COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS Experiencia y Datos Técnicos del GNC en la Argentina

•Emisión por fuentes móviles: Legislación Argentina

•Características del parque automotor

•GNC: Tecnología incorporada y disponible

•Uso del GNC ventajas y limitaciones

•Evolución de las tecnologías alternativas en el mercado actual

•Análisis “well to wheel” de combustibles alternativos

•Estimación del cambio en la carga de contaminantes

•Conclusiones

XXVII CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERIA SANITARIAAMBIENTAL 3 al 8 de Diciembre de 2000 - Porto Alegre - Brasil

AUTOR: Ing. Julio E. VassalloLaboratorio de Control de Emisiones Gaseosas Vehiculares (LCEGV)

Dirección de Control de la Contaminación – SDSyPA

SDSyPA - LCEGV

Legislación Argentina

Emisiones de escape en gramos por Km. para Vehículos Livianos Ciclo US FTP

Aplicación Tipo de Vehículo CO HC (Totales)

NOx Mat. Part.

Tecnología incorporada

Julio 1994 Todo nuevo liviano 24,0 2,1 2,0 Se inicia la regulación, motores con sist. de carburación con menor cons.

Nov. 1995 Todo nuevo liviano de pasajero

12,0

1,2

1,4

0,373

Incorporación de sist. de iny. elect. y motores de menor consumo.

Enero 1997 Todo nuevo modelo liviano de pasajero

2,0

0,3

0,6

0,124

Nuevos modelos con sistemas de iny. elect. multipunto y catalizador

Enero 1998 Todo liviano comercial (pick up y vans)

6,2

0,5

1,43

0,16* 0,31**

*< 1700 Kg **> 1700 Kg. Incorp. de iny. elect. y catalizador

(otto) o filtro de part.(Diesel) Enero 1999 Todo nuevo liviano de

pasajero

2,0

0,3

0,6

0,124 Todo vehículo nuevo con sist.de iny.

elect. multipunto y catalizador Emisiones evaporativas en gramos por ensayo para vehículos livianos (Otto). Cámara SHED

6 gramos por Ensayo

Emisiones de escape en gramos por KWh para Vehículos Pesados

Ciclo ECE (13 Modos) Aplicación Tipo de Vehículo CO HC

(Totales) NOx Mat.

Part. Tecnología incorporada

Nov. 1995 Todo vehículo pesado 11,2 2,4 14,4 Con aspiración natural

Nov. 1995 Todo Omnibus 4,9

1,23

9,0

Turbocharged

Enero 1996 Todo vehículo pesado 4,9

1,23

9,0

0,4

Turbocharged y aftercooler con mejor sist. de iny. directa

Enero 1998 Todo Omnibus 4,0

1,1

7,0

0,4

Con control electrónico turbocharged y aftercooler iny. directa de alta presión

Enero 2000 Todo vehículo pesado 4,0

1,1

7,0

0,15

Bajo consumo de aceite, iny. directa de muy alta presión y

filtros de partículas

Ley 24449 Decreto 779/95

SDSyPA - LCEGV

Parque AutomotorEvolución Mercado Interno 1959 -2000

LIVIANOS

AUTOMOVILES Camionetas

y Pickup SEDAN UTILITARIOS hasta 4tn.

Año

NAFTA DIESEL NAFTA DIESEL

PESADOS

TOTAL

1959-1980 4.050.000 1980-1990 1.831.047 1990-1994

1.031.861

1994-1997 612.451 153.113 141.802 51.100 218.258 35.553 1.212.277 1997-2000 576.128 145.837 138.540 94.870 257.695 48.730 1.261.800

Total Vehículos Incorporados

bajoLey 24449

1.188.579

298.950

280.342

145.970

475.953

84.283

2.474.077

PARQUE ACTUAL

Enero 2000

4.327.560

1.081.890

1.183.032

295.758

6.888.240

Renovación del Parque Automotor

Plan Canje (1999): Retiro 344.000 vehículos de una antigüedad promedio de 24 años

Ley 24449 1994-2000 Se incorporó al parque el 36%de los vehículos que lo componen

1997-2000 Se incorporó al parque el 20 % de vehículos que lo componenSDSyPA - LCEGV

