La eficiencia energética en el transporte es la distancia útil recorrida , de pasajeros, mercancías o cualquier tipo de carga; dividido por la energía total invertida en los medios de propulsión de transporte . El aporte de energía puede presentarse en varios tipos diferentes según el tipo de propulsión, y normalmente dicha energía se presenta en forma de combustibles líquidos , energía eléctrica o energía alimentaria . [1] [2] La eficiencia energética también se conoce ocasionalmente como intensidad energética . [3] La inversa de la eficiencia energética en el transporte es el consumo de energía en el transporte.
La eficiencia energética en el transporte se describe a menudo en términos de consumo de combustible , siendo el consumo el recíproco de la economía de combustible . [2] Sin embargo, el consumo de combustible está vinculado a un medio de propulsión que utiliza combustibles líquidos , mientras que la eficiencia energética es aplicable a cualquier tipo de propulsión. Para evitar dicha confusión, y poder comparar la eficiencia energética en cualquier tipo de vehículo, los expertos suelen medir la energía en el Sistema Internacional de Unidades , es decir, julios .
Por lo tanto, en el Sistema Internacional de Unidades, la eficiencia energética en el transporte se mide en términos de metros por julio, o m/J, mientras que el consumo de energía en el transporte se mide en términos de julios por metro, o J/m. Cuanto más eficiente es un vehículo, más metros recorre con un julio (más eficiencia), o menos julios utiliza para recorrer más de un metro (menos consumo). La eficiencia energética en el transporte varía mucho según el medio de transporte. Los diferentes tipos de transporte varían desde unos cientos de kilojulios por kilómetro (kJ/km) para una bicicleta hasta decenas de megajulios por kilómetro (MJ/km) para un helicóptero .
A través del tipo de combustible utilizado y la tasa de consumo de combustible, la eficiencia energética también suele estar relacionada con el costo operativo ($/km) y las emisiones ambientales (por ejemplo, CO 2 /km).
En el Sistema Internacional de Unidades , la eficiencia energética en el transporte se mide en términos de metros por julio, o m/J . Sin embargo, se pueden aplicar varias conversiones, dependiendo de la unidad de distancia y de la unidad de energía. Para los combustibles líquidos , normalmente la cantidad de energía aportada se mide en términos del volumen del líquido, como litros o galones. Para la propulsión que funciona con electricidad, normalmente se utilizan kWh , mientras que para cualquier tipo de vehículo de propulsión humana, el aporte energético se mide en términos de Calorías . Es típico convertir entre diferentes tipos de energía y unidades.
Para el transporte de pasajeros , la eficiencia energética normalmente se mide en términos de pasajeros por distancia por unidad de energía; en el SI, pasajeros en metros por julio ( pax.m/J ); mientras que para el transporte de carga la eficiencia energética normalmente se mide en términos de la masa de la carga transportada multiplicada por la distancia por unidad de energía, en el SI, kilogramos metros por julio ( kg.m/J ). También se puede informar la eficiencia volumétrica con respecto a la capacidad del vehículo, como pasajeros-milla por galón (PMPG), [4] que se obtiene multiplicando las millas por galón de combustible por la capacidad de pasajeros o la ocupación promedio. [5] La ocupación de los vehículos personales suele ser inferior a la capacidad en un grado considerable [6] [7] y, por lo tanto, los valores calculados en función de la capacidad y la ocupación a menudo serán bastante diferentes.
La eficiencia energética se expresa en términos de economía de combustible: [2]
El consumo de energía (eficiencia recíproca) [3] se expresa en términos de consumo de combustible: [2]
Consumo de electricidad:
Producir electricidad a partir de combustible requiere mucha más energía primaria que la cantidad de electricidad producida.
Consumo de energía:
En la siguiente tabla se presentan la eficiencia energética y el consumo de energía para diferentes tipos de vehículos terrestres de pasajeros y modos de transporte, así como las tasas de ocupación estándar. Las fuentes de estas cifras se encuentran en el apartado correspondiente a cada vehículo, en el siguiente artículo. Las conversiones entre diferentes tipos de unidades son bien conocidas en la técnica.
