La mirada del mendigo

14 octubre 2019

Comparación de economía de uso (addendum gaseosos)

Filed under: Tecnología — Nadir @ 12:52

A la pasada entrada comparando el coste de diferentes motorizaciones, por sugerencia de Gustavo voy a incluir los combustibles gaseosos.

Ya que Hyundai no contempla su uso, voy a cambiar de fabricante para estudiar el sobrecoste y consumo relativo de cada tecnología. Empezaremos por el GNC (básicamente, metano y algo de etano comprimidos), y para ello tomaremos la gama de un superventas, el Seat León.

El coste del gas natural comprimido en gasolinera lo pongo en 0,926 €/kg. Lo hay más caro, y también lo hay más barato (0,84€/kg en una gasolinera de San Fernando de Henares).

Así que vamos a echar cuentas.

Gasolina: Seat León 1.5 EcoTSI
Compra: 21.290 € –> 8,51 €/100km
Combustible: 6 l/100km –> 7,8 €/100km
TOTAL = 16,31 €/100km

Gasóleo: Seat Leon 1.6 TDI
Compra: 21.520 € –> 8,61 €/100km
Combustible: 4,5 l/100km –> 5,62 €/100km
TOTAL = 14,23 €/100km

GNC: Seat León 1.5 TGI
Compra: 22.320 € –> 8,93 €/100km
Combustible: 4 kg/100km –> 3,7 €/100km
TOTAL = 12,63 €/100km

¡Fantástico! Es un coche aún más económico que el gasóleo y que el eléctrico (que recordemos, contando adquisición y uso tienen un coste a la par). ¿Por qué no se generalizan? ¿Cuál es la pega? Bueno, tiene algunos inconvenientes menores, como un motor más perezoso en subir de vueltas para la misma potencia y un maletero reducido por el tanque de gas (en el caso del León, de 380 a 275 dm³). Pero el principal inconveniente es que sólo hay 50 puntos de suministro en España (en Italia y Alemania pasan del millar), a lo cual se suma que la autonomía en modo GNC es de poco más de 400km (luego la podemos extender funcionando con el depósito de gasolina, pero el coste pasaría a ser ya el de un gasolina a todos los efectos).

Pero el gas natural que cargamos es exactamente el mismo que muchos tenemos en casa, y sólo tendríamos que comprimirlo (coste de un compresor sobre los 500€) para llenar el depósito. Vamos a ver si esta operación nos saldría a cuenta. Precio del gas natural doméstico:

TUR 3.1: 0,0519 €/kWh –> 0,8174 €/kg

Ahora vamos a retomar el artículo sobre el hidrógeno y obtener el consumo energético de comprimirlo a la presión de carga en el depósito, que son 250 bar. En este caso, calcularemos el trabajo de comprimir un kg (masa molar del metano = 16.043 g·mol⁻¹)

W = -p*dV = -nNT/V * dV = nRT * ln(V2/V1) = nRT *ln (p1/p2) = 62.33248*8.314472*293.15*ln(250/1.01325) = 836.87 kJ/kg = 0,2325 kWh/kg

Y el poder calorífico superior del metano son 55.50 MJ/kg. Es decir, consumimos en el proceso de compresión un 1,5% de energía (más pérdidas).

Si usamos un compresor eléctrico durante la noche, usando la tarifa valle (0,10€/kWh), nos sale a unos irrisorios 0,02325 €/kg. Ponle 0,04 €/kg contando la eficiencia del compresor. Por lo tanto, cargar en casa (contando obviamente que tengas una casa con garaje para hacer esta operación y, al mismo tiempo, que tengas suministro de gas natural) el depósito te saldría en algo menos de 0,86 €/kg.

Con lo cual, el coste de combustible baja a 3,44 €/100km y el total a 12,37 €/100km. Con dos ventajas:
1 – Tienes la gasolinera en casa, no tienes que desplazarte y hacer kilómetros extra para ir a la gasolinera
2.- Te cubres de la eventual posibilidad de que el gobierno, ante una generalización del uso del CNG en automoción (futuro bastante lejano), lo grave con el Impuesto Especial de Hidrocarburos.