DISTRIBUCION

TRANSPORTE DE CARGA Y PASAJEROS VEHICULOS < 4000 kg

41%

7%

52%

CICLO OTTO DIESEL

GNC

AUTOMOVILES

7%10%

83%

CICLO OTTO

DIESELGNC

DISTRIBUCIÓN DEL PARQUE AUTOMOTOR

17,2%

78,5%

4,3%

AUTOMOVILES

COMERCIALES <4000 Kg

COMERCIALES PESADOS

Composición Estimada del Parque Automotor Argentino 6.800.000 vehículos

SDSyPA - LCEGV

DISTRIBUCION DEL CRECIMIENTO Evolución de la Produccion Automotriz Argentina 1990-2000

19

92

19

93

19

94

19

95

19

96

19

97

19

98

19

99

0

500000

1000000

1500000

2000000

PRODUCCION NACIONAL AUTOMOVILES (Vehículos Livianos)

NAFTA

GNC

DIESEL

1.663.115 (1993-2000)

6.193437 (1959-2000)

538.728 (1959-2000)

446.497 (1984-2000)

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

0

100000

200000

300000

PRODUCCION NACIONALTRANSPORTE DE CARGA Y PASAJEROS (hasta 4000 Kg)

GNC

DIESEL

NAFTA

53.285 (1993-2000)

237.013 (1993-2000)

125.756 (1993-2000)

19

93

19

94

19

95

19

96

19

97

19

98

19

99

0

50000

PRODUCCION NACIONALTRANSPORTE DE CARGA Y PASAJEROS (Vehículos Pesados)

DIESEL

NAFTA

60.382 (1993-2000)

3536 (1993-2000)

GNC: 300 (1993-2000)

SDSyPA - LCEGV

GNC: Tecnología Incorporada y Disponible

TECNOLOGIA DISPONIBLE EN SISTEMAS BI-FUEL PARA USO DE GNC EN LDV y LDT

Tecnología Incorporada en Argentina

Tecnología disponible EQUIPOS BI-FUEL PARA GNC CARACTERISTICAS

1ra. GENERACIÓN

2ra. GENERACIÓN

3ra. GENERACIÓN

4ra. GENERACIÓN

Tipo de Motorización

CARBURADOR

INYECCION ELECT. MONO Y

MULTIPUNTO

INYECCION ELECT.

MULTIPUNTO

INYECCION ELECT.

MULTIPUNTO

Arranque

Segun posición llave conmutadora

Cambio automático a GNC,

arranque en nafta

Cambio automático a GNC,

arranque en nafta

Cambio automático a GNC,

arranque en nafta

Control Lambda

No tiene

Puede o no tenerlo. Con una central elect. y emulador para

GNC y variador de avance

Con doble central electronica

Mapeo diferenciado GNC y Nafta

Con doble central electronica y

memoria adaptable

Autonomía

Según tanque instalado

Según tanque instalado

Según tanque instalado

Según tanque instalado

Rendimiento

Regular

Regular/Bueno

Muy Bueno

Optimizado (ULEV)

Potencia

Regular

Regular/Buena

Muy Buena

Optimmizado

Mantenimiento

Medio/Alto

Medio/Bajo

Libre de mantenimiento

Libre de mantenimiento

Contaminación

Menor que ciclo Otto excepto NOx varía con la regulación de

la mezcla aire/combust.

Cumple con Euro1 y con Limites US 1981 y Argentina

2000 (Ley 24449)

Cumple con Euro 2/3 y Limites

US Tier1/LEV

Cumple con Euro3 y Limites

US ULEV

Ruido

Marcha serena y menos ruidosa que ciclo Otto y Diesel

Marcha serena y menos ruidosa que ciclo Otto y Diesel

Marcha serena y menos ruidosa que ciclo Otto y Diesel

Marcha serena y menos ruidosa que ciclo Otto y Diesel

Regulación

Manual

Manual o con tester programado

Unicamente con scaner

Unicamente con scaner

Ralentí

Irregular/Sensible

Bueno c/control lambda

Asegurado c/control electrónico

Asegurado c/control electrónico

Precios

U$S 900

U$S 1.200

U$S 2.300

U$S 3.500

SDSyPA - LCEGV

Emisiones de Vehículos livianos convertidos a GNC

 

Análisis de emisiones de escape ejecutados sobre automóviles bi-fuel en ArgentinaLaboratorio de Control de Emisiones Vehiculares – INSTITUTO NACIONAL DEL AGUA Y EL AMBIENTE

Emisiones (g/Km) Ciclo USFTP Características del Vehículo Economía Ciclo Urbano

NAFTA GNC l

Marca Modelo

Clasif.

