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ESTUDIO

“DETERMINACIÓN DE FACTORES DE EMISION PARA EL PARQUE

VEHICULAR ASOCIADOS AL USO DE BIOCOMBUSTIBLES”

Informe Final

Encargado por Centro Nacional del Medio Ambiente (CENMA) a Sistemas Sustentables Ltda.

DETERMINACIÓN DE FACTORES DE EMISION PARA EL PARQUE VEHICULAR ASOCIADOS AL USO DE BIOCOMBUSTIBLES

CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE‐ INFORME FINAL

Índice de Contenidos

1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ..................................................................................... 1 1.1 Antecedentes y justificación del estudio ................................................................................................................ 1 1.2 Objetivos del estudio ...................................................................................................................................................... 2 1.3 ACTIVIDADES DEL ESTUDIO ....................................................................................................................................... 2 1.4 Productos esperados ...................................................................................................................................................... 3

2 METODOLOGÍA .......................................................................................................... 4 2.1.1 Tarea 1. Caracterización bibliográfica de emisiones vehiculares asociadas al uso de biocombustibles ................................................................................................................................................................................. 4 2.1.2 Tarea 2. Selección de Factores de Emisión ............................................................................................................ 5 3 FACTORES DE EMISIÓN ............................................................................................ 18

3.1 Breve resumen información utilizada .................................................................................................................. 18 3.2 Bioetanol ........................................................................................................................................................................... 19 3.2.1 Información Revisada ................................................................................................................................................... 19

3.3 Biodiesel ............................................................................................................................................................................ 27 3.3.1 Información Revisada ................................................................................................................................................... 27 3.3.2 Análisis consolidado ...................................................................................................................................................... 38 3.3.3 Propuesta de factores de emisión a utilizar ....................................................................................................... 41

3.4 Variación porcentual de Consumo de combustible ......................................................................................... 43 3.5 Especiación HC ............................................................................................................................................................... 44 3.5.1 Biodiesel .............................................................................................................................................................................. 44 3.5.2 Bioetanol............................................................................................................................................................................. 46 3.5.3 Dióxido de carbono ........................................................................................................................................................ 53 3.5.4 Implicancias del uso de ETBE ................................................................................................................................... 54

3.6 Caracterización del Material Particulado (MP) ................................................................................................ 55 3.7 Propuesta Factores de Emisión Material Particulado .................................................................................... 55 3.8 Impacto de Biocombustibles en Motores ............................................................................................................ 60 3.8.1 Bioetanol en motores de encendido con chispa ................................................................................................ 61 3.8.2 Biodiesel en motores de encendido por compresión ...................................................................................... 65 4 Síntesis y conclusiones del estudio ........................................................................... 69

4.1 Resumen de los contenidos ....................................................................................................................................... 69 4.2 Conclusiones ................................................................................................................................................................... 69 Anexo I, Fichas Bibliográficas Anexo II, Factores de Emisión para Etanol y Biodiesel Anexo III, Antecedentes Material Particulado


CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE‐ INFORME FINAL 1

1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1.1 Antecedentes y justificación del estudio Chile es un país de economía emergente que requiere de un suministro energético seguro y creciente para poder responder al rápido desarrollo del país. La importancia del petróleo, en la matriz energética nacional, como la dependencia de proveedores externos, la volatilidad del precio de este producto y las perspectivas de altos precios en el futuro, hace recomendable que Chile busque sustitutos para los combustibles líquidos derivados del petróleo y que realice esfuerzos para que estos sustitutos sean producidos con recursos nacionales. El Ministerio de Energía está desarrollando iniciativas para incrementar la participación de los biocombustibles en la matriz energética nacional, como una alternativa a los combustibles fósiles. Las condiciones naturales del país y el desarrollo de su economía indican que Chile podría tener ventajas comparativas para desarrollar una industria de biocombustibles a partir de material lignocelulósico y de algas, una vez que las tecnologías para su producción maduren. Si bien en la actualidad en Chile no hay un uso relevante de bioetanol y biodiesel, es posible producir, importar y/o comercializar estos biocombustibles. El decreto supremo Nº 11/2008 del Ministerio de Economía establece que el bioetanol solo podrá mezclarse con gasolina automotriz para uso en motores de ignición por chispa, en un 2% o 5% del volumen resultante de la mezcla. En el caso de biodiesel, este solo podrá mezclarse con petróleo diesel en un 2% o 5% del volumen resultante de la mezcla. Estas mezclas de biocombustibles pueden ser utilizadas directamente en vehículos, sin necesidad de hacer ajustes en los motores. Es reconocido que el uso de biodiesel tiene efectos positivos sobre las emisiones vehiculares. Comúnmente, el uso de biodiesel resulta en una reducción de emisiones de material particulado, monóxido de carbono e hidrocarburos volátiles. Por otra parte el uso de bioetanol podría aumentar las emisiones de óxidos de nitrógeno y aldehídos, ambos contaminantes precursores de ozono troposférico. No obstante, el efecto sobre las emisiones por el uso de biocombustibles dependerá del porcentaje de mezcla, la calidad del combustible y el tipo de vehículo que utiliza la mezcla. Considerando los eventuales y posibles usos vehiculares de bioetanol y biodiesel en Chile, es necesario evaluar los efectos sobre la calidad del aire asociados al uso de biocombustibles. Esta materia cobra especial relevancia en la Región Metropolitana, al encontrarse en condición de saturación para material particulado respirable (MP10) y ozono (O3).



Mediante este estudio se requiere cuantificar y comparar las emisiones de contaminantes atmosféricos por el uso de biocombustibles en el parque vehicular de la Región Metropolitana. Los resultados de este estudio serán utilizados en la siguiente etapa para alimentar un modelo atmosférico fotoquímico, de manera de evaluar el efecto del uso de biocombustibles sobre la calidad del aire en la Región Metropolitana.

1.2 Objetivos del estudio Los objetivos definidos para el presente estudio son: a) Objetivo General A partir de una revisión de la literatura existente, caracterizar las emisiones de contaminantes vehiculares asociadas a la utilización de mezclas de biocombustibles con combustibles fósiles, y mediante una metodología adecuada, definir los factores de emisión para las clases vehiculares presentes en la Región Metropolitana. b) Objetivos Específicos: Los objetivos específicos del Estudio son:

a) Realizar una caracterización bibliográfica de emisiones vehiculares asociadas al uso de biocombustibles.

b) Determinar los Factores de Emisión adecuados para la construcción de los escenarios definidos por el estudio marco.

c) Prestar asesoría a la actualización de del inventario año base 2010 de la RM y análisis de escenarios.

d) Prestar asesoría en el análisis comparativo de emisiones de Transantiago.

1.3 ACTIVIDADES DEL ESTUDIO A continuación se describe el conjunto de tareas consideradas como necesarias para alcanzar los objetivos planteados en el presente Estudio.

Las actividades relacionadas con el objetivo específico a) son las siguientes:

1) Revisión bibliográfica y caracterización de emisiones vehiculares con uso de mezclas de

biocombustibles y combustibles fósiles. 2) Análisis de variaciones porcentuales de emisiones respecto al uso de combustibles

tradicionales para principales mezclas utilizadas a nivel internacional. 3) Factibilidad y condiciones técnicas de utilización de mezclas de biocombustibles.

Las actividades relacionadas con el objetivo específico b) son las siguientes:



4) Propuesta metodológica de selección de factores de emisión para mezclas con

biocombustibles. 5) Propuesta de factores de emisión y consumo de combustible a utilizar en el análisis de

escenarios. Las actividades relacionadas con el objetivo específico c) son las siguientes:

6) Análisis de las limitaciones metodológicas presentadas en la estimación de emisiones de

biocombustibles. Finalmente, las actividades relacionadas con el objetivo específico d) son las siguientes:

7) Análisis de resultados de escenarios y comparación con condición base. 1.4 Productos esperados Los productos esperados del presente estudio son:

1) Fichas técnicas por cada estudio analizado, con un formato estándar definidas por CENMA y el consultor.

2) Factores de emisión por tipo vehicular por el uso de biocombustibles para los siguientes contaminantes: PM10, PM2,5, CO, CO2, NOx, N2O, NH3, SO2, HC y HCNM.

3) Especiación química de HC distinguiendo emisiones de alcanos, alquenos, alquinos, aldehídos, cetonas y aromáticos.

4) Especiación química y por tamaño de material particulado. 5) Factores de consumo de combustible. 6) Análisis de las limitaciones metodológicas presentadas en la estimación de emisiones de

biocombustibles.



2 METODOLOGÍA La metodología planteada para el estudio corresponde a la ejecución de dos tareas fundamentales, a saber:

• Caracterización bibliográfica de emisiones vehiculares asociadas al uso de biocombustibles

• Selección de Factores de Emisión A continuación se describen en detalle cada una de las tareas que se desarrollan en el presente estudio. 2.1.1 Tarea 1. Caracterización bibliográfica de emisiones vehiculares asociadas al uso de biocombustibles

a. Revisión bibliográfica y caracterización de emisiones vehiculares con uso de mezclas de biocombustibles y combustibles fósiles. A partir de una revisión de la literatura existente, se caracterizaron las emisiones atmosféricas generadas en vehículos por el uso de mezclas de biocombustibles con combustibles fósiles. b. Análisis de variaciones porcentuales de emisiones respecto al uso de combustibles tradicionales para principales mezclas utilizadas a nivel internacional. Se analizaron las variaciones porcentuales de las emisiones respecto al uso de combustibles tradicionales, considerando a lo menos, porcentajes de mezcla, calidad del combustible y tipo de vehículo que utiliza la mezcla. Para el desarrollo de este análisis, se explorarán las emisiones atmosféricas para las mezclas de biocombustibles más comúnmente utilizadas en países líderes en biocombustibles, según han quedado establecidas en las bases técnicas del estudio, en principio las mezclas de combustibles a explorar corresponderán a: a) E2 (mezcla de 2% de bioetanol y 98% de gasolina) b) E5 (mezcla de 5% de bioetanol y 95% de gasolina) c) E10 (mezcla de 10% de bioetanol y 90% de gasolina) d) E85 (mezcla de 85% de bioetanol y 15% de gasolina) e) B2 (mezcla de 2% de biodiesel y 98% de diesel) f) B5 (mezcla de 5% de biodiesel y 95% de diesel) g) B10 (mezcla de 10% de biodiesel y 90% de diesel) h) B20 (mezcla de 20% de biodiesel y 80% de diesel) i) B100 (100% biodiesel)



j) Gasolinas adicionadas con ETBE1 . c. Factibilidad y condiciones técnicas de utilización de mezclas de biocombustibles. A partir de la información bibliográfica, datos experimentales disponibles y opinión experta, se procederá a identificar las características técnicas necesarias que debe cumplir el motor del vehículo para utilizar adecuadamente la mezclas identificadas en el punto b) de la Tarea 1. Éstas serán contrastadas con las características de los motores presentes en el parque automotriz nacional, para poder concluir que mezclas pueden ser utilizadas directamente en vehículos a gasolina o a petróleo diesel respectivamente y que cambios tecnológicos o ajustes en el motor o estanques de combustibles son necesarios para utilizarlas. 2.1.2 Tarea 2. Selección de Factores de Emisión

a. Propuesta metodológica de selección de factores de emisión para mezclas con biocombustibles. A partir de los antecedentes recopilados en la Tarea 1 se propone una metodología de selección de factores de emisión que permita evaluar las mezclas establecidas e identificadas en el punto b) de la Actividad 1. Esta metodología debe ser ajustada al esquema de cálculo utilizado en el modelo de estimación utilizados localmente, es decir, MODEM. MODEM utiliza tasas de emisión en función de la velocidad media, que deben ser ajustadas a los valores encontrados en la revisión bibliográfica. Como antecedente, se puede señalar que las formas típicas de las ecuaciones con las que MODEM define las tasas de emisión en función de la velocidad media2, son potencias o polinomios cuyas constantes dependen de la tecnología de los vehículos representados por el modelo. Las ecuaciones típicas para la determinación del factor de emisión utilizado en el modelo MODEM3, por cada arco vial simulado son de la forma siguiente. Ei=A·VmB Ecuación 2.1 Ei=C·Vm2 + D·Vm + E Ecuación 2.2 Donde: Vm : Velocidad media entregada por el modelo ESTRAUS A,C,D,E : Constantes definidas de acuerdo al contaminante 1 El ETBE (Etil Terbutil Éter) es un compuesto que se produce mediante la reacción de bioetanol con iso-butileno, y puede ser

incorporado a la gasolina como un aditivo oxigenado en reemplazo de MTBE 2 Las velocidades medias son entregadas por el modelo estratégico detransporte ESTRAUS 3 El modelo MODEM se basa en la metodología COPERT que a su vez pertenece al Emission Inventory Guidebook de

la Unión Europea.



Ambas formas algebraicas permiten su ponderación por un factor de ajuste que permitirá al mismo modelo, incorporar nuevas tasas de emisión para un porcentaje del parque. Debido a que las categorías del modelo MODEM ya están definidas, una modificación de ellas para dar cuenta de la introducción de biodiesel requiere una modificación del programa computacional, lo que no constituye la materia del presente estudio. Esto se puede subsanar sin intervenir el programa computacional mediante la siguiente operación algebraica sobre las ecuaciones 2.1 y 2.2. Ei=(1*(1‐%Parque/100)+VPE*%Parque/100)·(A·VmB) Ecuación 2.3 Ei=(1*(1‐%Parque/100)+VPE*%Parque/100)·(C·Vm2 + D·Vm + E) Ecuación 2.4 Donde, %Parque : Porcentaje del parque en el que se aplica el uso de biodiesel VPE : Variación porcentual de emisión del contaminante correspondiente Esta expresión entrega una emisión disminuida o aumentada en función de los valores VPE definidos por el estudio. b. Propuesta de factores de emisión y consumo de combustible a utilizar en el análisis de escenarios. A partir de la aplicación de la metodología propuesta en el punto a) de la presente actividad, y consensuada con la contraparte técnica se procederá a proponer:

a) Factores de emisión por tipo vehicular por el uso de biocombustibles para los siguientes contaminantes: PM10, PM2,5, CO, CO2, NOx, N2O, NH3, SO2, HC y HCNM ;

b) Especiación química de HC distinguiendo emisiones de alcanos, alquenos, alquinos, aldehídos, cetonas y aromáticos; y

c) Especiación química y por tamaño de material particulado. d) Factores de consumo de combustible.