Este bajo coste del combustible, unidas a emisiones de CO2 más bajas que su equivalente de potencia en combustibles líquidos, son un caballo ganador. Unidos a una hibridación, pueden ser la respuesta de las marcas para cumplir con la normativa europea de emisiones.

En cuanto al coste de adquisición, sí, necesitan de unos depósitos, manoreductores, etc que encarecen el precio respecto a los combustibles líquidos. Pero por otra parte no necesitan la bomba de alta presión de los diésel, y logran bajas emisiones contaminantes naturalmente, sin el recurso a escombros de válvulas de recirculación, filtros antipartículas y toda la serie de catalizadores y duchas de urea necesarias para cumplir con la normativa anticontaminación. La cuestión es que con la Euro 6d, se exige a las marcas que no sólo cumplan con las cifras de emisiones en el momento de la homologación, sino con unidades tomadas al azar y hasta 100.000km a cuestas. Y esto es MUY difícil de conseguir, porque los catalizadores se van envenenando, los asientos de la aguja de los inyectores cogiendo holguras… En cambio, con el gas natural el coche es limpio por su propia esencia, ahorrándonos una enorme carga de sistemas anticontaminación, que compensan el sobrecoste de los caros depósitos y fontanería asociada.

Mentalmente lo había descartado por la escasez de puntos de repostaje en Españistán al hablar de cómo serán los coches bajo las condiciones que impone la nueva reglamentación europea que entra en vigor en apenas dos meses, pero en el conjunto de Europa el GNC (y, en menor medida, la solución intermedia, el GLP) creo que tiene mucho futuro. Y, además, es una tecnología en la que las marcas europeas están más adelantadas (Fiat y VW), aunque aún falta un motor específicamente diseñado para funcionar con este combustible (son adaptaciones de motores de gasolina, reforzando pistones y asientos de válvula para soportar las mayores temperaturas en la cámara de combustión).

Si la clase gobernante en España tuviera un poso de cultura tecnológica, deberían estar promoviendo la extensión de una red de repostaje de gas natural (en cualquier punto de la geografía servido por gasoducto, es añadir una caseta de recarga dentro de la cual está el compresor y los depósitos), que hoy en día es miserable. A pesar de ser el gas natural un recurso que España, como Italia, consigue a bajo coste y alta seguridad de suministro del Norte de África, por gasoductoS (dos, el Medgaz y el GME), más un generoso parque de regasificadoras, facilidad que para sí quisieran muchos otros Estados para incrementar su diversificación energética en el transporte.

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Ahora vamos a tratar otro combustible gaseoso bastante más conocido en nuestro país, el GLP (gases licuados del petróleo, es decir, una mezcla variable de propano y butano).

Para la comparación, escojo el rey del rural, el Dacia Duster. El precio del GLP medio vendría a ser a día de hoy, sobre los 0,722 €/l.

Gasolina: Dacia Duster 1.6
Compra: 15.600 € –> 6,24 €/100km
Combustible: 7,9 l/100km –> 10,27 €/100km
TOTAL = 16,51 €/100km

Diesel: Dacia Duster dCi
Compra: 17.650 € –> 7,06 €/100km
Combustible: 5,5 l/100km –> 6,87 €/100km
TOTAL = 13,93 €/100km

GLP: Dacia Duster 1.6 GLP
Compra: 16.500 € –> 6,6 €/100km
Combustible: 9 l/100km –> 6,5 €/100km
TOTAL = 13,1 €/100km

Respecto al GNC, el GLP tiene la ventaja de que no suele reducir el tamaño del maletero (ocupa menos espacio al almacenarse licuado a baja presión) y el inconveniente de que las autonomías son aún menores en modo GLP (algo más de 300km en el Duster). De nuevo, el motor es más perezoso respecto a su homólogo en gasolina. Y la gran ventaja es que en España está mucho más extendido, con unas 500 gasolineras surtiendo de GLP.

