Madrid, 18 Septiembre 2013 / TECNOLOGÍAS Y COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS / Juan Luis Plá de la Rosa
Políticas de Movilidad Urbana Sostenible y Accesible
Juan Luis Plá de la Rosa
Jefe del Departamento de Transporte
IDAE
TECNOLOGÍAS Y COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS PARA UNA MOVILIDAD
ENERGÉTICAMENTE SOSTENIBLE
Madrid, 18 Septiembre 2013 / TECNOLOGÍAS Y COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS / Juan Luis Plá de la Rosa
UsePrimary Energy Energy Carrier Use
Renewable
Biomass
Geothermal
Solar
Water
Wind
Fuels Thermal Engine
Electric Motor
Fuel Cell
Battery
Fossil
Crude Oil
Natural Gas
Uranium
Diesel/
Gasoline/
Cerosine
Gas
Coal
Power Plants
Synthetic
Fuels
Hydrogen
Vehicle
ICE
Jet
Electric Power
Heating
Ship
ICE
Electric Power
Plastic / Chemistry
Production
Transportnon Transport
UsePrimary Energy Energy Carrier Use
Renewable
Biomass
Geothermal
Solar
Water
Wind
Fuels Thermal Engine
Electric Motor
Fuel Cell
Battery
Fossil
Crude Oil
Natural Gas
Uranium
Diesel/
Gasoline/
Cerosine
Gas
Coal
Power Plants
Synthetic
Fuels
Hydrogen
Vehicle
ICE
Jet
Electric Power
Heating
Ship
ICE
Electric Power
Plastic / Chemistry
Production
Transportnon Transport
Alternativas para el transporte
Fuente: Future Fuels for Transport 2050. UE 2011
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Periodo Transporte por carretera
Corto plazo
(2020)
Ligeros:
Mezclas de bioetanol o biodiesel
Electricidad
Hidrógeno
GLP, HVO, metano
Pesados (ciudad)
Mezcla de biodiesel
HVO, metano
Electricidad (híbridos)
Hidrógeno (autobuses)
Pesados (larga distancia):
Mezcla de biodiesel
HVO / metano (vehículos duales)
Medio plazo
(2030)
(Mezcla de) Bioetanol o biodiesel (2ª
generación)
Electricidad & hidrógeno
Biometano, HVO
Sintéticos: BtL/GtL
Biodiesel (1ª y 2ª generación)
Combustibles sintéticos (GtL)
Biometano, HVO
Hidrógeno
Electricidad (híbridos)
Biodiesel (1ª y 2ª generación)
Combustibles sintéticos (GtL)
Biometano /
GNC, HVO
Hidrógeno
Largo plazo
(2050)
Electricidad e hidrógeno a partir de fuentes
de energía renovables
Biometano (principalmente para vehículos
en larga distancia)
Biocombustibles (2nd3rd generación, sólo
para el transporte de larga distancia).
Biocombustibles (2ª y 3ª generación)
Electricidad e hidrógeno a partir de
fuentes de energía renovables
Biometano
Biocombustibles (2ª y 3ª generación)
Electricidad e hidrógeno a partir de fuentes de
energía renovables
Fuente: Future Fuels for Transport 2050. UE 2011
Alternativas para el transporte
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Emisiones de CO2 y consumo energético
C/HC/O·1612
44
ecombustibl kg
CO kg 2
2,75
1,91
1,38
3,023,153,2
0,82
0,55
0,8
0,84
0,74
0,92
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Gasóleo Gasolina GLP Gas Natural Etanol Metanol
kg
CO
2 / k
g c
om
bustib
le
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
kg
CO
2 / k
W · h
Diesel Otto
2,75
1,91
1,38
3,023,153,2
0,82
0,55
0,8
0,84
0,74
0,92
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Gasóleo Gasolina GLP Gas Natural Etanol Metanol
kg
CO
2 / k
g c
om
bustib
le
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
kg
CO
2 / k
W · h
Diesel Otto
Consumo energía
(kwh/km)
Emisión CO2
(kg/km)
Gasolina 0 % 0 %
Diesel - 15 % - 13 %
GLP 0 % - 10 %
Gas natural - 5 % - 24 %
Híbrido
(gasolina)
- 27 % - 27 %
Fuente: IDAE
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BIOCARBURANTES 1ª GENERACIÓN –CARACTERÍSTICAS
BIODIESEL
Obtenido a partir de semillas oleaginosas (colza, girasol, palma y soja) y de aceites
vegetales usados y grasas animales mediante transesterificación.