Respecto del punto a) se establece la siguiente metodología específica: El modelo MODEM posee 61 categorías vehiculares, para cada una de ellas se debe desarrollar la generación de curvas para 10 contaminantes, por lo tanto se deben intervenir 610 ecuaciones para cada valor de la variable Porcentaje de Parque y por cada posible combinación de mezclas para biodiesel y bioetanol. Este proceso puede resultar en un número importante de ecuaciones que aumenta al definir los escenarios a utilizar. No obstante lo anterior, dada la naturaleza conocida de las tasas de emisión utilizadas, a criterio del consultor, responde de mejor manera a los requerimientos del estudio la construcción de una herramienta computacional simple, que permita generar escenarios en



base a la introducción de los resultados entregados por el modelo MODEM. Estos resultados del modelo de emisiones permiten la exportación a Excel, por lo que la solución propuesta corresponde a un libro de cálculo protegido que permita construir escenarios en base a la introducción de variables básicas tales como:

• Porcentaje de parque que utiliza biocombustibles • % de biocombustibles mezclado con combustible convencional

La expresión algebraica vertida en la herramienta señalada corresponde a la siguiente E_iEscenario=(1*(1‐%Parque/100)+VPE*%Parque/100)·Ei_MODEM Ecuación 2.5 Respecto del punto b) referido a la especiación de HC, se tienen que el modelo COPERT IV entrega valores para la especiación de los compuestos orgánicos volátiles. Las fracciones propuestas se aplican sobre le total de emisiones de HC para vehículos convencionales (pre‐Euro 1) o Euro 1 y superiores considerando vehículos de pasajeros gasolina y diesel y vehículos pesados. En cada tabla se presenta el total del porcentaje correspondiente a una familia de especies, se asume que la fracción restante corresponde a Hidrocarbonos Aromáticos Policíclicos (PAH, por su sigla en ingles) y Contaminantes Orgánicos Persistentes (POP, por su denominación en ingles). Mediante la revisión bibliográfica se establecerá las variaciones porcentuales de los hidrocarburos más relevantes. Los distintos valores teóricos se entregan en las tablas Tabla 2.1 y Tabla 2.2.



Tabla 2.1. Composición de los COV en emisiones de escape (primera parte).

Fuente: COPERT IV Donde: PC: Pasanger Card, LDV: Light Duty Vehicle, xxxx



Tabla 2.2. Composición de los COV en emisiones de escape (continuación).

Fuente: COPERT IV En relación al punto c) la metodología COPERT IV permite estimar la cantidad de MP emitida, tanto en tamaño como en su composición, como se presenta a en la Tabla 2.3 a 2.9. En ellas, la metodología entrega valores para la superficie activa4 (m2/km), número total de partículas (cant./km), cantidad por tamaño de partículas menores a 50 nm, entre 50 y 100 nm y mayores, así como la descomposición del MP2,5 en carbono elemental (EC) y materia orgánica (MO). Todo lo anterior para vehículos pasajeros, buses y distintas categorías de camiones y en tres condiciones de tráfico Urbano, Rural, Highway.

4 Medida utilizada para la estimación de MP resuspendido.



Tabla 2.3. Características del MP en vehículos de pasajeros

Fuente: COPERT IV



Tabla 2.4. Emisión de partículas sólidas a partir del uso de diesel en vehículos de pasajeros (no afecto al contenido de azufre en el combustible)

Fuente: COPERT IV



Tabla 2.5. Características del MP para buses

Fuente: COPERT IV



Tabla 2.6. Características del MP para Camiones (3,5-7,5 toneladas)

Fuente: COPERT IV



Tabla 2.7. Características del MP para Camiones (7,5-14 toneladas)

Fuente: COPERT IV



Tabla 2.8. Características del MP para Camiones (14-32 toneladas)

Fuente: COPERT IV



Tabla 2.9. Separación del MP en carbono elemental (EC) y masa orgánica (OM)

Fuente: COPERT IV



En relación al punto d) se procede de la misma forma que en la punto a). Los factores de consumo también proceden del modelo MODEM, sin embargo la expresión utilizada en este cambia levemente. La expresión algebraica vertida en la herramienta señalada corresponde a la siguiente FCiEscenario=(1*(1‐%Parque/100)+VPC*%Parque/100)·FCiMODEM Ecuación 2.6 Donde, %Parque : Porcentaje de parque afectado por la medida FCiEscenario : Consumo de combustible para la categoríaa vehícular i y el escenario

correspondiente FCiMODEM : Consumo de combustible para la categoríaa vehícular i que entrega el modelo

MODEM De acuerdo a EPA, VPC se calcula de acuerdo a la siguiente expresión. VPC = ((exp(‐0,0008189·%vol_BD))·(0,88·(%vol_BD/100) + 0,85·(1‐%vol_BD/100))/0,85)‐1)x100

Ecuación 2.7

Esta expresión predice que ante un 100% de biodiesel, el ahorro de combustible alcanza un 4.6%



3 FACTORES DE EMISIÓN

3.1 Breve resumen información utilizada Al consultar información acerca del uso de etanol o biodiesel en motores de combustión, las fuentes bibliográficas son muy diversas y pueden variar en el año de publicación, el desarrollador, pudiendo ser este independiente o respaldado por una organización educacional o gubernamental, entre otras. Es importante recalcar la importancia de la fecha de elaboración del estudio publicado, debido a la estrecha relación entre los resultados y la tecnología empleada para realizar la medición. En la Tabla 3.1 se observa un resumen de los estudios revisados especificando si son publicaciones independientes (papers) o respaldados por organizaciones internacionales. Como se puede observar, de todos los documentos revisados la gran mayoría fue publicado por una organización, ya sea o no gubernamental, y son relativamente actuales. Sin embargo, de las 43 publicaciones solo 9 proporcionaron información relevante a factores de emisión. De estos 9 documentos, 8 pertenecen a organizaciones y solo uno tiene una fecha de publicación anterior al año 2002. Si bien, evaluar la validez de las publicaciones basándose únicamente en su año de publicación y en la entidad emisora no es del todo correcto, los parámetros antes mencionados permiten obtener una idea de la seriedad y actualidad del estudio lo que puede interpretarse como un grado de validez.

Tabla 3.1 Resumen Estudios Revisados N° Año N° Publicaciones de organizaciones

30 ≤ 2002 5 > 2002 25

Papers 13 ≤ 2002 0 > 2002 13

Una gran variedad de estudios estimaron los factores de emisión de contaminantes y componentes tóxicos al probar diversas mezclas de etanol y biodiesel en los combustibles. Sin embargo, en muchos casos los estudios no reportaron el factor de emisión, por el contrario generan un porcentaje de aumento o reducción de emisión de contaminantes al comparar las emisiones obtenidas con las emisiones de un combustible ya conocido.



3.2 Bioetanol

3.2.1 Información Revisada Los valores obtenidos de la revisión bibliográfica, relacionados con los VPE producto del uso de mezclas de etanol, se reportan en la presente sección. En todos las figuras se indican con el mismo color y marca los ciclos utilizados para la definición del VPE Los valores de VPE encontrados se muestran en la figura siguiente. Estos valores son analizados más adelante.

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Var

iaci

ón P

orce

ntua

l de E

mis

ione

s

Porcentaje de etanol en la mezcla [%]

Nox CO THC

Figura 3.1: Valores registrados en la revisión bibliográfica En la Tabla 3.2 se entregan los valores promedio de VPE’s reportadas en la literatura consultada. En todos los valores se observa una reducción en las emisiones de CO, independiente del ciclo de conducción y mezcla utilizada, obteniendo variaciones entre ‐6,7% y ‐28,8%. En general se observa una reducción de emisiones mayor al incrementar el % en volumen de etanol, a excepción del valor promedio de VPE encontrado para el uso de un 9% de etanol. Este valor corresponde a un único dato reportado por el estudio nº 38,



considerando un ensayo para 5 vehículo bajo el estándar LEV/ULEV5 de la US‐EPA. En la Figura 3.2 se muestra los promedios gráficamente.

Tabla 3.2: VPE promedio para CO según ciclo y mezcla utilizado Ciclo de

conducción Porcentaje de etanol en la mezcla

E5 E9 E10 E15 E20 E30 E40 E50 E60 E70 E85 FTP-75 s.i. s.i. -28,8 s.i. 10,5 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -15,5HWFET s.i. s.i. s.i. s.i. -22,2 -22,2 -33,3 -33,3 -44,4 -44,4 s.i. ISO 8178 s.i. s.i. -15,0 -15,1 -12,3 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.

NEDC s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.No identificado -7,0 -6,0 -12,5 s.i. -36,2 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -4,3

Promedio -7,0 -6,0 -22,3 -15,1 -26,8 -22,2 -33,3 -33,3 -44,4 -44,4 -11,8 S/I : Sin Información

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

VPE

% Etanol

CO

FTP-75 HWFET ISO 8178 NEDC No identificado

Figura 3.2: VPE promedio para CO según ciclo y mezcla utilizado

5 Vehículos de baja y ultra-baja emisión, designados por su sigla en inglés.



En el caso del NOX, la Tabla 3.3 detalla los valores promedios por ciclo determinado en base a la información bibliográfica analizada. En general, las emisiones de NOX se ven incrementadas entre un 15,8% para el E5 y un 5,5% para el E9. En el caso del uso del E10, los antecedentes recogidos indican un decremento en las emisiones cercanas al 20%.

Tabla 3.3: VPE promedio para NOX según ciclo y mezcla utilizado Ciclo de


E5 E9 E10 E15 E20 E30 E40 E50 E60 E70 E85 FTP-75 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -34,0HWFET s.i. s.i. s.i. s.i. -50,0 s.i. s.i. s.i. -50,0 -50,0 s.i. ISO 8178 s.i. s.i. -5,5 -0,6 12,2 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.

NEDC s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -70,0 -70,0 No identificado 21,2 5,5 6,6 35,8 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -59,1

Promedio 21,2 5,5 5,6 -0,6 20,2 s.i. s.i. s.i. -50,0 -60,0 -49,3

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

VPE

% Etanol

NOx


Figura 3.3: VPE promedio para NOX según ciclo y mezcla utilizado. Detalle para mezclas inferiores a E10

En cuanto a las emisiones de material particulado, la revisión bibliográfica arroja valores únicamente para E10, con un decremento del 10% en las emisiones de este contaminante. Este único valor es entregado por el estudio nº 19.



Tabla 3.4: VPE promedio para MP según ciclo y mezcla utilizado Ciclo de


E5 E9 E10 E15 E20 E30 E40 E50 E60 E70 E85 FTP-75 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -34,0HWFET s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.ISO 8178 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.

NEDC s.i. s.i. -46,0 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.No identificado s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.

Promedio s.i. s.i. -46,0 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -34,0

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

VPE

% Etanol

MP


Figura 3.4: VPE promedio para MP según ciclo y mezcla utilizado



Los valores encontrados para las emisiones de HC totales se reportan en la Tabla 3.5. Se observa que las VPE’s se varían entre ‐6,0% y ‐11,2%.

Tabla 3.5: VPE promedio para HC Totales según ciclo y mezcla utilizado Ciclo de


E5 E9 E10 E15 E20 E30 E40 E50 E60 E70 E85 FTP-75 s.i. s.i. s.i. s.i. -21,1 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. -18,0HWFET s.i. s.i. s.i. s.i. -16,2 -48,5 -63,2 -55,9 -50,0 -50,0 s.i. ISO 8178 s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.

NEDC s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i. s.i.No identificado -8,4 s.i. -12,0 s.i. -10,0 s.i. -45,0 s.i. s.i. s.i. 43,2

Promedio -8,4 s.i. -12,0 s.i. -11,9 -48,5 -54,1 -55,9 -50,0 -50,0 12,6

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

VPE

% Etanol

THC


Figura 3.5: VPE promedio para HC Totales según ciclo y mezcla utilizado



3.2.1.1 Recomendación de factor de emisión Con los valores encontrados se construyen valores promedio para cada contaminante y mezcla. Además, para cada uno de ellos se entrega el intervalo de confianza correspondiente, donde existe un número de datos suficiente para construir este valor. Cabe señalar la cantidad de valores utilizados para cada VPE se reportan en la tabla siguiente. Para la mezcla E5 se dispone de una baja cantidad de valores, mientras que para E10 se dispone de una cantidad considerable de datos. En el caso de E2 no se encontraron valores de VPE.

Tabla 3.6. Cantidad de ensayos disponibles según contaminante y mezcla

Contaminante %Vol. Etanol

E2 E5 E10 E85

CO s.i. 2 37 3

NOX s.i. 2 12 4

HC Totales s.i. 1 9 2

El intervalo de confianza determinado para los VPE reportados, donde el número de datos permite realizar este análisis estadístico se presenta en la tabla siguiente.

Tabla 3.7. Valor para intervalo con 95% de confianza según contaminante y mezcla Contaminante %Vol. Etanol

E2 E5 E10 E85

CO s.i. n.a. 5 8

NOX s.i. 13 7 24

HC Totales s.i. n.a. 6 60

La tabla 3.8 muestra los valores promedio obtenidos de acuerdo a los contaminantes y mezclas consideradas, estos constituyen los valores recomendados para la construcción de escenarios de uso de etanol en Chile.



Tabla 3.8. VPE promedio según contaminante y mezcla

Contaminante %Vol. Etanol

E2 E5 E10 E85

CO s.i. -7,0 -22,3 -11,8

NOX s.i. 21,2 5,6 -49,3

HC Totales s.i. -8,4 -12,0 12,59

En general se tiene reducciones en las emisiones de CO y HC, mientras que las emisiones de NOX se ven incrementadas en mezclas de bajo contenido de etanol, es decir E5 y E10. En el caso del E85, la tendencia para HC y NOX se invierte, produciendo un aumento de las emisiones del primer contaminante y una disminución del segundo, aunque cabe mencionar que el los valores de E85 vienen de uno o a lo más dos estudios, por lo que son discutibles. Gráficamente, los valores de VPE encontrados para las distintas mezclas de etanol y su correspondiente intervalo de confianza se muestran en la figura siguiente.



-7,00-22,25

-11,77

21,15

5,59

-49,27

-8,40 -11,96

12,59

-100,00

-80,00

-60,00

-40,00

-20,00

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

E5 E10 E85

Vari

ació

n po

rcen

tual

de e

misi

ón [%

]

Porcentaje de Etanol en la Mezcla

CO NOX HC Totales

Figura 3.6: VPE promedio según contaminante y mezcla. Intervalo de confianza con 95% de probabilidad



3.3 Biodiesel

3.3.1 Información Revisada En el caso del biodiesel se dispone de varias fuentes, aunque para los fines del estudio, EPA entrega importantes antecedentes respecto de la Variación Porcentual de Emisión, VPE, en función del porcentaje de mezcla. A continuación se muestra este antecedente, para posteriormente compararlo con el resto de los valores publicados en la literatura RECOMENDACIÓN EPA La Enviromental Protection Agency (EPA) a determinado la variación porcentual de las emisiones en función del porcentaje en volumen de biodiesel (Estudio [16]). Le expresión general se presenta en la ecuación 4.1, cuyos coeficientes dependen del tipo de contaminante según se muestra en la Tabla 3.9. La evolución de la variación porcentual de emisiones se presenta en la expresión siguiente: VPE [%] =(exp(f·%vol_BD)‐1)·100 Ecuación 3.1 Donde, VPE : Variación porcentual de emisiones, %vol_BD : Porcentaje en volumen de Biodiesel

Tabla 3.9. Listas de coeficientes para la ecuación 2.1. Contaminante Coeficiente f

NOX 0,0009794 MP ‐0,006384 HC ‐0,011195 CO ‐0,006561



Fuente: ENVIROMENTAL PROYECTION AGENCY, EPA.

