¡Descarga Impacto Ambiental de Combustibles Vegetales en Aviación: Análisis de Motores Aéreos y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Gestión de Proyectos solo en Docsity!
Análisis del impacto ambiental del bioqueroseno como alternativa en motores aeronáuticos Valeria Cecilia Martínez-Ochoa, Wilmar Alejandro Román Hernández y Juan José Pedraza-Buitrago Escuela de Ingeniería, Universidad Pontificia Bolivariana – Medellín
1. RESUMEN Se espera que el mercado de biocombustibles crezca a una tasa compuesta anual de menos del 8% durante 2020-2025. Se espera que la demanda de suministro de energía segura, sostenible y limpia impulse la demanda de biocombustibles en todo el mundo. Se espera que el consumo mundial de biocombustible siga creciendo a un nivel significativo durante el período de pronóstico (MORDOR, 2021). En la actualidad, la alta demanda de pasajeros en los diferentes aeropuertos del mundo ha generado un aumento en la huella de carbono como consecuencia de una mayor quema de combustibles tradicionales que generan emisiones contaminantes a gran escala cada año. En este trabajo se realizará un estudio sobre el impacto generado al implementar el uso de biocombustibles como una alternativa ecológica frente al impacto ambiental generado por el uso de combustibles convencionales. El cambio al combustible alternativo genera impactos basados en el beneficio del medio ambiente reduciendo la huella de carbono, las emisiones de gases de efecto invernadero y haciendo también sostenible el sector de la aviación debido a los costos de mantenimiento contenidos y la mayor limpieza de estos combustibles. También genera un mejor aprovechamiento de los recursos renovables y resuelve la problemática de los países dependientes de la producción de petróleo no sólo contribuyendo a la parte ambiental, sino que también genera una mejor rentabilidad para ellos. Palabras clave: Biocombustible, huella de carbono, aceites vegetales, sostenibilidad, hidrocarburos. Biofuel, carbon footprint, vegetable oils, sustainability, hydrocarbons 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El sector de la aviación es uno de los que más rápido crecen en una rápida expansión a nivel global. El mercado de combustibles se ve influenciado por este crecimiento en el mercado.
El mercado de biocombustibles para aviación tiende a crecer también bajo la necesidad de hacer sostenible el sector junto con la relación directa con el medio ambiente y la huella de carbono que genera el sector (Insights, 2020). Actualmente, la industria de la aviación emite alrededor de 820 toneladas de CO2 cada año, lo que representa una participación total del 2% de las emisiones mundiales de CO2 (Kaltschmitt & Leuling, 2018). Un avión como el Boeing 747, consume aproximadamente 1 galón de combustible (unos 4 litros) cada segundo. En el transcurso de 10 horas de vuelo, podría quemar 36,000 galones (150,000 litros) (IASCA, 2014), Ecopetrol entrega el kerosene para ser suministrado al público, a través de surtidores, a 465 pesos el galón, pero algunas estaciones, por no tener surtidor y despachar desde canecas, cobran por el mismo 600 pesos. Con base en datos obtenidos en tiempo real en la web especializada www.flightradar24.com, que en abril de 2019 rastreó un total de 5,5 millones de vuelos (J.F.Alonso, 2019), es posible determinar consumo aproximado de combustible (durante 24 horas) que corresponde a 220 billones de pesos colombianos, por lo que es un mercado de gran tamaño dadas las cifras que se mueven diariamente. El calentamiento global, que deriva directamente en el cambio climático, ha causado consecuencias desastrosas para los seres humanos y el medio ambiente. Una de las principales causas de este fenómeno son los gases de efecto invernadero. (GEI) de industrias y vehículos que utilizan combustibles fósiles. La industria aeronáutica enfrenta retos puntuales a la hora de prestar los respectivos servicios puesto que es un sector donde las emisiones de gases de efecto invernadero son significativas siendo el transporte aéreo es responsable de aproximadamente el 2% de todas las emisiones de CO2 a la atmósfera, y este número puede alcanzar alrededor del 3% para 2050 si las líneas aéreas siguen creciendo a un ritmo constante del 5% anual (Buffon & Stradiotto, 2019). Los motores a reacción en aviación, en la mayoría de las ocasiones están propulsados por combustible Jet A1, el cual está compuesto por algunos elementos como el carbono e hidrogeno con un pequeño porcentaje de otros elementos como el azufre, nitrógeno y algunos metales integrados en hidrocarburos, donde el monóxido de carbono es considerado uno de los mayores contaminantes de la atmosfera terrestre y uno de los mayores problemas ambientales de América latina (Tellez, Rodriguez, & Fajardo, 2006). De esta manera, la industria aeronáutica está comprometida con tres metas de reducción de emisiones: (1) mejorar la eficiencia del combustible en un promedio de 1,5% anual para 2020, (2) limitar las emisiones netas mediante un crecimiento neutral en carbono a partir de 2020, y (3) reducir las emisiones netas a la mitad en 2050, en comparación con 2005. En 2012, la Unión Europea ha implementó la Directiva 101/2008 / EC en un esfuerzo por reducir las aeronaves Emisiones de CO2. Esta directiva requiere que todos los vuelos dentro o dentro del Espacio Económico Europeo para reducir sus emisiones de