Para la conversión entre unidades de energía de la siguiente tabla, 1 litro de gasolina equivale a 34,2 MJ , 1 kWh equivale a 3,6 MJ y 1 kilocaloría equivale a 4184 J. Para el ratio de ocupación de automóviles, se toma el valor de 1,2 pasajeros por automóvil [13 ] fue considerado. Sin embargo, en Europa este valor aumenta ligeramente hasta 1,4. [14] Las fuentes de conversiones entre unidades de medida aparecen sólo en la primera fila.
Una persona de 68 kg (150 lb) que camina a 4 km/h (2,5 mph) requiere aproximadamente 210 kilocalorías (880 kJ) de energía alimentaria por hora, lo que equivale a 4,55 km/MJ. [15] 1 galón estadounidense (3,8 L) de gasolina contiene aproximadamente 114.000 unidades térmicas británicas (120 MJ) [52] de energía, por lo que esto equivale aproximadamente a 360 millas por galón estadounidense (0,65 L/100 km).
Los velomóviles (bicicletas reclinadas cerradas) tienen la mayor eficiencia energética de cualquier modo de transporte personal conocido debido a su pequeña área frontal y su forma aerodinámica. A una velocidad de 50 km/h (31 mph), el fabricante de velomóviles WAW afirma que para transportar al pasajero sólo se necesitan 0,5 kWh (1,8 MJ) de energía cada 100 km (= 18 J/m). Esto es alrededor de 1⁄5 ( 20 % ) de lo que se necesita para impulsar una bicicleta vertical estándar sin revestimiento aerodinámico a la misma velocidad, y 1⁄50 ( 2%) de lo que consume un automóvil eléctrico o de combustible fósil promedio ( el La eficiencia del velomóvil corresponde a 4700 millas por galón estadounidense, 2000 km/L o 0,05 L/100 km). [22] La energía real de los alimentos utilizada por los humanos es de 4 a 5 veces más. [20] Desafortunadamente, su ventaja en eficiencia energética sobre las bicicletas se reduce al disminuir la velocidad y desaparece alrededor de los 10 km/h, donde la potencia necesaria para los velomóviles y las bicicletas de triatlón es casi la misma. [53]
Una bicicleta estándar, ligera y de velocidad moderada, es una de las formas de transporte más eficientes energéticamente. En comparación con caminar, un ciclista de 64 kg (140 lb) que viaja a 16 km/h (10 mph) requiere aproximadamente la mitad de la energía alimentaria por unidad de distancia: 27 kcal/km, 3,1 kWh (11 MJ) por 100 km, o 43 kcal. /mi. [15] Esto se convierte en aproximadamente 732 mpg - EE. UU. (0,321 L/100 km; 879 mpg -imp ). [54] Esto significa que una bicicleta utilizará entre 10 y 25 veces menos energía por distancia recorrida que un automóvil personal, dependiendo de la fuente de combustible y el tamaño del automóvil. Esta cifra depende de la velocidad y la masa del ciclista: mayores velocidades dan mayor resistencia al aire y los ciclistas más pesados consumen más energía por unidad de distancia. Además, debido a que las bicicletas son muy livianas (generalmente entre 7 y 15 kg), significa que su fabricación consume cantidades muy bajas de materiales y energía. En comparación con un automóvil que pesa 1500 kg o más, una bicicleta normalmente requiere entre 100 y 200 veces menos energía que un automóvil. Además, las bicicletas requieren menos espacio tanto para estacionarse como para circular y dañan menos las superficies de las carreteras, lo que añade un factor de eficiencia infraestructural.
Una bicicleta motorizada permite la fuerza humana y la asistencia de un motor de 49 cm 3 (3,0 pulgadas cúbicas), lo que proporciona una autonomía de 160 a 200 mpg -EE. UU. (1,5 a 1,2 L/100 km; 190 a 240 mpg -imp ). [ cita necesaria ] Las bicicletas eléctricas asistidas por pedales funcionan con tan solo 1,0 kWh (3,6 MJ) cada 100 km, [55] manteniendo velocidades superiores a 30 km/h (19 mph). [ cita necesaria ] Estas cifras en el mejor de los casos dependen de que un humano haga el 70% del trabajo, con alrededor de 3,6 MJ (1,0 kWh) cada 100 km provenientes del motor. Esto convierte a la bicicleta eléctrica en uno de los vehículos motorizados más eficientes posibles, sólo por detrás de un velomóvil motorizado y un monociclo eléctrico (EUC).
