La eficiencia energética en el transporte es la distancia útil recorrida , de pasajeros, mercancías o cualquier tipo de carga; dividida por la energía total introducida en el medio de propulsión del transporte . El aporte de energía puede presentarse de varios tipos diferentes dependiendo del tipo de propulsión, y normalmente dicha energía se presenta en 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 de combustible el recíproco de la economía de combustible . [2] No obstante, 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 tienden a medir la energía en el Sistema Internacional de Unidades , es decir, julios .
Por 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 sea el vehículo, más metros recorrerá con un julio (más eficiencia), o menos julios utilizará para recorrer más de un metro (menor consumo). La eficiencia energética en el transporte varía en gran medida 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 .
Según el 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, CO2 / km).
En el Sistema Internacional de Unidades , la eficiencia energética en el transporte se mide en términos de metros por julio, o m/J . No obstante, 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 consumida 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 propulsado por humanos, la energía consumida se mide en términos de calorías . Es habitual realizar conversiones 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 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 carga transportada por distancia por unidad de energía, en el SI, kilogramos metros por julio ( kg.m/J ). La eficiencia volumétrica con respecto a la capacidad del vehículo también se puede informar, como pasajero-milla por galón (PMPG), [4] obtenido al multiplicar las millas por galón de combustible por la capacidad de pasajeros o la ocupación promedio. [5] La ocupación de los vehículos personales es típicamente menor que la capacidad en un grado considerable [6] [7] y, por lo tanto, los valores calculados en base a la capacidad y a 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:
La producción de 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 los índices de ocupación estándar. Las fuentes de estas cifras se encuentran en la sección 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 en la siguiente tabla, 1 litro de gasolina equivale a 34,2 MJ , 1 kWh a 3,6 MJ y 1 kilocaloría a 4184 J. Para el índice de ocupación de los automóviles se ha considerado el valor de 1,2 pasajeros por automóvil [13] . Sin embargo, en Europa este valor aumenta ligeramente hasta 1,4. [14] Las fuentes para las conversiones entre unidades de medida aparecen solo 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 alrededor de 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 conocido de transporte personal debido a su pequeña área frontal y forma aerodinámica. A una velocidad de 50 km/h (31 mph), el fabricante de velomóviles WAW afirma que solo se necesitan 0,5 kWh (1,8 MJ) de energía por cada 100 km para transportar al pasajero (= 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 combustible fósil promedio o un automóvil eléctrico (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 utilizados por los humanos es de 4 a 5 veces más. [20] Desafortunadamente, su ventaja en eficiencia energética sobre las bicicletas se hace menor a medida que disminuye la velocidad y desaparece alrededor de los 10 km/h, cuando 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 uno de los medios de transporte más eficientes desde el punto de vista energético. En comparación con caminar, un ciclista de 64 kg (140 lb) que circula 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) cada 100 km o 43 kcal/mi. [15] Esto se convierte en aproximadamente 732 mpg ‑US (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 coche personal, dependiendo de la fuente de combustible y del tamaño del coche. Esta cifra depende de la velocidad y la masa del ciclista: a mayor velocidad, mayor resistencia aerodinámica y los ciclistas más pesados consumen más energía por unidad de distancia. Además, como las bicicletas son muy ligeras (normalmente pesan entre 7 y 15 kg), su fabricación requiere muy pocos materiales y energía. En comparación con un automóvil que pesa 1500 kg o más, una bicicleta requiere normalmente entre 100 y 200 veces menos energía para su fabricación que un automóvil. Además, las bicicletas requieren menos espacio tanto para aparcar como para funcionar y dañan menos las superficies de las carreteras, lo que añade un factor de eficiencia en términos de infraestructura.
Una bicicleta motorizada permite la potencia 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 ‑US (1,5–1,2 L/100 km; 190–240 mpg ‑imp ). [ cita requerida ] Las bicicletas eléctricas asistidas por pedaleo funcionan con tan solo 1,0 kWh (3,6 MJ) por cada 100 km, [55] mientras mantienen velocidades superiores a 30 km/h (19 mph). [ cita requerida ] 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) por cada 100 km provenientes del motor. Esto hace que una bicicleta eléctrica sea uno de los vehículos motorizados más eficientes posibles, solo detrás de un velomóvil motorizado y un monociclo eléctrico (EUC).
