Solíamos creer que el futuro funcionaba con baterías. La visión era limpia. Sin tubos de escape. Sólo flotas silenciosas de Teslas y Nissan deslizándose entre rascacielos de cristal, un sueño de ciencia ficción realizado por los primeros profetas tecnológicos como Bradbury y Dick. El revuelo era real. En 2008, Barack Obama se comprometió a colocar un millón de vehículos eléctricos en las carreteras estadounidenses para 2015. Parecía inevitable. También teníamos el hardware. El Nissan Hoja. El Tesla Model S. El BMW ActiveE. Estaban aquí. Estaban brillantes.
Entonces la realidad golpeó.
La ansiedad por el alcance ya no es un término de marketing. Es una barrera física. La mayoría de los primeros vehículos eléctricos ofrecían entre 100 y 200 millas antes de que se agotara la batería. Eso es todo. ¿Y la infraestructura de carga? Escaso. No se podía simplemente “llenar”. Había que buscar enchufes. El miedo a quedarse varado acabó con el mercado. Las ventas se estancaron. En 2012, sólo 52.835 complementos salieron de los lotes. Desde diciembre de 2010 hasta ese período, las ventas totales rondaron las 70.000 unidades. ¿Contra los 15 millones de vehículos tradicionales vendidos anualmente? Eso es menos del 1 por ciento. Un error de redondeo.
Entonces la industria giró. No hacia atrás, sino hacia los lados. Las empresas se dieron cuenta de que no podían simplemente esperar a que las baterías mejoraran. Consideraron que la economía de los combustibles fósiles no era un fracaso, sino una plataforma. Audi está liderando este cambio. En concreto, apuestan por el e-gas.
En 2013, Audi inauguró la primera planta industrial del mundo para producir combustible sintético neutro en carbono. Esto no es sólo gasolina normal. Es e-gas diseñado para vehículos de gas natural comprimido (GNC). ¿Su banco de pruebas? El A3 Sportback TCNG. Pero el juego más importante es la infraestructura. Esta planta crea un modelo. Construye la red necesaria para suministrar electricidad a los vehículos eléctricos e hidrógeno a los automóviles de pila de combustible cuando esas tecnologías realmente maduren. Es un puente.
Los escépticos no están impresionados. Christopher DeMorro, que escribe para Gas 2, lo mencionó. Su argumento fue contundente. El problema no es sólo mantener las emisiones. Los está reduciendo. Centrarse en el e-gas nos mantiene dentro del estándar de carbono. Deberíamos priorizar los vehículos que consumen menos energía. Eficiencia sobre síntesis.
Pero antes de descartar el proyecto como un lavado de cara corporativo, es necesario comprender la mecánica. Es necesario observar cómo Audi define la “neutralidad de carbono”. No es magia. Es química. Y podría ser la única razón por la que el motor de combustión interna sobreviva la próxima década.
Audi no habla sólo de reducir su huella de carbono. La empresa está diseñando activamente una forma de hacer que los motores de combustión interna sean neutros en carbono. Si los términos “huella de carbono” o “compensaciones de carbono” le resultan extraños, piénselo de esta manera: una huella de carbono calcula todas las emisiones de dióxido de carbono (CO2) de una persona o empresa. El CO2 es el principal agente malo en este caso, pero las mediciones precisas también cuentan el metano y los clorofluorocarbonos. Estas cifras suelen expresarse en toneladas de CO2 equivalente al año.
Cuando se reducen las emisiones de CO2 para una actividad específica, la huella se reduce. Si reduce las emisiones hasta que igualen la huella, alcanzará la neutralidad de carbono. Las empresas llegan allí de maneras variadas y confusas. Algunos construyen parques eólicos para sustituir el carbón. Otros plantan árboles para secuestrar carbono. Audi financia proyectos que reducen los gases de efecto invernadero. Todo esto cuenta como compensación de carbono.
El transporte es la parte difícil. Mover personas y mercancías normalmente implica quemar combustibles fósiles. Para construir un automóvil se necesita electricidad, a menudo procedente de centrales eléctricas sucias. Extraer, refinar y entregar el combustible requiere aún más. Luego el coche se pone en marcha. El motor de combustión interna emite gases de efecto invernadero. Se acumulan en la atmósfera. Forman una manta que calienta el planeta. Los vehículos eléctricos y de hidrógeno podrían solucionar esto. Pero no serán viables para todos, en todas partes, durante años.