Los patinetes eléctricos, como los utilizados por los sistemas de uso compartido de patinetes como Bird o Lime , suelen tener un alcance máximo de menos de 30 km (19 millas) y suelen estar limitados a una velocidad máxima de 25 km/h (15,5 mph). [26] Diseñados para encajar en un nicho de última milla y circular en carriles para bicicletas, requieren poca habilidad por parte del ciclista. Debido a su peso ligero y sus motores pequeños, son extremadamente eficientes energéticamente con una eficiencia energética típica de 1,1 kWh (4,0 MJ) cada 100 km [56] (1904 MPGe 810 km/L 0,124 L/100 km), incluso más eficientes. que las bicicletas y caminar. Sin embargo, como deben recargarse con frecuencia, a menudo se recogen durante la noche con vehículos de motor, lo que anula en cierta medida esta eficiencia. El ciclo de vida de los scooters eléctricos también es notablemente más corto que el de las bicicletas, alcanzando a menudo sólo un número de años de un solo dígito.
Una variante de patineta eléctrica cruzada de monociclo eléctrico (EUC) llamada Onewheel Pint puede transportar a una persona de 50 kg durante 21,5 km a una velocidad promedio de 20 km/h. La batería tiene una capacidad de 148Wh. Sin tener en cuenta la energía perdida en calor en la etapa de carga, esto equivale a una eficiencia de 6,88 Wh/km o 0,688 kWh/100 km. [ cita necesaria ] Además, con el frenado regenerativo como característica de diseño estándar, el terreno montañoso tendría menos impacto en un EUC en comparación con un vehículo con frenos de fricción, como una bicicleta de empuje. Esto, combinado con la interacción de una sola rueda con el suelo, puede hacer del EUC el vehículo más eficiente conocido a bajas velocidades (por debajo de 25 km/h), y el velomóvil supera a la posición de más eficiente a velocidades más altas debido a su aerodinámica superior.
Los automóviles son generalmente ineficientes en comparación con otros modos de transporte, debido al peso relativamente elevado del vehículo en comparación con sus ocupantes. En términos porcentuales, si hay un ocupante en un automóvil, sólo alrededor del 0,5% de la energía total utilizada se utiliza para mover a la persona en el coche, mientras que el 99,5% restante (unas 200 veces más) se utiliza para mover el coche. sí mismo.
Un factor importante del consumo de energía de los automóviles por pasajero es la tasa de ocupación del vehículo. Aunque el consumo por unidad de distancia por vehículo aumenta al aumentar el número de pasajeros, este aumento es leve en comparación con la reducción del consumo por unidad de distancia por pasajero. Esto significa que una mayor ocupación produce una mayor eficiencia energética por pasajero. La ocupación de automóviles varía según las regiones. Por ejemplo, la tasa de ocupación promedio estimada es de aproximadamente 1,3 pasajeros por automóvil en el área de la Bahía de San Francisco, [58] mientras que el promedio estimado en el Reino Unido en 2006 es de 1,58. [59]
Debido a la eficiencia de los motores eléctricos, los coches eléctricos son mucho más eficientes que sus homólogos con motor de combustión interna, consumiendo del orden de 38 megajulios (38.000 kJ) por 100 km, en comparación con los 142 megajulios por 100 km de los coches de combustión. [60] Sin embargo, dependiendo de la forma en que se genera la electricidad, el uso real de energía primaria puede ser mayor.