Los patinetes eléctricos, como los que utilizan los sistemas de uso compartido de patinetes como Bird o Lime , suelen tener una autonomía máxima de menos de 30 km (19 mi) 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 por carriles bici, requieren poca habilidad por parte del conductor. Debido a su peso ligero y a sus pequeños motores, 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 los vehículos de motor, lo que anula en cierta medida esta eficiencia. El ciclo de vida de los patinetes eléctricos también es notablemente más corto que el de las bicicletas, y a menudo alcanza solo un número de años de un solo dígito.
Una variante de monopatín eléctrico cross-electric skateboard (EUC) llamada Onewheel Pint puede llevar a una persona de 50 kg 21,5 km a una velocidad media de 20 km/h. La batería tiene una capacidad de 148 Wh. Sin tener en cuenta la energía perdida por calor en la etapa de carga, esto equivale a una eficiencia de 6,88 Wh/km o 0,688 kWh/100 km. [ cita requerida ] 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. Esto combinado con la interacción de una sola rueda con el suelo puede hacer que el EUC sea el vehículo más eficiente conocido a bajas velocidades (por debajo de los 25 km/h), con el velomóvil superando la posición como más eficiente a velocidades más altas debido a una aerodinámica superior.
Los automóviles son generalmente ineficientes en comparación con otros medios de transporte, debido al peso relativamente alto del vehículo en comparación con sus ocupantes. En términos porcentuales, si hay un ocupante en un automóvil, solo alrededor del 0,5% de la energía total utilizada se utiliza para mover a la persona en el automóvil, mientras que el 99,5% restante (unas 200 veces más) se utiliza para mover el automóvil en sí.
Un factor importante del consumo de energía por pasajero de los automóviles es la tasa de ocupación del vehículo. Aunque el consumo por unidad de distancia por vehículo aumenta con el aumento del 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 los 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 la media estimada en el Reino Unido para 2006 es de 1,58. [59]
Debido a la eficiencia de los motores eléctricos, los automóviles eléctricos son mucho más eficientes que sus contrapartes con motores de combustión interna, consumiendo alrededor de 38 megajulios (38 000 kJ) por cada 100 km en comparación con los 142 megajulios por cada 100 km de los automóviles con motor 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 pueden modificarse para mejorar su eficiencia energética en aproximadamente un 15 %. [61] [62]
La eficiencia de combustible de los automóviles se expresa más comúnmente en términos del volumen de combustible consumido por 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) para el diésel. [63]
Los automóviles consumen una cantidad importante de energía durante su ciclo de vida, que no es directamente atribuible al funcionamiento del vehículo. Una consideración importante es el costo energético de producir la forma de energía que utiliza el automóvil. Los biocombustibles, la electricidad y el hidrógeno , por ejemplo, tienen un consumo energético significativo en su producción. La eficiencia de producción de hidrógeno es del 50 al 70 % cuando se produce a partir de gas natural, y del 10 al 15 % cuando se produce a partir de electricidad. [ cita requerida ] La eficiencia de la producción de hidrógeno, así como la energía requerida para almacenar y transportar hidrógeno, deben combinarse con la eficiencia del vehículo para obtener 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 cantidad que se usa para mover el automóvil. [ cita requerida ]
Otro factor importante es la energía necesaria para construir y mantener las carreteras, así como la energía recuperada sobre la energía invertida (EROEI). Entre estos dos factores, se debe sumar aproximadamente el 20% a la energía del combustible consumido para contabilizar con precisión la energía total utilizada. [ cita requerida ]
Por último, los cálculos de eficiencia energética de los vehículos serían engañosos si no se tuviera en cuenta el coste energético de producción del 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 cuya producción requiere mucha energía y se utilizan durante períodos relativamente cortos requerirán mucha más energía a lo largo de su vida útil efectiva que los que no la requieren, y por tanto son mucho menos eficientes energéticamente de lo que parecerían. Los coches híbridos y eléctricos consumen menos energía en su funcionamiento que los coches comparables alimentados con petróleo, pero se utiliza más energía para fabricarlos, por lo que la diferencia total no sería evidente a primera vista. Compárese, por ejemplo, caminar, que no requiere ningún equipo especial, con un automóvil, producido y enviado desde otro país, fabricado con piezas fabricadas en todo el mundo a partir de materias primas y minerales extraídos y procesados en otro lugar, y utilizado durante un número limitado de años. Según la agencia francesa de energía y medio ambiente ADEME, [65] un automóvil promedio tiene un contenido de energía incorporada de 20.800 kWh y un vehículo eléctrico promedio 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 necesaria 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 al comparar los automóviles con otros modos de transporte. Como estos son números promedio para los automóviles franceses y es probable que sean significativamente mayores en países más centrados en el automóvil como Estados Unidos y Canadá, donde son más comunes los automóviles mucho más grandes y pesados. El uso de vehículos privados se puede reducir 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 . Entre las ventajas de los trenes se incluyen la baja fricción de las ruedas de acero sobre los rieles de acero, así como una alta tasa de ocupación intrínseca. Las líneas ferroviarias se utilizan normalmente para dar servicio a aplicaciones de tránsito urbano o interurbano donde se maximiza la utilización de su capacidad.