Alim.

Km

Nafta (Km/l)

GNC

(Km/m3)

HC

NOx

CO

CO2

HC

NOx

CO

CO2

Ford

Sierra 2,3 lt

LDGV

Carburador

Sin catalizador 1ra Generación

80.000

8

8,5

2,54

2,59

35,9

239

1,47

2,83

1,80

182

Hyundai H-100 2,4 lt.

LDGT2

Iny.Monopunto Con catalizador 2da Generación

10.000

6

7,8

0,36

1,35

1,77

317

0,67

1,31

0,97

246

Renault Trafic 2,0 lt.

LDGT1

Iny. Multipunto

Catalizador select. 2da Generación

2.000

7,5

9,7

8,3

0,11

0,2**

0,09

0,2**

0,74

1,8**

310

228**

0,16

0,18

0,21

245

Chrysler Minivan

LDGT2

Iny. Multipunto Con catalizador

Central ectrónica con memoria adaptable

4ta Generación

80.000

160.000

* 0,12

0,11

0,74

* 0,013

0,021

0,025

0,031

0,25

0,25

LimitesUS

ULEV

LDGT2

80.000

160.000

* 0,031

0,043

0,25

0,31

1,37

1,74

* 0,031

0,25

1,37

Pre199595/96

97/2000

Tecn

ología Incorp

orada en

A

RG

EN

TIN

A

•Hidrocarburos No Metanicos

** Valores promedio obtenidos de una flota de 150 vehículos 0 Km

SDSyPA - LCEGV

GNC: Ventajas Alto numero de Octano (ROM= 120) Permite su incorporación directa al motor ciclo Otto a un costo relativamente bajo

(Sistemas Bi-fuel) con una eficiencia importante cuando se puede aprovechar al maximo la relación de Compresión (Motores Dedicados).

Bajo Costo relativo Permite programar la reducción planificada de contaminantes nocivos para la salud y

gases de efecto invernadero (conversión nafta-GNC) sin afectar la capacidad productiva del país, alentando y permitiendo solventar el funcionamiento del programa mediante la diferencia de precios frente a los combustibles líquidos (mejorado por la estructura impositiva en el caso de Argentina) dejando un saldo de petróleo exportable en países que cuentan con reservas importantes de ambos recursos.

Contaminación La reducción importante de gases tóxicos emitidos a la atmósfera (CO, NMHC y

Partículas) obtenida sin la necesidad de incorporar sistemas de postratamiento lo hacen por si solo un combustible ideal para países en vías de desarrollo en donde los controles I/M y de durabilidad en el mundo real son aún escasos o sumamente inefectivos(Control de concentraciones en ralentí) como para detectar la degradación de los mismos.

La menor emisión de CO2 comparado con la nafta (20-25% menos) permiten una notoria reducción en la emisión de gases de efecto invernadero cuando se convierte una importante parte del parque automotor liviano.

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GNC: Limitaciones Baja Autonomía El estado gaseoso que le confiere las propiedades que permiten lograr una combustión mas completa,

resta eficiencia en el almacenamiento y aumenta el peso en el vehículo, agrabado esto por la necesidad de contar con un depósito de combustible líquido en sistemas bi-fuel. Un cilindro de 50 litros (volumen similar al empleado para la nafta) le otorgan a un vehículo liviano una autonomía promedio de 140 km. en vehículos pesados se puede adicionar gran capacidad de almacenamiento (mayor espacio disponible).

Disponibilidad de Tecnología Motores dedicados o con diseño especifico para GNC: La incorporación de la tecnología optimizada (Potencia, consumo, marcha y contaminación) a costos amortizables es una variable fundamental para el éxito del programa en todos sus objetivos. El sistema bi-fuel es recomendado por el Banco Mundial como una tecnología de transición hacia el motor dedicado que permite explotar mas efectivamente las ventajas del GNC. En Argentina el costo de motores pesados GNC es un 10 o15%superior al diesel.Contaminación: La mayor emisión de NOx en relación a la nafta (puede llegar duplicarse sin diseño especifico), la importante emisión de metano no quemado y las consecuentes emisiones (evaporativas y de escape) generada por mantener la nafta en los sitemas bi-fuel (arranque a nafta) son problemas que presenta el GNC principalmente en la conversión con escasa tecnología de vehículos antiguosCilindros: Los cilindros de acero son adecuados por seguridad y costo pero incorporan un peso importante al vehículo (hasta 1200Kg en vehículos pesado), la disponibilidad de cilindros livianos a costos amortizables permite mejorar el consumo, manejo y seguridad (aceleración y freno)Estaciones de servicio: El tiempo de llenado es una variable importante, los sistemas de llenado rapido permiten completar la operación en 5 o 10 minutos pero su costo es importante En Argentina la menor diferencia existente entre el Diesel y el GNC hace que este sea un costo más dificil de amortizar para flotas de transporte pesado

