00eda de Nissan Brasil, Ricardo Abe, sostiene que las SOFC constituyen una soluci\u00f3n para la conversi\u00f3n el\u00e9ctrica de los veh\u00edculos, m\u00e1s que nada debido a la versatilidad de los combustibles que se pueden utilizar. \u201cSe las puede alimentar con etanol, biog\u00e1s o gas natural y utilizan infraestructuras de abastecimiento ya existentes\u201d, informa. La compa\u00f1\u00eda estadounidense Karma Automotive, cuya especialidad son los veh\u00edculos el\u00e9ctricos, anunci\u00f3 que antes del final de este a\u00f1o tiene previsto realizar pruebas con autom\u00f3viles impulsados por c\u00e9lulas de combustible movidas con metanol, tambi\u00e9n conocido como alcohol met\u00edlico.<\/p>\n

En Brasil, la automotriz alemana Volkswagen anunci\u00f3 en julio que construir\u00e1 en el pa\u00eds un centro de investigaci\u00f3n y desarrollo (I&D) de biocombustibles, y la pila de combustible a etanol es uno de sus objetivos. En respuesta a una consulta de Pesquisa FAPESP<\/em>, la empresa inform\u00f3 que el centro de I&D todav\u00eda est\u00e1 siendo estructurado y consider\u00f3 prematuro dar a conocer los trabajos que se llevar\u00e1n a cabo.<\/p>\n

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L\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/a> Plantaci\u00f3n de ca\u00f1a de az\u00facar en Ipe\u00fana, en el interior del estado de S\u00e3o PauloL\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/p><\/div>\n

Un consorcio de empresas que agrupa a las multinacionales Mercedes-Benz, Stellantis (Fiat, Chrysler, Opel, Peugeot y Citro\u00ebn), Bosch y Umicore, especializada en procesos de producci\u00f3n limpios, y la brasile\u00f1a Ipiranga, estableci\u00f3 dos acuerdos de colaboraci\u00f3n con el Ipen para el desarrollo de tecnolog\u00edas para el uso de hidr\u00f3geno en veh\u00edculos. Los proyectos a\u00fan se encuentran en su fase preliminar. Uno de ellos incluye el uso de pilas de combustible de baja temperatura, que funcionan a unos 100 \u00baC, para aprovechar el etanol como combustible en autom\u00f3viles el\u00e9ctricos. El otro proyecto tiene como meta un sistema que combine etanol e hidr\u00f3geno para alimentar los motores de combusti\u00f3n tradicionales.<\/p>\n

Otro consorcio, en este caso integrado por Volkswagen, Stellantis, Toyota, Ford, Shell, Bosch, AVL y la brasile\u00f1a Caoa, tambi\u00e9n firm\u00f3 un convenio de cooperaci\u00f3n con la Unicamp para el desarrollo de pilas de combustible alimentada con etanol. El proyecto, coordinado por el f\u00edsico Hudson Zanin, de la Facultad de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Computaci\u00f3n de la Unicamp, cuenta con el apoyo de la FAPESP y de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep).<\/p>\n

Zanin explica que la propuesta es utilizar c\u00e9lulas de combustible del tipo SOFC de tercera generaci\u00f3n que operan a temperaturas de 500 a 600 \u00baC. Las pilas ser\u00e1n producidas en la Unicamp mediante el proceso de manufactura aditiva (impresi\u00f3n tridimensional) y se utilizar\u00e1n aleaciones met\u00e1licas, como el acero inoxidable, por ejemplo, para formar capas ultradelgadas, robustas y t\u00e9rmicamente seguras. La empresa inglesa Ceres Power Holdings ya est\u00e1 fabricando un modelo de estas c\u00e9lulas a escala experimental. En Europa, la nueva pila de combustible est\u00e1 siendo dise\u00f1ada para poder funcionar con metanol y con gas natural. El trabajo de la Unicamp contempla la fabricaci\u00f3n de las pilas de combustible tipo SOFC de tercera generaci\u00f3n en Brasil, y el desarrollo de un catalizador adecuado para operar con etanol. \u201cNuestra expectativa es poder contar con un modelo comercial de aqu\u00ed a cinco o siete a\u00f1os\u201d, dice Zanin.<\/p>\n

