Uso Eficiente de la Energía en el Transporte de Cargas y Pasajeros Parte 1

Ministro de Desarrollo Social y Medio Ambiente Secretaría de Desarrollo Sustentable y Política Ambiental

PROYECCIONES Y
OPCIONES TÉCNICAS DE
USO EFICIENTE DE LA
ENERGÍA EN EL TRANSPORTE
DE CARGAS Y PASAJEROS

1. Objetivos

De acuerdo a lo convenido en los términos de referencia el objetivo central del estudio es comprobar como un Escenario del Sector Transporte en argentina, en le cual se instrumenten medidas de uso racional de energía (es decir sustitución entre energéticos y mejoras tecnológicas para la conservación de energía) provoca menores impactos ambientales a través de las emisiones de gases de efecto invernadero.

2. Contenido

El período de estudio abarca desde 1997 al año 2012, partiendo del año 1997 tomado como base del análisis. El documento consta de cuatro capítulos, una síntesis ejecutiva y tres disquettes (Texto de Estudio, Metodología de Cálculo de Parque y Consumos Energéticos y Metodología de Cálculo de Emisiones)

2.1. Capítulo I: Diagnóstico

En el Capítulo I se realiza un Diagnóstico del Sector Transporte por Modo y Medio y para el año 1997.

Las principales conclusiones serían las siguientes

i) En el Transporte Urbano de Pasajeros, que representa el 32% del consumo total de energía del sector, en la década de los años 90 se han expandido los servicios se Subterráneo y Ferrocarril a expensas del Colectivo.

Se han intensificado las prestaciones de los denominados servicios de oferta libres.

• El transporte carretero explica casi el 99% del consumo urbano de pasajeros
• El Auto particular es el principal medio con el 80% de consumo energético, seguido por los Colectivos y Servicios Urbanos de Oferta Libre con el 13%.
• A su vez las Motonaftas insumen el 70% del consumo energético, seguidas por el Gas Oil con el 22%, el GNC con el 7% y la Electricidad con el 1%.

ii) En el Transporte Interurbano de Pasajeros

En la década de los años 90 el Ferrocarril ha perdido pasajeros a expensas del Avión y del Omnibus.

Energéticamente:

• Representa el 11% del consumo energético total de los transportes
• El Medio Aéreo es el principal consumidor en este ámbito con casi el 66% del total, seguido por el Omnibus con el 33% y con menos del 1% por el Ferrocarril
• Dos combustibles son utilizados para accionar los tres medios indicados, el Combustible Jet que alimenta a los aviones representa el 66% y el Gas Oil el 34% restante.

iii) En el Transporte de Cargas Urbano

• En este ámbito el transporte representa el 34% del consumo energético total del sector
• Los motores diesel aportan el 54% del consumo energético de este ámbito y los motores Otto el
  46% restante, de los cuales el 16% corresponde al GNC y el 30% a las motonaftas
• En este tipo de medios es donde el GNC ha alcanzado su máxima participación relativa.

iv) En el Transporte de Cargas Interurbano

• El Transporte Interurbano de Cargas representa el 23% del consumo energético total del sector Transporte
• el Modo Carretero (con los camiones de mas de 2 Tn) acapara el 90% de este ámbito
• energéticamente el Modo Fluvial solo representa el 4% y el Rodoviario (Ferrocarril) el 6% restante
• Este Modo de Transporte es accionado esencialmente con motores diesel que insumen casi el 98% del consumo energético, mientras que el Fuel Oil, que alimenta las calderas de algunos de los Barcos, se lleva el 2% restante.

v) En el Sector en su conjunto

• el Transporte de Cargas absorbe el 58% del consumo energético frente al 42% del correspondiente a los Pasajeros
• el Ambito Urbano es más demandante de energía (66%) que el Ambito Interurbano (34%)
• el modo Carretero predomina ampliamente con el 90% de los consumos, seguido por el Aéreo con el 7% y es poco significativo el peso relativo del Rodoviario y del Fluvial
• entre todos los Medios de Transporte prevalece el Utilitario de menos de 2 Tn con el 34% del total, seguido por los Autos Particulares con el 25.3% y los Utilitarios de más de 2 Tn con el 21.2%. Estos tres Medios representan el 80.5% del consumo total del sector
• En cuanto a los energéticos que accionan motores, el Gas Oil es el de mayor importancia con el
  52% del total, seguido por las Motonaftas con el 33% y el GNC con el 7%. Estos tres energéticos
  aportan en 92% del consumo energético del sector.

vi) En el Parque Automotor

En 1997 el número de habitantes por automóvil era de 7,28 y el de habitantes por automotor de 5,7.