Las prácticas de conducción y los vehículos se pueden modificar para mejorar su eficiencia energética en aproximadamente un 15%. [61] [62]
La eficiencia del combustible de los automóviles se expresa más comúnmente en términos del volumen de combustible consumido cada cien kilómetros (l/100 km), pero en algunos países (incluidos los Estados Unidos, el Reino Unido y la India) se expresa más comúnmente en términos de la distancia por volumen de combustible consumido (km/L o millas por galón ). Esto se complica por el diferente contenido energético de combustibles como la gasolina y el diésel. El Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) afirma que el contenido energético de la gasolina sin plomo es de 115.000 unidades térmicas británicas (BTU) por galón estadounidense (32 MJ/L) en comparación con 130.500 BTU por galón estadounidense (36,4 MJ/L) del diésel. [63]
Los automóviles realizan un importante uso de energía en su ciclo de vida, no directamente atribuible al funcionamiento del vehículo. Una consideración importante son los costos energéticos de producir la forma de energía utilizada por el automóvil. Los biocombustibles, la electricidad y el hidrógeno , por ejemplo, requieren importantes insumos de energía para su producción. La eficiencia de la producción de hidrógeno es del 50% al 70% cuando se produce a partir de gas natural y del 10% al 15% a partir de electricidad. [ cita necesaria ] La eficiencia de la producción de hidrógeno, así como la energía necesaria para almacenar y transportar hidrógeno, debe combinarse con la eficiencia del vehículo para producir una eficiencia neta. [64] Debido a esto, los automóviles de hidrógeno son uno de los medios de transporte de pasajeros menos eficientes; generalmente se debe invertir alrededor de 50 veces más energía en la producción de hidrógeno en comparación con la que se usa para mover el automóvil. [ cita necesaria ]
Otro factor importante es la energía necesaria para construir y mantener carreteras, al igual que la energía recuperada de la energía invertida (EROEI). Entre estos dos factores, se debe sumar aproximadamente un 20% a la energía del combustible consumido, para contabilizar con precisión la energía total utilizada. [ cita necesaria ]
Por último, los cálculos de eficiencia energética de los vehículos serían engañosos sin tener en cuenta el coste energético de producir el propio vehículo. Por supuesto, este coste energético inicial se puede depreciar a lo largo de la vida útil del vehículo para calcular una eficiencia energética media a lo largo de su vida útil efectiva. En otras palabras, los vehículos que requieren mucha energía para producirse y se utilizan durante períodos relativamente cortos requerirán mucha más energía durante su vida útil efectiva que aquellos que no lo hacen y, por lo tanto, son mucho menos eficientes energéticamente de lo que podría parecer. Los automóviles híbridos y eléctricos utilizan menos energía en su funcionamiento que los automóviles comparables alimentados con petróleo, pero se utiliza más energía para fabricarlos, por lo que la diferencia general sería menos evidente de inmediato. Compárese, por ejemplo, caminar, que no requiere ningún equipo especial, y un automóvil, producido y enviado desde otro país, y fabricado con piezas fabricadas en todo el mundo a partir de materias primas y minerales extraídos y procesados en otros lugares, y utilizado para una número limitado de años. Según la agencia francesa de energía y medio ambiente ADEME, [65] un automóvil de motor medio tiene un contenido energético incorporado de 20.800 kWh y un vehículo eléctrico medio asciende a 34.700 kWh. El automóvil eléctrico requiere casi el doble de energía para producirse, principalmente debido a la gran cantidad de minería y purificación necesarias para los metales de tierras raras y otros materiales utilizados en las baterías de iones de litio y en los motores eléctricos. Esto representa una parte significativa de la energía utilizada durante la vida útil del automóvil (en algunos casos, casi tanta como la energía que se utiliza a través del combustible que se consume, duplicando efectivamente el consumo de energía por distancia del automóvil), y no se puede ignorar cuando Comparar los automóviles con otros modos de transporte. Dado que estas son cifras promedio para los automóviles franceses, es probable que sean significativamente mayores en países más centrados en el automóvil, como Estados Unidos y Canadá, donde son más comunes automóviles mucho más grandes y pesados. El uso de vehículos privados puede reducirse significativamente y puede ayudar a promover el crecimiento urbano sostenible si se desarrollan opciones de transporte no motorizado más atractivas, así como entornos de transporte público más cómodos. [66]
Los trenes son en general uno de los medios de transporte más eficientes para mercancías y pasajeros . Las ventajas de los trenes incluyen la baja fricción de las ruedas de acero sobre los carriles de acero, así como una alta tasa de ocupación intrínseca. Las líneas de tren se utilizan normalmente para dar servicio a aplicaciones de transporte urbano o interurbano donde se maximiza su utilización de capacidad.
