En todo el mundo se utilizan varias mezclas de combustible de etanol comunes . El uso de etanol puro hidratado o anhidro en motores de combustión interna (ICE) solo es posible si los motores están diseñados o modificados para ese propósito y se utilizan solo en automóviles , camiones ligeros y motocicletas. El etanol anhidro se puede mezclar con gasolina (gasolina) para su uso en motores de gasolina, pero con un alto contenido de etanol solo después de las modificaciones del motor para medir el mayor volumen de combustible, ya que el etanol puro contiene solo 2/3 de las BTU de un volumen equivalente de gasolina pura. Las mezclas de etanol de alto porcentaje se utilizan en algunas aplicaciones de motores de carreras, ya que el índice de octano muy alto del etanol es compatible con relaciones de compresión muy altas.
Las mezclas de combustible de etanol tienen números "E" que describen el porcentaje de combustible de etanol en la mezcla por volumen; por ejemplo, E85 es 85 % de etanol anhidro y 15 % de gasolina. Las mezclas con bajo contenido de etanol suelen ser de E5 a E25, aunque a nivel internacional el uso más común del término se refiere a la mezcla E10.
Las mezclas de E10 o menos se utilizan en más de 20 países de todo el mundo, encabezados por los Estados Unidos, donde el etanol representó el 10% del suministro de combustible de gasolina de EE. UU. en 2011. [1] Las mezclas de E20 a E25 se han utilizado en Brasil desde fines de la década de 1970. El E85 se usa comúnmente en los EE. UU. y Europa para vehículos de combustible flexible . El etanol hidratado o E100 se usa en vehículos brasileños de etanol puro y vehículos livianos de combustible flexible y el E15 hidratado llamado hE15 para automóviles de gasolina modernos en los Países Bajos. [2]
El E10, una mezcla de combustible de 10% de etanol anhidro y 90% de gasolina, a veces llamada gasohol , se puede utilizar en los motores de combustión interna de la mayoría de los automóviles y vehículos ligeros modernos sin necesidad de ninguna modificación en el motor o el sistema de combustible. Las mezclas de E10 suelen tener un octanaje de 2 a 3 veces superior al de la gasolina normal y están aprobadas para su uso en todos los automóviles nuevos de EE. UU. y son obligatorias en algunas áreas por cuestiones de emisiones y otras razones. [3]
Otras mezclas comunes son la E5 y la E7. Estas concentraciones son generalmente seguras para los motores recientes que deben funcionar con gasolina pura. En 2006, se habían promulgado mandatos para mezclar bioetanol en combustibles para vehículos en al menos 36 estados/provincias y 17 países a nivel nacional, y la mayoría de los mandatos exigían una mezcla de entre el 10 y el 15 % de etanol con gasolina. [4]
Una medida de los combustibles alternativos en Estados Unidos es el " galón equivalente a gasolina " (GEG). En 2002, Estados Unidos utilizó como combustible para motores etanol equivalente a 137.000 terajulios (3,8 × 10 10 kWh), el equivalente energético de 1.130 millones de galones estadounidenses (4,3 gigalitros) de gasolina. Esto representó menos del 1% del combustible total utilizado ese año. [5]
Se considera que el E10 y otras mezclas de etanol son útiles para reducir la dependencia de los EE. UU. del petróleo extranjero y pueden reducir las emisiones de monóxido de carbono (CO) entre un 20 y un 30 % en las condiciones adecuadas. [6] Aunque el E10 reduce las emisiones de CO y gases de efecto invernadero como el CO2 en un 2 % aproximadamente en comparación con la gasolina normal, puede provocar un aumento de las emisiones por evaporación y de algunos contaminantes según factores como la antigüedad del vehículo y las condiciones climáticas. [7] Según el Departamento de Energía de Filipinas, el uso de una mezcla de etanol y gasolina de hasta un 10 % no es perjudicial para los sistemas de combustible de los automóviles. [8] En general, no se recomienda utilizar gasolina para automóviles que contenga alcohol (etanol o metanol) en los aviones. [9]
Un estudio realizado en 2011 por el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia no encontró prácticamente ninguna diferencia en el consumo de combustible en condiciones normales de conducción entre los grados de gasolina comercial 95E10 y 98E5 vendidos en Finlandia, a pesar de la percepción pública de que el consumo de combustible es significativamente mayor con 95E10. VTT realizó la prueba de comparación en condiciones de laboratorio controladas y sus mediciones mostraron que en una distancia de 100 kilómetros (62 mi), los automóviles probados utilizaron un promedio de 10,30 litros (2,27 imp gal; 2,72 US gal) de 95E10, en comparación con 10,23 litros (2,25 imp gal; 2,70 US gal) de 98E5. La diferencia fue de 0,07 a favor de 98E5 en promedio, lo que significa que el uso de gasolina 95E10, que tiene un mayor contenido de etanol, aumenta el consumo en un 0,7%. Cuando se normalizan las mediciones, la diferencia llega a ser del 1,0%, un resultado que es altamente consistente con una estimación de los valores caloríficos basada en la composición aproximada del combustible, que resultó en un 1,1% a favor del E5. [57]
En Suecia, toda la gasolina de 95 octanos es E10 (entre el 6 y el 10 por ciento de etanol) desde el 1 de agosto de 2021, cuando se aumentó la proporción de etanol de E5. A principios y mediados de la década de 1990, algunas cadenas de combustible también vendían E10. Todos los automóviles de gasolina nuevos y muchos de los más antiguos que se compren en Suecia deben admitir este combustible, [61] ya que, a partir de enero de 2011, la Directiva sobre la calidad de los combustibles (Directiva 2009/30/CE) se aplicó mediante su transposición a la legislación de Suecia como miembro de los 27 estados miembros de la UE. [62]
El E15 contiene un 15 % de etanol y un 85 % de gasolina. Esta es, en general, la proporción más alta de etanol respecto de la gasolina que se puede utilizar en vehículos que algunos fabricantes de automóviles recomiendan que funcionen con E10 en los EE. UU. [63] [64] Esto se debe a la hidrofilia y al poder disolvente del etanol.