Figura 3.7. Evolución porcentual de las emisiones promedio en función del porcentaje de biodiesel utilizado

En el caso del CO2, EPA propone la siguiente expresión: VPE_CO2 [%] =(exp(0,0000177·%vol_BD + 0,0002664·LIMPIO·%vol_BD ‐ 0,0001266·ANIMAL·%vol_BD)‐1)·100

Ecuación 3.2

Donde, VPE_CO2 : Variación porcentual de emisiones, %vol_BD : Porcentaje en volumen de Biodiesel, LIMPIO : 1 si el combustible base cumple la condición “Clean” definidas por EPA. De lo

contrario asume valor igual a 0. ANIMAL : 1 si el biodiesel el producido a partir de grasa animal. De lo contrario asume

valor igual a 0. Los impactos teóricos declarados por EPA para el Biodiesel en las emisiones de CO2 se muestran en figura siguiente.



Fuente: ENVIROMENTAL PROYECTION AGENCY, EPA.

Figura 3.8. Evolución porcentual de las emisiones promedio ce CO2 en función del porcentaje de biodiesel utilizado.

OTROS ANTECEDENTES Los porcentajes presentes en la Tabla 3.10 derivan de una serie de estudios realizados por la EPA en base a mediciones de dinamómetro. Estos resultados se obtienen luego de un análisis estadístico a las mediciones realizadas a 43 motores de diferentes modelos y años. El conjunto de datos está dominado por 26 motores en el grupo desde 1991 hasta 1993 (5 g / bhp‐h NOx y 0.25 g / bhp‐h PM) y un grupo de 1994 a 1997 (5 g / bhp‐h de NOx y 0,1 g/bhp‐ H). La mayoría de los motores se encontraban en maquinaría pesada de carretera y fueron probados con el procedimiento de prueba federal para vehículos pesados (FTP por su sigla en ingles) o por ciclos estacionarios multi‐estado.



Tabla 3.10 Cambio promedio en las emisiones para un uso de B20 estimado de la publicación de

mediciones de dinamómetro en un estudio de la EPA. Contaminante Porcentaje de

Cambio HC ‐21,1CO ‐11NOx 2PM ‐10,1

Luego de la publicación del estudio de la EPA gran cantidad de estudios han sido realizados variando la composición del combustible analizado, el ciclo de conducción utilizado y el tipo de motor analizado todo con el fin de comprender de mejor forma el efecto sobre las emisiones. Un resumen de estos estudios y sus resultados pueden observarse en la Tabla 3.11.

Tabla 3.11 Resumen de los porcentajes de cambio en las emisiones para estudios recientes de dinamómetro de motor operando con biodiesel.

Motor Ciclo de Conducción % Biodiesel NOx HC CO PM

Navistar 7,3‐L (5 g/bhp‐h NOx) AVL 8‐Mode 100 (RME) «0 ‐‐ ‐‐ «‐20%

Volvo 9,6‐L (Euro 2) ECE R49 30 (RME) 1,7 0 ‐9,4 ‐24International DT466 (4 g/bhp‐h NOx with DOC)

Hot FTP 20 (SME) ‐10,3 ‐20 ‐38 ‐2,9

with DPF 20 (SME) 0 «0 «0 «0with EGR and DPF 20 (SME) 1,8 «0 «0 «0

Cummins 8,3‐L (4 g/bhp‐h NOx Mech) Hot FTP 20 (SME) 1,1 ‐12 ‐25 ‐3120 (Waste Grease) 0,3 ‐7 ‐25 ‐2020 (Animal Fat) ‐1,5 ‐13 ‐17 ‐22

Cummins 8,3‐L (4 g/bhp‐h NOx Elec) Hot FTP 20 (SME) 1,7 ‐21 ‐28 ‐1720 (Waste Grease) ‐4,5 ‐25 ‐31 ‐1420 (Animal Fat) ‐2,9 ‐30 ‐25 ‐7,8

Cummins 5,9‐L (4 g/bhp‐h NOx) AVL 8‐Mode 20 (SME, 325 ppm S Base) 0 ‐‐ ‐‐ ‐2720 (SME, 15 ppm S Base) ‐3 ‐‐ ‐‐ ‐6

Cummins 5,9‐L (2,5 g/bhp‐h NOx) Hot FTP 20 (SME) 3,6 ‐4,2 ‐10,5 ‐22DDC S60 (4 g/bhp‐h NOx) Hot FTP 20 (SME) 6 0 0 ‐26Caterpillar 3126E (4 g/bhp‐h NOx) Hot FTP 20 (SME) 0 ‐16 ‐6,7 ‐1,1

Nota: RME (Metil éster de Raps ) ; SE M (Metil éster de Soya) Fuente: Recopilación de antecedentes reportada en el estudio [14]

Los resultados promedio de un estudio realizado por la NREL se observan en la Tabla 3.12. En este estudio se utilizó la información medida con un dinamómetro de chasis para 8 vehículos pesados. Los 8 vehículos pesados se descomponen en 3 buses de tránsito, 2 buses escolares, 2 camiones clase 8 y un autobús. Esta muestra de vehículos pesados logra capturar una gran variedad de fabricantes de camiones, tamaños de motores, tecnologías de control de emisiones y tipos de transmisión, sin embargo, aún no puede ser considerado como una muestra representativa de vehículos pesados en ruta. Los modelos de los motores varían desde el años 2000 hasta el año 2006. El millaje acumulado también varió de un vehículo a



otro, variando desde 2274 hasta 503468 millas. Los 3 buses de tránsito tienen idénticas combinaciones de motor y trasmisión y sólo difieren en el estudio en el millaje acumulado y el biocombustible usado. Esto permitió hacer una evaluación sobre la dependencia de la diferencia en emisiones de un vehículo a otro y de un combustible a otro. Las tablas 4.8 y 4.9 resumen los resultados en emisiones de NOX, MP, CO y HC de diversas campañas de medición orientadas al estudio de Biodiesel. La tabla muestra el porcentaje de concentración de mezcla, la fuente de obtensión del biodiesel, el tipo de vehículo, la tecnología y el ciclo de conducción empleado para el análisis.

Tabla 3.12 Resultados de los test de emisiones para distintos vehículos y combustibles. Estudio [14]

Vehiculo y Combustible Ítem Nox PM CO THC Fuel Econ Fuel Cons(g/mile) (g/mile) (g/mile) (g/mile) (mpg) (g/mile)

Transit Bus #1 on CSHVC Comparing LSD A and B20/BlueSun Biodiesel

Diesel 19,8 0,274 3,6 0,871 4,67 68895% conf 0,34 0,0333 0,31 0,071 0,07 11B20 18,65 0,2264 2,63 0,625 4,56 70895% conf 0,15 0,0195 0,22 0,08 0,08 9% Difference ‐5,80% ‐17,40% ‐26,80% ‐28,30% ‐2,20% 2,90%p‐value 0,0001 0,0363 0,0006 0,0011 0,0809 0,0214





Transit Bus #3 on CSHVC Comparing LSD B and B20/Agland Biodiesel


International Class 8 on CILCCmod Comparing LSD C and B20/Agland Biodiesel


International Class 8 on Freeway Cycle Comparing LSD C and B20/Agland Biodiesel

Diesel 6,75 0,2163 2,13 0,515 5,44 58695% conf 0,02 0,0104 0,04 0,003 0,02 3B20 6,9 0,1412 1,82 0,452 5,41 59495% conf 0,1 0,001 0,03 0,009 0,03 3 2,22% ‐34,72% ‐14,55% ‐12,23% ‐0,55% 1,37%p‐value 0,034 0,0001 0,0002 0,0002 0,241 0,018




Freightliner Class 8 on CSHVC Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel

Diesel 29,65 1,8303 27,41 0,536 3,49 91395% conf 0,4 0,2139 1,51 0,022 0,04 11B20 30,26 1,4761 24,49 0,454 3,44 93595% conf 0,32 0,0821 20,3 0,019 0,04 12% Difference 2,06% ‐19,35% ‐10,65% ‐15,30% ‐1,43% 2,41%p‐value 0,0412 0,0129 0,0867 0,0003 0,1283 0,0253

Freightliner Class 8 on the Freeway Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel


Motor Coach on CSHVC Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel


Motor Coach on the UDDS Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel

Diesel 6,99 0,2387 3,66 0,138 7,05 45695% conf 0,1 0,0079 0,18 0,014 0,18 12B20 7,22 0,1672 2,95 0,133 7 46295% conf 0,19 0,0128 0,09 0,019 0,09 6% Difference 3,29% ‐29,95% ‐19,40% ‐3,62% ‐0,71% 1,32%p‐value 0,0576 0,0001 0,0001 0,6993 0,6734 0,37

International Green Diesel School Bus on CSHVC Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel

Diesel 7,7 0,0009 0,15 0,023 5,86 54995% conf 0,14 0,0002 0,07 0,015 0,06 6B20 7,64 0,0012 0,12 0,031 5,74 56595% conf 0,09 0,0001 0,05 0,008 0,06 6% Difference ‐0,78% 33,33% ‐20,00% 34,78% ‐2,05% 2,91%p‐value 0,5484 0,1032 0,5158 0,7179 0,0328 0,0051

International Green Diesel School Bus on RUCSBC Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel

Diesel 95% conf

8,93 0,0014 0,1 0,023 4,97 648

95% conf 0,08 0,0002 0,03 0,005 0,03 4B20 95% conf 9,14 0,0017 0,06 0,021 4,93 65995% conf 0,16 0,0003 0,02 0,009 0,04 5% Difference 2,35% 21,43% ‐40,00% ‐8,70% ‐0,80% 1,70%p‐value 0,0346 0,2209 0,0547 0,7331 0,1561 0,0081

International Conventional School Bus on CSHVC Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel

Diesel 9,85 0,1929 5,22 0,439 5,93 53495% conf 0,1 0,021 0,37 0,041 0,04 3B20 95% conf 9,79 0,1977 5,72 0,434 5,86 54995% conf 0,12 0,0176 0,46 0,047 0,03 3% Difference ‐0,61% 2,49% 9,58% ‐1,14% ‐1,18% 2,81%p‐value 0,4145 0,7368 0,1198 0,8802 0,0074 0,0001

International Conventional School Bus on RUCSBC Comparing 2007 Certification Diesel and B20/Agland Biodiesel

Diesel 9,78 0,6954 8,95 0,373 5,01 63395% conf 0,12 0,0324 0,49 0,074 0,03 4B20 10,39 0,5284 6,93 0,3 4,99 64595% conf 0,17 0,0393 1,12 0,1 0,05 6% Difference 6,24% ‐24,01% ‐22,57% ‐19,57% ‐0,40% 1,90%




p‐value 0,0001 0,0001 0,0014 0,2665 0,5937 0,0049



Tabla 3.13 Efectos de la mezcla de biodiesel en las emisiones de NOx al comparar con diesel puro. Estudio [19] Fuente B5 B10 B20 B25 B30 B35 B50 B70 B75 B100 Combustibles Vehículos Tecnología Ciclo de Conducción [1] 1% 3% 1% 6% 10% 10% Biodiesel HDV [2] 0% 2% 10% Biodiesel HDV [3] 1.20% 5.8% Biodiesel HDV [4] 3% 13% Biodiesel HDV

[5], [22] 0% 1% ‐1% ‐2% Biodiesel HDV FTP[5] 24% 2% 2% 0% Biodiesel HDV [6] 3.50% 5% 6.9% 16% 28% Biodiesel HDV

[8]

‐12% Biodiesel PC Euro 3 NEDC 10% Biodiesel PC Euro 3 NEDC 0% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐11% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS 18% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐4% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐10% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS 16% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS

[9] 12% Methylester Soyate HDV EuroIII

[11], [24] 3% Biodiesel HD‐DDC 1991 FTP

[15] 10% Biodiesel (cooking oil) D.E FTP transient cycle

[16] 8‐13% Rapeseed

biodiesel PC Euro 1 on‐road cycles

[17] 8% 15% Soy‐based bd HD engine on‐road cycles

[18] 5% Soy‐based bd HD‐DDC 1991 on‐road cycles 14% Soy‐based bd HD‐DDC 1992 on‐road cycles 15% Soy‐based bd HD‐DDC 1993 on‐road cycles

[19], [20] 12% Soy‐based bd HD‐Engine 1997 FTP transient cycle 12% Soy‐based bd DDC 1997 FTP transient cycle 0% Soy‐based bd HD‐Engine 1995 FTP transient cycle

[21] 29% Biodiesel pickup truck [25], [33] 3% Biodiesel HD‐DDC 2003 FTP transient cycle [26] 7% Biodiesel HD‐DDC WVU truck dr. cycle [27] ‐4% Soy‐biodiesel Transit bus CSHVC



Fuente B5 B10 B20 B25 B30 B35 B50 B70 B75 B100 Combustibles Vehículos Tecnología Ciclo de Conducción 0% Soy‐biodiesel HDV 2005 CILCC 2% Soy‐biodiesel HDV 2005 Freeway

[28] 2% ‐25% biodiesel‐pinus HD engine ESC test

[29] ‐1% waste frying oil methylester LD engine

[30]

1.3% 5% 32% rapeseed biodiesel 1‐ cyl D.E FTP

4.1% 25% 35% rapeseed biodiesel 1‐cyl D.E FTP

8.6% 31% 38% rapeseed biodiesel

1cylinder D.E FTP

[31] 4% 13% soybean biodiesel DI‐D.E 1997

[32] ‐3.7% 11% biodiesel marine D.E C‐3 0% 24% biodiesel marine D.E C‐3

[34]

1% 4% Diesel +RME PC Euro 3 NEDC

‐3% 16% Diesel +50% Soybean+50% Sunflower

‐2% Diesel + Palm Oil 6% 16% Diesel +RME

2% 19% Diesel +50% Soybean+50% Sunflower

0% Diesel + Palm Oil [7] 0.40% biodiesel PC Euro 3 NEDCNota: la columna “Fuente” designa al origen de los datos recopilados por el estudio 19, y no al número de documento listado en el capítulo 3 del presente informe



Tabla 3.14 Efectos de la mezcla de biodiesel en las emisiones de MP al comparar con diesel puro. Estudio [19] Fuente B5 B10 B20 B25 B30 B35 B50 B70 B75 B100 Combustible Vehículo Tecnología Ciclo de Conducción [1] ‐7% ‐15% ‐26% ‐28% ‐37% ‐47% Biodiesel HDV [2] ‐5% ‐10% ‐48% Biodiesel HDV [4] ‐10% ‐47% Biodiesel HDV

[5], [22] ‐15% ‐28% ‐33% ‐38% Soy‐based biodiesel LDV 1993 FTP cycle

[5] ‐13% ‐63% ‐68% ‐70% Biodiesel PC US06 cycle N1 type (B20 for PC) [6] ‐34% ‐24% ‐38% ‐27% ‐34% Biodiesel PC

[8]

1% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐25% Biodiesel PC Euro 3 NEDC 0% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐5% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐14% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐24% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐23% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐17% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐9% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐12% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐8% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐2% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐18% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐5% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐11% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS ‐22% Biodiesel PC Euro 3 ARTEMIS

[9] ‐77% Methylester

Soyate HDV EuroIII

‐73% Methylester Oleate HDV EuroIII

[10]

‐15% Yellow‐greased biodiesel

F350 7.3L EuroII FTP

‐9% Soy‐based biodiesel HDV Euro III FTP

‐1% Soy‐based biodiesel F700 1993 AVL8‐mode



Fuente B5 B10 B20 B25 B30 B35 B50 B70 B75 B100 Combustible Vehículo Tecnología Ciclo de Conducción [11], [24] ‐3% biodiesel HD‐DDC 1991