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Sólo por afán de exhaustividad, incluyo el combustible gaseoso por más exótico, poco menos que ventosidades de unicornio: el hidrógeno. Es el elemento de mayor poder calorífico y cuya combinación con el oxígeno atmosférico sólo genera agua. Sin embargo, está muy lejos de ser una alternativa económicamente viable en la automoción (sí puede ser interesante para agricultura, minería o transporte pesado).

Aunque se podría quemar en un motor térmico convencional, los únicos tres coches en el mundo que lo consumen lo hacen a través de una pila de combustible, que produce electricidad en la recombinación con el oxígeno. De esos tres, el Honda Clarity no se vende en Europa, así que nos quedan el Toyota Mirai y el Hyundai Nexo. Me quedo con este último por ser el menos caro.

Compra: 69.000 € –> 27,6 €/100km
Combustible: 1,2 kg/100km –> 11,28 €/100km
TOTAL = 38,88 €/100km

Ya no es que el vehículo de pila de combustible sea hoy en día muy caro, eso podría cambiar en un futuro. Es que el coste del combustible es el más caro de todos, bastante más que un gasolina convencional. Y eso que el hidrógeno se obtiene del contaminante proceso de steam reforming, si se produjera por disociación electrolítica del agua su precio sería aún muy superior. Por lo tanto, no es como el BEV que tiene un precio alto pero un precio de uso muy bajo (si recargamos en casa); el HEV es caro y el precio del hidrógeno es muy caro. Y no tiene visos de cambiar.

El coche de hidrógeno tiene ciertamente muchas ventajas, suavidad de eléctrico y autonomía y tiempos de repostaje de térmico, unos 600km el Nexo. Pero en el terreno económico, ciertamente está fuera de órbita. No es de extrañar, por lo tanto, que existan sólo 6 hidrogeneras en España. A diferencia del GNC, con estos datos, difícilmente será de prever un despliegue de la red de hidrogeneras más extenso.

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Y queda un combustible gaseoso más, el GNL (gas natural licuado). Sin embargo, no hay ningún coche que lo permita usar de serie (falta de espacio), aunque sí lo emplean algunos modelos de camiones.

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Así que vamos a retomar el cuadro comparativo, al cual le añadimos los dos nuevos casos.

Tomo como referencia el Diesel, y respecto a él calculo el ahorro o sobrecoste del resto de motorizaciones:

CNG (gas doméstico): -1.8 €/100km
CNG (surtidor): -1,6 €/100km
GLP: -0,8 €/100km
Diesel: 0 €/100km
Eléctrico (recarga doméstica en valle): +0,3 €/100km
Híbrido: +1,9 €/100km
Gasolina: +2,3 €/100km
Híbrido enchufable (modo eléctrico): +3 €/100km
Híbrido enchufable (modo térmico): +4.8 €/100km
Eléctrico (electrolinera): +6,3 €/100km
Hidrógeno: +22,9 €/100km
El dato de eléctrico con recarga en electrolineras lo dejo sólo a modo de curiosidad, porque se sobreentiende que si tienes un eléctrico lo vas a cargar casi siempre en casa, y usarás las electrolineras (hasta 0,54 €/kWh)  sólo en momentos puntuales (viajes). Pero no sería descabellado ya que si se electrifica todo el transporte, significa que no sólo serán eléctricos los vehículos de los que usen el coche para trabajar, sino también lo serán los de aquellos que viajen frecuentemente y, por lo tanto, hagan un uso intensivo de los cargadores rápidos de las electrolineras.

Y una aclaración: cuando digo cargarlo siempre en casa, quiero decir casa, no piso, a no ser que tengamos además una plaza de garaje cerrada. Lo de cargarlo en una plaza de garaje abierta, y ya ni digo en la calle, me parece de una ingenuidad tremenda. Un cable de recarga no es ni más ni menos que un par de kilos de cobre, unos 10€ vendiéndolo al peso en cualquier chatarrería.