Es decir de aproximadamente un automóvil cada dos familias.

Los vehículos a GNC representaban el 6,7% del Parque Automotor Total, el 4% de los Autos Particulares, el 45% de los Taxis y el 16% de los vehículos de carga de menos de 2 Tn de capacidad.

Cuadro Nº 2.1.1.
Estructura del Parque Automotor de Argentina según medio y
motor o combustible: Año 1997

vii) En el Consumo Energético del Parque Automotor

Cuadro Nº 2.1.2.
Estructura de los Consumos Energéticos del Parque Automotor
1997

Puede observarse:

• Que el consumo del transporte carretero de cargas es bastante más importante que el de personas,
• Que los autos particulares absorben casi las 3/4 del consumo de personas;
• Que los camiones de menos de 2 Tn de carga son el medio de mayor consumo relativo de todo el transporte carretero;
• Que es muy baja la importancia relativa de los taxis y que individualmente tampoco son demasiado significativos los consumos de los “colectivos” aunque en ambos casos la concentración espacial de los mismos es realmente alta;
• Que el transporte urbano carretero de cargas y pasajeros representa cerca de las 3/4 partes del consumo energético carretero;
• Que el motor diesel acciona más de la mitad de los vehículos y es exclusivo en los ómnibus y camiones de más de 2 Tn y casi exclusivo en los colectivos (se estima que algunos “minibuses” funcionan con motores Otto y muy pocos de ellos convertidos a GNC);
• Que el GNC, a pesar de su importante difusión, sólo representa, en consumo energético, el 4,5% de los automóviles particulares, el 45% de los taxis y el 16% de los camiones de menos de 2 Tn; y que para la penetración del GNC queda un amplio campo en los colectivos y en los camiones de menos de 2 Tn y que el principal competidor en estos dos medios, será el diesel.

2.2. Capítulo II: Opciones Técnicas disponibles y disponibilidad futura en los Medios de Transporte en argentin

En este capítulo se analizan las opciones técnicas disponibles utilizadas y utilizables en el Modo Carretero esencialmente en Motores de ciclo Otto y ciclo Diesel que consumen Motonaftas, Diesel Oil (Gas Oil) y Gas Natural Comprimido (GNC).
En cuanto a las posibilidades de opciones técnicas futuras alternativas se mencionará a los vehículos eléctricos, vehículos a hidrógeno y al Motor Wankel, analizados desde el punto de vista de su utilización a escala comercial en Argentina hasta el año 2012.
También se presentará el empleo de Gas Licuado de Petróleo (GLP).
Como conclusión se indican las opciones de aplicación concreta al parque automotor argentino dentro del período de proyección estimado en este estudio.

Las principales conclusiones serían las siguientes:

i) En cuanto a los progresos en los motores a nafta se está actuando sobre los aspectos que se
indican a continuación.

• En la combustión: con válvulas múltiples; con intercooling (en motores con inyección electrónica); con inyección electrónica actuando sobre la ignición.
• En los gases de escape: con los convertidores catalíticos; los catalizadores de oxidación y reciclaje de los gases de escape.

ii) Las posibles medidas a tomar en los motores a nafta serían

• Utilización de multiválvulas (por ejemplo cuatro) ya que muchos automotores continúan empleando dos válvulas, y esto no permite obtener una mayor potencia
• Aumentar la carrera del émbolo en los cilindros
• Incrementar la relación de compresión promedio
• Recircular los gases de escape para permitir el uso óptimo de los convertidores catalíticos de tres vías
• Optimizar la inyección, ignición y recirculación de gases mediante el control electrónico
• Colocar control lamba en los convertidores catalíticos.

Con este tipo de medidas, mas la conducción, mantenimiento y aerodinámica se podría bajar en un
30% el consumo específico de los automotores a nafta hasta el promedio de 5.0lt/100km.

iii) Los progresos alcanzados y en vía de concreción para mejorar los motores diesel serían los siguientes:

• En la Combustión e Inyección
• Introducción de válvulas múltiples
• Sobrealimentación (turbocompresión)
• Intercooling
• Inyección electróncia
• En los gases de escape
• Catalizadores de oxidación
• Filtros de partículas
• Recirculación de gases
• Mejora la calidad de gas oil

iv) En cuanto a las Opciones Tecnológicas alternativas a los motores a Nafta, a Gas Oil y a GNC se considera que debido a los costos del vehículo y operativos, la infraestructura de recarga y la potencia específica del sistema de propulsión, el hidrógeno no podrá competir con los combustibles tradicionales en el corto y mediano plazo. Sin embargo, sus características ambientales, de eficiencia del sistema de propulsión, y su potencial renovable lo hacen un combustible adecuado para flotas de vehículos gubernamentales o corporativos y de transporte público.