[12] ‐21% ‐32% waste cooking oil biodiesel

4‐stroke engine typical road conditions

[13] ‐20% rapeseed oil biodiesel tractor

[14] ‐42% soyate methylester D.E

[15] ‐10% Methylester of waste cooking

oil

Modern D.E FTP transient cycle

[18]

‐10% Soy‐based biodiesel HD‐DDC 1991



[19], [20]

‐35% Soy‐based biodiesel

HD‐Engine 1997 FTP transient cycle

‐35% Soy‐based biodiesel DDC 1997 FTP transient cycle

‐35% Soy‐based biodiesel DDC 1995 FTP transient cycle

[25] ‐25% Biodiesel HD‐DDC 2003 FTP transient cycle[26] ‐25% Biodiesel HD‐DDC WVU truck driving cycle

[27] ‐30% Soy‐biodiesel HDV 2005 CILCC ‐30% Soy‐biodiesel HDV 2005 Freeway‐cycle

[34] ‐27% ‐68% Biodiesel PC Euro 3 NEDC ‐6% ‐3% PC Euro 4 NEDC

[7] ‐36% Nota: la columna “Fuente” designa al origen de los datos recopilados por el estudio citado, y no al núemo de documento listado en el capítulo 3 del presente informe



3.3.2 Análisis consolidado En la Figura 3.9 se muestran los valores registrados en la revisión bibliográfica, para las variaciones porcentuales en las emisiones de MP. En ella se observa la disponibilidad de valores para gran parte de las mezclas de interés para el presente estudio, los cuales presentan una alta dispersión. Junto con los valores reportados en los estudios [19] y [14]6 y su promedio aritmético, se grafican valores obtenidos al aplicar la Ecuación 3.1 para el contaminante en cuestión en línea continua, designado como VPE EPA‐ MP. Al comparar ambas medidas, es decir, el valor promedio a partir de la revisión bibliográfica y los valores de variación de emisión estimados con la Ecuación 3.1, se observa una buena correlación. Al cuantificar las diferencias entre las VPE EPA y los valores obtenidos de la bibliografía se observa que la diferencia entre ambos valores porcentuales oscilan entre +5,1% y ‐9,2%. De esta forma, y aplicando el criterio conservador, el consultor recomienda el uso de la expresión recomendada por EPA, que representa la alternativa más conservadora, puesto que sub estima la reducción porcentual de las emisiones de MP.

‐100

‐80

‐60

‐40

‐20

0

20

40

0 20 40 60 80 100

%Cambio Em

isiones

% Concentración Biodiesel

VPE EPA ‐ MPEstudio [19]Estudio [14]Estudio [14] ‐ Recopilación 1Estudio [14] ‐ Recopilación 2Promedio MP

Figura 3.9: Variaciones porcentuales para las emisiones de MP registradas en la revisión

bibliográfica.

6 El estudio [15] presenta tres conjuntos de datos, dos de ellos son recopilaciones de estudios anteriores etiquetados

como “Recopilación 1 y 2”, y datos propios del mismo estudio etiquetados simplemente como “Estudio [15]”.



En relación a la variación porcentual de emisiones de NOX, nuevamente se presentan los valores obtenidos a través de la revisión bibliográfica, además de los valores estimados a través de la ecuación 4.1 presentados bajo la etiqueta VPE EPA – NOX. En este caso se observa una representación casi exacta de la expresión presentada por EPA, salvo en el caso de la mezcla con 50% de biodiesel. De este modo, el Consultor recomienda el uso de la expresión presentada por la agencia Norteamericana para la estimación de la variación porcentual.

‐30

‐20

‐10

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60 80 100% Cam

bio Em

isiones

% Concentracion Biodiesel

VPE EPA ‐ NOXEstudio [19]Estudio [14]Estudio [14] ‐ Recopilación 1Estudio [14] ‐ Recopilación 2Promedio NOX

Figura 3.10: Variaciones porcentuales para las emisiones de NOX registradas en la revisión

bibliográfica. Otro contaminante de interés es el CO. En la Figura 3.11 se muestra que los datos disponibles son mayoritariamente para una mezcla de 20% de Biodiesel. También se tienen dos valores para 30% de Biodiesel cuyo promedio es cercano a cero. Nuevamente se determina el valor medio para los valores reportados en la literatura, obteniéndose una variación porcentual de emisiones igual a ‐9,3% en contraste con el valor de ‐12,3% obtenido al aplicar la ecuación 4.1. La diferencia resultante es entonces de un 3%, muy inferior a la dispersión que se observa en los datos, los que oscilan entre 20% y – 40% de emisiones. Debido a que la diferencia observada es baja y, sumado a la ausencia de valores para el resto de las mezclas, se recomienda usar la expresión entregada por EPA, poniendo en consideración un intervalo de confianza para los valores utilizados.



‐60

‐40

‐20

0

20

40

60

0 20 40 60 80 100

% Cam

bio Em

isiones


VPE EPA ‐ COEstudio [14]Estudio [14] ‐ Recopilación 1Estudio [14] ‐ Recopilación 2Promedio CO

Figura 3.11: Variaciones porcentuales para las emisiones de CO registradas en la revisión

bibliográfica En la misma línea del monóxido de carbono, sólo se disponen de variaciones porcentuales de emisiones de HC para una mezcla con 20% de biodiesel y escasos valores para una mezcla de 30%, debido a que no es una mezcla comúnmente utilizada (ver Figura 3.12). En este caso, el promedio de los valores entregados por la bibliografía es de ‐6,1% contra un ‐20,1% que entrega la expresión EPA.



‐80

‐60

‐40

‐20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100% Cam

bio Em

isiones


VPE EPA ‐ HCEstudio [14]Estudio [14] ‐ Recopilación 1Estudio [14] ‐ Recopilación 2Promedio HC

Figura 3.12: Variaciones porcentuales para las emisiones de HC registradas en la revisión bibliográfica

3.3.3 Propuesta de factores de emisión a utilizar Como ya se mencionó, en el caso del biodiesel la información es producto de fuentes que reportan valores de VPE y no producto de una compilación. Es por este motivo que los valores presentados no poseen un intervalo de confianza. También se señaló que dependiendo de la mezcla, los valores provienen de EPA o el modelo europeo COPERT IV. A continuación se presenta la variación porcentual en emisión (VPE) obtenida luego de la revisión bibliográfica para distintas composiciones de biodiesel sobre diesel puro. La información consultada para desarrollar la Tabla 3.15 se compone de fuentes EPA y COPERT. Para seleccionar el VPE se considero como fuente principal la proveniente de COPERT y en caso que este valor no fuese reportado se precedió a utilizar el valor reportado por la EPA.



Tabla 3.15. Resumen de VPE para distintas composiciones de biodiesel.

Combustible Categorías MP10 NOx HC CO

B2

Particulares -1,3% 0,2% -2,2% -1,3% Taxis colectivos -1,3% 0,2% -2,2% -1,3% Alquiler -1,3% 0,2% -2,2% -1,3% Comerciales -1,3% 0,2% -2,2% -1,3% Motocicletas 0% 0% 0% 0% Buses -1,3% 0,2% -2,2% -1,3% Buses Transantiago -1,3% 0,2% -2,2% -1,3% Camiones -1,3% 0,2% -2,2% -1,3%

B5


B10

Particulares -13% 0,4% 0% 0% Taxis colectivos -13% 0,4% 0% 0% Alquiler -13% 0,4% 0% 0% Comerciales -15% 1,7% -10% 0% Motocicletas 0% 0% 0% 0% Buses -10% 3% -10% -5% Buses Transantiago -10% 3% -10% -5% Camiones -10% 3% -10% -5%

B20

Particulares -20% 1% -10% -5% Taxis colectivos -20% 1% -10% -5% Alquiler -20% 1% -10% -5% Comerciales -20% 2% -15% -6% Motocicletas 0% 0% 0% 0% Buses -20% 4% -15% -9% Buses Transantiago -20% 4% -15% -9% Camiones -20% 4% -15% -9%

B100




3.4 Variación porcentual de Consumo de combustible Ya se reportó en el capítulo 2 del presente informe, la metodología recomenda por EPA para la estimación de la variación en uso de combustible para el biodiesel. Esta se muestra en la ecuación 2.7. En el caso del estanol se tiene que no hay mucha información disponible y la situación es aún más compleja al tratar de asegurar una representatividad estadística en los resultados. Solo 2 estudios entregan información al respecto. Uno realiza mediciones a 3 vehículos, un Toyota Camry y 2 Chevrolet Impala (uno normal y un segundo FFV). El segundo estudio no especifica el número de vehículos muestreados pero alude a una muestra estadísticamente representativa de vehículos. Uno comparación de los resultados puede observarse en la Figura 3.13, que se muestra a continuación.

Figura 3.13: Economía del combustible bajo distintas composiciones de etanol

Se puede observar una tendencia a la reducción en el consumo de combustible al aumentar el porcentaje de etanol en el combustible. Este comportamiento es similar en los dos estudios analizados. Sin embargo, se observa que el vehículo FFV exhibe una menor reducción que los otros 2 casos. Esto indicaría que las modificaciones presentes en un vehículo flexible, que le



permiten soportar concentraciones de un 85% de etanol sin daños al motor, implicarían un menor ahorro de combustible. Por el contrario, vehículos estándar sometidos a un combustible E85 exhibirían mayores ahorros pero estrían predispuestos a posibles fallas de operación. Como conclusión, un aumento en la concentración de etanol produce ahorros en el consumo combustible pero es necesario comparar más estudios debido a que la escaza información disponible produce una gran incertidumbre en las conclusiones. Finalmente, en la tabla siguiente se muestra la variación porcentual en el consumo reportada en la bibliografía. Nuevamente la información presentada para el biodiesel proviene de EPA, mientras que la información presentada para el etanol proviene de estudios independientes. En el caso del valor presentado para E10 proviene ensayos en vehículos y un documento que recopila una muestra estadística que señala como representativa. Por otra parte el valor para E85 provienen de ensayos sobre 3 vehículos, por lo que su representación estadística es cuestionable.

Tabla 3.16. Variación porcentual de consumo

Combustible Mezcla Variación porcentual

del consumo

Biodiesel B2 ‐0,1% B5 ‐0,2% B10 ‐0,5% B20 ‐0,9% B100 ‐4,6%

Etanol E2 s.i. E5 s.i. E10 ‐1,72% E85 ‐24,45%

3.5 Especiación HC En la presente sección se reportan los antecedentes obtenidos a partir de la revisión bibliográfica, relacionado con la caracterización de los hidrocarburos a partir del uso de biodiesel y etanol en vehículos de ruta. En primer lugar se analiza la información recopilada para el uso de biodiesel, para posteriormente abordar el uso de etanol.

3.5.1 Biodiesel



El estudio A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions (Estudio [17]) de EPA, presenta correlaciones para calcular la diferencia porcentual en las emisiones generadas para diferentes proporciones de mezcla de biodiesel. Estas correlaciones se obtienen considerando múltiples estudios previos. Se analizan variaciones en emisiones considerando distintas fuentes para producir el biodiesel. En particular, el estudio cuantifica el efecto del Biodiesel en los tóxicos gaseosos y su variación porcentual. Esta información permite calibrar las estimaciones entregadas por COPERT IV, al uso de bio combustibles. La variación porcentual de cada en estos tóxicos se determina de la siguiente forma: VPT = c·%Biodiesel·100 Ecuación 3.3 Donde, VPT : Valor porcentual de emisión de tóxicos C : coeficiente experimental Los coeficientes c publicadas por EPA para cada especie se muestran en la tabla siguiente:

Tabla 3.17. Coeficientes para estimar la reducción de tóxicos para cada especie

Fuente: Enviromental Protection Agency, EPA.

La figura siguiente muestra la evolución de la variación de emisión, según la concentración de Biodiesel para algunas de estas especies.



Figura 3.14: Variaciones porcentuales para las emisiones de HC registradas en la revisión

bibliográfica Por otra parte, el estudio Effect of Biodiesel on Diesel Engine Nitrogen Oxide and other Regulated Emissions (Estudio[16]) reporta pruebas para un bus Camp Pendleton, un tractor Ford F9000, un generados de 250 kW y un vehículor militar Humvee. Si bien este estudio hace un análisis de las emisiones de Acetoldehído, Benceno, Butadeno, Formaldehído entre otras especies, sin embargo el limitado número de pruebas y vehículos ensayados no le permite a los autores describir una tendencia clara para la variación porcentual de emisiones de las especies ya mencionadas. En el resto de la bibliografía estudiada no se reporta cambios en la especiación hidrocarburos no quemados en el uso del biodiesel.

3.5.2 Bioetanol El primer trabajo a analizar es el estudio Effect of E85 on Tailpipe Emissions from Light‐Duty Vehicles (Estudio [11]). En este estudio se presentan diferencias porcentuales basándose en literatura disponible y en resultados de pruebas de certificaciones realizados por EPA. Estas diferencias consideran vehículos FFV con y sin mezcla, así como comparaciones con vehículos no FFV. Se discute la amplia variabilidad existente en los registros medidos. De forma superficial se trata superficialmente las emisiones evaporativas debido a la poca información disponible. En esta publicación se analizan los resultados de test de certificación EPA para vehículos nuevos. Estas pruebas estandarizadas son obligatorios para todos los vehículos nuevos que se quiera comercializar en EEUU. En ellos se determina si un vehículo cumple con los estándares de emisión definidos por EPA de acuerdo a distintas categorías vehiculares. Cada año se registran alrededor de 2.000 pruebas de certificación de las cuales una pequeña fracción son vehículos operados con mezcla E85. Si bien el estudio detecta una gran



variabilidad en los resultados incluso dentro una categoría dada, como es de esperarse, todos los resultados estudiados cumplen con los niveles máximos permitidos por EPA. Los resultados del estudio muestran las siguientes conclusiones:

• Las emisiones de Formaldehídos se incrementan en aproximadamente un 50%. • Las emisiones de Acetaldehídos se incrementan por un múltiplo superior a 20 veces. • Las emisiones de Benceno y 1,3‐butadieno decrecen, probablemente proporcional a la

cantidad de gasolina presente en la mezcla; de todas maneras, esta observación se hace en base a un bajo número de vehículos.

Adicionalmente, este estudio presenta un análisis de información bibliográfica donde se reportan variaciones porcentuales en las emisiones de las distintas especies de Hidrocarburos. Los resultados se expresan como media geométrica de los decrementos e incrementos registrados en la literatura.