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11 comentarios »

  1. Genial la entrada! Poco más tengo que aportar.

    Lo dicho, espero que la red de recarga sea digna de tal nombre cuando me toque (o decida) cambiar de coche. De momento al parecer hay surtidores GNC en Girona (donde vivo) y en Valencia (de donde soy y a donde voy a menudo). Así que el día a día lo tendría cubierto.

    Comentario por Gustavo Higón — 14 octubre 2019 @ 19:15 | Responder

    • Pues sí, veo que tienes en Girona, BCN, Tarragona, Castelló y 3 en València. Luego ya depende de lo que pienses moverte por otros parajes, pero en principio aunque tuvieras que cambiar ya mismo de coche, el GNC podría ser una opción. Yo lo tengo más difícil: en una villa de la Galicia profunda a la que no llega gasoducto (el gas natural llega crionizado en cisterna), así que no creo que instalen pronto una gasinera. Por eso estaba mirando el caso de comprimir yo mismo el metano…

      Comentario por Nadir — 14 octubre 2019 @ 22:46 | Responder

  2. Por cierto, hablando de combustibles, hace poco le daba vueltas a cómo sería un motor de combustión que llevara también un depósito de oxidante. Por ejemplo oxígeno líquido, como los cohetes. Sin duda sería mucho más eficiente en cuando a peso/potencia y volumen/potencia, no sé en cuanto a consumo pero hay razones para pensar que lo sería más. Principalmente, necesitarías pistones más pequeños para la misma potencia y por tanto reducirías los rozamientos. También parece razonable pensar que sería más fácil lograr una combustión eficiente.

    (Y como bonus, no emitirías óxidos de nitrógeno porque el nitrógeno no entraría en el motor para nada)

    Las dificultades de llevar oxígeno líquido a temperaturas criogénicas, o ultracomprimido, ya las dejamos para otro día 😀

    Comentario por Gustavo Higón — 14 octubre 2019 @ 19:19 | Responder

    • A ti te va la vida loca, eh?

      A ver, se han intentado aportes extra de algún elemento que aporte oxígeno en momentos puntuales, N2O, H2O (en el FW190, por ejemplo), H2O2 (estos últimos, también por su elevado calor latente de vaporización, que refrigeran la cc y permiten adelantar encendido). Ya eso es una chaladura tipo Fast and Furious o carreras de dragters. Lo de que todo el oxidante lo lleves líquido… como te pegues un trompazo, y se pongan en contacto comburente+combustible+calor… abres un cráter en el asfalto.

      XDDDDDDDDDDDDDD

      Si ya los combustibles líquidos son considerados muy peligrosos en la industria aeroespacial…

      Comentario por Nadir — 14 octubre 2019 @ 23:02 | Responder

      • Jeje, no te digo que no!

        Sí sí, el rollo macarra de chutar un extra de combustible acompañado de uno de comburente ya lo conocemos 😀

        Mi idea va más allá, que el 100% del oxidante venga de un depósito, de mdto que no haya admisión desde la atmósfera, y diseñar y reforzar todo el motor para ello. A groso modo, para el mismo volumen del cilindro y presión en la admisión, tendríamos ~5 veces más energía en la explosión. Supongo que a nivel esfuerzos el diseño de ese motor sería parecido al de un turbo muy, muy apretado.

        Busqué en su momento si se había probado algo parecido y lo único que encontré es un experimento donde enriquecieron el oxígeno de un motor de gasolina hasta el 30%… pero por concepto no se parece mucho a lo que propongo.