La eficiencia varía significativamente según la carga de pasajeros y las pérdidas incurridas en la generación y el suministro de electricidad (para sistemas electrificados) [75] [76] y, lo que es más importante, la entrega de un extremo a otro, donde las estaciones no son los destinos finales de origen de un viaje. Si bien los motores eléctricos utilizados en la mayoría de los trenes de pasajeros son más eficientes que los motores de combustión interna , [77] la generación de energía en las centrales térmicas se limita (en el mejor de los casos) a la eficiencia de Carnot [78] y hay pérdidas de transmisión en el camino desde la central eléctrica a el tren. [79] Suiza, que ha electrificado prácticamente toda su red ferroviaria ( los ferrocarriles tradicionales como el Dampfbahn Furka-Bergstrecke son excepciones notables), obtiene gran parte de la electricidad utilizada por los trenes de la energía hidroeléctrica , incluido el almacenamiento hidráulico por bombeo . [80] Si bien la eficiencia mecánica de las turbinas involucradas es comparativamente alta, la hidráulica de bombeo implica pérdidas de energía y solo es rentable porque puede consumir energía durante épocas de exceso de producción (lo que lleva a precios spot bajos o incluso negativos ) y liberar la energía nuevamente. durante tiempos de alta demanda. [81] [82] [83] [84] y algunas fuentes afirman hasta el 87%. [85]
El consumo real depende de las pendientes, las velocidades máximas y los patrones de carga y parada. Los datos elaborados para el proyecto europeo MEET (Metodologías para estimar las emisiones de contaminantes atmosféricos) ilustran los diferentes patrones de consumo en varios tramos de vía. Los resultados muestran que el consumo de un tren de alta velocidad ICE alemán varió entre 19 y 33 kW⋅h/km (68-119 MJ/km; 31-53 kW⋅h/mi). Los trenes ICE Siemens Velaro D tipo ICE tienen capacidad para 460 personas (16 de ellas en el vagón restaurante ) en su edición de 200 metros de longitud, de los cuales dos se pueden acoplar entre sí. [86] Según los cálculos de Deutsche Bahn , la energía utilizada por cada 100 asientos-km equivale a 0,33 litros (12 imp fl oz) de gasolina (0,33 litros cada 100 kilómetros (860 mpg -imp ; 710 mpg -US )). [87] [88] Los datos también reflejan el peso del tren por pasajero. Por ejemplo, los trenes dúplex TGV de dos pisos utilizan materiales livianos, que mantienen bajas las cargas por eje, reducen el daño a las vías y también ahorran energía. [89] El TGV funciona principalmente con centrales eléctricas de fisión nuclear francesas que, como todas las centrales térmicas , también están limitadas a la eficiencia de Carnot . Debido a que el reprocesamiento nuclear es un procedimiento operativo estándar, en Francia se utiliza una mayor proporción de la energía contenida en el uranio original que en, por ejemplo, los Estados Unidos con su ciclo de combustible único . [90]
El consumo específico de energía de los trenes en todo el mundo asciende a unos 150 kJ/pkm (kilojoule por pasajero-kilómetro) y 150 kJ/tkm (kilojoule por tonelada-kilómetro) (aprox. 4,2 kWh/100 pkm y 4,2 kWh/100 tkm) en términos de energía final. El transporte de pasajeros por sistemas ferroviarios requiere menos energía que el coche o el avión (una séptima parte de la energía necesaria para desplazar a una persona en coche en un contexto urbano, [45] ). Esta es la razón por la cual, aunque representaron el 9% de la actividad mundial de transporte de pasajeros (expresada en pkm) en 2015, los servicios ferroviarios de pasajeros representaron solo el 1% de la demanda final de energía en el transporte de pasajeros. [91] [92]
Las estimaciones del consumo de energía para el transporte ferroviario varían ampliamente y muchas son proporcionadas por las partes interesadas. Algunos se tabulan a continuación.