Por su parte, Abe prefiere no arriesgar pron\u00f3sticos acerca de cu\u00e1ndo estar\u00e1 disponible el sistema para salir al mercado. \u201cA\u00fan estamos en la etapa de investigaci\u00f3n y desarrollo. Lo cierto es que hemos identificado el potencial y estamos acelerando los estudios centrados en el desarrollo de los componentes para llevar el proyecto a una escala comercial\u201d, dice. Para la qu\u00edmica Ana Fl\u00e1via Nogueira, directora ejecutiva del Cine, la factibilidad de la pila de combustible a etanol depender\u00e1 de su internacionalizaci\u00f3n. \u201cPara alcanzar escala comercial, no puede ser una tecnolog\u00eda circunscrita solamente a Brasil\u201d, subraya. No obstante, Zanin estima que la tecnolog\u00eda despertar\u00e1 el inter\u00e9s de otros pa\u00edses productores de ca\u00f1a de az\u00facar en \u00c1frica, Am\u00e9rica Latina y Asia, principalmente en la India, el segundo productor mundial, tan solo detr\u00e1s de Brasil.<\/p>\n

El uso de un combustible renovable como el etanol, en el sistema de propulsi\u00f3n el\u00e9ctrica de los veh\u00edculos tiene el potencial de disipar obst\u00e1culos importantes vinculados con la sostenibilidad ambiental. El hidr\u00f3geno es una sustancia con alto poder calor\u00edfico, casi tres veces superior al di\u00e9sel, a la gasolina y al gas natural. Aparte es renovable y no emite contaminantes a la atm\u00f3sfera, sino solamente vapor de agua.<\/p>\n

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Nissan<\/span><\/a> Prototipo de Nissan equipado con una c\u00e9lula de combustible alimentada con etanolNissan<\/span><\/p><\/div>\n

El problema radica en que la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno demanda mucha energ\u00eda. Tradicionalmente, se lo obtiene a trav\u00e9s de un proceso de electr\u00f3lisis, consistente en la separaci\u00f3n de la mol\u00e9cula de hidr\u00f3geno (H2<\/sub>) del ox\u00edgeno (O) del agua. Para que sea ambientalmente sostenible, este gas tiene que estar clasificado como verde, es decir, no puede consumir reservas de agua potable y debe producirse con fuentes de energ\u00edas renovables, tales como la e\u00f3lica, la solar o la de los biocombustibles, entre ellos, el etanol.<\/p>\n

Otro reto tiene que ver con que el hidr\u00f3geno es un elemento inflamable y necesita almacenarse en tanques espec\u00edficos, aptos para absorber golpes y evitar tanto las explosiones como cualquier tipo de fugas. Asimismo, se necesita construir una red de distribuci\u00f3n capaz de abastecer a los veh\u00edculos. \u201cEl uso del etanol permite aprovechar la red de distribuci\u00f3n ya existente y los tanques de combustible comunes que utilizan los veh\u00edculos actuales\u201d, dice Fonseca.<\/p>\n

Los veh\u00edculos el\u00e9ctricos tradicionales, del tipo plug-in<\/em>, consumen electricidad de la red de distribuci\u00f3n. La matriz el\u00e9ctrica predominante en todo el planeta emplea combustibles f\u00f3siles, lo que reduce la sostenibilidad ambiental de esa soluci\u00f3n. Otro problema son las bater\u00edas de los veh\u00edculos, fabricadas con litio, un mineral que demanda mucha agua y energ\u00eda durante su proceso de extracci\u00f3n. Adem\u00e1s, genera impacto ambiental si su desechado, tras el per\u00edodo de uso de la bater\u00eda, no se realiza de manera adecuada, dado que se trata de un elemento inflamable. \u201cPara que sea verdaderamente sostenible, el veh\u00edculo el\u00e9ctrico debe tener un combustible sostenible. Y esto es lo que la pila de combustible alimentada con etanol proporciona\u201d, dice Zanin.<\/p>\n