Como resultado de la Ley de Independencia y Seguridad Energética de 2007 , que ordena un aumento de los combustibles renovables para el sector del transporte, el Departamento de Energía de los EE. UU. comenzó a evaluar la viabilidad de usar mezclas intermedias de etanol en la flota de vehículos existente como una forma de permitir un mayor consumo de combustible de etanol. [65] El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) realizó pruebas para evaluar los impactos potenciales de las mezclas intermedias de etanol en vehículos heredados y otros motores. [65] [66] En un informe preliminar publicado en octubre de 2008, el NREL presentó los resultados de las primeras evaluaciones de los efectos de las mezclas de gasolina E10, E15 y E20 en las emisiones de escape y evaporación, la durabilidad del catalizador y del motor, la manejabilidad del vehículo, la operatividad del motor y los materiales del vehículo y del motor. [65] [66] Este informe preliminar encontró que ninguno de los vehículos mostró una luz indicadora de mal funcionamiento como resultado de la mezcla de etanol utilizada; no se observaron síntomas de obstrucción del filtro de combustible; No se observaron problemas de arranque en frío en condiciones de laboratorio de 24 °C (75 °F) y 10 °C (50 °F); y como se esperaba, la tecnología informática disponible en los vehículos de modelos más nuevos se adapta al octanaje más alto, lo que provoca menores emisiones con mayor potencia y, en algunos casos, mayor economía de combustible. [65]
Otras fuentes hacen la afirmación contraria sobre el ahorro de combustible. Según Consumer Reports , "el etanol no tiene tanta densidad energética como la gasolina normal, por lo que el ahorro de combustible con gasolina E15 será menor". [67]
En marzo de 2009, un grupo de presión de la industria del etanol, Growth Energy, solicitó formalmente a la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) que permitiera aumentar el contenido de etanol en la gasolina del 10% al 15%. Entre las organizaciones que realizaron dichos estudios se encuentran el Departamento de Energía, el Estado de Minnesota, la Asociación de Combustibles Renovables , el Instituto de Tecnología de Rochester , el Centro de Investigación Automotriz de Minnesota y la Universidad de Estocolmo en Suecia. [68]
En octubre de 2010, la EPA otorgó una exención para permitir que hasta un 15% de etanol mezclado con gasolina se venda solo para automóviles y camionetas ligeras con un año de modelo de 2007 o posterior, lo que representa aproximadamente el 15% de los vehículos en las carreteras de los EE. UU. [69] [70] [71] En enero de 2011, la exención se amplió para autorizar el uso de E15 para incluir vehículos de pasajeros del año modelo 2001 al 2006. La EPA también decidió no otorgar ninguna exención para el uso de E15 en motocicletas, vehículos pesados o motores no de carretera porque los datos de prueba actuales no respaldan tal exención. Según la Asociación de Combustibles Renovables, las exenciones del E15 cubren actualmente el 62% de los vehículos que circulan por las carreteras de los EE. UU., y el grupo de etanol estima que si todos los automóviles y camionetas del año 2001 en adelante utilizaran E15, el límite teórico de mezcla para el uso de etanol sería de aproximadamente 17,5 mil millones de galones (66,2 mil millones de litros) por año. La EPA todavía estaba estudiando si los automóviles más antiguos pueden soportar una mezcla de etanol del 15%. [72] [73]
La exención de la EPA autoriza la venta de E15 sólo del 15 de septiembre al 31 de mayo a través de una manguera negra y una manguera amarilla a vehículos de combustible flexible sólo del 1 de junio al 14 de septiembre. Los minoristas han evitado construir infraestructura debido a los costosos requisitos regulatorios que han creado una barrera práctica para la comercialización de la mezcla más alta. La mayoría de las estaciones de servicio no tienen suficientes bombas para ofrecer la nueva mezcla, pocas de las bombas existentes están certificadas para dispensar E15 y no hay tanques dedicados disponibles para almacenar E15. Además, algunas regulaciones estatales y federales tendrían que cambiar antes de que el E15 pueda venderse legalmente. [69] [70] La Asociación Nacional de Tiendas de Conveniencia, que representa a la mayoría de los minoristas de gasolina, considera que el potencial de demanda real de E15 es pequeño, "porque la industria automotriz no está adoptando el combustible y no está ajustando sus garantías o recomendaciones para el tipo de combustible". Una posible solución a las barreras de infraestructura es la introducción de bombas mezcladoras que permitan a los consumidores girar un dial para seleccionar el nivel de etanol, lo que también permitiría a los propietarios de automóviles de combustible flexible comprar combustible E85. [73]