Puede emplearse hasta el 100% en cualquier motor diesel moderno.
BIOETANOL
Obtenido a partir de semillas ricas en azúcar, almidón o celulosa (cereales, remolacha,
maíz, alcohol, desechos agrícolas y forestales) mediante fermentación y destilación.
Puede emplearse en mezclas de hasta un 15% en cualquier motor Otto moderno.
También al 100% en motores preparados. En Suecia, Ford comercializa su modelo Focus
FFV de combustibles flexible y SAAB el 9-5 Biopower. El bioetanol se emplea también en
la fabricación de ETBE.
BIOGAS
Obtenido a partir de la fermentación anaeróbica de biomasa mediante la acción de
bacterias metanogénicas. Se genera industrialmente en EDARs y vertederos de RSU.
En España no está reconocido como biocarburante. En Suecia existen 4500 turismos y
800 autobuses a biogás.
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BIOCARBURANTES DE 2ª GENERACIÓN Y COMBUSTIBLES SINTÉTICOS
Biocarburantes conv.
Esteres metílicos de
ácidos grasos
(FAME)
Bio-Etanol
ETBE
Bio-Metanol
Bio-butanol
Combustibles sintéticos
GTL(Gas to Liquid)
SynFuel
CTL(Coal to Liquid)
SynFuel
BTL(Biomass to Liquid)
Biocarburantes de 2ª
generación
SunFuel
SunDiesel
Biocarburantes de 1ª
generación
Síntesis de Fischer Tropsch + Captura de CO2
nCO + 2nH2 CnH2n + nH2O
nCO + (2n + 1)H2 CnH2n+2 + nH2O
Fermentación; Destilación;
Transesterificación; otros
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GAS NATURAL (GN) - VENTAJAS Y BARRERAS
PRINCIPALES VENTAJAS …
Tecnología desarrollada y disponible.
Reducción emisiones contaminantes de NOx y CO.
No emite partículas sólidas ni SO2.
Emisiones de CO2 inferiores un 25% a Gasolina y
10% a Gasóleo.
Diversificación energética.
Reducción ruido autobuses.
… Y BARRERAS
Coste del desarrollo de infraestructura de suministro para vehículos
privados (inexistente actualmente en España).
Espacio y peso necesarios para el almacenamiento en los vehículos.
No garantiza la seguridad abastecimiento energético.
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GASES LICUADOS DE PETRÓLEO – TECNOLOGÍA, VENTAJAS Y BARRERAS
PRINCIPALES VENTAJAS …
Tecnología desarrollada y disponible
Reducción emisiones contaminantes y ruido
… Y BARRERAS
Es un derivado del petróleo.
Necesita adaptación de los coches, aunque el combustible es más barato.
Espacio y peso necesarios para el almacenamiento en los vehículos
Pocas estaciones de suministro para vehículos privados.
TECNOLOGÍA
GLP: mezcla variable de propano (C3H8) y butano (C4H10) obtenido por refino de
crudo (45%) y de yacimientos de gas natural (55%).
Vehículos ESPECIALIZADOS (monocombustible) y BI-COMBUSTIBLE con
rendimientos parecidos a los de gasolina.
Almacenamiento a 15 b en depósitos cilíndricos y toroidales de 50 l, 80 l y mas.
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¿EL HIDRÓGENO COMO FUENTE DE ENERGÍA?
¡El hidrógeno NO ES UNA FUENTE DE ENERGÍA!
Reformado
Oxidaci
parcial
H2
Fuentes de energía
Electrolisis
del agua
Electrolisis
del agua
Electrolisis
del agua
CO2
Reformado
Oxidaci
parcial
Reformado,
Oxidación parcial
H2H2OH2O
H2OH2O
Carbón
Petróleo
Gas natural
Biomasa
Nuclear Ele
ctr
icid
ad
Eólica
Solar
Hidráulica
Geotérmica
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FLUJO DE ENERGÍA QUÍMICA MECÁNICA
• La energía química va asociada al combustible. Tipo de combustible
• La energía mecánica se utiliza en la propulsión del vehículo.