        Quien sí prepara un motor de explosión sin gases “inertes” en la admisión es, o era, ULA con su cohete Vulcan, donde usarán un motor de 6 cilindros en su etapa ACES para proporcionar energía a las bombas y sistemas de abordo. Ese motor funcionará con oxígeno e hidrógeno tomados directamente de los tanques principales. Claro, no es exactamente una aplicación en automocíon, pero es interesante 😀

        Aquí lo mencionan, aunque de pasada:

        https://sciences.ucf.edu/class/wp-content/uploads/sites/58/2017/02/Kutter-ACES-Space-2015.pdf

        Y en caso de accidente… bueno, si en un GNC el gas ya va a 150 atmósferas… digamos que en un piño donde se rompan los dos depósitos la explosión resultante ya va a ser el menor de mis problemas 😀

        Comentario por Gustavo Higón — 15 octubre 2019 @ 16:32 | Responder

        • De 150 nada, compi, 250 bar (prácticamente lo mismo que atm, y mejor nos movemos en el SI). Y si, lo que siempre nos cuentan “si se pincha no hay problema porque el metano es menos denso que el aire y…” sí, pero como la estructura del depósito se vea comprometida por una colisión, un gas a 250bar, sea el gas que sea, como si es helio, pega un pedo…

          De todas formas, los tanques están bien situados. Para que se vean afectados, especialmente por una colisión frontal, es que el habitáculo ha quedado destrozado. Es decir, en el caso de que la integridad de los depósitos se viera comprometida, los ocupantes estarían de todas formas muertos. Sólo hay un caso que puede ser peligroso: una colisión por alcance.

          Comentario por Nadir — 15 octubre 2019 @ 21:18 | Responder

  3. Pues el hidrógeno, al obtenerse a partir de gas natural, emite como 12Kg de CO2 por cada Kg de H2 que se obtiene. Sólo por la obtención. Y ese es el 97% del hidrógeno que se produce en el mundo.

    Hidrógeno de hidrólisis, nada de nada, que es mucho más caro.

    Beamspot.

    Comentario por Beamspot — 15 octubre 2019 @ 7:10 | Responder

    • Yo creo que está descartado usar H2 procedente del CH4. Es que sería del género idiota. El día que se logre H2 por electrólisis a coste razonable, el HEV será viable. Si no, es de idiotas convertir el CH4 en H2 cuando podemos usar ese mismo CH4 en un motor convencional, con menos emisiones de CO2 asociadas.

      Comentario por Nadir — 15 octubre 2019 @ 13:37 | Responder

  4. […] y esto es muy importante, como comentábamos la pasada entrada el GNC logra estos resultados normalitos sin el concurso de toda la batería de medidas […]

    Pingback por Adivinanza sobre emisiones en automoción | La mirada del mendigo — 17 octubre 2019 @ 21:59 | Responder

  5. Buenas, en todos estos estudios echo en falta, por falta de oferta de la industria automovilística, los híbridos en serie, que creo que ahora los llaman eléctricos extended range, cuya principal ventaja es que la parte térmica funciona como un generador, siempre a las mismas revoluciones, con las ventaja que ello supone a la hora de diseñar turbos y sistemas de distribución, admisión y escape. La otra ventaja es que minimiza el problema de la falta de respuesta que se repite en varias soluciones para la parte térmica, motores stirling, GNC y GLP. Imagínate un motor stirling con GNC! El buffer que supone la batería concedería al motor térmico el tiempo que necesita.

    Ese mismo problema (respuesta lente) aparece en uno de los diseños de motores más eficientes, los motores compound, que combinan un motor alternativo de combustion interna, normalmente MEP, con un sistema multietapa de compresión/expansión de turbina.

    Respecto a la generación de H2 de mnera barata. Recuerdo haber leído un estudio de la UPV sobre ello. Consistía en un vaso situado entre un campo electrostático muy potente que tensionaba las moléculas de H2O que se acababan partiendo con ayuda de la luz solar y una pared esponjosa de metales catalizadores. Se supone que la energía aportada es muy pequeña y que no inclumpe el balance de energía porque la parte fundamental de la energía es aportada por la energía solar (una especie de fotosíntesis artificial)

    Cuando he ido a buscar información sobre el tema no he conseguido encontrar nada

    Comentario por Vicent — 29 octubre 2019 @ 19:26 | Responder


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