Comparado con el hidrógeno, el uso directo de la energía eléctrica puede ser igualmente limpio, y además tiene disponible una mejor infraestructura de recarga. Sin embargo, posee una potencia específica y autonomía menor que la del vehículo a hidrógeno, requiriendo la investigación, el desarrollo y puesta a punto de sistemas de almacenamiento alternativos para posibilitar su difusión masiva. No esta previsto que esto se produzca antes del mediano plazo. Sin embargo, tanto en uno como en otro caso no se puede descartar que existan factores imprevistos de política, ambientales, o tecnológicos que aceleren estos procesos.

v) En lo referente al uso de GNC en automotores se describen las ventajas y desventajas respecto del uso de motonaftas.
En cuanto a las ventajas se indican las siguientes:

i) Ventajas (respecto de las Naftas)

• Permite un arranque en frío más rápido y una marcha más suave en situación de régimen. Esto obedece, entre otras cosas, a que el GN tiene mayor octanaje que las naftas (Puede llegar a 125 frente a 90-93 de las naftas)
• Duplica los intervalos entre cambios de aceite, dado que la combustión es más completa.
• Prolonga la vida útil de las bujías pues no forma sedimentos
• La lubricación es mejor pues no lava las paredes de los cilindros.
• Afecta menos a los caños de escape y a los silenciadores
• Al ser más liviano que el aire (0.61-0.63 respecto del aire), en caso de escapes no se producen acumulaciones de líquidos inflamables en los derrames como puede ocurrir con las naftas
• Incluso como su temperatura de ignición es más alta que la de las naftas, las probabilidades de accidentes por escapes accidentales son menores.
• Si el motor está diseñado para usar solamente GNC, se puede aumentar más la relación de compresión de los motores y se obtiene más potencia.
• Desde el punto de vista ambiental el uso del GNC frente a las naftas o el gas oil presenta los beneficios siguientes:

1. Menores índices de Hidrocarburos no quemados (HC), CO y NOx
2. Menor contaminación por emisión de gases del cárter que suelen volver al motor.
3. Como se degrada menos el lubricante, no sólo baja el consumo de aceite sino también las emisiones de SO2
4. Al no requerirse el uso de cebador con el motor frío, se reducen las emisiones

En cuanto a las desventajas:

1. La principal es el peso de los cilindros de almacenamiento, con la consiguiente reducción de capacidad en el baúl.
2. En los motores a explosión adaptados al uso del GNC pueden ser frecuentes las salidas de punto si la conversión no ha sido bien efectuada.
3. La adaptación de los motores que usan inyección multipunto en lugar de carburador

Pero en general las ventajas técnicas y económicas que brinda la reducida contaminación que produce lo hacen un excelente combustible sustituto de las Motonaftas y del gas oil en el uso automotor.
En algunos países los motores diseñados especialmente para funcionar con GNC se llaman “dedicados”.
Los equipados con motores Otto diseñados para funcionar con motonaftas, a los que se les incorpora un equipo de conversión (el kit) para que también puedan usar GNC, se llaman “bi – buel”.

• Respecto a los cilindros se está experimentando con el aluminio en lugar del acero para reducir el peso de los cilindros, pero por razones de seguridad posiblemente sea el acero y acero-fibra, el mejor material, en particular para vehículos utilitarios.
• Respecto al equipo regulador en general hay modelos con dos o tres etapas de regulación pero los equipos están integrados en un solo cuerpo.
• Respecto al mezclador en general la tendencia en Europa y Japón es hacia los sistemas de inyección de gas (presión positiva) y al abandono de los aspirados, asegurando así una mejor performance del vehículo y un mayor control de la calidad de los gases de escape.