En junio de 2011, la EPA, en cooperación con la Comisión Federal de Comercio , emitió su resolución final con respecto a la etiqueta de advertencia E15 que debe exhibirse en todos los dispensadores de combustible E15 en los EE. UU. para informar a los consumidores sobre qué vehículos pueden y qué vehículos y equipos no pueden usar la mezcla E15. Tanto la Alianza de Fabricantes de Automóviles como la Asociación Nacional de Petroquímicos y Refinadores se quejaron de que confiar únicamente en esta etiqueta de advertencia no es suficiente para proteger a los consumidores de un combustible incorrecto. [74] [75] En julio de 2012, una estación de servicio en Lawrence, Kansas, se convirtió en la primera en los EE. UU. en vender la mezcla E15. El combustible se vende a través de una bomba mezcladora que permite a los clientes elegir entre E10, E15, E30 o E85, y estas últimas mezclas se venden solo a vehículos de combustible flexible . [76] A partir de junio de 2013 [actualizar], hay alrededor de 24 estaciones de servicio que venden E15 de 180.000 estaciones en todo los EE. UU. [77]
En diciembre de 2010, varios grupos, entre ellos la Alianza de Fabricantes de Automóviles, el Instituto Americano del Petróleo , la Asociación de Fabricantes Internacionales de Automóviles , la Asociación Nacional de Fabricantes Marinos, el Instituto de Equipos Eléctricos para Exteriores y la Asociación de Fabricantes de Alimentos , presentaron una demanda contra la EPA en el Tribunal de Apelaciones de los Estados Unidos para el Circuito del Distrito de Columbia . Los demandantes argumentaron que la EPA no tiene la autoridad para emitir una "exención parcial" que cubra algunos automóviles y no otros. Entre otros argumentos, los grupos argumentaron que la mezcla más alta de etanol no solo es un problema para los automóviles, sino también para las bombas de combustible y los tanques subterráneos no diseñados para la mezcla E15. También se argumentó que el aumento del etanol ha contribuido al gran salto en los precios del maíz en los últimos años. [78] [79] En agosto de 2012, el tribunal federal de apelaciones rechazó la demanda contra la EPA. El caso fue desestimado por una razón técnica, ya que el tribunal dictaminó que los grupos no tenían legitimidad legal para impugnar la decisión de la EPA de emitir la exención para el E15. [79] [80] En junio de 2013, la Corte Suprema de Estados Unidos se negó a escuchar una apelación de grupos industriales opuestos al fallo de la EPA sobre el E15, y dejó en pie el fallo del tribunal federal de apelaciones de 2012. [77]
A partir de noviembre de 2012 [actualizar], las ventas de E15 no están autorizadas en California y, según la Junta de Recursos del Aire de California (CARB), la mezcla aún está esperando aprobación, y en una declaración pública la agencia dijo que " tomaría varios años completar las pruebas de vehículos y el desarrollo de reglas necesarias para introducir un nuevo combustible de transporte en el mercado de California ". [81]
Según una encuesta realizada por la Asociación Estadounidense del Automóvil (AAA) en 2012, solo alrededor de 12 millones de los más de 240 millones de vehículos ligeros en las carreteras de EE. UU. en 2012 están aprobados por los fabricantes y son totalmente compatibles con la gasolina E15. Según la asociación, BMW , Chrysler , Nissan , Toyota y Volkswagen advirtieron que sus garantías no cubrirán los daños relacionados con E15. [82] A pesar de la controversia, para ajustarse a las regulaciones de la EPA, los vehículos del año modelo 2012 y 2013 fabricados por General Motors pueden usar combustible que contenga hasta un 15 por ciento de etanol, como se indica en los manuales de los propietarios de los vehículos. Sin embargo, el fabricante de automóviles advirtió que para los vehículos del año modelo 2011 o anteriores, "recomiendan encarecidamente que los clientes de GM consulten sus manuales de propietarios para conocer la designación de combustible adecuada para sus vehículos". Ford Motor Company también está fabricando todos sus vehículos 2013 compatibles con E15, incluidos los eléctricos híbridos y los vehículos con motores Ecoboost . [83] Los Porsches fabricados desde 2001 también están aprobados por su fabricante para usar E15. [82] Volkswagen anunció que para el año modelo 2014, toda su línea será compatible con E15. [84] Fiat Chrysler Automobiles anunció en agosto de 2015 que todos los vehículos Chrysler / Fiat , Jeep , Dodge y Ram del año modelo 2016 serán compatibles con E15. [85]