La eficiencia varía significativamente con las cargas de pasajeros y las pérdidas incurridas en la generación y suministro de electricidad (para sistemas electrificados), [75] [76] y, lo que es más importante, la entrega de extremo a extremo, 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 plantas de energía térmica está limitada (en el mejor de los casos) a la eficiencia de Carnot [78] y hay pérdidas de transmisión en el camino desde la planta de energía hasta el tren. [79] Suiza, que ha electrificado prácticamente toda su red ferroviaria ( los ferrocarriles históricos 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 hidroeléctrico bombeado . [80] Si bien la eficiencia mecánica de las turbinas involucradas es comparativamente alta, la energía hidroeléctrica bombeada implica pérdidas de energía y solo es rentable ya que puede consumir energía durante períodos de exceso de producción (lo que lleva a precios spot bajos o incluso negativos ) y liberar la energía nuevamente durante períodos de alta demanda. [81] [82] [83] [84] y algunas fuentes afirman que llega al 87%. [85]
El consumo real depende de las pendientes, las velocidades máximas y los patrones de carga y parada. Los datos producidos para el proyecto europeo MEET (Metodologías para estimar las emisiones de contaminantes atmosféricos) ilustran los diferentes patrones de consumo en varias secciones de vía. Los resultados muestran que el consumo de un tren de alta velocidad ICE alemán varió de alrededor de 19 a 33 kW⋅h/km (68–119 MJ/km; 31–53 kW⋅h/mi). Los trenes ICE tipo Siemens Velaro D tienen capacidad para 460 personas (16 de las cuales en el vagón restaurante ) en su edición de 200 metros de longitud, de las cuales dos se pueden acoplar entre sí. [86] Según los cálculos de Deutsche Bahn , la energía utilizada por cada 100 asientos-km es el equivalente a 0,33 litros (12 imp fl oz) de gasolina (0,33 litros por 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 Duplex de dos pisos del TGV utilizan materiales ligeros, que mantienen bajas las cargas por eje y reducen los daños a la vía y también ahorran energía. [89] El TGV funciona principalmente con plantas de energía nuclear de fisión francesas que, a su vez, están limitadas (como todas las plantas de energía térmica ) 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 de un solo uso . [90]
El consumo energético específico de los trenes a nivel mundial asciende a unos 150 kJ/pkm (kilojulio por pasajero-kilómetro) y 150 kJ/tkm (kilojulio por tonelada-kilómetro) (aproximadamente 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 que, aunque representaron el 9% de la actividad mundial de transporte de pasajeros (expresada en pkm) en 2015, los servicios de pasajeros por ferrocarril 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 de mercancías por ferrocarril varían ampliamente y muchas de ellas son proporcionadas por partes interesadas. Algunas de ellas se presentan en tablas a continuación.