Tabla 3.18: Porcentaje de variación en emisiones para E85 vs. gasolina: datos de la literatura Especie Comparación7 Media

Geométrica (%)

Rango de intervalo de confianza 95% (%)

No. De pruebas

P‐valor para test t pareado

Formaldehído Tipo 1 +63 +51 +75 92 0,00 Tipo 2 +56 +39 +76 72 0,00 Acetaldehído Tipo 1 +1786 +1424 +2233 92 0,00 Tipo 2 +2437 +2130 +2786 72 0,00 Benceno Tipo 1 ‐70 ‐82 ‐50 6 0,16 Tipo 2 ‐86 ‐86 ‐86 1 n.a. 1,3‐butadieno Tipo 1 ‐62 ‐83 ‐13 6 0,01 Tipo 2 ‐91 ‐91 ‐91 1 n.a. En el trabajo Effects of Ethanol (E85) Versus Gasoline Vehicles on Cancer and Mortality in the United States (Estudio [12]) se realizan varios escenarios de emisión al año 2020, incorporando el uso de E85 en parte de la flota de los vehículos gasolina, tanto en ruta como fuera de ruta. Los valores utilizados en el desarrollo de escenarios, para la variación porcentual de emisiones de las especies analizadas se muestran en la Tabla 3.19. Adicionalmente, el estudio recopila una serie de variaciones porcentuales para el uso de motores que utilizan E85 versus gasolina. En la tabla siguiente se muestran los de mayor interés. Este concluye que los efectos en salud del uso de esta mezcla, si bien son equivalentes a la gasolina en cuanto a precursores del cáncer, el efecto en la generación de Ozono a nivel del suelo presenta el mayor riesgo para la salud, producto de su uso masivo.

Tabla 3.19: Variación porcentual en emisiones de especies de HC utilizados

7 Tipo 1 corresponde a la comparación entre E85 y gasolina en el mismo FFV (Fuel flex vehícle), y el Tipo 2

corresponde a la comparación entre E85 en un FFV y gasolina en un vehículo similar no FFV.



Especie Variación porcentual respecto de la Gasolina Usado para el cálculo de escenarios

Formaldehído +60% Acetaldehído +2000% Benceno ‐79%

1,3‐butadieno ‐10% Además de estas especies, el estudio muestra una serie de variaciones porcentuales para gases orgánicos usadas en modelaciones de concentración para la ciudad de Los Ángeles, en escenarios de uso de E85.

Especie VPE E85 Metano +43 Etano O Propano ‐65 Grupo Parafinas ‐80 Etano ‐17 Propene ‐65 1,3‐Butadieno ‐10 Grupo Olefinas ‐17 Metanol O Etanol s.i. Formaldehído +60 Acetaldehído +2000 Aldehídos altos ‐60 Ácido fórmico O Ácido acético O Acetona O Benceno ‐79 Grupo Tolueno ‐80 Grupo Xyleno ‐80 Grupo Isoprene ‐80 No reactivos ‐80 Total +22

Otro documento que aborda la variación en la especiación de Hidrocarburos, aunque de manera cualitativa, es el estudio Review of Fuel Ethanol and Impacts on Local Air Quality (Estudio [1]). De acuerdo a esta publicación los impactos esperados debido al uso de etanol, tanto puro como en combinación con diesel o gasolina, debería aumentar las emisiones de aldehídos. En relación al resto de los contaminantes atmosféricos tóxicos, el estudio presenta información de manera cualitativa. Esta se resumen en la siguiente tabla.



Tabla 3.20: Cambios en las emisiones cuando el etanol es combinado con gasolina convencional

Contaminante Efecto del etanol en las emisionesAcetaldehído Aumentan Benceno Disminuyen

1,3 Butadieno Disminuyen Formaldehído Aumentan

Finalmente, el estudio Ethanol fuelled motor vehicle emissions ‐ A literature review (Estudio [4]) es el de mayor data de aquellos considerados que aportan antecedentes respecto de la especiación del los hidrocarburos resultantes del uso del etanol. Los resultados de estudios experimentales y la representación general de esos resultados en los modelos de emisión, tales como MOBILE68, sugieren que el uso de E10 produciría menos emisiones de CO, HC, y componentes tóxicos con la excepción de acetaldehído que aumenta en los gases de escape de los vehículos usando etanol. Uno de los antecedentes a destacar de este documento, es la recopilación de antecedentes de un estudio previo9 cuyos resultados se resumen en la Tabla 3.21. Estos resultados corresponden a valores promedio para vehículos ensayados, pero un análisis de regresión realizado sobre estos resultados permiten un mejor entendimiento para la interpretación y uso de estos antecedentes. Por ejemplo, una de las conclusiones de este estudio es que las emisiones de 1,3‐butadieno, benceno, CO y NOX están fuertemente relacionadas con el vehículo, es decir, un vehículo que emite una buena cantidad de estos contaminantes con gasolina convencional, lo hará con la mezcla E10. Por otra parte el formaldehído y acetaldehído no siguen esta relación y por lo tanto las vehículos que más emiten, no necesariamente emiten en mayor medida estas especies utilizando E10 y viceversa. Otra conclusión más relevante aún, es el hecho que las razones reportadas en la Tabla 3.21 no son significativas estadísticamente para el formaldehído y son sólo marginalmente significativas estadísticamente para el acetaldehído.

Tabla 3.21: Razón promedio de emisiones provenientes del uso de E10 vs. emisiones del uso de gasolina

Tóxico Razón Emisiones E10/Gasolina Variación porcentualFormaldehído 1,43 +/‐ 1,05 +43 Acetaldehído 2,43 +/‐ 1,27 +143% 1,3‐butadieno 0,92 +/‐ 0,12 ‐8% Benceno 0,87+/‐ 0,19 ‐13%

El estudio [37] reporta la variación en emisiones de Acetaldehído y Formaldehído para 16 vehículos ensayados con mezclas de E0 y E10. Los resultados presentados sólo pueden ser analizados de manera cualitativa, encontrándose en la mayoría de los casos incrementos en

8 Actualmente este modelo ha sido reemplazado por el modelo MOVES. 9 Health Canada Draft Risk Assessment Study, 1999.



las emisiones de estas dos especies. Los resultados cualitativos se presentan en la siguiente tabla. Tabla 3.22: Resultado cualitativo sobre el ensayo en 16 vehículos donde se evaluaron las emisiones

producidas por el uso de E10 vs. emisiones obtenidas mediante el uso de gasolina Acetaldehído Formaldehído Vehículo 1 incrementa incrementa Vehículo 2 incrementa incrementa Vehículo 3 incrementa incrementa Vehículo 4 incrementa incrementa Vehículo 5 incrementa incrementa Vehículo 6 incrementa incrementa Vehículo 7 incrementa incrementa Vehículo 8 incrementa incrementa Vehículo 9 incrementa disminuye Vehículo 10 incrementa disminuye Vehículo 11 incrementa disminuye Vehículo 12 incrementa incrementa Vehículo 13 incrementa incrementa Vehículo 14 incrementa incrementa Vehículo 15 incrementa mantiene Vehículo 16 incrementa incrementa

El estudio [38] por su parte reporta incrementos en las emisiones de acetaldehídos, formaldehídos y 1,3‐ butadienos. Finalmente, el estudio [42] reporta variaciones de emisión según el tipo de mezcla, para Benceno, 1,3‐butadieno, Formaldehído y Acetaldehído, todas obtenidas en 19 estudios previos. En la Tabla 3.23 se muestran los valores promedio obtenidos.

Tabla 3.23: Promedio de variación porcentual de emisiones provenientes del uso de distintas mezclas de etanol

Especie E5 E10 1,3‐butadieno s.i. ‐16,7 Formaldehído s.i. 28,0 Acetaldehído 100,0 254,7 Benceno s.i. ‐19,6



3.5.2.1 Conclusiones respecto de la especiación de HC Biodiesel EPA presenta correlaciones para calcular la diferencia porcentual en las emisiones generadas para diferentes proporciones de mezcla de biodiesel. Estas correlaciones se obtienen considerando múltiples estudios previos. Se analizan variaciones en emisiones considerando distintas fuentes para producir el biodiesel. En particular, el estudio cuantifica el efecto del Biodiesel en los tóxicos gaseosos y su variación porcentual. Esta información permite calibrar las estimaciones entregadas por COPERT IV, al uso de bio‐combustibles. Los valores encontrados de VPE se muestran en la tabla siguiente:


Especie Porcentaje de Biodiesel en la mezcla

B2 B5 B10 B20 B100 Acetaldehído -0,32 -0,80 -1,61 -3,21 -16,06 Acroleína -0,17 -0,42 -0,85 -1,69 -8,46 Benceno 0,08 0,20 0,39 0,78 3,90 1,3- Butadieno -0,03 -0,07 -0,13 -0,26 -1,32 Etilbenceno -1,39 -3,49 -6,97 -13,94 -69,70 Formaldehído -0,34 -0,85 -1,70 -3,39 -16,96 n-Hexano -0,48 -1,19 -2,38 -4,76 -23,81 Naftaleno -0,57 -1,42 -2,85 -5,69 -28,47 Estireno 0,70 1,75 3,50 7,00 35,01 Tolueno 0,35 0,88 1,75 3,50 17,50 Xileno -0,82 -2,04 -4,08 -8,16 -40,78

Etanol En el caso del etanol no existe un valor definido y nuevamente se recurre a promediar valores presentados por estudios individuales. En este caso el número de estudios es bajo, con únicamente tres fuentes que entregan valores de VPE, por lo que no se puede construir intervalos de confianza. Por otra parte, las especies abordadas por los estudios analizados son menores en número al compararlas con aquellas publicadas por EPA para el uso de Biodiesel. A continuación se muestran los valores promedio obtenidos.

Tabla 3.25. Promedio de variación porcentual de emisiones provenientes del uso de distintas mezclas de etanol



Especie Porcentaje de etanol en la mezcla

E2 E5 E10 E85 1,3-butadieno s.i. s.i. -12,35 +60 Formaldehído s.i. s.i. 35,5 +2000 Acetaldehído s.i. 100,0 198,85 -79 Benceno s.i. s.i. -16,3 -10

En el caso de E85, en la literatura se encuentran valores utilizados para la modelación de la calidad de aire en California, donde se incluyen valores para especies adicionales de compuestos orgánicos volátiles.

Especie VPE E85 Metano +43Etano 0Propano ‐65Grupo Parafinas ‐80Etano ‐17Propene ‐651,3‐Butadieno ‐10Grupo Olefinas ‐17Metanol 0Etanol s.i. Formaldehído +60Acetaldehído +2000Aldehídos altos ‐60Ácido fórmico 0Ácido acético 0Acetona 0Benceno ‐79Grupo Tolueno ‐80 Grupo Xyleno ‐80Grupo Isoprene ‐80No reactivos ‐80Total +22



3.5.3 Dióxido de carbono En cuanto a las emisiones de CO2, en el caso del biodiesel, nuevamente las fuentes de información son EPA y COPERT IV. Los valores seleccionados son los siguientes.


Combustible Categorías CO2

B2

Particulares s.i. Taxis colectivos s.i. Alquiler s.i.Comerciales s.i.Motocicletas s.i.Buses s.i.Buses Transantiago s.i.Camiones s.i.

B5

Particulares s.i.Taxis colectivos s.i.Alquiler s.i.Comerciales s.i.Motocicletas s.i.Buses s.i.Buses Transantiago s.i.Camiones s.i.

B10

Particulares -1,5% Taxis colectivos -1,5% Alquiler -1,5% Comerciales -0,7% Motocicletas 0% Buses 0,2% Buses Transantiago 0,2% Camiones 0,2%

B20

Particulares -2% Taxis colectivos -2% Alquiler -2% Comerciales -1,5% Motocicletas s.i.Buses s.i.Buses Transantiago s.i.Camiones s.i.

B100

Particulares 0,9% Taxis colectivos 0,9% Alquiler 0,9% Comerciales 0,9% Motocicletas 0% Buses 0,1% Buses Transantiago 0,1% Camiones 0,1%

En el caso del etanol no se encontraron valores de VPE para las emisiones de CO2.



3.5.4 Implicancias del uso de ETBE El ETBE (Ethyl Tertiary Butyl Ether) como oxigenante potenciador del octanaje combustible nace como una alternativa al MTBE, cuyo uso ha ido en decaimiento debido a sus características tóxicas, y actualmente se encuentra en uso en distintos países. También hay indicios de que el costo total para los proveedores de combustible de la utilización de ETBE como una vía para la incorporación de etanol en la gasolina es más bajo que la mezcla de etanol directo. El reporte de la TNO Science and Industry titulado “Impact of biofuels on air pollutant emissions from road vehicles” recopila los resultados obtenido en un estudio a realizado 2 vehículos a gasolina, uno con tecnología MPI y el otro con SIDI. Estos resultados se observan a continuación:

Figura 3.15: Resultados obtenidos sobre dos vehículos a gasolina 0% ETBE 17% ETBE VPE [%] 0% ETBE 17% ETBE VPE [%] Vehiculo 1 Vehiculo 1 Vehiculo 2 Vehiculo 2CO [g/km] 0,07 0,11 57,14 0,07 0,09 28,57CO2 [g/km] 205 208 1,46 173 175 1,16NOx [g/km] 0,011 0,013 18,18 0,012 0,015 25NMHC [g/km] 0,009 0,011 22,22 0,009 0,01 11,11Fuel cons. [km/l] 11,5 11,81 2,69 13,85 14,1 1,81 Nuevamente los valores reportados son de baja significancia estadística. No obstante lo anterior, los valores promedio de los dos ensayos reportados para el uso de un 17% de ETBE en la tabla anterior se muestran a continuación.

Tabla 3.27. Promedio de variación porcentual para 2 ensayos utilizando 17% de ETBE Variable 17% ETBE CO 42,9 CO2 1,3 NOx 21,6 NMHC 16,7 Consumo 2,3



3.6 Caracterización del Material Particulado (MP) De la revisión bibliográfica se llega a la conclusión que la participación de emisiones de MP en motores alimentados por combustibles en base a gasolina no es significativa. Por este motivo no se reportará en el presente estudio la caracterización de este contaminante para el caso del etanol. La revisión bibliográfica registró sólo un valor para el factor de emisión de material particulado, correspondiente a una mezcla de 10% de etanol y 90% de gasolina. El siguiente análisis se hace en base al modelo Europeo Copert IV. Esta herramienta determina el cálculo de las emisiones de contaminantes atmosféricos del transporte en ruta. El desarrollo técnico de Copert es financiado por European Environment Agency (EEA) y su propósito es estimar los factores de emisión del transporte en ruta para ser incluidos en el inventario anual de emisiones a nivel nacional en Europa. La metodología Copert 4 es parte de la guía práctica de inventario de emisiones “EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook”. Así, los siguientes factores de emisión propuestos están basados en los resultados experimentales y la actualización del modelo internacional Copert IV (Computer Program to Calculate Emissions from Road Traffic IV), los cuales dependen de la velocidad promedio de viaje y la norma de emisión del vehículo. Como antecedente, el modelo STEP recientemente desarrollado por SECTRA, se alimenta de los valores reportados por Copert IV. Copert ejecuta sus principales funciones desde distintas herramientas de gran escala desarrolladas en Europa. Una de ellas es el proyecto ARTEMIS (Assessment and Reliability of Transport Emission Models and Inventory Systems), que desarrolla un modelo de emisión para el transporte en carretera, ferroviario, marítimo y aéreo, entregando para cada una estimaciones de emisiones a nivel nacional, internacional y regional. En el presente estudio se priorizarán las estimaciones de factores de emisión provenientes de estos modelos pues en Chile, la estimación de emisiones se ha hecho hasta la fecha bajo el Modelo MODEM que utiliza estos dos modelos como base para sus cálculos. Al utilizar estos valores, será posible comparar los registros propuestos con las emisiones históricas reportadas hasta la fecha en nuestro país.

