El plan de combustible de etanol reduce las importaciones, las preocupaciones de los automovilistas. ¿Qué dice la ciencia?

En 2021, el Gobierno de la India había dicho que se trasladará a una mezcla de etanol al 20% en gasolina para 2025 con el objetivo de dos puntas de cortar las emisiones de carbono y reducir la dependencia del país del petróleo extranjero. Si bien los vehículos modificados para ser compatibles con la nueva composición comenzaron a implementarse en abril de 2025, el impulso del gobierno por gasolina de etanol (E20) de 20% ha dejado a los propietarios de vehículos preocupados por el impacto en sus vehículos más antiguos y por una oleada de costos de mantenimiento.

El etanol, o alcohol etílico, es un biocombustible: está hecho de desechos vegetales llamado biomasa. La gasolina regular es un hidrocarburo hecho de los restos fosilizados de materia orgánica enterrada durante millones de años.

Cuando se mezcla con un combustible fósil como la gasolina, el etanol actúa como un oxigenado que ayuda a la gasolina a arder mejor.

Hacer etanol

Según el programa de mezcla de etanol de la India, el gobierno obtiene etanol, ya sea de materias primas a base de caña de azúcar, como la melaza pesada de C, la melaza con la B-pesa, el jugo de caña de azúcar, el jarabe de azúcar o el azúcar o los granos alimenticios dañados como el arroz roto, el maíz o los materiales celulósicos y lignocelulósicos.

La melaza es un subproducto de la producción de caña de azúcar. Es un jarabe oscuro y grueso de aproximadamente un 40% rico en azúcares que se pueden fermentar pero que no se puede extraer más.

La melaza de C-pesa es el subproducto final del proceso de producción de azúcar, con una melaza de contenido de alrededor del 28-32%. La melaza de B-pesa es un subproducto intermediario del mismo proceso y tienen un mayor contenido de melaza, alrededor del 48-52%.

El etanol está hecho de melaza por fermentación, utilizando enzimas de levadura para catalizar la descomposición de las moléculas de azúcar en presencia de agua. Un ejemplo diario de fermentación es el refresco de jengibre. Si pone jengibre, azúcar y agua en un recipiente hermético durante unos días, se vuelve gaseoso. Esto se debe a que los microbios en el jengibre se alimentan del azúcar, liberando dióxido de carbono, lo que hace ácido carbónico con agua.

En el primer paso de la producción de etanol a partir de la melaza, las moléculas de sacarosa en el jarabe se diluyen con agua. Luego se descomponen en moléculas de glucosa en presencia de invertasa.

Estas moléculas de glucosa reaccionan aún más en presencia de zimasa para formar etanol y liberar dióxido de carbono.

La producción de etanol a partir de granos alimenticios y materiales lignocelulósicos también implica otros procesos que los descomponen primero a azúcares fermentables. La biomasa lignocelulósica es una materia vegetal con un alto contenido de carbohidratos y generalmente está compuesto por piezas no utilizadas para alimentos o alimentos. Esta biomasa es rica en celulosa, hemicelulosa y lignina.

Naturaleza química, eficiencia energética

Dos factores son clave para comprender la eficiencia energética del etanol: el valor calorífico y el número de octano.

El valor calorífico de un combustible denota su rendimiento: un valor calórico más alto significa más energía. El valor calórico del etanol es significativamente menor que el de la gasolina, por lo que la eficiencia general de combustible del combustible debería disminuir teóricamente. Sin embargo, el gobierno ha mantenido que la caída en el rendimiento del combustible no es significativa y que se rige por una combinación de otros factores, incluidos “hábitos de manejo, prácticas de mantenimiento como cambios de aceite y limpieza del filtro de aire, presión y alineación de los neumáticos, e incluso la carga de aire acondicionado”.

El número de octano es una medida de la resistencia de un combustible a la caída del motor o la quema prematuramente. El etanol tiene un número de octano más alto que la gasolina. Por lo tanto, tiene el potencial de reducir significativamente la resistencia al golpe. Sin embargo, debido a su menor contenido de energía, la cantidad de energía que el motor puede extraer por litro de combustible combinado disminuye al aumentar el contenido de etanol.

Dicho esto, la caída en los conductores de kilometraje ha expresado su preocupación por no ser significativa, dijo Sudheer Kumar Kuppili, investigador de la London School of Hygiene and Tropical Medicine.

“La compensación por tener menor energía sería bastante baja cuando te mudas de E10 a E20”, dijo Kuppili. “Sería significativo solo cuando cambiemos a etanol al 100%. La mayoría del alboroto en estos días sobre la reducción en el kilometraje vehicular es impulsado por muchos factores, que son difíciles de evaluar”.

De hecho, los expertos dijeron que en lo que centrarse aquí es la naturaleza higroscópica de etanol. Es decir, el etanol tiene una tendencia considerable a atraer y conectar moléculas de agua a sí misma. Esto a su vez afecta los componentes del vehículo y el rendimiento del combustible de nuevas maneras.

El experto independiente Noble Varghese dijo que la principal preocupación es la mayor posibilidad de corrosión.

“El etanol afecta los componentes de caucho de un sistema de combustible, que es principalmente la tubería, el tanque de combustible, los inyectores, los filtros y las cámaras de combustión. La cámara de combustión y el bloque del motor no están tan afectados por el etanol, pero lo que se ve afectado es la tanque de combustible, la tubería de goma y el inyector”, dijo Varghese.