En noviembre de 2013, la Agencia de Protección Ambiental abrió a comentarios públicos su propuesta para reducir la cantidad de etanol requerida en el suministro de gasolina de los EE. UU. según lo dispuesto por la Ley de Independencia y Seguridad Energética de 2007. La agencia citó problemas con el aumento de la mezcla de etanol por encima del 10%. Este límite, conocido como el "muro de mezcla", se refiere a la dificultad práctica de incorporar cantidades cada vez mayores de etanol en el suministro de combustible para el transporte en volúmenes superiores a los alcanzados con la venta de casi toda la gasolina como E10. [86] [87]
Desde 2008, en las gasolineras públicas de los Países Bajos se ha introducido una mezcla de etanol hidratado al 15 % y gasolina al 85 %, hE15. Las especificaciones de combustible de etanol en todo el mundo dictan tradicionalmente el uso de etanol anhidro (menos del 1 % de agua) para la mezcla de gasolina. Esto genera costos adicionales, uso de energía e impactos ambientales asociados con el paso de procesamiento adicional necesario para deshidratar el etanol hidratado producido mediante destilación (3,5-4,9 % en volumen de agua) para cumplir con las especificaciones actuales de etanol anhidro. Un descubrimiento patentado revela que el etanol hidratado se puede utilizar de manera efectiva en la mayoría de las aplicaciones de mezcla de etanol y gasolina. [88] [89]
Según la especificación de la Agencia Nacional del Petróleo (ANP) de Brasil, el etanol hidratado contiene hasta un 4,9 % en volumen de agua. En el caso del hE15, esto representaría hasta un 0,74 % en volumen de agua en la mezcla total. La evidencia científica japonesa y alemana reveló que el agua es un inhibidor de la corrosión por etanol. [90]
Los experimentos muestran que el agua en el etanol combustible inhibe la corrosión seca. Con 10.000 ppm de agua en los experimentos E50 de JARI y 3.500 ppm de agua en los experimentos E20 de TU Darmstadt, la corrosión del alcoholato/alcóxido se detuvo. En el etanol combustible, esto se asemeja a 20.000 ppm o 2% en volumen en el caso de JARI y 5 x 3500 = 17.500 ppm de 1,75% en volumen en el caso de TU Darmstadt. Las observaciones coinciden con el hecho de que el etanol hidratado es conocido por ser menos corrosivo que el etanol anhidro. El mecanismo de reacción será el mismo en mezclas de bajo a medio. Cuando hay suficiente agua presente en el combustible, el aluminio reaccionará preferentemente con agua para producir óxido de aluminio, reparando la capa protectora de óxido de aluminio, por lo que se detiene la corrosión. El alcoholato/alcóxido de aluminio no forma una capa de óxido compacta, por lo que continúa la corrosión. En otras palabras, el agua es esencial para reparar los agujeros en la capa de óxido. Basándose en los resultados japoneses/alemanes, actualmente se propone un mínimo de 2% en volumen o 2,52% m/m de agua en la revisión de la especificación del etanol hidratado para mezclarlo en gasolina en niveles E10+. La inyección de agua tiene efectos positivos adicionales en el rendimiento del motor (eficiencia termodinámica) y reduce las emisiones generales de CO2 . [ cita requerida ]
En general, se espera que la transición del etanol anhidro al etanol hidratado para la mezcla de gasolina contribuya significativamente a la competitividad en términos de costos del etanol, al balance energético neto del ciclo del combustible, a la calidad del aire y a las emisiones de gases de efecto invernadero. [91]
El nivel de mezcla superior al 10% (V/V) se elige tanto desde una perspectiva técnica (de seguridad) como para distinguir el producto en Europa de la gasolina sin plomo normal por razones de impuestos y claridad para el cliente. Pruebas a pequeña escala han demostrado que muchos vehículos con tipos de motor modernos pueden funcionar sin problemas con esta mezcla de etanol hidratado. Los escenarios de abastecimiento mixto con mezclas de etanol anhidro a un nivel del 5% o 10% no inducen la separación de fases. Como no se recomienda evitar la mezcla con E0, en particular a temperaturas extremadamente bajas, en los sistemas logísticos y motores, se presenta una especificación separada para el uso controlado en un Acuerdo Técnico de los Países Bajos NTA 8115. El NTA 8115 está escrito para una aplicación mundial en el comercio y la mezcla de combustibles. [92]