3.7 Propuesta Factores de Emisión Material Particulado Distintos estudios afirman que no existe una participación significativa del MP10 en emisiones producto de la utilización de combustible a base de diesel, más específicamente, y como se afirma en Copert IV, “Todos los factores de emisión de MP reportados en el presente capítulo (Emission Inventory Guidebook, 2007) hacen referencia a MP2.5 pues la proporción de material grueso (de MP2.5 a MP10) es despreciable en las emisiones vehiculares. Las emisiones de partículas desde el tubo de escape de los vehículos caen principalmente en el rango de MP2.5. Por este motivo, toda la masa de factores de emisión se considera como



MP2.5”. Copert IV define además, dependiendo de la información disponible y el enfoque adoptado por la metodología para el cálculo de emisiones, 4 grupos para clasificar los contaminantes, el Material Particulado pertenece al Grupo 1. En la definición de este grupo se especifica que el MP es “dado como la masa recogida en un filtro a una temperatura menor a los 52°C en un tipo de medición CVS. Esto corresponde a MP2.5. La proporción de material grueso se considera despreciable, por lo tanto MP2.5 = MP10” (Copert IV, 2007). Por otro lado, de los documentos revisados en este estudio que entregan valores para factores de emisión de material particulado, ninguno reporta especificaciones al respecto de la proporción de MP2.5 y MP10 en las emisiones propuestas. Esto puede deberse a que la proporción de MP10 es poco significativa en la emisión de contaminantes, tal como se menciona en Copert IV. Por lo tanto, en este estudio no se realizará distinción entre las emisiones de MP2.5 y MP10. Los factores de emisión propuestos para MP en el caso de biodiesel son los presentados en la siguiente tabla. Además, se incluyen las propuestas de factores para CO2, CO, NOx y HC.

Tabla 3.28 Emisiones de MP bajo uso de Biodiesel

Contaminante Tipo de vehículo B10 B20 B100

CO2 Vehículo Pasajeros ‐1.5% ‐2.0% S/I Vehículo Mediano10 ‐0.7% ‐1.5% S/I Vehículo Pesado11 0.2% 0.0% 0.1%

NOx Vehículo Pasajeros 0.4% 1.0% S/I Vehículo Mediano 1.7% 2.0% S/I Vehículo Pesado 3.0% 3.5% 9.0%

MP Vehículo Pasajeros ‐13.0% ‐20.0% S/I Vehículo Mediano ‐15.0% ‐20.0% S/I Vehículo Pesado ‐10.0% ‐20.0% ‐47.0%

CO Vehículo Pasajeros 0.0% ‐5.0% S/I Vehículo Mediano 0.0% ‐6.0% S/I Vehículo Pesado ‐5.0% ‐9.0% ‐20.0%

HC Vehículo Pasajeros 0.0% ‐10.0% S/I Vehículo Mediano ‐10.0% ‐15.0% S/I Vehículo Pesado ‐10.0% ‐15.0% ‐17.0%

S/I: Sin Información Fuente 1 Copert IV. 2007

Los factores de emisión recién presentados son extraídos del documento Emission Inventory Guidebook, Copert IV. Como es posible apreciar se presentan distintos factores de acuerdo a los tipos de vehículos: vehículos de pasajeros, vehículos medianos (light duty vehicles) y vehículos pesados (heavy duty vehicles). La norma medida para todos los vehículos corresponde a Euro 3. Como se afirma en este documento, el efecto de biodiesel en otras 10 Camiones con un peso menor a 3.5 toneladas. Copert IV. 2007. 11 Camiones con un peso mayor a 3.5 toneladas. Copert IV. 2007.



tecnologías puede variar pero es difícil estimar esta variación debido a la ausencia de bibliografía que detalle esta información. Con respecto a NOx, CO y CO2 cualquier efecto que tenga la tecnología del motor debería ser despreciable dado el efecto marginal del biodiesel en estos contaminantes en general. Sin embargo, el efecto sobre el MP que pueden producir distintas normas es más complejo de estimar. Para motores de más antiguas tecnologías sin sistemas de combustión actualizados y sin sistemas de post‐tratamiento las emisiones de MP bajo el uso de biodiesel puede llevar a mayores reducciones que las mostradas en la Tabla 3.28. Para tecnologías más recientes, con alta presión de combustión y post‐tratamiento, es difícil predecir el efecto del biodiesel sobre las emisiones. Por este motivo, los valores propuestos por Copert deben ser utilizados teniendo estos antecedentes bajo consideración. Para el caso de MP, al someter a los distintos vehículos a mezclas de biocombustible B10 se observa una reducción entre un 10% y un 15%, siendo el tipo vehículo mediano el que obtiene mejores resultados en reducción de emisiones. Al utilizar una mezcla de B20 se observan mejores resultados que en el caso del B10, alcanzando un 20% de reducción para todos los tipos de vehículos. Finalmente, sólo para el caso de vehículos pesados se presenta una reducción de emisiones MP, que corresponde a un 47% de reducción. Al respecto del carbono elemental (CE), “Emission Inventory Guidebook” indica proporciones de material orgánico y carbono elemental (MO/CE), y carbono elemental y MP2.5 (CE/MP2.5) calculadas por Copert y modelos similares que pueden ser usadas en las emisiones de escape del material particulado para diferentes tipos de normas, no obstante estas relaciones son indicadas sólo para el caso de combustibles tradicionales, gasolina (PC, LDT) y diesel (PC, LDT, HDV). En la tabla se muestran estas relaciones. Estas proporciones están sujetas a un rango de incertidumbre. En este caso, si una razón MO/CE para una tecnología particular es de 50% con un rango de incertidumbre de 20%, la proporción de MO/CE se espera que caiga dentro del rango del 40% al 60% (esta incertidumbre es la esperada para una flota completa, no para cada caso específico).

Tabla 3.29 Razones de Carbono Orgánico y Elemental en la masa de MP. Caso Gasolina y Diesel.

Categoría Norma Euro CE/MP2.5 [%] MO/EC [%] Incertidumbre [%]

Gasolina PC y LDT

PRE‐ECE 2 4900 50 ECE 15 00/01 5 1900 50 ECE 15 02/03 5 1900 50 ECE 15 04 20 400 50 Open Loop 30 233 30 Euro 1 25 250 30 Euro 2 25 250 30 Euro 3 15 300 30 Euro 4 15 300 30

Diesel PC y LDT Convencional 55 70 10

Euro 1 70 40 10 Euro 2 80 23 10



Categoría Norma Euro CE/MP2.5 [%] MO/EC [%] Incertidumbre [%]

Euro 3 85 15 5 Euro 4 87 13 5

Euro 3, Euro 4, Euro 5 10 500 50

Euro 3, Euro 4, Euro 5 20 200 50

Diesel HDV

Convencional 50 80 20 Euro I 65 40 20 Euro II 65 40 20 Euro III 70 30 20 Euro IV 75 25 20 Euro IV* 75 25 20 Euro VI 15 300 30

Potencia a dos ruedas

Convencional 10 900 50 Euro 1 20 400 50 Euro 2 20 400 50

Convencional 15 560 50 Euro 1 25 300 50 Euro 2 25 300 50 Euro 3 25 250 50

*Este valor se repite en la fuente de origen Fuente 2 Copert IV. 2007

De acuerdo al estudio “Review of prior studies of fuel effects on vehicle emissions” (Estudio [22]), los niveles de MP generados por vehículos a gasolina son pequeños, y el impacto del sulfuro es poco significativo con respecto a vehículos diesel. A modo de ejemplo se presenta el caso llevado a cabo por Weidmann el año 1992 en donde se testearon 2 automóviles diesel del año 1983 con motor de 1.6 litros e inyección indirecta, lo cuales fueron medidos con siete tipos diferentes de diesel que presentaban distintas volatilidades, densidad, y número de aromáticos y cetano. Los resultados llevaron a la conclusión de que a mayores niveles de densidad en el combustible mayores emisiones de HC, CO, NOx y MP se obtenían. En el estudio recién mencionado, y dado los resultados encontrados, se realiza un análisis para la relación existente entre la densidad del combustible diesel y las emisiones de MP, no así para el caso del biodiesel. Se utilizó como antecedente actividades experimentales realizadas por los autores Betts et al. el año 1993, en donde se probaron 7 combustibles diferentes en 3 automóviles, el primero con válvula EGR (Recirculación de Gases de Escape) y los otros dos con catalizadores de oxidación. Los combustibles fueron probados en tres fases. En la primera fase las variables medidas fueron el cetano, aromáticos, destilación (T95), y densidad. En la segunda fase el sulfuro fue medido entre las 2 ppm y 2200 ppm. Finalmente, en la última fase, siete combustibles fueron mezclados para reducir la correlación entre la densidad y los aromáticos presentes en la primera fase. Los resultados



mostraron que la densidad del combustible diesel fue el factor más importante en las emisiones de MP, los aromáticos no presentaron impacto estadísticamente significativo. Se estudiaron además dos casos de funcionamiento del motor. El primer caso presentaba un funcionamiento normal del motor, es decir, de combustión completa. En este caso existió una relación casi lineal entre la densidad y las emisiones de MP. En el segundo caso, se trabajó con combustión incompleta en el motor, lo que generaba un bombeo excesivo de diesel en el motor. En este caso, las emisiones de MP, HC y CO aumentaron de manera significativa, y la respuesta a la densidad fue 10 veces mayor que en el caso de combustión completa. De acuerdo a estos resultados, los autores desarrollaron dos ecuaciones para relacionar las emisiones de MP con los casos de combustión completa (funcionamiento normal) y parcial (bombeo de diesel excesivo) en motores diesel de vehículos livianos. Estas ecuaciones se presentan a continuación. Caso combustión completa: MP = ‐ 0.464 + (0.558 x Densidad) + (0.00023 x T95 )+ (0.022 x Sulfuro)

Ecuación 3.4

Caso combustión parcial: MP = ‐4.11 + (6.18 x Densidad) + (0.00068 x T95) – (0.0061 x Cetano)

Ecuación 3.5

Como se aprecia en estas ecuaciones, para el caso de funcionamiento normal existe una proporcionalidad directa entre las emisiones de MP y la densidad, la destilación y el sulfuro en el combustible. En el caso de bombeo excesivo de diesel, la relación es positiva entre la densidad y la destilación del combustible, y negativa con el cetano. Los rangos bajo los cuales se desarrollaron estas experiencias se muestran a continuación.

Propiedad Mínimo valor

usado Máximo valor

usado Densidad (g/ml) 0.81 0.87 Cetano 44 62 Aromáticos (Vol. %) 10 35 Sulfuro (ppm) 2 2200

Los factores de emisión propuestos en este estudio obedecen al VPE definido por el Environmental Protection Agency, EPA. El rango que esta entidad utiliza para densidades en combustible diesel es de [0.805,0.857]. En Chile el rango de densidad aceptado para el combustible diesel es de [0.820,0.845] g/cm3. No se encontró información al respecto del rango de densidades para biodiesel bajo el cual trabaja EPA, en Chile, el Decreto N° 11/2008 establece como especificación de calidad para el biodiesel cumplir con un rango de densidad [0.86,0.90] g/cm3 a 15°C. Por lo tanto, se es posible afirmar que para establecer la relación de



densidad entre diesel y biodiesel es necesario contar con mayores antecedentes, dejando de manifiesto que debe existir un mayor desarrollo en el estudio de esta correlación.

Tabla 3.30 Rangos de Densidad Utilizados en Chile y EPA

EPA Chile

Densidad Diesel (g/cm3) [0.805,0.857] [0.820,0.845] Densidad Biodiesel (g/cm3)

S/I [0.86,0.90]

3.8 Impacto de Biocombustibles en Motores El siguiente capítulo presenta los resultados de la revisión bibliográfica sobre los posibles impactos que los biocombustibles tienen en el corto y mediano plazo sobre los motores. Según se aprecia en este informe, los biocombustibles pueden afectar de manera positiva y negativa a las emisiones de escape de los vehículos, emisiones evaporativas, la performance del vehículo, períodos de mantención, o la sustentabilidad del sistema de combustible. A continuación se presenta el resumen del impacto que los biocombustibles tienen en vehículos livianos, medianos y pesados de acuerdo a la información recabada de la revisión bibliográfica realizada. La información específica de tipo de motor y vehículos no fue encontrada de manera directa. En general esta información se presentó de forma vaga en los documentos analizados en este estudio. A continuación se resume globalmente la información recopilada en la revisión bibliográfica.

Mezcla Vehículos Livianos y Medianos Vehículos Pesados

Gasolina Diesel Diesel

E2 A NA NA E5 A NA NA E10 A* NA NA E85 FFV NA NA B2 NA A A B5 NA A A B712 NA A A

12 Esta mezcla no es considerada en el estudio, sin embargo en el Estudio preparado para el Netherlands

Environmental Assessment se menciona como porcentaje máximo bajo el cual el biodiesel funciona sin necesidad de

adaptar el motor. Referencia, Estudio [20].



Mezcla Vehículos Livianos y Medianos Vehículos Pesados

Gasolina Diesel Diesel

B10 NA A* A* B20 NA S/I A* B100 NA S/I A* ETBE A NA NA

Donde, L/M Livianos/Medianos P Pesados A Aplica NA No Aplica S/I Sin Información

* Aplicable pero se requieren ajustes en el motor. El detalle se presenta en el desarrollo de este capítulo

FFV Sólo para vehículos Flexible Fuel Vehicles

3.8.1 Bioetanol en motores de encendido con chispa Los motores de encendido con chispa, en inglés spark‐ignition (motores SI), son motores de combustión interna en donde la mezcla aire y combustible se enciende con una chispa, a diferencia de los motores a compresión donde el calor de la compresión enciende la mezcla. Los motores SI son utilizados en vehículos a gasolina. En la siguiente tabla se resume la compatibilidad de biocombustibles y los motores a gasolina. Estos resultados son presentados en el documento “Impact of biofuels on air pollutant emissions from road vehicles” desarrollado por TNO Science and Industry, es una organización independiente holandesa de investigación que atiende a compañías y organizaciones con foco en el desarrollo del conocimiento destinado a la aplicación práctica. El estudio recién mencionado es desarrollado para Netherlands Environmental Assessment.