consumo aumentando la eficiencia en ambos motores y diseño de estructuras de aeronaves, optimizando la gestión del tráfico aéreo, etc. Se estima que la disminución de las emisiones de CO2 de estas medidas es inferior al aumento de las emisiones de CO2 debido al aumento de los vuelos. Como resultado, las compañías aéreas han estado buscando para otras posibles soluciones. Los biocombustibles están recibiendo una mayor atención como una posible solución debido a su carácter renovable, así como a su capacidad de reducir hasta un 80% las emisiones de CO2 del ciclo de vida en comparación con combustible de aviación convencional. Además, los biocombustibles de aviación proporcionan otro suministro de combustible, lo que aumenta la seguridad del combustible y puede disminuir emisiones contaminantes si se queman en aviones. En un medio no acuoso, la oxidación anódica de alcoholes primarios en un electrodo de platino conduce a la formación del correspondiente 1,1- dialcoxialcanos. También se pueden formar ésteres dependiendo del electrolito y del material del electrodo utilizado. Se investiga el comportamiento electroquímico del HHF en un electrodo de carbono vítreo para ayudar al desarrollo de futuros métodos electro analíticos para la determinación de esta molécula en bioqueroseno de aviación. Dado que los avances tecnológicos se están produciendo a un ritmo acelerado, la energía juega un papel más importante en la vida diaria de todos. personas y desarrollo socioeconómico de cada país. La puesta en marcha de los combustibles alternativos es el mecanismo más viable para contrarrestar la alta demanda de combustibles de hidrocarburos y energía que provocan aumento de emisiones de gases invernadero. Unos de los combustibles alternativos ideales para convertirse en combustible de aviación es el metano a partir de los hidratos, sin embargo, la accesibilidad a dicho hidrocarburo es limitada. (Hendricks, 2007). También se observa como alternativa el biodiésel y el etanol para el reemplazo de combustibles fósiles y la pronta satisfacción de la demanda de diésel y gasolina. (Noora, Noor, & Miqdam, 2019). Dentro de la preparación de los combustibles se deben tener en cuenta la estructuración de los elementos a emplear, por ejemplo, el babasú y la camelina son aceites ampliamente utilizados debido a sus propiedades, sin embargo, se les incorpora metanol mediante el método catalítico básico clásico. La producción de aceite de camelina ha alcanzado una gran escala comercial (más de 15. hectáreas en total) que ha permitido optimizar el protocolo de cultivo y la estrategia de expansión del cultivo. (Itaka). Es por ello, que en la investigación denominada Bioqueroseno de aceites de babasú y camelina: producción y propiedades de sus mezclas con queroseno fósil, se menciona que la composición química de un biodiésel o bioqueroseno depende de la materia prima que se utilice para su creación. En concreto, el contenido de ácidos grasos de la materia prima determina la composición química de los ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) que componen el biodiésel o el bioqueroseno. (Hileman, Stratton, & Donohoo, 2010). No obstante, también surgen complicaciones porque el contenido energético (tanto la densidad energética como la energía específica) del biodiésel y el bioqueroseno es menor que el del combustible convencional para aviones. Esto ocurre porque
las moléculas que componen estos combustibles están parcialmente oxidadas. El contenido energético del biodiésel derivado del aceite de soja, del aceite de canola y de muchas grasas animales es similar, debido a la similitud de los ésteres metílicos de ácidos grasos que componen los productos de biodiésel acabados. El bioqueroseno derivado del aceite de coco, del aceite de babasú o de otros aceites con menor número de carbono tendrá un contenido energético menor que el derivado del aceite de soja. (Hileman, Stratton, & Donohoo, 2010, pág. 1118). El desarrollo de combustibles alternativos es una iniciativa esencial para mantener la seguridad energética de un país y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Las tecnologías relativas a la producción de pilas de hidrógeno de bioqueroseno aún no están difundidas y necesitan de altas inversiones para su implementación a escala industrial. El sector de la aviación representa aproximadamente el 2% de todo el dióxido de carbono emitido a la atmósfera. Incluso si se tienen en cuenta otros métodos de cuantificación, estos valores alcanzan el 3,5%. Actualmente, se están llevando a cabo varias iniciativas y pruebas de vuelo con la intención de desarrollar biocombustibles renovables y sostenibles en muchos países, incluido Brasil. (Cremonez, y otros, 2014).