Tener que acelerar y desacelerar un tren pesado lleno de personas en cada parada es ineficiente. Por lo tanto, los trenes eléctricos modernos utilizan el frenado regenerativo para devolver corriente a la catenaria mientras frenan. La Unión Internacional de Ferrocarriles ha declarado [107] que los trenes de cercanías con servicio de parada completa reducen las emisiones entre un 8% y un 14% al emplear frenado regenerativo, y los trenes de la red suburbana muy densa en ~30%. Los trenes eléctricos de alta velocidad como el Shinkansen de la serie N700 (el tren bala ) emplean frenado regenerativo, pero debido a la alta velocidad, la UIC estima que el frenado regenerativo solo reduce las emisiones en un 4,5%.
Un determinante principal del consumo de energía en los aviones es la resistencia , que debe estar en la dirección opuesta al movimiento de la nave.
Los aviones de pasajeros promediaron 4,8 L/100 km por pasajero (1,4 MJ/pasajero-km) (49 millas-pasajero por galón) en 1998. [ cita necesaria ] En promedio, el 20% de los asientos quedan desocupados. La eficiencia de los aviones a reacción está mejorando: entre 1960 y 2000 hubo un aumento general de la eficiencia del combustible del 55% (si se excluyera la flota ineficiente y limitada del DH Comet 4 y se considerara el Boeing 707 como caso base). [114] La mayoría de las mejoras en eficiencia se obtuvieron en la primera década, cuando los aviones a reacción comenzaron a utilizarse comercialmente de forma generalizada. En comparación con los aviones de pasajeros con motores de pistón avanzados de la década de 1950, los aviones a reacción actuales son sólo marginalmente más eficientes por pasajero-milla. [115] Entre 1971 y 1998, la mejora anual promedio de la flota por asiento-kilómetro disponible se estimó en un 2,4 por ciento. El Concorde, el transporte supersónico, logró aproximadamente 17 millas-pasajero por galón imperial; similar a un avión de negocios, pero mucho peor que un avión turbofan subsónico. Airbus sitúa el consumo de combustible de su A380 en menos de 3 l/100 km por pasajero (78 millas-pasajero por galón estadounidense). [116]
La masa de un avión se puede reducir utilizando materiales ligeros como titanio , fibra de carbono y otros plásticos compuestos. Se pueden utilizar materiales caros, si la reducción de masa justifica el precio de los materiales mediante una mayor eficiencia del combustible. Las mejoras logradas en la eficiencia del combustible mediante la reducción de masa reducen la cantidad de combustible que es necesario transportar. Esto reduce aún más la masa del avión y, por tanto, permite mayores ganancias en la eficiencia del combustible. Por ejemplo, el diseño del Airbus A380 incluye múltiples materiales ligeros.
Airbus ha presentado dispositivos en las puntas de las alas (sharklets o winglets) que pueden lograr una reducción del 3,5 por ciento en el consumo de combustible. [117] [118] Hay dispositivos en las puntas de las alas en el Airbus A380. Se ha dicho que los alerones Minix desarrollados adicionalmente ofrecen una reducción del 6 por ciento en el consumo de combustible. [119] Las aletas en la punta del ala de un avión suavizan el vórtice de la punta del ala (reduciendo la resistencia del ala del avión) y se pueden adaptar a cualquier avión. [119]
La NASA y Boeing están realizando pruebas en un avión de " ala combinada " de 500 lb (230 kg). Este diseño permite una mayor eficiencia de combustible ya que toda la nave produce sustentación, no sólo las alas. [120] El concepto de cuerpo de ala combinado (BWB) ofrece ventajas en eficiencia estructural, aerodinámica y operativa sobre los diseños de fuselaje y ala más convencionales de la actualidad. Estas características se traducen en mayor autonomía, economía de combustible, confiabilidad y ahorros en el ciclo de vida, así como menores costos de fabricación. [121] [122] La NASA ha creado un concepto STOL (CESTOL) de crucero eficiente.
El Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación e Investigación de Materiales Aplicados (IFAM) ha investigado una pintura que imita la piel de un tiburón y que reduciría la resistencia mediante un efecto de microsurcos. [123] Los aviones son una aplicación potencial importante para nuevas tecnologías como la espuma metálica de aluminio y la nanotecnología como la pintura que imita la piel de tiburón.