El E20 contiene 20% de etanol y 80% de gasolina, mientras que el E25 contiene 25% de etanol. Estas mezclas se han utilizado ampliamente en Brasil desde finales de la década de 1970. [96] Como respuesta a la crisis del petróleo de 1973 , el gobierno brasileño hizo obligatoria la mezcla de combustible de etanol con gasolina, fluctuando entre el 10% y el 22% desde 1976 hasta 1992. [96] Debido a esta mezcla mínima obligatoria de gasolina, la gasolina pura (E0) ya no se vende en Brasil. En octubre de 1993 se aprobó una ley federal que establecía una mezcla obligatoria de 22% de etanol anhidro (E22) en todo el país. Esta ley también autorizó al Ejecutivo a fijar diferentes porcentajes de etanol dentro de límites preestablecidos, y desde 2003, estos límites se fijaron en un máximo de 25% (E25) y un mínimo de 20% (E20) por volumen. [30] [96] Desde entonces, el gobierno ha fijado el porcentaje de la mezcla de etanol de acuerdo con los resultados de la cosecha de caña de azúcar y la producción de etanol a partir de la caña de azúcar, lo que da lugar a variaciones en la mezcla incluso dentro del mismo año. [96]
Desde el 1 de julio de 2007, la mezcla obligatoria se fijó en 25% de etanol anhidro (E25) por decreto ejecutivo, [93] y esta ha sido la mezcla de gasolina estándar vendida en todo Brasil la mayor parte del tiempo a partir de 2011. [98] Sin embargo, como resultado de una escasez de suministro y los altos precios resultantes del combustible de etanol, en 2010, el gobierno ordenó una reducción temporal de la mezcla de 90 días de E25 a E20 a partir del 1 de febrero de 2010. [94] [99] Como los precios aumentaron abruptamente nuevamente debido a la escasez de suministro que tuvo lugar nuevamente entre las temporadas de cosecha de 2010 y 2011, algo de etanol tuvo que ser importado de los Estados Unidos, y en abril de 2011, el gobierno redujo la mezcla mínima obligatoria al 18%, dejando el rango de mezcla obligatoria entre E18 y E25. [95] [97]
Todos los fabricantes de automóviles brasileños han adaptado sus motores de gasolina para funcionar sin problemas con esta gama de mezclas, por lo que todos los vehículos de gasolina están construidos para funcionar con mezclas de E20 a E25, definidas por la ley local como "gasolina común tipo C". [100] [101] Algunos vehículos pueden funcionar correctamente con concentraciones más bajas de etanol, pero con algunas excepciones, no pueden funcionar sin problemas con gasolina pura, lo que provoca detonaciones en el motor , como lo han demostrado los vehículos que viajan a los países vecinos de América del Sur. [102] Los vehículos de combustible flexible , que pueden funcionar con cualquier tipo de gasolina E20-E25 hasta proporciones de etanol hidratado al 100% (E100 o etanol hidratado), [103] estuvieron disponibles por primera vez a mediados de 2003. En julio de 2008, el 86% de todos los vehículos livianos nuevos vendidos en Brasil eran de combustible flexible, y sólo dos fabricantes de automóviles construyen modelos con un motor flex-fuel optimizado para operar con gasolina pura (E0): Renault con los modelos Clio , [102] [104] Symbol , Logan , Sandero y Mégane , y Fiat con el Siena Tetrafuel . [105] [106]
Tailandia introdujo el E20 en 2008, [107] pero la escasez de suministros de etanol a mediados de 2008 provocó un retraso en la expansión de la red de estaciones de servicio de E20 en el país. [108] A mediados de 2010, 161 estaciones de servicio vendían E20, y las ventas han aumentado un 80% desde abril de 2009. [109] El rápido crecimiento de la demanda de E20 se debe a que la mayoría de los modelos de vehículos lanzados desde 2009 eran compatibles con E20, y se espera que las ventas de E20 crezcan más rápido una vez que más fabricantes de automóviles locales comiencen a producir automóviles pequeños, compatibles con E20 y de bajo consumo de combustible. El gobierno tailandés está promoviendo el uso de etanol a través de subsidios, ya que el etanol cuesta cuatro baht (alrededor de 12 centavos de dólar estadounidense) el litro más que la gasolina. [109]
Una ley estatal aprobada en Minnesota en 2005 ordenó que el etanol comprendiera el 20% de toda la gasolina vendida en este estado estadounidense a partir de 2013. Se han realizado pruebas exitosas para determinar el rendimiento bajo E20 de los vehículos actuales y el equipo de distribución de combustible diseñado para E10. [110] Sin embargo, este mandato se retrasó posteriormente hasta 2015 y nunca ha entrado en vigor porque la EPA federal aún no ha autorizado el uso de E20 como reemplazo de la gasolina.