Red de Distribución La baja autonomía restringe la utilización del GNC si no se cuenta con una red de distribución lo

suficientemente extendida y lo hace particularmente apto para centros urbanos. Los costos de una red de distribución pueden resultar sumamente importantes en países en los que el uso del gas natural con otros fines (industrial, calefacción, cocina etc) no ha sido muy desarrollado.

SDSyPA - LCEGV

DIESEL: PARTICULAS Informes sobre efectos en la salud :Environmental Protection Agnecy

California Air ResourcesBoard

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DIESEL Vehículos PesadosEvolución Tecnológica

Comparación de Emisiones de Escape de Autobuses

GNC DIESELEmisión (g/Km) Fuente: Issue

N°6 Johnson Mathey 1998

con Cat. Oxidación

Fuente Faiz et. al.

World Bank Publ.

TWC Motor Cummins

Fuente Faiz et. al.

World Bank Publ.

Descargado*

Cargado**

Fuente: Issue N°6 Johnson Mathey 1998

Euro 2 Sin postrat.

Fuente: Issue N°6

Johnson Mathey 1998

Euro 2 diesel sin azufre con sist de post. de regen. continua

Hidrocarburos 3,01 0,0124 0,62 0,61 0,136

Monóxido de Carbono

0,66 0,0186 5,64 1,29 0,202

Oxidos de Nitrógeno

9,992 6,38 14,07* 22,5** 14,27 11,9

Partículas (PM10) 0,05 0,07 0,58* 1,36 0,18 0,022

Dioxido de Carbono

1.344 1.233 1.323 1.281

SDSyPA - LCEGV

Emisiones Vehiculares Fuente: 1999 OECD - International Enargy Agency IEA - Automotive Fuels Information Service AFIS

Vehículos Livianos (Emisiones en % Relativo a Nafta)

Combustible NOx CO HC Part. CO2

NAFTA100 (= 0,2-0,4 g/Km)

100 (= 2,1-6,0 g/Km)

100 (= 0,1-0,8 g/Km)

0100 (= 181-256 g/Km)

DIESEL 305 20 57 100 (= 0,2 g/Km) 77

GNC 67-100 23-25 75-129 0 68-83

Vehículos Pesados (Emisiones en % Relativo a Diesel)

Combustible NOx CO HC Part. CO2

DIESEL100 (= 14,1- 16 g/Km)

100 (= 0,5-4,3 g/Km)

100 (= 0,4-0,5 g/Km)

100 (= 1,1 g/Km) 100 (= 885 - 1195 g/Km)

LPG 20-25 200-500 200-209 24 98-100

GNC 15-34 100-620 150-646 15 87-103

SDSyPA - LCEGV

Emisiones Well to Wheel (Contempla la cadena de produccióndistribución y uso del combustible) Fuente: 1999 OECD - International Enargy Agency IEA - Automotive Fuels Information Service AFIS

Vehículos Livianos (Emisiones en % Relativo a Nafta)

Combustible NOx CO HC Part. CO2

NAFTA100 (= 0,3-0,6 g/Km)

100 (= 2,1-6,0 g/Km)

100 (= 0,8-1,1 g/Km)

0100 (= 209-307 g/Km)

DIESEL 130-221 7-21 15-40100 (= 0,2 g/Km)

52-74

GNC 56-79 23-25 111-115 0 65-78

Vehículos Pesados (Emisiones en % Relativo a Diesel)

Combustible NOx CO HC Part. CO2

DIESEL100 (= 14,5- 16,7 g/Km)

100 (= 0,6-4,3 g/Km)

100 (= 1,1-1,8 g/Km)

100 (= 1,1 g/Km) 100 (= 977 - 1363 g/Km)

LPG

(Field) 22-32 199-445 69-177 24 94

GNC 16-35 99-530 255-588 15 87

SDSyPA - LCEGV

Costos Well to Wheel (Contempla la cadena de produccióndistribución y uso del combustible) Fuente: 1999 OECD - International Enargy Agency IEA - Automotive Fuels Information Service AFIS Vehículos Livianos (Emisiones en % Relativo a Nafta)