Los sistemas de hélice , como los turbohélices y los ventiladores de hélice, son una tecnología que ahorra más combustible que los aviones a reacción . Pero los turbohélices tienen una velocidad óptima por debajo de aproximadamente 450 mph (700 km/h). [124] Esta velocidad es menor que la utilizada con los aviones de las principales aerolíneas en la actualidad. Con el alto precio actual [ necesita actualización ] del combustible para aviones y el énfasis en la eficiencia del motor/estructura del avión para reducir las emisiones, existe un interés renovado en el concepto de propfan para aviones de pasajeros que podrían entrar en servicio más allá del Boeing 787 y el Airbus A350 XWB. Por ejemplo, Airbus ha patentado diseños de aviones con dos ventiladores de hélice contrarrotativos montados en la parte trasera. [125] La NASA ha llevado a cabo un Proyecto Turbohélice Avanzado (ATP), donde investigaron un ventilador de hélice de paso variable que producía menos ruido y alcanzaba altas velocidades.
Relacionado con la eficiencia del combustible está el impacto de las emisiones de la aviación en el clima .
Cunard afirmó que el Queen Elizabeth 2 viajaba 49,5 pies por galón imperial de gasóleo (3,32 m/L o 41,2 pies/gal estadounidense) y que tenía una capacidad de pasajeros de 1777. [129] Por lo tanto, transportando 1777 pasajeros podemos calcular una eficiencia de 16,7 millas-pasajero por galón imperial (16,9 L/100 p·km o 13,9 p·mpg –EE.UU. ).
MS Oasis of the Seas tiene una capacidad de 6.296 pasajeros y una eficiencia de combustible de 14,4 millas-pasajero por galón estadounidense. Los cruceros clase Voyager tienen una capacidad de 3.114 pasajeros y una eficiencia de combustible de 12,8 millas-pasajero por galón estadounidense. [130]
Emma Maersk utiliza un Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , que consume 163 g/kWh y 13.000 kg/h. Si transporta 13.000 contenedores, 1 kg de combustible transporta un contenedor durante una hora a una distancia de 45 km. El barco tarda 18 días de Tanjung (Singapur) a Rotterdam (Países Bajos), 11 de Tanjung a Suez y 7 de Suez a Rotterdam, [131] que son aproximadamente 430 horas y tiene 80 MW, +30 MW. 18 días a una velocidad media de 25 nudos (46 km/h) dan una distancia total de 10.800 millas náuticas (20.000 km).
Suponiendo que Emma Maersk consume diésel (a diferencia de fueloil, que sería el combustible más preciso), entonces 1 kg de diésel = 1,202 litros = 0,317 galones estadounidenses. Esto corresponde a 46.525 kJ. Suponiendo un estándar de 14 toneladas por contenedor (por TEU), esto produce 74 kJ por tonelada-km a una velocidad de 45 km/h (24 nudos).