Un estudio encargado por BP y publicado en septiembre de 2013 concluyó que el uso de biocombustibles avanzados en el Reino Unido, y en particular el etanol celulósico E20 , es una forma más rentable de reducir las emisiones que el uso de vehículos eléctricos enchufables (PEV) en el período hasta 2030. El estudio también encontró que el uso de mezclas más altas de biocombustibles es complementario a los vehículos eléctricos híbridos (HEV) y los híbridos enchufables (PHEV). Los vehículos eléctricos a batería (VEB) pueden generar importantes ahorros de CO2 con una red eléctrica descarbonizada, pero se espera que tengan costos significativamente más altos que los vehículos con motor de combustión interna y los autos híbridos hasta 2030, ya que se espera que estos últimos sean los modelos más populares en 2030. Según el estudio, en 2030 una mezcla de E20 en un HEV puede lograr un ahorro de emisiones del 10% en comparación con un HEV que funcione con E5, por un costo anual de combustible premium de £13 en comparación con un costo anual de £195 para un auto totalmente eléctrico. [111] [112]
El E70 contiene un 70 % de etanol y un 30 % de gasolina, mientras que el E75 contiene un 75 % de etanol. Estas mezclas invernales se utilizan en los Estados Unidos y Suecia para vehículos de combustible flexible E85 durante el clima frío, pero aún se venden en las estaciones de servicio con la etiqueta E85 . [114] La reducción estacional del contenido de etanol a una mezcla invernal E85 es obligatoria para evitar problemas de arranque en frío a bajas temperaturas. [114] [115]
En los EE. UU., esta reducción estacional del contenido de etanol a E70 se aplica solo en regiones frías, donde las temperaturas caen por debajo de los 32 °F (0 °C) durante el invierno. [116] [117] En Wyoming , por ejemplo, el E70 se vende como E85 de octubre a mayo. [114] [118] En Suecia, todos los vehículos de combustible flexible E85 utilizan una mezcla de invierno E75. [115] Esta mezcla se introdujo desde el invierno de 2006-07 y el E75 se utiliza desde noviembre hasta marzo. [119]
Para temperaturas inferiores a -15 °C (5 °F ), todos los vehículos E85 flex requieren un calentador de bloque de motor para evitar problemas de arranque en frío. [119] El uso de este dispositivo también se recomienda para vehículos de gasolina cuando las temperaturas caen por debajo de -23 °C (-9 °F ). [120] Otra opción cuando se espera un clima extremadamente frío es agregar más gasolina pura en el tanque, reduciendo así el contenido de etanol por debajo de la mezcla de invierno E70, o simplemente no usar E85 durante períodos de temperaturas extremadamente bajas. [119] [120]
El E85, una mezcla de 85% de etanol y ~15% de gasolina, es generalmente la mezcla de combustible con mayor contenido de etanol que se encuentra en los Estados Unidos y varios países europeos, particularmente en Suecia, ya que esta mezcla es el combustible estándar para vehículos de combustible flexible . Esta mezcla tiene un octanaje de 108, sin embargo, la molécula de etanol también lleva consigo un átomo de oxígeno , mientras que la gasolina no, lo que requiere efectivamente que el motor de combustión interna ingiera menos aire por unidad de volumen por su propia cuenta, lo que reduce las pérdidas de bombeo y aumenta aún más la reacción química exotérmica . El combustible de etanol se considera, aunque no es ampliamente conocido como, una forma de "sobrealimentación química", similar a la del óxido nitroso (N 2 O) y el nitrometano (CH 3 NO 2 ).
El límite del 85% en el contenido de etanol se estableció para reducir las emisiones de etanol a bajas temperaturas y evitar problemas de arranque en frío durante el clima frío, a temperaturas inferiores a 11 °C (52 °F). [116] Se utiliza una reducción adicional en el contenido de etanol durante el invierno en regiones donde las temperaturas caen por debajo de 0 °C (32 °F) [117] y esta mezcla se llama Winter E85, ya que el combustible todavía se vende bajo la etiqueta E85. Una mezcla de invierno de E70 es obligatoria en algunas regiones de los EE. UU., [114] [118] mientras que Suecia exige E75. [115] [119] Algunas regiones de los Estados Unidos ahora permiten que el E51 (51% de etanol, 49% de gasolina) se venda como E85 en los meses de invierno.
En octubre de 2010, había casi 3000 surtidores de combustible E85 en Europa, encabezados por Suecia con 1699 estaciones de servicio. [121] [122] En agosto de 2014, Estados Unidos tenía 3354 surtidores públicos de combustible E85 ubicados en 2154 ciudades, principalmente concentrados en el Medio Oeste . [123]
Tailandia introdujo el combustible E85 a finales de 2008 y, a mediados de 2010, solo había cuatro estaciones de servicio de E85 disponibles, con planes de ampliarlas a 15 estaciones para 2012. [109]
Una restricción importante que dificulta las ventas de vehículos flex E85 o el abastecimiento con E85 es la limitada infraestructura disponible para vender E85 al público, ya que en 2014 solo el 2 por ciento de las estaciones de servicio de motor ofrecían E85, [124] frente a aproximadamente el 1 por ciento en 2011. [125] En noviembre de 2015 [actualizar], solo había 3218 estaciones de servicio de gasolina que vendían E85 al público en todo Estados Unidos, [126] mientras que alrededor de 156 000 puntos de venta minorista de combustible para motores no ofrecen la mezcla E85. [124] El número de E85 aumentó de 1229 en 2007 a 2442 en 2011, pero solo aumentó un 7 % entre 2011 y 2013, cuando el total alcanzó los 2625. [124] Hay una gran concentración de estaciones de E85 en los estados del Cinturón del Maíz , y a partir de noviembre de 2015 [actualizar], el estado líder es Minnesota con 274 estaciones, seguido de Michigan con 231, Illinois con 225, Iowa con 204, Indiana con 188, Texas con 181, Wisconsin con 152, y Ohio con 126. Sólo ocho estados no tienen E85 disponible para el público, Alaska , Delaware , Hawaii , Montana , Maine , New Hampshire , Rhode Island , y Vermont . [127] La principal limitación para una expansión más rápida de la disponibilidad de E85 es que requiere tanques de almacenamiento dedicados en las estaciones de servicio, [120] a un costo estimado de US$60.000 por cada tanque de etanol dedicado. [128] Un estudio realizado por el Departamento de Energía de los EE.UU. concluyó que cada estación de servicio en Estados Unidos podría ser convertida para manejar E85 a un costo de $3.4 mil millones a $10.1 mil millones.