Los vehículos con motor diesel adaptados para usar una mezcla de gas oil – GNC se denominan “dual – fuel” y la proporción de GNC en la mezcla (entre 70 y 80%) reduce en forma importante la emisión de partículas, pero no existen evidencias de resultados exitosos.
En Argentina existen aproximadamente 650 estaciones de carga diseminadas por buena parte de las ciudades provinciales.
Se puede dividir a las estaciones de carga en:

• Carga directa (modular)
• Carga con una estación central (madre) y satélite (trasvase)
• Carga lenta

En el caso de los colectivos en general no se ha producido una penetración masiva y solo han circulado algunos vehículos de prueba.
Desde el punto de vista de la emisión de gases en áreas urbanas, la sustitución del colectvio funcionando con motor diesel y consumiendo gas oil, sería una importante medida de mitigación.
Es que, a diferencia de lo que ocurre en otros países, por ejemplo en ciudades de Colombia, los parques de buses urbanos en Argentina operan con motores diesel y no con motores Otto, donde la sustitución es sencilla y la perfomance suficientemente probada (en taxis, utilitarios de menos de 2 Tn y autos particulares).
Por eso, más que al uso de mezclas gas oil/GNC en motores diesel, se está buscando la fabricación de motores especiales
para el uso de GNC dentro del ciclo Otto.

vi) Conclusiones generales

En este Capítulo II se analizaron las distintas opciones técnicas y su disponibilidad futura para los medios de transporte en Argentina.
Esto es: el uso de motonaftas; GNC y GLP en los motores a explosión; el de gas oil y GNC en motores diesel; los vehículos eléctricos a batería o a hidrógeno; a hidrógeno en combustión interna; los vehículos híbridos y el motor Wankel, se dedujeron las opciones a ser utilizadas en el escenario de mitigación para el cálculo de los consumos energéticos y de las emisiones.

Dado el período de proyección, año 2012, se descartaron los vehículos:

• Eléctricos a batería o a hidrógeno
• A hidrógeno en combustión interna
• Los híbridos
• El motor Wankel
• Los que utilizarían GLP
• Los que emplearían mezclas GNC/Gas Oil en motores diesel

En consecuencia, con criterio realista dados los alcances del estudio, se privilegiará, dentro de posibilidades también realistas, el uso del GNC en motores a explosión y la adopción en vehículos de transporte de pasajeros (minibuses y colectivos) de motores especialmente diseñados para usar GNC.

2.3. Capítulo III: Las proyecciones de los Medios de Transporte y de los Consumos Energéticos

En este capítulo se realizarán las proyecciones de los medios de transporte y de los consumos energéticos.

La prospectiva partirá de un Escenario de Variables Socio Económicas elaborado por FIEL que corresponde al período de proyección, esto es de 1998 a 2012.

A partir del mismo se proyectarán los Medios de Transporte por Tipo (Pasajeros y Carga), por Ambito (Urbano, Interurbano) y Modo (Carretero, Ferroviario, Aéreo y Acuático).

Para cada Tipo, Ambito y Modo según corresponda se discriminará a los Medios en:

• Autos particulares
• Taxis
• Colectivos (incluyendo Minubuses y Servicios de Oferta Libre)
• Omnibuses
• Utilitarios de menos de 2 Tn
• Utilitarios de mas de 2 Tn (camiones)
• Ferrocarril
• Subterráneo
• Aviones
• Barcos
• Barcazas (Remolcadores)

Los Parques proyectados serán similares en ambos escenarios a nivel de Modo. A nivel de Medio diferirán, únicamente para los carreteros (autos, taxis, colectivos, omnibuses, utilitarios de menos de 2 Tn, utilitarios de más de 2 Tn) según el combustible que utilicen. Así en el Escenario de Base, seguirá penetrando el Gas Oil y el GNC lo hará a menor ritmo. En cambio en el Escenario de Mitigación la participación del GNC será bastante mayor que en el de Base, sustituyendo, respecto de este último escenario, no sólo a las Motonaftas sino también al Gas Oil.

El objetivo del Escenario de Mitigación será entonces estimar el impacto sobre la menor emisión de gases de una política que acentúe el uso del GNC. Esto tanto en los Medios donde ya lo hace (Autos particulares, Taxis y similares y Utilitarios de menos de 2 Tn), como muy especialmente en los Colectivos y en menor medida en Omnibuses de corta y media distancia y en Utilitarios de entre 2 y 4 Tn.

En todos los casos el GNC se consumirá en motores a explosión, tanto utilizando convertidores para pasar de Motonaftas a GNC, como en motores diseñados específicamente para emplear GNC.

