Dado que la Organización Marítima Internacional se ha fijado como objetivo reducir en un 50% las emisiones de gases de efecto invernadero de los buques para 2050, se está pasando a centrar la atención en qué combustibles alternativos ayudarán a la industria a alcanzar el ambicioso objetivo. Uno de estos combustibles, el gas natural licuado (GNL), ha surgido como un puente temprano favorecido entre su combustible marino estándar y los futuros combustibles de carbono neutral. Aunque el GNL produce menos CO2 que otros combustibles fósiles cuando se quema, un pequeño porcentaje de metano, un GEI más potente que el CO2, puede deslizarse a través del motor sin ser quemado. En el futuro, este «deslizamiento de metano» podría convertirse en el objetivo de las regulaciones internacionales.

Con esto en mente, el desarrollador de motores suizo WinGD ha revelado recientemente una nueva tecnología diseñada para reducir las emisiones de metano y disminuir el consumo de combustible en sus motores X-DF de doble combustible. El lanzamiento del Control Inteligente por Reciclaje de Escapes (iCER) es el primer desarrollo que se introduce como parte del X-DF2.0, la segunda generación de la plataforma de motores de doble combustible de WinGD.

Para entender un poco más sobre esta tecnología, enviamos algunas preguntas a los expertos del WinGD para explicar la tecnología y darnos algunos antecedentes sobre por qué es importante ahora.

¿Puede proporcionarnos un poco de información sobre el motor de doble combustible X-DF, el X-DF2.0 y cómo la tecnología iCER se construye en esas plataformas?

El motor X-DF de doble combustible fue desarrollado como una solución al doble desafío de cumplir con los niveles de emisiones de la OMI Tier III, así como de iniciar una reducción significativa de las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero) en la industria del transporte marítimo mundial. La oportunidad surgió en parte debido a la disponibilidad de combustible «gratuito» en forma de ebullición natural cuando se utilizaba en los buques de transporte de GNL, lo que abordaba otro reto fundamental de reducción del consumo de combustible. Con el crecimiento de la demanda mundial de gas natural para todas las aplicaciones, desde las domésticas hasta las industriales, el mercado de buques de transporte de GNL ha experimentado un fuerte crecimiento en los últimos años. La cartera de motores X-DF de WinGD ha proporcionado la respuesta a la demanda del mercado junto con soluciones a muchos retos tecnológicos importantes a los que se enfrenta la industria del transporte marítimo.

Debido al proceso de combustión Otto de mezcla pobre desarrollado e implementado con éxito por WinGD en los motores X-DF, se han cumplido los requisitos del Nivel III de la OMI sin necesidad de tratamiento posterior de los gases de escape. A través del sistema de suministro de gas a baja presión, los motores X-DF también han demostrado ser una solución rentable para el armador. La simplicidad del equipo de baja presión (bombas, compresor, evaporador, tuberías, sensores) contribuye a un costo significativamente menor en comparación con el de su alternativa de alta presión.

Gracias a la amplia experiencia en motores X-DF de doble combustible y baja presión, WinGD reconoció el potencial de una mayor optimización mediante el reciclado de los gases de escape refrigerados. La nueva tecnología iCER (control inteligente mediante el reciclado de los gases de escape) es la primera que se introduce como parte de la gama de motores X-DF2.0.

¿Cuáles son los beneficios medioambientales de cada uno de ellos?

Los motores X-DF reducen sustancialmente las emisiones que tienen un efecto tóxico sobre la salud humana (NOX, SOX, PM) al nivel más bajo disponible actualmente en la industria. Proporcionan la huella de emisión total más sostenible desde el punto de vista medioambiental en cumplimiento de la IPCC, la OMS y la OMI. La oferta de WinGD de la combustión Otto/lean burning, puede adaptarse a cualquier combustible premezclado e inyectado a través del fiable y bien conocido sistema de inyección common rail.

La tecnología iCER cumple un papel primordial en la reducción adicional de las emisiones de CH4 («metano deslizante»), así como un papel en el control de la combustión para la reducción de las emisiones de NOx cuando se opera en modo diesel. También mejora el consumo de energía, lo que tiene un beneficio medioambiental general a través de la reducción de combustible.

¿Puede explicar la importancia del control de la combustión y el uso de gas inerte?

La EGR (recirculación de gases de escape) se ha utilizado en los motores diesel durante muchas décadas, y ahora como una forma de controlar la combustión y reducir las emisiones de contaminantes como el NOx. Los sistemas de control inteligente progresaron significativamente desde los primeros días de las aplicaciones de EGR, hasta el punto de que hoy en día un gas de escape refrigerado de tasa variable puede considerarse como una parte activa de la estrategia de combustión y una herramienta poderosa para la optimización de la combustión en una amplia gama de velocidades y cargas de motor.

La introducción de la tecnología iCER este año de WinGD se basa en un concepto de EGR, que ofrece un mejor control de la combustión mediante el enfriamiento y la recirculación de parte de los gases de escape a través de una ruta de baja presión durante el funcionamiento en modo gas. El resultado es una reducción de las emisiones de deslizamiento de metano de hasta un 50% cuando se utiliza GNL y una reducción significativa del consumo de combustible, de un 3% en el modo gas y de 5g/kWh en el modo diesel.

¿Qué es el deslizamiento de metano y por qué es importante?