ED95 designa una mezcla de 95% de etanol y 5% de mejorador de ignición; se utiliza en motores diésel modificados donde se utiliza una alta compresión para encender el combustible, [129] a diferencia del funcionamiento de los motores de gasolina, donde se utilizan bujías . Este combustible fue desarrollado por el productor sueco de etanol SEKAB. [129] Debido a las altas temperaturas de ignición del etanol puro, la adición de mejorador de ignición es necesaria para el funcionamiento exitoso del motor diésel . Un motor diésel que funciona con etanol también tiene una relación de compresión más alta y un sistema de combustible adaptado.
Este combustible se ha utilizado con éxito en muchos autobuses suecos de Scania desde 1985, que ha producido alrededor de 700 autobuses de etanol, más de 600 de ellos a ciudades suecas, y más recientemente también ha entregado autobuses de etanol para servicio comercial en Gran Bretaña, España, Italia, Bélgica y Noruega. [130] A junio de 2010, Estocolmo tiene la flota de autobuses ED95 de etanol más grande del mundo. [130] [131]
En 2010, el motor sueco ED95 se encuentra en su tercera generación y ya cumple con las normas de emisiones Euro 5 , sin ningún tipo de postratamiento de los gases de escape. El motor propulsado por etanol también está siendo certificado como vehículo ambientalmente mejorado (EEV) en el municipio de Estocolmo. La norma EEV aún no tiene fecha de entrada en vigor en Europa y es más estricta que la norma Euro 5. [132]
Nottingham se convirtió en la primera ciudad de Inglaterra en operar un servicio regular de autobuses con vehículos propulsados por etanol. Tres autobuses ED95 de un solo piso entraron en servicio regular en la ciudad en marzo de 2008. Poco después, Reading también introdujo autobuses ED95 de dos pisos. [133]
Bajo los auspicios del proyecto BioEtanol para el Transporte Sostenible , más de 138 autobuses ED95 de bioetanol fueron parte de una prueba de demostración en cuatro ciudades, tres en Europa y una en Brasil, entre 2006 y 2009. [2] [134] [135] Un total de 127 autobuses ED95 operaron en Estocolmo , cinco autobuses operaron en Madrid , tres en La Spezia y uno en Brasil. [2] En Brasil, el primer autobús Scania ED95 con un motor diésel modificado se introdujo como prueba en la ciudad de São Paulo en diciembre de 2007, y desde noviembre de 2009, dos autobuses ED95 estuvieron en servicio regular. [135] [136] [137] [138] El proyecto de prueba brasileño duró tres años y el rendimiento y las emisiones fueron monitoreados por el Centro Nacional de Referencia en Biomasa (CENBIO- portugués : Centro Nacional de Referência em Biomassa ) de la Universidad de São Paulo . [139]
En noviembre de 2010, el gobierno municipal de la ciudad de São Paulo firmó un acuerdo con UNICA , Cosan , Scania y Viação Metropolitana , un operador de autobuses local, para introducir una flota de 50 autobuses ED95 propulsados por etanol para mayo de 2011. Scania fabrica el motor y el chasis del autobús en su planta ubicada en São Bernardo do Campo , São Paulo, utilizando la misma tecnología y combustible que los autobuses ED95 que ya operan en Estocolmo . La carrocería del autobús es una CAIO brasileña. [140] [141] Los primeros autobuses propulsados por etanol se entregaron en mayo de 2011, y los 50 autobuses comenzarán a prestar servicio regular en junio de 2011 en la región sur de São Paulo. [139] Los 50 autobuses ED95 tuvieron un costo de R$ 20 millones ( US$ 12,3 millones ) y debido al mayor costo del combustible ED95 y al menor contenido energético del etanol en comparación con el diésel, una de las empresas participantes del acuerdo de cooperación, Raísen (una empresa conjunta entre Royal Dutch Shell y Cosan ), suministra el combustible al municipio a un 70% del precio de mercado del diésel regular. [139] [142]
El E100 es combustible de etanol puro . El etanol hidratado puro como combustible automotriz se ha utilizado ampliamente en Brasil desde fines de la década de 1970 para vehículos de etanol puro [96] [143] y más recientemente para vehículos de combustible flexible. [144] [145] El combustible de etanol utilizado en Brasil se destila cerca de la mezcla azeotrópica de 95,63 % de etanol y 4,37 % de agua (en peso), que es aproximadamente 3,5 % de agua en volumen. [146] El azeótropo es la concentración más alta de etanol que se puede lograr mediante una destilación fraccionada simple . La concentración máxima de agua según la especificación de la Agência Nacional do Petróleo (ANP) es de 4,9 % en volumen (aproximadamente 6,1 % en peso) [147]. La nomenclatura E no se adopta en Brasil, pero el etanol hidratado puede etiquetarse como E100, lo que significa que no tiene gasolina, porque el contenido de agua no es un aditivo, sino un residuo del proceso de destilación. Sin embargo, algunos autores también denominan al etanol hidratado puro E95. [148] [149]