• Tipo de vehículo. (Dos caminos):
H2Energía química
Energía
mecánica
Energía
eléctrica
Combustión Energía térmica
Motor
eléctrico
Máquina
térmica de
expansiónMotor térmico ( 0,4)
Pila de combustible (PEM: ¿ 0,60?)
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PILAS DE COMBUSTIBLE - VENTAJAS Y BARRERAS
PRINCIPALES VENTAJAS …
Alternativa limpia, eficiente y silenciosa in-situ
único “producto de combustión”: vapor de agua
Rendimiento de hasta el 65%.
Posibilidad de combinar con renovables.
… Y BARRERAS
Altos costes de tecnología de las pilas
Avances tecnológicos necesarios respecto al almacenamiento de
combustible
Necesidad costosas inversiones en instalaciones de producción y distribución
No existen actualmente fuentes limpias y baratas para generar H2
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Fuente: ACEA; Parlamento Europeo; Roland Berger Strategy Consultants
OBJETIVOS CO2 VEHÍCULOS UE (g/km)
Reglamento 443/2009
1) UE15
2) 120 g/km vehículos; 10 g/km adicionales mediante mejoras en neumáticos, AC
1)
95
2008
2015
2020
161
152
185
130 (2)
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016 2019 2022 2025
70
ELECTRIFICACIÓN DEL TRANSPORTE ¿PORQUÉ?
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POTENCIAL DE PRESENCIA DE VE - PHEV
0
1
2
3
4
5
6
7
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270
Emisiones CO2 (g/km)
Segmento/Tamaño
PHEV/
EV
Reducción de peso
125 g/km95 g/km
Objetivos Emisiones CO2
2020 2015
Compactos
Coches medios
Coches
granes
Coches de
lujo
Compactos SUV
Grandes SUV
El tamaño del círculo señala las ventas actuales por segmentos.
Fuente: Roland Berger Strategy Consultants
ELECTRIFICACIÓN DEL TRANSPORTE ¿PORQUÉ?
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EVOLUCIÓN TÉCNICA HACIA LA ELECTRIFICACIÓN DEL VEHÍCULO
MICRO HEVStart-stop
Frenado regenerativo
Mild HEVStart/stop
Frenado regenerativo
Apoyo eléctrico a la tracción
Full HEV (Paralelo)Conducción en modo eléctrico
exclusivo (pocos km)
Frenado regenerativo
Start/stop
PHEVConducción en modo
eléctrico (mayor
autonomía)
Carga externa o interna
E-REV ¿FCEV?
VEHÍCULO ELÉCTRICO (BEVs)Conducción en modo eléctrico con
batería
ICETecnología
convencional
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EVOLUCIÓN TÉCNICA HACIA LA ELECTRIFICACIÓN DEL VEHÍCULO
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Vehículo Eléctrico(electricidad procedente
de ciclo combinado GN)
Vehículo Eléctrico
(electricidad procedente
de central de Carbón)
Vehículo convencional
29% =Rend. Central Distribución Motor eléctrico
42% 92% 75%X X
24% =Rend. Central Distribución Motor eléctrico
35% 92% 75%X X
17% =Refinería Motor Térmico
83% 20%X
WTW1 – Eficiencia Energética (%)
1) Well-to-Wheel (del Pozo a la Rueda)
FUENTE: Roland Berger Strategy Consultants y Plugged In. The end of the Oil Age.
Gary Kendall. WWF. Adena.
Análisis comparativo de la eficiencia energética entre
un vehículo convencional y un vehículo eléctrico
COMPARATIVA DE EMISIONES EN
FUNCIÓN DE TECNOLOGÍAS
FUENTE: JRC/Eucar(Concawe y RENAULT
VEHÍCULOS
ELÉCTRICOS
122
139
143192
35 157
40 123
32 107
20 102
121
108
58
57
9
2
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Megane 115 CV Gasolina
Megane 115 CV GNC
Megane 85 CV Diesel
Toyota Prius Híbrido
Carbón (sin CSC)
Carbón (IGCC)
Mix Europeo
Gas Natural
Biomasa
Nuclear
EólicaWell to TankTank to Wheel
• Los vehículos eléctricos son mucho más
eficientes que los vehículos
convencionales (tank to wheel).
• Incluso en el ciclo completo (well to
wheel) la tracción eléctrica es más
eficiente.
• Los análisis de eficiencia energética y
reducción de emisiones deben llevarse a
cabo en el ciclo completo.
• La reducción de emisiones va a depender
del mix energético eléctrico.