Para facilitar la mayor penetración del GNC en el Escenario de Mitigación se ha supuesto modificar la estructura relativa de precios, con medidas que equivalgan a elevar la relación: (lt de gas oil/m3 GNC) de 1.4 a 1.9. Esto se lograría mediante un incremento en los impuestos al Gas Oil y/o gravando la compra y/o importación de vehículos diesel y otorgando créditos fiscales, si correspondiera, a los usuarios del sector agropecuario y del sector de transporte de cargas y de pasajeros público.
En consecuencia no se instrumentará por las razones explicitadas en el Capítulo II, ninguna de las opciones tecnológicas con energéticos alternativos a las Motonaftas, Gas Oil y GNC.
Los parques y consumos energéticos de los Medios Ferroviarios, Subterráneo, Aéreo y Acuático serán similares en ambos escenarios.
Esto implica que la sustitución entre Medios será similar tanto en el Escenario Base como en el Escenario Mitigación.
El análisis de los resultados obtenidos es el siguiente:

i) Por tipo de Transporte Energético (Cuadro Nº 2.3.1.)

Es más dinámico el transporte de Personas que el de Cargas ya que éstas consumían el 57,5% de la energía en 1997 y bajan al 55,1% y 54,3% en el año 2012 para el Escenario Base y el Escenario Mitigación respectivamente.

Esto obedece, esencialmente, al mayor crecimiento relativo del consumo de los Automóviles.

La estructura de consumo por energético denota: un mayor crecimiento de la tasa de penetración del GNC en Personas que en Cargas en el Escenario de Mitigación; la fuerte sustitución de las MN en Cargas; la diferencia de participación del Diesel (Gas Oil) entre ambos Escenarios (que es una hipótesis de partida); la importancia del Combustible Jet (vinculada a la expansión en el transporte de pasajeros por Avión) y los pesos, muy escasos, de la Electricidad (Trenes y Subtes) y del Fuel Oil (Barcos).

ii) Por Ambito y Energético (Cuadro Nº 2.3.2.)

El consumo en el ámbito Urbano crece más que en el Interurbano.

La inclusión en Urbano del transporte de cargas de los vehículos Utilitarios de menos de 2 Tn muestra que el GNC es esencialmente un combustible para zonas urbanas y el Diesel para Interurbanas y las MN son exclusivamente Urbanas.

El bajo peso relativo de la Electricidad evidencia escaso grado de electrificación, que como hipótesis realista se asume, para el Ambito Urbano.

iii) Por Modo y Energético (Cuadros Nº2.3.3. y 2.3.4. bis)

Como se mencionó en el Capítulo I el Modo Carretero domina ampliamente el sistema de transporte en Argentina, y lo seguirá haciendo en el futuro considerado en este documento, aunque disminuye en poco más de dos puntos su participación respecto de 1997.

En segundo lugar y muy distanciado aparece el Modo Aéreo que gana algo de peso relativo, lo mismo que el Modo Rodoviario (Ferrocarril y Subte) mientras que el Acuático, desde el punto de vista del consumo energético, es muy poco significativo.

Estas modificaciones estructurales tan leves obedecen a cierta sustitución del transporte carretero de personas por el FFCC y Subte en áreas urbanas y por el Avión en áreas interurbanas. En el transporte Carretero de Cargas, ocurre algo similar por cierta recuperación del Ferrocarril y la posibilidad, supuesta, del de Barcazas por la vía Hidrofluvial.

Los menores consumos específicos tanto por Pasajero – km, como por Tn – Km de los Modos alternativos al Carretero, no inciden significativamente en la reducción de los Consumos Energéticos por Modo. Por otra parte, como ya se indicó las mejoras tecnológicas en el Modo Carretero también contribuyen a no incrementar demasiado los Consumos Energéticos Totales del Sector Transporte.

En el Rodoviario, es poco importante la electrificación y el Gas Oil (DO) incluso gana alguna participación.
En el Modo Aéreo, el único energético consumido es el Combustible Jet y es el Modo que presenta, luego del GNC la máxima tasa de expansión.

Por su parte el Modo Acuático se reparte casi por igual entre el Gas Oil y el Fuel Oil y su baja tasa de crecimiento está motivada por la gran eficiencia del transporte por Barcaza en cuanto al consumo energético por Tn- Km.

En el esquema siguiente pueden apreciarse las tasas anuales acumulativas del crecimiento de los modos de transporte entre 1997 y el año 2012 para cada Escenario.

Cuadro Nº 2.3.7.
Consumo Energético del Sector Transporte por Energético
Escenario de Base y Escenario de Mitigación
Años: 1997 y 2012

Figura Nº 2.3.1.
Consumo Energético del Sector Transporte por Energético
Escenario de Base y Escenario de Mitigación

NOTA:

MN: Motonaftas
GNC: Gas Natural Comprimido
DO: Gas Oil
CJ: Combustibles Jet
EE: Energía Eléctrica
FO: Fuel Oil
Fuente: Cuadro Nº 2.3.7.