Para Brasil, la tecnolog\u00eda tambi\u00e9n tiene otra utilidad, porque permite la subsistencia del gran parque de producci\u00f3n de etanol, que corre el riesgo de caer en la obsolescencia cuando los motores el\u00e9ctricos reemplacen a los actuales de combusti\u00f3n, algo que ocurrir\u00e1 en las pr\u00f3ximas d\u00e9cadas. El estudio \u201cElectric vehicle outlook 2020\u201d, de la consultora Bloomberg New Energy Finance, estima que, para 2040, el 58 % de los nuevos veh\u00edculos comercializados en el mundo ser\u00e1n el\u00e9ctricos.<\/p>\n

En Brasil, la Asociaci\u00f3n Nacional de Fabricantes de Veh\u00edculos Automotores (Anfavea), pronostica que en 2031, los veh\u00edculos el\u00e9ctricos ya ser\u00e1n ventajosos en t\u00e9rminos de costos y, como m\u00ednimo, la tercera parte de los autom\u00f3viles nuevos del pa\u00eds en 2035 tendr\u00e1n alg\u00fan grado de electrificaci\u00f3n, ya sea del tipo plug-in<\/em> o h\u00edbridos, en este \u00faltimo caso, una versi\u00f3n que combina el motor de combusti\u00f3n interna y la propulsi\u00f3n el\u00e9ctrica.<\/p>\n

Proyectos<\/strong>
\n1.<\/strong> Una v\u00eda sostenible para la conversi\u00f3n del metano basada en la tecnolog\u00eda electroqu\u00edmica avanzada (n\u00ba 17\/11937-4<\/a>); Modalidad<\/strong> Centros de Investigaciones en Ingenier\u00eda (CPE); Convenio<\/strong> BG E&P Brasil (Grupo Shell); Investigador responsable<\/strong> Fabio Coral Fonseca (Ipen); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 6.138.615,40
\n2.<\/strong> Divisi\u00f3n para el almacenamiento avanzado de energ\u00eda (n\u00ba 17\/11958-1<\/a>); Modalidad<\/strong> Centros de Investigaciones en Ingenier\u00eda (CPE); Convenio<\/strong> BG E&P Brasil (Grupo Shell); Investigador responsable<\/strong> Rubens Maciel Filho (Unicamp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 7.407.307,17
\n3.<\/strong> Divisi\u00f3n de investigaci\u00f3n 1: portadores densos de energ\u00eda (n\u00ba 17\/11986-5<\/a>); Modalidad<\/strong> Centros de Investigaciones en Ingenier\u00eda (CPE); Convenio<\/strong> BG E&P Brasil (Grupo Shell); Investigadora responsable<\/strong> Ana Fl\u00e1via Nogueira (Unicamp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 7.997.384,81
\n4.<\/strong> Estudios sobre el uso del bioetanol en las c\u00e9lulas de combustible (n\u00ba 14\/09087-4<\/a>); Modalidad<\/strong> Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2013 Proyecto tem\u00e1tico; Investigador responsable<\/strong> Marcelo Linardi (Ipen); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 2.997.714<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nSILVA A. A. A. et al.<\/em> The role of the ceria dopant on Ni \/ doped-ceria anodic layer cermets for direct ethanol solid oxide fuel cell<\/a>. International Journal of Hydrogen Energy<\/strong>. 09 nov. 2020.
\nSTEIL, M. C. et al.<\/em> Durable direct ethanol anode-supported solid oxide fuel cell<\/a>. Applied Energy<\/strong>. 1\u00ba ago. 2017<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Grupos de investigaci\u00f3n buscan desarrollar una tecnolog\u00eda que permita utilizar el combustible producido con base en la ca\u00f1a de az\u00facar en la movilidad el\u00e9ctrica","protected":false},"author":538,"featured_media":419858,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[276,297],"coauthors":[1346],"class_list":["post-420327","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia-es","tag-bioenergia-es","tag-ingenieria"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/420327","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/538"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=420327"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/420327\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":420591,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/420327\/revisions\/420591"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/419858"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=420327"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=420327"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=420327"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=420327"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}