El primer vehículo comercial capaz de funcionar con etanol puro fue el Ford Modelo T , producido entre 1908 y 1927. Estaba equipado con un carburador con chorro ajustable, lo que permitía el uso de gasolina o etanol, o una combinación de ambos. [120] [150] [151] [152] En ese momento, otros fabricantes de automóviles también proporcionaban motores para el uso de combustible de etanol. [120] Posteriormente, y como respuesta a las crisis energéticas de 1973 y 1979 , se lanzó al mercado brasileño el primer vehículo moderno capaz de funcionar con etanol hidratado puro (E100), el Fiat 147 , [153] después de pruebas con varios prototipos desarrollados por las filiales brasileñas de Fiat , Volkswagen , General Motors y Ford . [143] En septiembre de 2012 , todavía había 1,1 millones de vehículos de etanol puro en uso en Brasil. [154] Desde 2003, los vehículos de combustible flexible más nuevos brasileños pueden funcionar con etanol hidratado puro (E100) o mezclado con cualquier combinación de gasolina E20 a E27,5 [144] [145] (una mezcla hecha con etanol anhidro), la mezcla obligatoria a nivel nacional. [30] [93] En septiembre de 2012 , había 17,1 millones de vehículos de combustible flexible circulando por las carreteras brasileñas. [154][actualizar][actualizar]
El E100 impone una limitación en el funcionamiento normal del vehículo, ya que la menor presión de evaporación del etanol (en comparación con la gasolina) causa problemas cuando se arranca el motor en frío a temperaturas inferiores a 15 °C (59 °F). [155] Por esta razón, tanto los vehículos de etanol puro como los de combustible flexible E100 se construyen con un pequeño depósito de gasolina adicional dentro del compartimiento del motor para ayudar a arrancar el motor cuando está frío inyectando inicialmente gasolina. Una vez arrancado, el motor vuelve a funcionar con etanol. [155] Se desarrolló una generación mejorada de motores de combustible flexible para eliminar la necesidad del tanque de gasolina secundario calentando el combustible de etanol durante el arranque, [156] [157] y permitiéndoles arrancar a temperaturas tan bajas como −5 °C (23 °F ), [158] la temperatura más baja esperada en cualquier lugar del territorio brasileño. [159] El Polo E-Flex , lanzado en marzo de 2009, fue el primer modelo de combustible flexible sin un tanque auxiliar para el arranque en frío. El sistema de calentamiento, llamado Flex Start, fue desarrollado por Robert Bosch GmbH . [160] [161]
Los fabricantes de automóviles suecos han desarrollado motores que solo pueden utilizar etanol para el nuevo Saab Aero X BioPower 100 Concept E100, con un motor V6 que se alimenta completamente de bioetanol E100, [162] [163] y la edición limitada del Koenigsegg CCXR , una versión del CCX convertida para usar E85 o E100, así como gasolina estándar de 98 octanos, y actualmente el vehículo de combustible flexible más rápido y potente con su V8 biturbo que produce 1018 hp cuando funciona con biocombustible, en comparación con los 806 hp de la gasolina sin plomo de 91 octanos . [164] [165]
La mayor eficiencia de combustible del E100 (en comparación con el metanol) en los autos de carrera de alto rendimiento dio como resultado que las carreras de Indianápolis 500 en 2007 y 2008 se realizaran con etanol de grado combustible al 100%. [166]
El uso de mezclas de etanol en vehículos de gasolina convencionales está restringido a mezclas bajas, ya que la combinación etanol-gasolina es corrosiva y puede degradar algunos de los materiales del motor y del sistema de combustible. Además, el motor debe ajustarse para una relación de compresión más alta en comparación con un motor de gasolina pura para aprovechar el mayor contenido de oxígeno del etanol, lo que permite una mejora en la eficiencia del combustible y una reducción de las emisiones del tubo de escape. [113] La siguiente tabla muestra las modificaciones necesarias en los motores de gasolina para que funcionen sin problemas y sin degradar ningún material. Esta información se basa en las modificaciones realizadas por la industria automotriz brasileña al comienzo del programa de etanol en ese país a fines de la década de 1970, y refleja la experiencia de Volkswagen do Brasil . [167]
Las desventajas de las mezclas de combustible de etanol cuando se utilizan en motores diseñados exclusivamente para gasolina incluyen un menor consumo de combustible, corrosión del metal, deterioro de los componentes de plástico y caucho del sistema de combustible, sistemas de combustible obstruidos, inyectores de combustible y carburadores, delaminación de los tanques de combustible compuestos, acumulación de barniz en las piezas del motor, componentes internos del motor dañados o destruidos, absorción de agua, separación de fases de combustible y vida útil de almacenamiento de combustible más corta. [169] [170] [171] Muchos de los principales fabricantes de automóviles, marinos, motocicletas, equipos de jardinería, generadores y otros motores de combustión interna han emitido advertencias y precauciones sobre el uso de gasolinas mezcladas con etanol de cualquier tipo en sus motores, [172] y la Administración Federal de Aviación y los principales fabricantes de motores de aviación han prohibido el uso de gasolinas automotrices mezcladas con etanol en aviones ligeros debido a problemas de seguridad por daños en el sistema de combustible y el motor. [169] [170] [171] [173]
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Para citar revista se requiere |journal=( ayuda ) Ver Tabla I – Especificaciones para AEAC y AEHC en "Anexo: Regulamente Técnico ANP Nº 7/2005.