4. OBJETIVOS Objetivo general Analizar el impacto ambiental producido por motores aeronáuticos que utilizan biocombustible de origen vegetal Objetivos específicos -Realizar un comparativo general de motores aeronáuticos en aeronaves comerciales que utilizan combustible estándar y biocombustible de origen vegetal. -Analizar las diferentes formas de producción de biocombustible a partir de aceites vegetales -Determinar las ventajas que generaría el uso de biocombustibles a base de aceites vegetales en el sector aéreo 5. METODOLOGÍA Para el desarrollo del proyecto se comienza con la recopilación de información acerca de los diferentes tipos y características de los aceites vegetales que se utilizan o se pueden utilizar en motores aeronáuticos comerciales. Esta información se obtendrá por medio de organizaciones encaminadas al estudio de los aceites de origen vegetal y que tienen una amplia investigación en este campo. Compañía aérea Air New Zealand Continental Airlines Japan Airlines Aeronave Boeing 747-400 Boeing 737-800 Boeing 747- Motor Rolls-Royce RB211-524G
CFM
International Pratt & Whitney JT9D-7R4G
muy importante conocer la dependencia con la temperatura de dicha variable para asegurar una óptima combustión del carburante. El aceite de coco refinado se somete a un proceso de transesterificación, es decir, el aceite se mezcla con metanol en presencia de un catalizador básico, metóxido sódico, dando lugar de forma cuantitativa a un metil éster y glicerina. A continuación, el FAME de coco se destila a 2 torr mediante una bomba de vacío. El intervalo de ebullición considerado ha sido 47 - 105 ºC2tor. Una vez realizada la destilación se obtienen una fracción ligera y otra fracción pesada. La fracción ligera es el bioqueroseno. Una pasta de microalgas Nannochloropsis gaditana, obtenida de cultivos para captura de CO2 de la empresa petrolera Repsol, de la cual se habían previamente extraído los ácidos grasos por centrifugación, ha sido tratada con potasa para destruir aún más las membranas celulares y permitir primero extraer los componentes de los sistemas fotosintéticos, tales como clorofila y carotenoides con éteres, para luego, previo tratamiento con ácido sulfúrico en glicoles, poder extraer con solventes los ácidos grasos constituyentes del ácido algínico, y que pueden ser la base para la formación de bioquerosenos y su uso en aviación. Los solventes utilizados han sido 2,4- pentanodiona (acetil acetona) y el etanodiol (etilen glicol). De la destilación final se obtendrán varias fracciones de los aceites necesarios (GUIMARAES, DANTE, NAVAS, G, & DURÁN, 2010). La obtención del inventario de gases se calculó en conformidad a las directrices del “Air Pollutant Emission Inventory Guidebook 2019”, sección
- A.3ª “Aviation”, este método tiene la ventaja de diferenciar los ciclos y el tipo de vuelo para efectuar los reportes y posterior inventario. 6. BIBLIOGRAFÍA (MORDOR, 2021: , (MORDOR, 2021), (Insights, 2020: , (Insights, 2020), (Kaltschmitt & Leuling, 2018: , (Kaltschmitt & Leuling, 2018), (IASCA, 2014: , (IASCA, 2014), (J.F.Alonso, 2019: , (J.F.Alonso, 2019), (Buffon & Stradiotto, 2019: , (Buffon & Stradiotto, 2019), (Tellez, Rodriguez, & Fajardo, 2006: , (Tellez, Rodriguez, & Fajardo, 2006), (Lee & Mo, 2011: , (Lee & Mo, 2011),
(Duong, y otros, 2020: , (Duong, y otros, 2020), (Chiaramonti, Prussi, Buff, & Tacconi, 2014: , (Chiaramonti, Prussi, Buff, & Tacconi, 2014), (Editor, 2008: , (Editor, 2008), (Canoira, Lapuerta, & Gassol, 2010: , (Canoira, Lapuerta, & Gassol, 2010), (GUIMARAES, DANTE, NAVAS, G, & DURÁN, 2010: , (GUIMARAES, DANTE, NAVAS, G, & DURÁN, 2010),