“El etanol tiende a atraer agua, por lo que si el vehículo no se usa todos los días, el agua tiende a acumularse en el tanque de combustible, lo cual es corrosivo para el tanque. Esto también causa otro problema: las partículas de óxido se mezclan con combustible y entran en la línea de combustible y lo obstruyen”, agregó.

“Eso en sí mismo reducirá el kilometraje. Esto no se debe principalmente a las propiedades termodinámicas del etanol, sino más debido a los componentes que no son adecuados para el combustible E20”.

Sin embargo, el gobierno ha mantenido que reemplazar piezas y juntas de caucho más antiguas diseñadas para el combustible no cerrado es “económico y puede manejarse fácilmente durante el servicio de rutina”.

Una declaración emitida por el Ministerio de Petróleo y Gas Natural (MOPNG) el 12 de agosto también dijo que este cambio solo se requeriría “una vez en la vida del vehículo” y en “cualquier taller autorizado”.

Kuppili también dijo que la humedad no será un problema importante.

“Esto podría ser un problema para los vehículos más antiguos, que probablemente ya estén desgastados. Esto no debería ser un problema para los vehículos BS-IV o BS-VI. La naturaleza higroscópica del combustible puede tener un efecto notable cuando se encuentra en partes más frías del país. Sin embargo, en esas regiones, los combustibles generalmente se mezclan con los aditivos para evitar la congelación”, explicó.

“Además, cuando usa un vehículo regularmente, cualquier humedad que se acumule se evaporará por las altas temperaturas del motor (> 400º C)”, dijo.

Kuppili deseaba aclarar que no ha trabajado en este tema en particular de los combustibles.

Comparaciones con Brasil

Comparar la historia india de mezcla de etanol con la de Brasil puede no estar justificada ya que el país sudamericano actualmente usa gasolina E27 y paseó esta actualización durante décadas.

Brasil decidió primero reducir su dependencia de la gasolina importada en 1975 con su programa Proálcool durante la crisis del petróleo en la década de 1970. En los próximos años, se centró en la capacidad de construir trabajando con investigadores, ampliando la producción de etanol de la caña de azúcar con el propósito específico de mezclarla con gasolina, proporcionar subsidios, incentivos y exenciones fiscales para reducir los costos de producción y aumentar la competitividad del etanol.

El país también tiene un gran mercado para vehículos que se ajustan con motores de combustible flexible que permiten que los vehículos se adapten fácilmente a la gasolina con diferentes fracciones de etanol.

Este no es el caso de los vehículos indios. Según Varghese, la unidad de control electrónico en un motor es hipersensible al contenido de combustible, que detecta automáticamente.

“Si coloca más etanol en el combustible, sus propiedades químicas cambian y, por lo tanto, el sistema de gestión del motor debe ser capaz de adaptarse, y los autos más antiguos podrían no poder hacerlo”, dijo.

A modo de solución, dijo que la mecánica podría conectar rápidamente la unidad a una computadora y actualizar la configuración de la composición de combustible.

Sin embargo, un ejecutivo de la industria senior dijo El hindú Esos vehículos que no tienen unidades de control electrónicas e inyectores no pueden ser compatibles con E20 como combustible. El ejecutivo dijo que “aproximadamente el 95%” de todos los vehículos hasta el lanzamiento de los estándares de emisión BS-VI (en abril de 2020) fueron mecánicamente carburados, lo que significa que no utilizaron ninguna unidades electrónicas con sensores para regular el suministro y el tratamiento del combustible.

“Cuando ocurre la mezcla, altera la relación estequiométrica, es decir, la relación aire-combustible, que a su vez afecta la velocidad de combustión y liberación de calor”, dijo Kuppili. “Los vehículos modernos tienen sensores llamados unidades de control electrónico, que monitorean el contenido de oxígeno y alteran la cantidad de combustible y aire necesarios”.

Con la gasolina mezclada con etanol, agregó: “Necesitaría menos aire de lo habitual, ya que el etanol tiene un átomo de oxígeno. Por lo tanto, esta reducción en realidad puede reducir las emisiones de contaminantes como NOx, PM y CO”.

“La política de mezcla de etanol en sí es excelente. Ha tenido éxito en otras partes del mundo”, dijo Varghese. “Las ideas de seguridad energética y el ahorro de los derechos de importación son excelentes y verdaderas. Solo necesita ser mejor ritmo”.

El principio de recalibración

El ejecutivo dijo que el objetivo principal del sensor es administrar el tiempo de chispa, lo que determina el patrón de liberación del combustible y la combustión dentro del cilindro. La unidad de control electrónico utiliza la bujía para crear la chispa que enciende la mezcla de combustible-aire en la cámara de combustión. Los vehículos más antiguos, es decir, aquellos que carecen de la unidad, han sido sintonizados a un combustible diferente y, por lo tanto, están codificados para un momento de chispa diferente.

Dado que E20 aporta más oxígeno a la combinación de combustible-aire, explicó el ejecutivo, los motores pueden tener que recalibrarse, entre otras medidas, avanzando la presión para la combustión y su eventual tiempo en dos o tres grados. En otras palabras, el motor tendrá que asegurarse de que la combustión ocurra antes para que no haya problemas para iniciar el vehículo y mantener una relación de relleno de aire adecuada en todas las condiciones y velocidades de carga.

Esta personalización no es posible con vehículos mecánicamente carburados.

El ejecutivo también afirmó que el ajuste aumentaría el costo.

“Debe pagar al ingeniero de calibración y a los ingenieros de componentes del vehículo”, dijo. Este último “cobra buen dinero”.

(Con entradas de Saptaparno Ghosh)