La planta Werlte y el metano sintético
Audi llama a su enfoque “movilidad equilibrada”. Se define como movilidad holística y neutra en emisiones de CO2 en distancias cortas, intermedias y largas. El e-gas es la clave para mantener vivo el motor de combustión en este escenario ecológico. ¿Cómo se consigue la neutralidad de carbono con una tecnología de la vieja escuela? Utilizando dióxido de carbono como materia prima.
Una planta de biogás de residuos suministra el CO2. Una fábrica especialmente diseñada en Werlte, Alemania, se encarga de la química. Desde 2013, esa planta consume 2.800 toneladas métricas de CO2 al año. Genera 1.000 toneladas métricas de e-gas al año. Combine eso con otras prácticas ecológicas y Audi logrará la neutralidad de carbono en toda su cadena de valor.
Los químicos conocen el e-gas como metano. Los consumidores lo conocen como gas natural. Calienta los hogares. Propulsa vehículos a gas natural. Es sintético. Es limpio.
Fundamentos del combustible electrónico
La química detrás del e-gas no es mágica. Es una serie de reacciones. El hidrógeno de la electrólisis del agua se encuentra con el dióxido de carbono. Se unen. Forman metano. El resultado es un combustible que arde en los motores existentes. Se comporta como el gas natural. Está limpio en el tubo de escape porque, para empezar, el CO2 proviene del aire.
Si está buscando cambiar de gasolina regular, la infraestructura es complicada. En EE. UU., el Departamento de Energía ofrece un localizador de estaciones de combustible alternativo. Ingrese su código postal. Seleccione el tipo de combustible. Vea lo que está disponible. Es escaso. Está creciendo. Pero está ahí.
¿Por qué seguir con la combustión cuando existen baterías? Ansiedad de alcance. Rendimiento en climas fríos. La grilla existente. La gran cantidad de motores de combustión interna todavía están en circulación. Audi no abandona el motor. Está tratando de hacer que el motor sea irrelevante para el recuento de carbono. Es un puente. Un largo puente químico.
Las matemáticas son ajustadas. 1.000 toneladas métricas de combustible. 2.800 toneladas métricas de CO2. El resto es agua. Hidrógeno y oxígeno. Liberado como subproducto. Limpio. Simple. O al menos, tan simple como puede llegar a ser la química a escala industrial.
¿Es escalable? Esa es la pregunta. Una planta en Werlte es una prueba de concepto. Un plano. No es una solución global. Aún no. Pero demuestra que el concepto funciona. Metano del aire. Carbono neutro. Motor listo.
El resto es sólo volumen. Y costo. Y la política. E infraestructura. Y el tiempo.
La química detrás de la bomba
Dejemos de lado el brillo del marketing. El gas electrónico es simplemente metano sintético. Es el gemelo del producto real, creado en laboratorio. Ya sabes lo real. Es ese gas incoloro e inodoro extraído de materia vegetal antigua y lodo acuático enterrado profundamente en la corteza. El metano fósil tarda millones de años en cocinarse. ¿Metano sintético? Puedes hacerlo rápidamente.
Comienza con electrólisis.
Pasar una corriente eléctrica a través del agua. Rompe los vínculos. Obtienes hidrógeno y oxígeno. La ecuación es sencilla:
2 H2O → 2 H2 + O2
El hidrógeno por sí solo parece prometedor como combustible del futuro. Comprímalo, guárdelo en un tanque grande, páselo por una celda de combustible con oxígeno y obtendrá electricidad y agua como subproductos. Pero aquí está el problema. Construir una infraestructura de hidrógeno desde cero es caro. Aún no hemos llegado a ese punto.
Entonces Audi toma un camino diferente. Toman ese hidrógeno y lo mezclan con dióxido de carbono. Esto es metanación.
CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O
El resultado es CH4. Metano. Se comporta exactamente como el gas de pantano que flota sobre un pantano o el gas natural extraído de la boca de un pozo. Misma inflamabilidad. La misma falta de olfato. Mismo perfil incoloro.