Tener que acelerar y desacelerar un tren pesado cargado de personas en cada parada es ineficiente. Por lo tanto, los trenes eléctricos modernos utilizan el frenado regenerativo para devolver la 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 el frenado regenerativo, y los trenes de redes suburbanas muy densas, aproximadamente un 30 %. Los trenes eléctricos de alta velocidad, como el Shinkansen de la serie N700 (el tren bala ), emplean el 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 una aeronave es la resistencia , que debe ser en 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 pasajeros-milla por galón) en 1998. [ cita requerida ] En promedio, el 20% de los asientos quedan desocupados. Las eficiencias de los aviones a reacción están mejorando: entre 1960 y 2000 hubo una ganancia general de eficiencia de combustible del 55% (si se excluyera la ineficiente y limitada flota 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 usarse comercialmente de forma generalizada. En comparación con los avanzados aviones de pasajeros con motor de pistón de la década de 1950, los aviones a reacción actuales son solo 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 2,4%. El avión de transporte supersónico Concorde conseguía unos 17 pasajeros-milla por galón imperial, similar a un jet de negocios, pero mucho peor que un avión de turbofán subsónico. Airbus estima el consumo de combustible de su A380 en menos de 3 L/100 km por pasajero (78 pasajeros-milla por galón estadounidense). [116]
La masa de un avión se puede reducir utilizando materiales ligeros como el titanio , la 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 de combustible. Las mejoras logradas en la eficiencia de combustible mediante la reducción de masa reducen la cantidad de combustible que se necesita transportar. Esto reduce aún más la masa del avión y, por lo tanto, permite obtener mayores ganancias en la eficiencia de 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 dice que los winglets de Minix más desarrollados ofrecen una reducción del 6 por ciento en el consumo de combustible. [119] Los winglets en la punta de las alas de un avión suavizan el vórtice de la punta del ala (reduciendo la resistencia al aire del avión) y se pueden adaptar a cualquier avión. [119]
La NASA y Boeing están realizando pruebas en un avión de " alas combinadas " de 230 kg (500 lb) . Este diseño permite una mayor eficiencia de combustible, ya que toda la nave produce sustentación, no solo las alas. [120] El concepto de fuselaje de ala combinada (BWB) ofrece ventajas en eficiencias estructurales, aerodinámicas y operativas sobre los diseños actuales más convencionales de fuselaje y alas. Estas características se traducen en mayor alcance, 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 riblet. [123] Las aeronaves son una importante aplicación potencial para las nuevas tecnologías, como la espuma de metal de aluminio y la nanotecnología, como la pintura que imita la piel del tiburón.
Los sistemas de hélice , como los turbohélices y los propfans, son una tecnología más eficiente en cuanto a consumo de combustible que los jets . 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 jets por las principales aerolíneas en la actualidad. Con el actual [ necesita actualización ] alto precio del combustible para aviones y el énfasis en la eficiencia del motor/fuselaje para reducir las emisiones, existe un renovado interés en el concepto de propfan para los aviones a reacción que podrían entrar en servicio más allá del Boeing 787 y el Airbus A350 XWB. Por ejemplo, Airbus ha patentado diseños de aeronaves con propfans gemelos contrarrotativos montados en la parte trasera. [125] La NASA ha llevado a cabo un Proyecto Turbohélice Avanzado (ATP), donde investigaron un propfan 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 a 49,5 pies por galón imperial de gasóleo (3,32 m/L o 41,2 ft/US gal), y que tenía una capacidad de pasajeros de 1777. [129] Por lo tanto, al transportar 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 –US ).