Costo Total Pozo - Estación de Servicio (U$S/GJ Combustible)

Eficiencia (%)

en el VehículoCosto efectivo de transporte (U$S/GJ entregado por el vehículo)

Combustible Corto Plazo Largo Plazo Corto Plazo Largo Plazo

NAFTA 9,75 17,95 25 (con ID) 39 72

DIESEL 8,90 16,30 28 32 58

GNC 4,30 14,20 20 (Estim.a =1) 22 71

Vehículos Pesados (Emisiones en % Relativo a Diesel)

Costo Total Pozo - Estación de Servicio (U$S/GJ Combustible)

Eficiencia (%)

en el Vehículo

Costo efectivo de transporte (U$S/GJ entregado por el vehículo)

Combustible Corto Plazo Largo Plazo Corto Plazo Largo Plazo

NAFTA 9,75 17,95 24,6 (con ID 39 72

DIESEL 8,90 16,30 33,6 32 58

GNC 4,30 14,20 23,9 (Estim.a =1) 18 59

SDSyPA - LCEGV

Distribución del Parque Automotor Liviano Convertido a GNC Conversiones a Enero de 2000 (Fuente: ENARGAS)

Region Taxi Pick-up Particular Oficial Otros Total GNC

Total Livianos

%

RMGB 29.674 46.845 214.689 681 2709 294598 3.882971 7,59

Argentina 39.633 78.652 321.705 1.506 5.001 446.497 6.592482 6,77

Arg.% 8,88 17,61 72.05 0,34 1,12

Consumos de combustible, vehículos bi-fuel según tecnología pre y pos 1996:

Tecnologia Alimentacion CONSUMO URBANO Marca SEDAN:

Modelo Carburado Pre1996

Inyeccion Monopunto Post 1996

Inyeccion Multipunto Post 1996

Nafta lt/100Km

GNC m3/100Km

FORD

MONDEO GHIA1,8

LDGV

*

9,80

8,67

FORD SIERRA 1,8 LDGV * 12,50 11,06 FORD ESCORT GHIA LDGV * 12,00 10,62 FORD ESCORT 1,8 LDGV * 9,90 8,76 FORD GALAXI 2,0 LDGV * 14,90 13,18 VW GOLF 1,8 LDGV * 10,90 9,40 VW POLO MI 1,6 LDGV * 8,70 7,50 VW SENDA LDGV * 12,45 11,06 VW GOL 1,8 LDGV * 11,90 10,50 RENAULT 12, 1,3 LDGV * 10,80 9,57 RENAULT 18, 2,0 LDGV * 13,30 11,80 RENAULT LAGUNA 2.0 LDGV * 11,60 10,26 RENAULT 9 LDGV * 9,30 8,08 RENAULT 19 RE 1,6 LDGV * 9,30 8,08 RENAULT 21 LDGV * 14,5 12,83 RENAULT 21 I LDGV * 10,9 9,65 FIAT REGATA 1,6 LDGV * 9,00 6,98 FIAT PALIO HL LDGV * 9,89 8,70 FIAT SIENA EL LDGV * 8,60 7,40 FIAT UNO LDGV * 9,10 8,05 FIAT DUNA 1,6 LDGV * 9,30 8,08 PEUGEOT 505 SR INY. LDGV * 12,00 10,62 PEUGEOT 504 LDGV * 14,3 12,64 PEUGEOT 505 LDGV * 14,3 12,64 PEUGEOT 406 1,8 LDGV * 10,3 8,09 HONDA CIVIC LDGV * 10,10 8,93

(Vehículos)

Cons. Nafta Km/lt Prom. GNC Km /m3

(11) 8,7 9,8

(15) 9,4 11

UTILITARIOS:

RENAULT

TRAFFIC

LDGT1

*

14,3

12,64

FORD F 100 4,2 l

LDGT2 * 20,00 17,,20

FORD TRANSIT 2,5 l

LDGT1 * 14,00 12,38

FIAT DUCATO LDGT1 * 15,30 13,54

(Vehículos)

Cons. Nafta Km / lt Prom.GNC Km / m3

(1) 5

5,8

(3) 6,88 7,8

* Fuente Prensa Vehicular c/consumos de nafta chequeados con revista Auto Test SDSyPA - LCEGV