¿Por qué esto es importante para los entusiastas de los automóviles? Porque no necesita tuberías nuevas. No necesita una nueva red. Este combustible sintético puede conectarse directamente a la red de gas natural existente. Fluye a hogares y empresas. Llena tanques en estaciones de gas natural comprimido (GNC ).
La industria automotriz está enfocada en ese último punto. Las estaciones de GNV alimentan una flota cada vez mayor de vehículos a gas natural o GNV. Éstas no son soluciones mágicas para el calentamiento global. No borrarán nuestra dependencia de los fósiles de la noche a la mañana. Pero cierran la brecha. Mantienen los motores en funcionamiento mientras la infraestructura se pone al día.
A continuación veremos cómo Audi pone este combustible en un automóvil.
La realidad baja en carbono de los vehículos a gas natural
La idea de hacer funcionar un Audi A3 con metano sintético parece un salto futurista, pero en realidad tiene sus raíces en la ingeniería de principios del siglo XX. Tan pronto como aparecieron líneas confiables de transmisión de gas natural a principios de la década de 1930, los conductores quisieron quemarlas. La mecánica es sencilla. Los motores de cuatro tiempos mezclan combustible con aire, lo encienden con una bujía y mueven los pistones hacia arriba y hacia abajo. La misma física se aplica a la gasolina y al gas natural. Si Estados Unidos y Medio Oriente no hubieran encontrado reservas de petróleo tan masivas y baratas, los vehículos a gas natural (GNV) podrían haber dominado la carretera.
No lo hicieron. Hoy en día, los vehículos a GNV son un nicho. A finales de 2011, sólo unos 120.000 circulaban por las carreteras estadounidenses. A nivel mundial, la cifra era mayor (más de 15 millones), pero la distribución era desigual. Cinco naciones: Irán, Pakistán, Argentina, Brasil e India, tenían casi el 70 por ciento de la cuota de mercado. ¿Por qué allí? Esos países carecen de capacidad de refinación de petróleo crudo. Usan lo que tienen. En la próxima década, es probable que más países sigan su ejemplo, especialmente si los precios de la gasolina siguen subiendo. El gas natural es más barato. Las estimaciones sugieren un ahorro de combustible de alrededor del 30 por ciento en comparación con la gasolina.
Combustión más limpia
El costo no es el único atractivo. Las emisiones son menores. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) califica a los vehículos a GNV como los vehículos de combustión interna más limpios disponibles. La versión a gas natural del Honda Civic obtuvo ese título. Las estadísticas son crudas. El monóxido de carbono disminuye entre un 70 y un 90 por ciento. Los óxidos de nitrógeno disminuyen entre un 75 y un 95 por ciento. Incluso el dióxido de carbono, el principal gas de efecto invernadero, se reduce entre un 20 y un 30 por ciento. El resultado es una mejor calidad del aire y un avance más lento hacia el calentamiento global.
No es una solución perfecta. Comprar un GNV cuesta más por adelantado. Repostar combustible es un dolor de cabeza que rivaliza con los problemas de infraestructura de carga de los vehículos eléctricos. En diciembre de 2011, Estados Unidos tenía sólo unas 1.000 estaciones de GNV. La mitad eran privados. El acceso público era limitado. Puedes instalar un sistema de reabastecimiento de combustible en casa, pero eso aumenta el impacto de la etiqueta. Y si bien reducen el CO2, no eliminan por completo el efecto de calentamiento.
Bucle sintético de Audi
Piense en los vehículos a gas natural como un puente. Una tecnología de transición. Eso cambia si puedes utilizarlos con metano sintético derivado del dióxido de carbono. Audi planea hacer exactamente esto en su planta de Werlte. El proceso divide el agua en hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis. Luego, combina el hidrógeno con el dióxido de carbono capturado en una planta de biogás. Pero la electrólisis necesita energía. ¿No significa eso simplemente que la contaminación se desplaza hacia otra parte? Sí. Esta es la pieza final del proyecto Audi e-gas. ¿De dónde viene la electricidad? Fuentes renovables.