El MS Oasis of the Seas tiene una capacidad de 6.296 pasajeros y una eficiencia de combustible de 14,4 millas por pasajero por galón estadounidense. Los cruceros de la clase Voyager tienen una capacidad de 3.114 pasajeros y una eficiencia de combustible de 12,8 millas por 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, entonces 1 kg de combustible transporta un contenedor durante una hora a lo largo de una distancia de 45 km. El barco tarda 18 días desde Tanjung (Singapur) a Róterdam (Países Bajos), 11 desde Tanjung a Suez y 7 desde Suez a Róterdam, [131] lo que supone unas 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 el Emma Maersk consume diésel (en lugar de fueloil, que sería el combustible más preciso), 1 kg de diésel = 1,202 litros = 0,317 galones estadounidenses. Esto corresponde a 46.525 kJ. Suponiendo un consumo estándar de 14 toneladas por contenedor (por TEU), esto da como resultado 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 inflable, que utiliza únicamente energía eólica, no requiere energía de entrada en términos de combustible. Sin embargo, la tripulación necesita cierta energía manual para dirigir 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 energética de un barco con un solo ocupante depende en gran medida del tamaño de su motor, la velocidad a la que viaja y su desplazamiento. Con un solo pasajero, la eficiencia energética equivalente será menor que en un automóvil, tren o avión. [ cita requerida ]
En general, se requiere que el tren y el autobús presten servicios rurales y en horarios de baja demanda, que por su naturaleza tienen una carga menor que las rutas de autobuses urbanos y las líneas de trenes interurbanos. Además, debido a que se utilizan billetes para quienes viajan a pie, es mucho más difícil satisfacer la demanda diaria y el número de pasajeros. En 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 de las aerolíneas generalmente funcionan en redes punto a punto entre grandes centros de población y son de naturaleza "previa reserva". Mediante la gestión del rendimiento , los factores de carga generales pueden elevarse a alrededor del 70-90%. Los operadores de trenes interurbanos han comenzado a utilizar técnicas similares, con cargas que alcanzan típicamente el 71% en general para los servicios de TGV en Francia y una cifra similar para los servicios del Virgin Rail Group del 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 para el transporte de Estados Unidos indica las siguientes cifras para el transporte de pasajeros en 2018. Se basan en el consumo real de energía, independientemente de las tasas de ocupación existentes. En el caso de los modos que utilizan electricidad, se incluyen las pérdidas durante la generación y la distribución. Los valores no son directamente comparables debido a las diferencias en los tipos de servicios, rutas, etc. [137]
El libro US Transport Energy indica las siguientes cifras para el transporte de mercancías en 2010: [105] [138] [139] [140]
Entre 1960 y 2010, la eficiencia del transporte aéreo de mercancías aumentó un 75%, debido principalmente a motores a reacción más eficientes. [141]
1 galón estadounidense (3,785 L, 0,833 galones imp .) de combustible puede mover una tonelada de carga a lo largo de 857 km o 462 millas náuticas en barcaza, o 337 km (209 millas) en 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 clasificaciones de consumo de combustible de los vehículos nuevos, ya que representan las condiciones de conducción del mundo real, incluidos los fenómenos meteorológicos y el tráfico extremos. El informe anual se llama Análisis de tendencias de eficiencia energética. Hay docenas de tablas que ilustran las tendencias en el consumo de energía expresadas en energía por pasajero-km (pasajeros) o energía por tonelada-km (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 diferentes medios de transporte en lo que respecta a las emisiones de CO2 ( en términos de dióxido de carbono equivalente ) así como al consumo de energía primaria . En el caso de un vehículo eléctrico, la ADEME parte del supuesto de que se necesitan 2,58 tep de energía primaria para producir un tep de electricidad como energía final en Francia (véase 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 CO2 debidas al transporte. Debido al impacto medioambiental relativamente bajo de los residuos radiactivos , en comparación con el de las emisiones de la combustión de combustibles fósiles, este no es un factor a tener en cuenta en la herramienta. Además, el transporte intermodal de pasajeros es probablemente una clave para el transporte sostenible , al permitir a las personas utilizar medios de transporte menos contaminantes.
Deutsche Bahn calcula el consumo energético de sus distintos medios de transporte.[145]
Para incluir toda la energía utilizada en el transporte, también tendríamos que incluir los costos energéticos externos de producción, transporte y envasado de combustible (alimentos, combustibles fósiles o electricidad), la energía invertida en la eliminación de los desechos de los tubos de escape y los costos energéticos de fabricación del vehículo. Por ejemplo, para caminar, un ser humano necesita poco o ningún equipo especial, mientras que los automóviles requieren una gran cantidad de energía para su producción 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 de uso y el modo en que se alimenta durante su vida útil. Por lo tanto, las cifras de este artículo no incluyen ninguno de estos factores externos.
Potencia necesaria para una sola carga completa (0,335 kWh) ÷ kilometraje típico (30 km)