Por Neil Gerrard
Ya sea por la carrera hacia los vehículos eléctricos de carretera o por el flujo constante de anuncios de los OEM sobre su último desarrollo de maquinaria de construcción eléctrica, puede parecer que los días del motor diesel de combustión interna están contados.
Hyundai Doosan Infracore lanzará un nuevo motor de hidrógeno de 11 L en ConExpo. (Foto: Hyundai Doosan Infracore)
De hecho, aunque la gama de máquinas de construcción eléctricas ha aumentado drásticamente en los últimos años, todavía representan una proporción muy pequeña de las ventas globales. En Europa, es quizás el 0,5%, casi todo en máquinas pequeñas como miniexcavadoras y cargadoras de ruedas compactas.
En China, el número de vehículos eléctricos vendidos es ligeramente superior gracias a la oferta de cargadoras de ruedas y excavadoras más grandes de hasta unas 20 t.
Pero Off-Highway Research estima que la cuota de ventas de las máquinas eléctricas en China sigue siendo como máximo del 1%.
Las máquinas con motor diésel todavía dominan el mercado de fuera de carretera.
En el contexto del Acuerdo de París para reducir el calentamiento global a 1,5°C, eso es un problema.
Pero la predicción de la muerte del motor de combustión, si no del propio diésel, puede haber sido exagerada.
“Los OEM se están cansando del motor de combustión interna (ICE), especialmente en el área de vehículos ligeros, y creo que eso es un error”, dijo el año pasado el Dr. Allen Aradi, científico de combustibles de Shell Global Solutions, en la Diesel Progress Summit.
“Puede que no parezca factible y conveniente en este momento, pero a medida que se acerque el 2050, se encontrará que los combustibles bajos en carbono y los sistemas de combustión que los queman serán muy importantes”.
Limitaciones de la batería eléctrica y las celdas de combustible:
Las máquinas totalmente eléctricas, por supuesto, serán parte de la mezcla. Pero no se adaptarán a todas las aplicaciones en la construcción, particularmente en el extremo más pesado de la escala. Las baterías implican desafíos particulares en lo que respecta a la gestión térmica y de la humedad. Eso significa que los motores de combustión a menudo siguen siendo preferibles en ciertos entornos operativos hostiles.
El nuevo reabastecimiento de hidrógeno entre el manipulador telescópico de hidrógeno y la retroexcavadora de JCB. (Foto: JCB)
Y luego está el costo. Como anécdota, una versión eléctrica de un cargador compacto con orugas, por ejemplo, actualmente puede costar más del doble del precio de su equivalente con motor diésel. Mientras que un consumidor puede estar dispuesto a pagar más para hacer una declaración sobre su postura sobre el medio ambiente, para los contratistas de todo el mundo, lo más probable es que sea el resultado final lo que determine las decisiones de compra.
La carga de electricidad de las máquinas también podría resultar un desafío, especialmente en ubicaciones remotas o donde el tiempo necesario para recargar la batería podría interferir con el trabajo programado.
La energía de las celdas de combustible de hidrógeno “verdes” también tiene el potencial de ser parte de la solución, pero no es probable que pueda satisfacer la intensidad de energía y potencia de todos los equipos de construcción y movimiento de tierras. Algunos argumentan que las celdas de combustible también son susceptibles a las duras condiciones, como la humedad, la altitud, el polvo y los golpes y vibraciones. Pero las empresas que los desarrollan afirman que la durabilidad está mejorando, con una unidad de pila de combustible emparejada con una batería capaz de funcionar tanto o más que un motor diésel. Donde las celdas de combustible son menos ventajosas es su alto costo y el hecho de que el hidrógeno requerido para operarlas todavía es relativamente difícil de obtener.
Una de las principales ventajas de los sistemas de propulsión diésel es que son muy compactos. El tren motriz y el almacenamiento de energía ocupan menos espacio que un sistema de pila de combustible sin batería, que requiere mucho más espacio para el almacenamiento de energía, o una batería eléctrica, que requiere menos espacio para el tren motriz pero mucho más para el almacenamiento de energía. Y cuando el volumen de almacenamiento de energía en una máquina no se puede aumentar, entonces su tiempo de funcionamiento hasta el reabastecimiento de combustible tiene que disminuir.
Los motores de combustión llegaron para quedarse, pero deben cambiar:
Los motores diésel ya son un 95 % más limpios de lo que eran en términos de emisiones. También se han vuelto más eficientes, pero no en la medida en que puedan resolver el desafío de las emisiones de carbono. La construcción tendrá que dejar de usar diésel para alcanzar sus objetivos de reducción de carbono.
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Pero eso no quiere decir que los motores de combustión no puedan seguir siendo parte de la mezcla, junto con la batería eléctrica y las celdas de combustible. “Prácticamente todos los fabricantes de motores están considerando la electrificación y las celdas de combustible.
Pero, en mi opinión, los motores de combustión seguirán existiendo durante mucho tiempo, especialmente para fuera de la carretera, donde la electrificación se ve desafiada para abordar las necesidades de las aplicaciones”, dice Mike Brezonick, vicepresidente editorial de la división de energía de KHL Group.
El Dr. Ingo Wintruff, director gerente del negocio de motores de combustión de Liebherr, hablando en la Cumbre de Progreso Diesel del año pasado, dijo: “La preocupación no es el motor de combustión sino el combustible que se quema. Los motores de combustión tienen ventajas insuperables en condiciones difíciles y se han vuelto favorables para una mayor energía y densidades de potencia”.
Además, la tecnología de inyección de combustibles alternativos, en particular hidrógeno, ya existe. Si bien acepta que la combustión no es la única solución, Liebherr está trabajando para desarrollar una alta similitud de piezas entre sus ICE para permitir una adaptación mínima de sus motores a fin de permitirles manejar diferentes combustibles.