EFICIENCIA DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO
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GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
Evolución Factor de emisiones
FUENTE: REE
• La reducción de emisiones de GEI gracias al
VE va a depender el nivel de emisiones de la
generación eléctrica.
• Es necesario incorporar rendimientos de
transporte, distribución y transformación, y
de la propia recarga en el vehículo.
• El efecto “horario” de las emisiones no es
tan decisivo como el mix medio.
• En España el mix actual y el previsto
(PANER) en 2020 remarcan las ventajas del
VE en la reducción de emisiones del
transporte.
FUENTE: IDAE
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OTRAS VENTAJAS DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO
• Reducción de la dependencia energética
exterior, especialmente de productos
derivados del petróleo.
• Incremento de la eficiencia energética del
sistema eléctrico (reducción diferencias
punta/valle).
• Reducción de las emisiones asociadas al
transporte en su uso (especialmente en
entornos urbanos).
• Incorporación del transporte al mercado de
emisiones de GEI a través de la generación de
electricidad.
• Incorporación de energías renovables al
sistema preferentemente en horas valle.
1.200
Cortesia: REE
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2009 2010 2011 2012 2013
10
20
30
40
50Battery capacity (kWh)
Expected launch year
Fuente: AIE 2009
PREVISIONES DE MERCADO
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BALANCE
DATOS DE MOVILIDAD COMUNES:
Número de vehículos: 1.000.000
Kilómetros anuales: 18.500
VEHÍCULO DE COMBUSTÓN INTERNA VEHÍCULO ELÉCTRICO
Consumo medio: 5,60 litros/100 km. Consumo medio: 17,50 kwh/100 km. Rendimientos: Cargador: 92%
Gasolina: 6,00 litros/100 km. % Flota: 50% Consumo en bornas de central: 20,68 kwh/100 km. Pérdidas Tpte/transformación: 9%
Gasóleo: 5,20 litros/100 km. 50% Consumo energía primaria: 41,35 kwh/100 km. Generación: 50%
Consumo total E.F.: 1.036.000.000 litros/año 9.740.294 Mwh/año Consumo anual total E.P.: 7.650.353 Mwh/año
Consumo total E.P.: 883.366 tep/año 7.623.396 Barriles/año Consumo Energía Primaria: 657.930 tep/año
Emisiones medias: 158 gCO2/km. Emisiones medias en bornas: 277 gCO2/kwh 57 gCO2/km. Ahorro emisiones 63,7%
Emisiones totales: 2.915.835 tCO2/año Emisiones totales: 1.059.574 tCO2/año
Ingresos Fiscales: 614.762.400 Euros/año 0,593 Euros/litro. Ingresos Fiscales: 44.795.572 Euros/año Coste electricidad: 211 EUR/Mwh
Impuesto electricidad: 6,03 %
RESULTADO:
Ahorro energía primaria: 225.435 tep/año %Ahorro energía primaria= 25,5%
Emisiones evitadas: 1.856.261 tCO2/año % Reducción emisiones CO2= 63,7%
Reducción déficit exterior: 697.740.353 Euros/año Cotización: 122,7 US$/Barril BRENT a Fecha: 29.2.2012
Reducción coste emisiones CO2: 7.425.044 Euros/año Precio CO2: 4,0 Euros/t. Bloomberg 16.2.2012
Reducción ingresos fiscales: 569.966.828 Euros/año Cambio: 1,3406 US$/Euro a Fecha: 29.2.2012
En 2011 las emisiones medias de los turismos vendidos en España fueron 135 gCO2/km. En energía primaria suponen 158 gCO2/km.
Emisiones medias generación electricidad 2011: 277 gCO2/kwh Fuente: Departamento Gestión de la Demanda. REE.
Noviembre 2011: Fuente CORES. Impuestos en los carburantes: Gasolina: 0,4426 IVA: 0,1989 Total: 0,6415
Gasóleo: 0,3459 IVA: 0,1994 Total: 0,5453
Coste doméstico electricidad: 21,10 cEuro/kwh Fuente: Informe precios de la energía. IDAE, Enero 2012.
Impuesto electricidad: 100 / (100-4,864) x 0,18 de IVA
IMPACTO VE EN ESPAÑA
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MUCHAS GRACIAS POR
SU ATENCIÓN
Juan Luis Plá de la Rosa
Contacto e-mail: [email protected]