Combustible Cambios en

motor/vehículo Compatibilidad con

motor

ETBE No Buena

Bajos % de mezcla de etanol

No Posible segregación de agua



Combustible Cambios en

motor/vehículo Compatibilidad con

motor

Altos % de mezcla de etanol

Si, a FFV (flexible fuel vehicles)

Posible segregación de agua

Etanol hidratado puro13 Si, motores SI para E100 Arranque en frío con gasolina

La compatibilidad del ETBE en el motor es buena y no requiere de modificaciones en el motor para su utilización. El ETBE se utiliza normalmente para mejorar el octanaje en la gasolina y se puede producir vía etanol e isobutileno. El bioetanol con bajos porcentajes de mezcla de etanol en la gasolina no requiere de muchas adaptaciones en el motor. Los principales cambios que se realizan son cambios en los materiales usados (metales, elastómeros y revestimientos) para que el sistema de combustible resista las mezclas de bioetanol. Además, el control del software del motor requiere poder ajustar la mezcla de combustible y aire en la combustión a los valores adecuados (en la mayoría de los casos, valores estiquiométricos) tal que el catalizador permanezca en un correcto funcionamiento. De acuerdo a estudios hechos en Alemania, el bioetanol E10 puede ser utilizado en los vehículos sin problemas técnicos en el motor en un 90% al 95% de los casos. De existir problemas, estos tendrán que ver con la capacidad de respuesta del motor a los patrones de conducción y con la durabilidad. Para el caso del bioetanol con altos porcentajes de mezcla de etanol, es decir, superiores a un 85% de la mezcla, este combustible sólo puede ser usado en vehículos FFV (Flexible Fuel Vehicles). Los vehículos FFV tienen un software de control en el motor que ajusta el motor a las diferentes mezclas de aire y combustible requeridas por la gasolina y el etanol. Además, los inyectores y el tanque de combustible necesitan ser resistentes al etanol, ya que éste es más agresivo frente a los metales y elastómeros, por lo que existen mayores niveles de corrosión en los materiales. Asimismo, para que el vehículo mantenga los mismos rangos de autonomía de conducción que consigue la gasolina normal, el E85 debe contar con una capacidad un 30% mayor en el tanque de combustible debido a la menor densidad de energía que posee el etanol. Por otro lado, el etanol tiene un mayor número de octanaje que la gasolina. Esto puede beneficiar a la eficiencia del motor. De acuerdo a un estudio realizado el 2005 por el autor Serves, la eficiencia del motor aumenta con la utilización de E85 pues se reduce en un 3% el consumo de combustible. 13 Neat hydrous ethanol



Al analizar el caso del etanol hidratado puro, se presenta como un potencial problema la disolución de impurezas en el agua ya que este combustible posee cerca de un 5% de agua. Además, el etanol puro puede contener sales inorgánicas que pueden causar aumentos significativos en el desgaste y la obstrucción del inyector. La siguiente tabla, desarrollada en el documento “Ethanol guideline” por el comité Worldwide Fuel Charter, muestra las propiedades que optimizan el funcionamiento del motor, el vehículo y su durabilidad, consiguiendo alcanzar los niveles óptimos de operación y tecnología del motor. Los límites de funcionamiento recomendados son establecidos específicamente para etanol anhidro 100% mezclado con gasolina pura a base de petróleo para hacer una mezcla que contenga un máximo del 10% en volumen de etanol (E10), que es lo recomendado para el uso en vehículos con motores de encendido por chispa en este documento.



Tabla 3.31 Límites de funcionamiento para vehículos que funcionan con bioetanol E10

Propiedad Valor Unidades Método de prueba

Etanol y alcoholes saturados C3C514

(anhidro)

99,2 mín. % m/m EN 15721ASTM D5501

Alcoholes saturados C3C5

(anhidro)

2 máx. % m/m EN 15721

Metanol

0,5 máx. % m/m EN 15721ASTM D5501

Agua

0,3 máx. % m/m EN 15489ASTM E203 JIS K8101

Conductividad eléctrica

500 máx. μS/m15 ASTM D 1125JIS K0130

Cloruro inorgánico

10,0 máx. mg/l EN 15484 ó EN 15492

ASTM D7319, D7328

Sulfato

4 máx. mg/kg EN 15492ASTM D7318, D7319,

D7328

Cobre

0,100 máx. mg/kg (ppm) EN 15488ASTM D1688

modificado, Método A JIS K 0101

Impurezas orgánicas 10 máx. mg/l JIS JAAS001 –6.4

Fósforo

0,5 máx. mg/l EN 15487ASTM D3231

Sulfuro

10 máx. mg/kg ó ppm EN 15486ASTM D5453 (< 20

ppm)

Metales pesados

No detectable ‐ ICP‐AES

Material no volátil

5 máx. mg/100 ml prEN 15691ASTM D381

JIS JAAS001–6.3

14 Mono de alcohol con tres a cinco átomos de carbono 15 micro Siemens por metro



3.8.2 Biodiesel en motores de encendido por compresión La siguiente tabla resume el efecto que mezclas altas y bajas de biodiesel producen sobre los motores por compresión, también desarrollado por TNO Science and Industry.

Combustible Encendido por compresión

Cambios en motor/vehículo

Compatibilidad con motor

Baja mezcla de biodiesel

No

Buena

Alta mezcla de biodiesel Si, modificaciones en el sistema de combustible

Desgaste de inyectores, deterioro del lubricante del motor

Los vehículos diesel funcionan sin presentar alteraciones con mezclas de biodiesel de hasta un 7%. Por sobre este valor, se observan problemas técnicos en la dilución del aceite del motor, los intervalos de recambio de aceite se reducen y se requiere que materiales con mayor resistencia a la corrosión y elastómeros compatibles con el uso de biodiesel sean utilizados en el motor. En el documento Biodiesel Guidelines (Estudio [27]) se enumeran los siguientes problemas técnicos asociados al uso de biocombustibles:

1. Posibles problemas en el equipo de inyección del motor, como la formación de depósitos en los inyectores.

2. Propiedades de higroscopía, es decir, capacidad de absorber o ceder humedad al medio, y riesgo de crecimiento microbiano.

3. Obstrucción en el filtro del motor. 4. Corrosión del material metálico, se disuelven los revestimientos de pintura y se

dilatan los elastómeros tales como mangueras y sellos. 5. Deterioro del lubricante del motor, incluyendo la formación de polímeros o cera. 6. Aumento de las emisiones de NOx.

Para la utilización de mezclas altas en biodiesel, B20 a B100, los fabricantes de vehículos recomiendan intervalos de recambio de aceite menores. Estos intervalos pueden ser menos frecuentes al instalar un cárter de aceite más grande y aumentando la cantidad de lubricante en el motor. Por otro lado, existen riesgos con respecto a la durabilidad del equipo de control de emisiones del motor, como por ejemplo, el catalizador, el filtro de partículas y el sistema EGR (Recirculación de Gases de Escape). Estos factores tenderán a tomar mayor relevancia en los futuros motores debido a la aplicación general de filtros de partículas, catalizadores y la disminución del nivel de temperatura de los refrigerantes EGR.



La durabilidad de los sistemas de pos tratamiento se relaciona estrechamente con la presencia de sodio, potasio y fósforo en el biocombustible. El sodio y el potasio están ligados a la producción del biodiesel mismo, mientras que el fósforo está presente en la materia prima. En el año 2007, el investigador Sugiyama16 llegó a la conclusión de que el biocombustible es relativamente inestable y que tendía a generar ácidos tales como el ácido acético y el ácido propiónico. Debido a esto la degradación de la oxidación se ve acelerada. Estos problemas pueden disminuir al agregar 1000 ppm de aditivo antioxidante al combustible. También es posible que las características de regeneración del filtro de partículas diesel cambien como resultado de la utilización de biodiesel, esto provoca una vida útil más corta del filtro. El biodiesel involucra una composición de partículas diferente, con hidrocarburos que presentan unión de oxígeno, esto podría dar a lugar gradientes de temperatura más alta durante la regeneración activa. Esto también puede acortar la vida útil del filtro. La siguiente tabla, desarrollada en el Estudio [26] por el comité Worldwide Fuel Charter, muestra las propiedades que optimizan el funcionamiento del motor, el vehículo y su durabilidad, consiguiendo alcanzar los niveles óptimos de operación y tecnología del motor. Los límites de funcionamiento recomendados son establecidos específicamente para biodiesel 100% mezclado con combustible diesel a base de petróleo para una mezcla que contenga un máximo del 5% de biodiesel en volumen (B5), que es lo recomendado para el uso en vehículos con motores de encendido por compresión.

Tabla 3.32 Límites de funcionamiento para vehículos que funcionan con biodieselB5


Contenido de éster

96,5 mín. % m/m

EN 14103 mod

Ácido Éster metílico linolénico

12,0máx. % m/m EN 14103 mod

Estabilidad de oxidación: período de inducción

10 mín. hr prEN 15751 ó EN 14112

16 Estudio [28]




Yodo

130máx. g I2/100 g EN 15489

ASTM E203 JIS K8101

Número total de ácido 0,5máx. mg KOH/g

ISO 6618 ASTM D664, D974

JIS K2501 Metanol

0,20máx. % m/m EN 14110

JIS K2536

Glicéridos EN 14105 Monoglicéridos

0,80 máx. % m/m EN 14105

ASTM D6584

Diglicérdios

0,20máx. % m/m EN 14105

ASTM D6584

Triglicéridos

0,20máx. % m/m EN 14105

ASTM D6584

Glicerina Glicerina libre

0,02 máx. % m/m EN 14105/14106 ASTM D6584

Glicerina total

0,25 máx. % m/m EN 14105

ASTM D6584 Punto de inflamación

100 mín. °C ISO 3679

ASTM D93

Número de cetano

51 mín. ‐ ISO 5165

ASTM D613 JIS K2280

Agua

500 máx. mg/kg (ppm) EN 12937

Agua y sedimentos

0,05 máx. % v/v ASTM D2709

Contaminación total

24 máx. mg/kg

EN 12662

ASTM D2276, D5452, D6217




Contenido de ceniza

0,001 máx. % m/m ISO 6245

ASTM D482 JIS K2272

Cenizas sulfatadas

0,005 máx. % m/m ISO 3987

ASTM D874

Residuo de carbono

0,05 máx. % m/m ASTM D4530

Corrosión: ferroso

Luz de oxidación máx. ‐

ASTM D665 procedimiento A

Sulfuro

10 máx. ppm

EN 20846/20884 ASTM D5453/D2622 JIS K3541‐1, ‐2, ‐6 ó ‐7

Fósforo

4 máx. mg/kg EN 14107

ASTM D4951, D3231

Metales alcalinos (Na+K)

5 máx. mg/kg EN 14108/14109, EN

14538

Metales alcalinos (Ca+Mg)

5 máx. mg/kg EN 14538

Metales traza

Nulo ‐ ASTM D7111



4 Síntesis y conclusiones del estudio

4.1 Resumen de los contenidos El presente informe de avance reporta la revisión bibliográfica, definición de factores de emisión, especiación de HC, experiencias en el uso de ETBE, caracterización del material particulado y el impacto de biocombustibles en motores. La revisión bibliográfica analizó 43 fuentes de información que dan cuenta del impacto del uso de etanol y biodiesel, tanto en las emisiones de tubo de escape como en el mantenimiento de los vehículos. Además, para cada estudio se construyó una ficha bibliográfica las cuales se incluyen como anexo y cuyo fin es facilitar la búsqueda de información de futuros estudios relacionados. El análisis de factores de emisión reportados en los estudios de referencia, el cual se presentó en el capítulo 4, se comparan los resultados entregados por los estudios relacionados y se realizan recomendaciones respecto de los valores a utilizar en la evaluación de escenarios de penetración de biodiesel y etanol. Los estudios relacionados con ensayos de emisión reportan la variación porcentual de emisiones, VPE. Esta variación permite modificar los factores de emisión existentes en MODEM así como las emisiones resultantes de la corrida base de este modelo. Respecto de la especiación de HC, el capítulo 5 analiza la expresión entregada por EPA para la variación porcentual de emisiones en el uso de Biodiesel a distintas concentraciones. Para el uso del etanol se reportan las VPE encontradas para mezclas E10 y E85, con mayor o menor grado de detalle en función de la información disponible. Dada la relevancia del impacto del MP en la calidad del aire, el capítulo 6 aborda una caracterización más detallada para las emisiones de este contaminante y finalmente, el capítulo 7 aborda el impacto del uso de biocombustibles en los motores. Se destaca en este capítulo los antecedentes recopilados por el Worldwide Fuel Charter Committee que reúne a cuatro asociaciones de fabricantes de automóviles en sus documentos Biodiesel Guidelines y Ethanol Guidelines publicados el año 2009. Estos documentos entregan importantes antecedentes respecto de las propiedades que recomiendan los fabricantes para los biocombustibles, de manera que su uso no afecte los elementos mecánicos de los vehículos.

4.2 Conclusiones Se realizó una revisión exhaustiva de 43 documentos. En ella se detecta que la forma de reportar el impacto en emisiones del uso de etanol y biodiesel, es a través de una valor



porcentual de variación de emisiones respecto del combustible base, denominado por la sigla VPE (variación porcentual de emisión). Fruto de la revisión bibliográfica se concluye que existe en los documentos analizados una muy buena descripción de los efectos del uso del biodiesel en las emisiones, no así para las variaciones en emisiones producto del uso de etanol, donde la cantidad de información es menor. Para el uso de biodiesel, EPA reporta VPE para CO, HC, NOX y MP en todas las mezclas entre B0 y B100, sin embargo no distingue entre vehículos livianos y pesados. Por su parte COPERT IV lo hace separando su impacto en los vehículos livianos medianos y pesados para las mezclas B10, B20 y B100, lo que permite un análisis más detallado por categoría vehicular, pero para mezclas bien definidas y no para toda la gama de posibilidades como lo hace EPA. No obstante lo anterior, la coherencia del modelo de emisiones local (MODEM) con la metodología COPERT da mayor sustento al uso de estos valores por sobre los EPA, aunque limita los escenarios posibles de evaluar, si se quiere variar las mezclas. El presente estudio pone a disposición ambos valores en el formato de base de datos, para cada una de las categorías vehiculares disponibles en el país a la fecha. Respecto al impacto en emisiones, las fuentes bibliográficas confirman una disminución en las emisiones de CO, HC y MP, en tanto que las emisiones de NOX se ven incrementadas según aumenta el porcentaje de Biodiesel en la mezcla. Para el uso de mezclas con etanol, la mayor cantidad de información disponible corresponde al uso de E10, aunque también se reporta los VPE encontrados para E5 y E85. En el capítulo 3 se reportan los valores promedio de VPE, construidos con los valores reportados en diferentes estudios y los correspondientes intervalos de confianza para aquellas mezclas donde el número de datos permitió construir este parámetro estadístico. Los resultados indican que en el uso de E5 se produce una reducción de 7,0% de las emisiones de CO, un 8,4% en las emisiones de HC totales y un incremento de un 21,2% de las emisiones de NOX. Mientras que para E10 se tienen variaciones de las emisiones de estos tres contaminantes en proporciones de ‐22,3%, +5,6% y ‐12,0 para el CO, NOX y MP, respectivamente. Finalmente, para el uso de E85 se observa una reducción de 4,3% en las emisiones de CO, 64,5% de las emisiones de NOX y un incremento en las emisiones de HC totales de un 43,2%. Estas ultimas VPE rompen las tendencias mostradas por las mezclas bajas con etanol (E10 e inferiores), y provienen de un único estudio por lo que, a juicio del consultor es de mucha importancia confirmar estos resultados realizando experiencias locales con el uso de E85. Bajo este enfoque, el principal atractivo de vehículos Fuel Flex (FFV) no es su reducción en emisiones si no su independencia casi total de combustibles fósiles, mientras que vehículos operando con mezclas de E10 exhibirían reducciones a considerar en sus emisiones vehiculares. Respecto de la especiación de HC frente al uso de mezclas de biocombustibles, los VPE encontrados (presentados por EPA) no cubren toda la gama de especies de gases orgánicos posibles. La tendencia que se observa es un comportamiento dispar entre especies, donde algunas de ellas aumentan y otras disminuyen sus emisiones, describiendo una situación de