Como en cualquier tipo de motor de combustión interna, el proceso de combustión nunca es 100% eficiente. Una pequeña parte del combustible inyectado en la cámara de combustión siempre permanecerá sin quemar. En los motores convencionales de gasolina

En los motores de gasolina o diesel convencionales, esta parte no quemada se libera en el escape como hidrocarburos no quemados (HC). A lo largo de los años, estas emisiones se han reducido drásticamente mediante el estudio y la optimización de la dinámica de los fluidos de combustión utilizando un sofisticado software de modelado y simulación, además del uso de catalizadores de gases de escape que capturan y descomponen la mayor parte de las emisiones de HC restantes.

Los motores de gas natural tienen emisiones globales muy bajas; sin embargo, la cantidad de gas metano no quemado (CH4) no puede reducirse a cero mediante la optimización de la combustión solamente. Los catalizadores disponibles actualmente no son capaces de capturar los flujos volumétricos de gas metano de ningún motor de dos tiempos, la mejor manera de reducir estas emisiones es hacer recircular parte de los gases de escape. El CH4 tiene un efecto invernadero 30 veces mayor que el CO2, de ahí la relevancia mundial de las emisiones de CH4 en el debate sobre el cambio climático. También hay que subrayar que las emisiones de CH4 de la industria naviera son extremadamente pequeñas comparadas con otras fuentes actualmente no controladas o no sujetas a regulaciones de otras industrias. Alrededor del 74% de las emisiones mundiales de metano se originan en la cría de animales, la agricultura, las aguas residuales, la biomasa y los vertederos, y otro 25% proviene de la extracción de petróleo y gas, y de la minería del carbón. Sólo el 1% de las emisiones mundiales de metano provienen de todas las formas de transporte, lo que hace que la industria del transporte marítimo contribuya en muy pequeña medida a lo que es un problema de mucha mayor escala. A pesar de este pequeño porcentaje global, la I+D de WinGD está comprometida con la sostenibilidad y está invirtiendo en encontrar todas las mejoras posibles.

¿Con qué tipo de embarcaciones trabajan estos motores? ¿Cuáles son los más comunes, y cuáles le gustaría ver que funcionen con doble combustible?

El concepto de doble combustible de baja presión es en principio aplicable a cualquier tipo de motor de baja velocidad, y a la mayoría de los tipos de embarcaciones. Sin embargo, hay ciertas economías de escala relacionadas con el tamaño, por lo que hoy en día los motores de doble combustible de baja presión de WinGD han sido la opción predominante para los buques de GNL (que se benefician utilizando la evaporación natural del GNL transportado como «combustible gratuito» para la propulsión) y en los grandes buques portacontenedores. El X72DF es el más vendido en la cartera de WinGD. El 12X92DF del WinGD, el motor Otto más grande del mundo, propulsa ahora buques portacontenedores ultragrande que funcionan con GNL. Pero hay un creciente interés por la tecnología X-DF en cargueros, graneleros y petroleros también.

¿Con qué tipo de combustible neutro en carbono podría trabajar el X-DF2.0? ¿Están «listos» o necesitarían modificaciones?

WinGD está desarrollando las soluciones tecnológicas para mantener nuestros motores «listos para el combustible del futuro». El que esto requiera modificaciones en los motores (sistemas de inyección, tecnología de materiales, estrategias de control, etc.) dependerá en gran medida de las características químicas y térmicas de los combustibles neutros de carbono del futuro.

Si se observan los dos extremos opuestos del espectro, es posible que ciertos combustibles sintéticos se diseñen para que se ajusten más estrechamente a las características de los combustibles existentes, mientras que productos químicos fundamentalmente diferentes, como el amoníaco, deberán manejarse de manera específica y requerirán una evaluación de las características del motor, el almacenamiento y la entrega del combustible. Por otra parte, el hidrógeno puro es difícil de manejar y muy ineficiente cuando se utiliza en un motor de combustión interna, por lo que lo más probable es que se utilice principalmente en pilas de combustible para la propulsión eléctrica.

La situación es actualmente muy incierta, y nadie puede predecir cuál será el «ganador» dentro de diez años. De todos modos, el WinGD está trabajando para que su cartera de motores sea compatible con los combustibles neutros en materia de carbono que prevalecerán en el mercado en los próximos años. y se ha comprometido a trabajar en asociación con los interesados externos en el sector de los combustibles alternativos, para explorar, validar y probar las soluciones más prometedoras a fin de estar listo cuando el mercado lo requiera.

¿Cuándo cree que tendrán lugar los primeros ensayos a bordo? ¿Cuáles son las próximas etapas de desarrollo y cuándo estará disponible el producto?

El programa de motores de prueba está muy avanzado y el hardware de iCER está disponible para ser instalado en una instalación piloto.

WinGD ya está trabajando para ampliar el campo de aplicación de la tecnología iCER para el funcionamiento del MGO. Con este paso WinGD quiere ofrecer una tecnología CAPEX neutral aplicando iCER tanto a la operación en modo gas como en modo líquido. Esto haría que el gasto de un sistema SCR fuera obsoleto, eliminando costes innecesarios. Los primeros pasos de desarrollo ya están en proceso y se espera que una instalación piloto para esta aplicación esté lista en el segundo trimestre de 2020.

¿En qué otro proyecto está trabajando WinGD dentro de la industria marítima?

Como parte del impulso continuo para reducir las emisiones de CO2 y aumentar la eficiencia, WinGD está investigando activamente sistemas de propulsión híbridos diesel/eléctricos usando baterías para complementar la energía diesel (o GNL) en condiciones de operación específicas, y para reducir el requerimiento de motores de combustión para la generación de energía eléctrica. Los estudios realizados por el WinGD muestran que una solución híbrida tan «inteligente» conducirá a una reducción significativa del OPEX para el propietario del buque mediante la reducción del uso total de combustible (tanto para la propulsión como para la generación de electricidad a bordo).