Un velero , al igual que un coche solar, puede moverse sin consumir combustible. Un velero como un bote que utiliza únicamente energía eólica no requiere ningún aporte de energía en términos de combustible. Sin embargo, la tripulación necesita algo de energía manual para gobernar el barco y ajustar las velas mediante cabos. Además, se necesitará energía para otras necesidades además de la propulsión, como cocinar, calentar o iluminar. La eficiencia del combustible de una embarcación de uso individual depende en gran medida del tamaño de su motor, la velocidad a la que navega y su desplazamiento. Con un solo pasajero, la eficiencia energética equivalente será menor que en un coche, tren o avión. [ cita necesaria ]
Por lo general, se requiere que el ferrocarril y el autobús presten servicios rurales y fuera de las horas pico, que por su naturaleza tienen cargas más bajas que las rutas de autobuses urbanos y las líneas de trenes interurbanos. Además, debido a su emisión de billetes "sin cita previa", es mucho más difícil igualar la demanda diaria y el número de pasajeros. Como consecuencia, el factor de carga general en los ferrocarriles del Reino Unido es del 35% o 90 personas por tren: [132]
Por el contrario, los servicios aéreos generalmente funcionan en redes punto a punto entre grandes centros de población y son de naturaleza "reserva previa". Utilizando la gestión del rendimiento , los factores de carga generales se pueden aumentar a alrededor del 70% al 90%. Los operadores de trenes interurbanos han comenzado a utilizar técnicas similares, con cargas que normalmente alcanzan el 71% en general para los servicios TGV en Francia y una cifra similar para los servicios de Virgin Rail Group en el Reino Unido . [133]
Para las emisiones, es necesario tener en cuenta la fuente de generación de electricidad. [134] [135] [136]
El Libro de datos de energía del transporte de EE. UU. establece las siguientes cifras para el transporte de pasajeros en 2018. Se basan en el consumo real de energía, independientemente de las tasas de ocupación que hubiera. Para los modos que utilizan electricidad, se incluyen las pérdidas durante la generación y distribución. Los valores no son directamente comparables debido a diferencias en tipos de servicios, rutas, etc. [137]
El libro US Transport Energy establece las siguientes cifras para el transporte de mercancías en 2010: [105] [138] [139] [140]
De 1960 a 2010, la eficiencia del transporte aéreo aumentó un 75%, principalmente debido a motores a reacción más eficientes. [141]
1 gal -US (3,785 L, 0,833 gal -imp ) de combustible puede mover una tonelada de carga 857 km o 462 nmi en barcaza, o 337 km (209 mi) por ferrocarril, o 98 km (61 millas) en camión. [142]
Comparar:
La Oficina de Eficiencia Energética de Recursos Naturales de Canadá publica estadísticas anuales sobre la eficiencia de toda la flota canadiense. Para los investigadores, estas estimaciones de consumo de combustible son más realistas que las calificaciones de consumo de combustible de los vehículos nuevos, ya que representan las condiciones de conducción del mundo real, incluido el clima y el tráfico extremos. El informe anual se llama Análisis de tendencias de eficiencia energética. Hay decenas de cuadros que ilustran las tendencias del consumo de energía expresado en energía por pasajero-kilómetro (pasajeros) o energía por tonelada-kilómetro (carga). [143]
La calculadora medioambiental de la agencia francesa de medio ambiente y energía (ADEME), publicada en 2007 a partir de datos de 2005 [144], permite comparar los distintos medios de transporte en lo que se refiere a las emisiones de CO 2 (en términos de dióxido de carbono equivalente ), así como a la consumo de energía primaria . En el caso de un vehículo eléctrico, la ADEME parte del supuesto de que son necesarios 2,58 tep como energía primaria para producir un tep de electricidad como energía final en Francia (ver Energía incorporada: en el ámbito energético ).
Esta herramienta informática ideada por la ADEME muestra la importancia del transporte público desde el punto de vista medioambiental. Destaca el consumo de energía primaria así como las emisiones de CO 2 debidas al transporte. Debido al impacto ambiental relativamente bajo de los desechos radiactivos , en comparación con el de las emisiones de la quema de combustibles fósiles, este no es un factor en la herramienta. Además, el transporte intermodal de pasajeros es probablemente una clave para el transporte sostenible , al permitir que las personas utilicen medios de transporte menos contaminantes.
Deutsche Bahn calcula el consumo de energía de sus distintos medios de transporte.[145]
Para incluir toda la energía utilizada en el transporte, necesitaríamos incluir también los costos energéticos externos de producción, transporte y envasado de combustible (alimentos, combustibles fósiles o electricidad), la energía incurrida en la eliminación de los desechos de escape y los costos energéticos de fabricar el vehículo. Por ejemplo, un ser humano que camina requiere poco o ningún equipo especial, mientras que los automóviles requieren una gran cantidad de energía para producir y tienen una vida útil relativamente corta .
Sin embargo, estos costos externos son independientes del costo de energía por distancia recorrida y pueden variar mucho para un vehículo en particular dependiendo de su vida útil, la frecuencia con la que se utiliza y cómo se energiza durante su vida útil. Por tanto, las cifras de este artículo no incluyen ninguno de estos factores externos.
Energía necesaria para una sola carga completa (0,335 kWh) ÷ kilometraje típico (30 km)