La disponibilidad de combustible para ICE “cero” presenta desafíos:
Eso no quiere decir que los combustibles alternativos para los motores de combustión no tengan desafíos.
Los ICE que funcionan con aceites vegetales hidrotratados (HVO) ya son relativamente comunes en ciertas regiones. A fines de 2022, por ejemplo, el contratista de construcción e infraestructura BAM se comprometió con los combustibles HVO como parte de la estrategia para la descarbonización de sus operaciones para 2026.
Sin embargo, no todos están de acuerdo con el enfoque. En un documento de posición publicado el año pasado, Balfour Beatty señaló “problemas graves” con HVO en términos de trazabilidad y reclamos de huella de carbono que, según dijo, debían “resolverse” antes de que pudiera comprometerse.
El desacuerdo apunta a una incertidumbre más amplia en torno no solo a las afirmaciones sobre la sostenibilidad de los combustibles alternativos, sino también a su capacidad para mantenerse al día con la demanda potencial.
JCB presentó su primer motor de hidrógeno con cero emisiones de carbono en ConExpo 2023 en Last Vegas, EE. UU. La empresa ha invertido 100 millones de libras esterlinas (120 millones de dólares estadounidenses) en el proyecto y ya tiene prototipos en funcionamiento que se ejecutan en una retroexcavadora y un manipulador telescópico. También ha desarrollado un sistema de reabastecimiento de combustible móvil, que permite tomar hidrógeno de los remolques tubulares en el sitio y distribuirlo a las máquinas mediante un reabastecimiento de combustible mientras trabajan en el lugar de trabajo, de manera similar a usar un camión cisterna para reabastecer máquinas diesel.
No obstante, un miembro de la industria describió la infraestructura para repostar motores impulsados por hidrógeno como “prenatal”. No es de extrañar, teniendo en cuenta que la tecnología del motor en sí todavía se encuentra en las primeras etapas.
Actualmente, los JD14 y JD18 de John Deere son capaces de quemar aceite vegetal hidrogenado (HVO) y biodiésel hasta B20 como reemplazo directo del diésel. (Foto: Personal de Diesel Progress)
Si los combustibles alternativos como HVO o hidrógeno para motores de combustión van a ayudar en los esfuerzos de la industria de la construcción para descarbonizarse, entonces requerirán una ampliación muy rápida, además de garantías inquebrantables sobre su sostenibilidad.
El Dr. Aradi, durante su presentación en la Diesel Progress Summit, señaló: “Por el lado del combustible, necesitamos hacer mucha más ciencia básica para poder transmitirla a los OEM para que puedan optimizar adecuadamente sus motores”. Dijo que tales combustibles son “imprescindibles” en lugar de una opción y que tienen el potencial de compensar la demanda de diésel. Pero los volúmenes a los que se producen no van a satisfacer la demanda a menos que suceda algo.
Si bien hay suficiente disponibilidad de ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), aceites vegetales hidrotratados (HVO), etanol y metanal para satisfacer la demanda hasta 2035, Aradi indicó que se requerirá una mayor ampliación para satisfacer la demanda entre 2035 y 2050.
En el caso de opciones más exóticas como la bionafta, el biogas natural, el hidrógeno (azul o verde) y el amoníaco, actualmente no hay suficiente disponibilidad y requerirían una ampliación aún mayor para satisfacer la demanda futura.
Pidió una hoja de ruta y colaboración entre los proveedores de combustible, los OEM y los reguladores para establecer el proceso de producción y aumentar los volúmenes.
Aradi dijo que vio la necesidad de implementar “soluciones basadas en la naturaleza” para cultivar materias primas y enfatizó que deberán ser sostenibles. Y sugirió solucionar los problemas de gestión del agua en áreas semiáridas y de baja población como África ecuatorial, antes de convertir la tierra allí para el crecimiento de biomasa.
Agregó: “Y luego, cuando llegamos a los reguladores, necesitan simplificar el proceso para introducir estas nuevas moléculas en el mercado. Los proveedores de combustible y los OEM deben presionar a los reguladores para asegurarse de que, a medida que estos combustibles sin carbono sean factibles y estén disponibles, los introduzcamos directamente en el mercado sin los trámites burocráticos habituales”.
El motor Diesel predominará por ahora:
Es probable que continúe el trabajo para hacer que el diesel sea “más limpio”, particularmente en lo que respecta a las emisiones de partículas y NOx.
Los estándares de emisiones fuera de carretera de la Etapa V de la UE para vehículos fuera de carretera son actualmente los más estrictos del mundo.
Mientras tanto, es probable que EE. UU. avance hacia los estándares Tier 5, con una implementación probable alrededor de 2026-27.
Y China implementó las primeras regulaciones todoterreno del Estándar Nacional 4 de China el año pasado, que cubren todos los equipos diésel fuera de carretera de menos de 560 kW.
Los estándares se basan en EU Stage 3B, con la adición de límites en el conteo de partículas que resultan en el requisito de usar un filtro de partículas diesel. El estándar para motores más pequeños (menos de 37kW) sigue el modelo de los estándares Tier 2 de la Agencia de Protección Ambiental (EPA).
Un enfoque continuo en la reducción de las emisiones nocivas de los motores diésel refleja el hecho de que es probable que predominen en las aplicaciones de construcción fuera de carretera durante algún tiempo.
Predecir el futuro, particularmente a la luz de los eventos de los últimos años, se ha convertido en algo así como un juego de tazas.
Pero es probable que pasen décadas antes de que otras formas de generación de energía comiencen a superar a los motores diesel.
Fuente: INTERNATIONAL CONSTRUCTION