Doble flexibilidad
Los fabricantes de automóviles que impulsan el metano sintético necesitan un vehículo que lo transporte. Para Audi, ese es el A3 Sportback TCNG. No construyeron un vehículo a GNV “puro”. El A3 TCNG lleva depósitos tanto de gas natural como de gasolina. El motor cambia entre ellos sin problemas. ¿Se está quedando sin GNC? ¿No hay ninguna estación a la vista? Utilice gasolina. Es un compromiso, pero el objetivo es funcionar con gas natural tanto como sea posible. Audi proyecta que 1.500 modelos A3 TCNG modificados pueden conducir 9.320 millas (15.000 kilómetros) por año con e-gas renovable. Estaba previsto que las ventas comenzaran en 2013.
Alimentando la red con viento y residuos
La instalación de Werlte es una bestia híbrida. Es la primera planta en la Tierra que combina la electrólisis del hidrógeno con la metanación. Se toma hidrógeno del agua y se mezcla con dióxido de carbono. El resultado es metano sintético. Pero la verdadera historia no es la química. Es la fuente.
La energía comienza como viento. Brisas fuertes y constantes del Mar del Norte. Audi instaló allí tres grandes parques eólicos marinos. Cuatro turbinas. Cada uno bombea 3,6 megavatios. ¿Producción anual? Cincuenta y tres gigavatios-hora. Son muchos electrones. Y Audi tiene tres planes distintos para ellos.
Primero, inyección directa. La empresa afirma que puede utilizar la energía eólica para fabricar 1.000 modelos Audi A1 e-tron. Estos coches recorrerían entonces 10.000 kilómetros (6.210 millas) al año. Puro eléctrico. Tubo de escape cero.
En segundo lugar, la propia planta Werlte. Alrededor de 20 gigavatios-hora de esa energía eólica fluirán hacia la instalación. Aquí, la electricidad descompone el agua en oxígeno e hidrógeno. A corto plazo, este hidrógeno no se utilizará en las pilas de combustible. Es el ingrediente principal del e-gas. Metano sintético. Ingresa a la red de gas natural. Termina en Gas Natural Vehicular (GNV).
En tercer lugar, el almacenamiento. Los parques eólicos son volátiles. A veces generan más energía de la que la red puede manejar. Ese exceso suele desaparecer. El gas electrónico cambia eso. Puedes bombearlo a la infraestructura de gas natural de Alemania. Guárdalo. Sáquelo más tarde cuando necesite generar energía. La red alemana es enorme. Podría contener el equivalente a 200 teravatios-hora de electricidad. Suficiente para mantener las luces encendidas durante meses.
Colaboración y eficiencia
Audi no inventó este bucle desde cero. El proceso provino del Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Württemberg. Trabajaron con el Instituto Fraunhofer de Energía Eólica y Tecnología de Sistemas Energéticos. La tecnología de combustible solar también está en la mezcla. Sus instalaciones se encuentran justo al lado de Werlte.
Aquí es donde entra en juego la eficiencia. La electrólisis y la metanación generan calor residual. La planta de Audi captura ese calor. La tecnología de combustible solar lo utiliza. Esta sinergia entre plantas aumenta drásticamente la eficiencia general. Convierte un pasivo en un activo.
Cronología y el camino por delante
Las instalaciones de Werlte alcanzaron su punto máximo en diciembre de 2012. La producción estaba prevista para comenzar en 2013. El momento coincidía con el del nuevo A3 Sportback TCNG de Audi. Estos vehículos llegaron a los concesionarios a finales de 2013.
La hoja de ruta no terminó ahí. Para 2015 estaba previsto un segundo modelo TCNG, basado en el chasis A4. El objetivo era simple: más vehículos a gas natural en las carreteras.
Audi no fue el único jugador. Chrysler y General Motors ya habían lanzado versiones a gas natural de sus camiones pesados. Honda estaba impulsando su Civic a gas natural. El mensaje fue consistente. Ahorra dinero. Reducir las emisiones. Quizás también salve el planeta.
La infraestructura está cambiando. El combustible está cambiando. ¿Pero los motores? Todavía necesitan quemar algo. Ya sean electrones, hidrógeno o metano sintético, la rueda sigue girando.