tradeoff que requiere un análisis más detallado en función de variables como costos en salud. En el caso del etanol, los impactos de su uso también dependen de la especie en estudio, al igual que en el biodiesel, su impacto debe ser analizado a la luz de los resultados de exposición e impactos en salud, temática fuera del alcance del presente estudio. Nuevamente la información es escasa para E5, lo que se transfiere al E10 en esta materia particular el cual presentaba mayor información de VPE como se mencionó en párrafos anteriores. Las principales especies reportadas corresponden a acetaldehído, formaldehído, 1‐3 butadieno y benceno, de discutida importancia como cancerígeno. En el caso de E85 la información disponible proviene de un único estudio, pero que a juicio del consultor debe ser de interés para la contraparte puesto que presenta VPE para una amplia gama de especies, con los que se construyen escenarios de emisiones para la ciudad de Los Ángeles para evaluar el cambio del parque actual, por un parque con fuerte presencia de vehículos con tecnología FFV, que admite altos valores de etanol en la mezcla. Dicho estudio realiza un estudio de generación de ozono troposférico, ante un cambio en el perfil de los gases orgánicos emitidos por hipotético el parque vehicular de FFV. En relación al uso de ETBE, la información disponible es muy escasa por lo que extraer conclusiones de los resultados obtenidos es complejo. Sin embargo, se coincide en que la principal ventaja del ETBE por sobre el MTBE es su poca solubilidad al agua lo que sugiere un menor impacto a los sistemas de abastecimiento de agua domiciliaria y napas subterraneas. Junto a lo anterior, el ETBE presenta excelentes cualidades como potenciador del octanaje al ser extremadamente soluble a la gasolina, pero su gran desventaja es ser sólo parcialmente renovable. Respecto de las emisiones, los resultados obtenidos no son concluyentes pero se observó un leve aumento de las emisiones al mezclar el combustible con ETBE. Como conclusión, la escasa información disponible indicaría que las mezclas de ETBE no son factibles o por la incertidumbre asociada a su uso. La revisión bibliográfica realizada hace especial hincapié en el impacto en las emisiones de material particulado MP10 y MP2,5. De esta revisión bibliográfica se llega a la conclusión que la participación de emisiones de MP en motores alimentados por combustibles en base a gasolina no es significativa. Por otra parte se puede afirmar que no existe una participación significativa del MP10 en emisiones producto de la utilización de combustible a base de diesel, por lo que la proporción de material grueso se considera despreciable, lo que es reforzado por los antecedentes vertidos en COPERT IV. Así, para efectos de emisiones en biodiesel un buen porcentaje de la masa de factores de emisión se considera como MP2.5 y el modelo MODEM hace distinción de los dos contaminantes en sus estimaciones. Los antecedentes bibliográficos encontrados (COPERT IV) indican que al utilizar en vehículos livianos, medianos y pesados, mezclas de bio‐combustible B10 se observa una reducción teórica en emisiones de MP entre un 10% y un 15%, siendo el tipo vehículo mediano el que obtiene mejores resultados estimados en reducción de emisiones. Al utilizar una mezcla de B20 se observan mejores resultados que en el caso del B10, alcanzando un 20% de reducción, aunque la información disponible no permite hacer la distinción entre vehículos



pesados y livianos, por que se reporta para todos los tipos de vehículos por igual. Finalmente, sólo para el caso de vehículos pesados se presentan antecedentes de una reducción estimada de emisiones de MP, que corresponde a un 47% de reducción utilizando B100. El estudio también reporta las variaciones porcentuales encontradas para las emisiones de CO2 y el consumo de combustible, gracias al uso de los biocombustibles ya mencionados. En relación al impacto en los motores, los biocombustibles pueden afectar de manera positiva o negativa a las emisiones evaporativas, la performance del vehículo, períodos de mantención, o la sustentabilidad del sistema de combustible, dependiendo del porcentaje de mezcla. A este respecto, se reporta la visión de los fabricantes expresada en los documentos Biodiesel y Ethanol Guidebook de data reciente (año 2009) que señalan los límites recomendados para distintas variables características tanto del combustible como de los vehículo. Además se presenta la visión de una entidad gubernamental como es la TNO Science and Industry de Holanda. Ambas visiones coinciden en que en el caso del etanol, la compatibilidad del ETBE en el motor es buena y no requiere de modificaciones en el motor para su utilización. Por su parte, el etanol con bajos porcentajes de mezcla en la gasolina requiere de adaptaciones menores en el motor. Para el caso del etanol con altos porcentajes de mezcla de etanol, es decir, superiores a un 85% de la mezcla, este combustible sólo puede ser usado en vehículos FFV (Flexible Fuel Vehicles). Por otro lado, el TNO Science and Industry afirma que los vehículos diesel funcionan sin presentar alteraciones con mezclas de biodiesel de hasta un 7%. Para la utilización de mezclas altas en biodiesel, B20 a B100, los fabricantes de vehículos recomiendan intervalos de recambio de aceite menores y señalan que existen riesgos con respecto a la durabilidad del equipo de control de emisiones del motor.



ANEXOS



ANEXO I Fichas Bibliográficas



(La totalidad de las fichas y documentos bibliográficos son adjuntos al informe en un archivo anexo)



ANEXO II Factores de Emisión para Etanol y Biodiesel



(Las propuestas para factores de emisión de etanol y biodiesel son adjuntos en un archivo Excel)



ANEXO III Antecedentes Material Particulado



El Material Particulado Las emisiones de material particulado (MP) son fuente de numerosas investigaciones debido a los efectos que éstas producen sobre el medio ambiente y la salud. Como indican numerosos estudios epidiemológicos, las emisiones de MP constituyen un importante factor de riesgo en la salud por la gran variedad de enfermedades asociadas a este contaminante. Las partículas respirables además de alterar la función macrofágica y sobresaturar la capacidad de limpieza mucociliar, presenta la misma capacidad cancerígena que los aerosoles provenientes de los motores diesel. Las partículas menores a los 0,5 µm (partículas menores a 10 µm son respirables) tienen una mayor capacidad de penetrar en el espacio alveolar y una menor probabilidad de ser eliminadas por la limpieza mucociliar, por lo que se le asocia también a los fenómenos irritativos como la tos crónica, la ronquera y al incremento de las neumopatías y bronquitis. Además, afectan la temperatura del aire y la humedad al aumentar la dispersión y absorción de las nubes (Francisco Flores, 2004). Todas las partículas emitidas desde motores diesel están en el rango de tamaño respirable por el ser humano. Se denominan como PM‐10 a las partículas con diámetros inferiores a 10 µm y PM‐2,5 a las partículas con diámetros inferiores de 2,5 µm. El mayor número de partículas tiende a ubicarse en el rango “ultrafino”, con un rango de 0,003 µm a 0,1 µm. El rango ultrafino normalmente contiene partículas de hollín por sobre los 0,03 µm y partículas volátiles que no superan los 0,03 µm que se forman como resultado de la dilución y enfriamiento de los gases de escape calientes. Por otro lado, el mayor volumen de partículas se encuentra en el rango de los 0,1 a los 0,3 µm. Estas partículas corresponden a aglomerados de hollín en cadena que se generan en el proceso de combustión. Las partículas de modo secundarios, es decir, material particulado que se forma a partir de compuestos gaseosos, son mayores que 2500 nm de diámetro, y se generan por la desintegración de hollín en las paredes internas de la cámara de combustión y el sistema de escape. Estas partículas gruesas, también contribuyen, aunque de manera menor, a la masa de las partículas. Como se afirma en el documento “Effect of biodiesel and bioethanol on exhaust emissions”, el material particulado (MP) está compuesto mayoritariamente por carbón elemental (hollín), cenizas y compuestos volátiles derivados del combustible no quemado, parcialmente quemado, aceite lubricante y sulfato. El hollín es formado dentro del cilindro, desde hidrocarburos pesados en fase gaseosa, el cual es condensado y unido en las regiones deficientes de oxígeno. Sus partículas son formadas en altas temperaturas. Francisco Flores, en su trabajo de memoria “Análisis ambiental y de costos asociados al uso de biodiesel como combustible para buses urbanos en Santiago” afirma que un balance entre temperatura y mezcla puede reducir la tasa de formación de partículas. Dentro del cilindro del motor, la concentración de hollín es mayor que la expulsada por el tubo de escape, cerca del 90% del hollín formado se oxida dentro del cilindro, sin embargo existe evidencia en que la formación de hollín puede ser regulada por cambios en el diseño del motor y parámetros de operación.



Una importante fuente de reducción de MP es la reducción del contenido de azufre en el combustible. El sulfuro del combustible se oxida durante la combustión para formar SO2, que es el compuesto primario del sulfuro emitido por el motor. Parte de SO2 es oxidado para formar SO4. El SO4 asociado con agua forma un núcleo de carbón particulado. Este aumento sobre la masa del MP hace que el sulfuro tenga una influencia significativa sobre el MP. Por otro lado, el contenido de aromáticos en el combustible diesel influye en la temperatura de la llama y en el transcurso de la combustión de las emisiones de NOx. Los poliaromáticos afectan la formación de emisiones de MO y PAH (Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos). Reducción de emisiones MP El estudio “Effect of biodiesel and bioethanol on exhaust emissions” afirma que gracias al uso de biodiesel se consigue una reducción de MP, como se mostro en la sección 4 del presente informe. Adicionalmente a estos antecedentes se pueden mencionar otros estudios relacionados. De acuerdo al estudio “Review of prior studies of fuel effects on vehicle emissions” (Estudio [22]), las emisiones de partículas en función del azufre del combustible se han estudiado en una serie de programas llevados a cabo en Europa. Se ha variado el tipo de combustible, teniendo niveles de sulfuro distinto, y se han utilizado distintos instrumentos de medición y técnicas de dilución. Los resultados se inclinan a indicar que el impacto del azufre en las emisiones de partículas de los vehículos a gasolina es demasiado pequeño para ser medido con los instrumentos y metodologías actuales. Este estudio también afirma que los niveles de MP generados por vehículos a gasolina son pequeños, y el impacto del sulfuro es poco significativo con respecto a vehículos diesel. A modo de ejemplo se presenta el caso llevado a cabo por Weidmann el año 1992 en donde se testearon 2 automóviles diesel del año 1983 con motor de 1.6 litros e inyección indirecta. Estos automóviles fueron medidos con siete tipos diferentes de diesel que presentaban distintas volatilidades, densidad, y número de aromáticos y cetano. El ciclo utilizado fue el FTP. Los resultados llevaron a la conclusión de que a mayores niveles de densidad en el combustible mayores emisiones de HC, CO, NOx y MP se obtenían. No obstante, existió un alto grado de correlación entre los aromáticos y la densidad, y el cetano y densidad, por lo que la causa de estas emisiones no se pudo determinar con certeza. El año 1993, los autores Betts et al. probaron 7 combustibles diferentes en 3 automóviles, el primero con válvula EGR (Recirculación de Gases de Escape) y los otros dos con catalizadores de oxidación. Los combustibles fueron probados en tres fases. En la primera fase las variables medidas fueron el cetano, aromáticos, destilación (T95), y densidad. En la segunda fase el sulfuro fue medido entre las 2 ppm y 2200 ppm. Finalmente, en la última fase, siete combustibles fueron mezclados para reducir la correlación entre la densidad y los aromáticos presentes en la primera fase. Los resultados mostraron que la densidad del combustible fue el factor más importante en las emisiones de MP, los aromáticos no presentaron impacto estadísticamente significativo.



Se estudiaron además dos casos de funcionamiento del motor. El primer caso presentaba un funcionamiento normal del motor, es decir, de combustión completa. En este caso existió una relación casi lineal entre la densidad y las emisiones de MP. En el segundo caso, se trabajó con combustión incompleta en el motor, lo que generaba un bombeo excesivo de diesel en el motor. En este caso, las emisiones de MP, HC y CO aumentaron de manera significativa, y la respuesta a la densidad fue 10 veces mayor que en el caso de combustión completa. De acuerdo a estos resultados, los autores desarrollaron dos ecuaciones para relacionar las emisiones de MP con los casos de combustión completa (funcionamiento normal) y parcial (bombeo de diesel excesivo): Caso combustión completa: MP = ‐ 0.464 + (0.558 x Densidad) + (0.00023 x T95 )+ (0.022 x Sulfuro)

Ecuación 4.1

Caso combustión parcial: MP = ‐4.11 + (6.18 x Densidad) + (0.00068 x T95) – (0.0061 x Cetano)

Ecuación 4.2

Como se aprecia en estas ecuaciones, para el caso de funcionamiento normal existe una proporcionalidad directa entre las emisiones de MP y la densidad, la destilación y el sulfuro en el combustible. En el caso de bombeo excesivo de diesel, la relación es positiva entre la densidad y la destilación del combustible, y negativa con el cetano. El estudio “Review of prior studies of fuel effects on vehicle emissions” presenta más estudios que relacionan de manera directa la densidad con las emisiones de material particulado, sin embargo la relación con los aromáticos presentes no es directa. Se relaciona la densidad con los aromáticos, mas no el MP y los aromáticos, dejando de manifiesto que debe existir un mayor desarrollo en el estudio de esta correlación. Den Ouden et al. en el año 1997 publica el resumen de la medición hecha en Europa a 22 automóviles con 40 tipos distintos de combustible (no todos los vehículos fueron testeados con los 40 combustibles). Este estudio también relaciona las emisiones de MP con la densidad del combustible de acuerdo a la siguiente ecuación:

Ecuación 4.3

Donde A, B y C son constantes. Esta ecuación fue validada para automóviles sin catalizador. Para vehículos con catalizador el impacto producido por las propiedades del combustible es mucho menor sin distinguir ningún parámetro de mayor relevancia en las emisiones de MP.



Sobre la base de un conjunto de datos menor que el considerado en el estudio “Effect of biodiesel and bioethanol on exhaust emissions”, COPERT 417 también presenta algunas correcciones en función de las categorías de vehículos, tanto para mezclas de B10 y B20. Los rangos son correspondientemente ‐13% y ‐20% para los automóviles de pasajeros, ‐15% y ‐20% para los vehículos industriales ligeros y ‐ 10% a ‐15% para los vehículos pesados. Las emisiones de MP desde automóviles de pasajeros a gasolina representan una pequeña fracción de las emisiones de su homólogo en diesel, de 1‐3 mg/km comparado con 25‐50 mg/km. Las mediciones dirigidas a evaluar el impacto delbioetanol en las emisiones de MP mostraron que el E10 conduce a reducciones de un aproximadamente 50% en comparación con la gasolina pura. Al analizar las emisiones de manera experimental, el estudio GAVE realizado por la Agencia sueca Deserves, desarrolló pruebas en 3 automóviles de pasajeros y sus resultados mostraron inconsistencias sobre los efectos del bioetanol. En pruebas sobre una mezcla de E5, dos de los automóviles aumentaron un 100% las emisiones de MP y el tercer vehículo experimentó una reducción de un 80%. La reducción de emisiones de MP en mezclas de diesel con etanol resulta significativa. De acuerdo a las mediciones hechas en este estudio, la reducción media de emisiones sobre una mezcla de E10 en vehículos de pasajeros es del orden del 5. Por otro lado, experimentos realizados por Corkwell el año 200318, se encontraron reducciones promedio del orden del 13% utilizando combustible E10 y un ciclo FTP, con variaciones que alcanzan del16% al 25%. Al mejorar la mezcla de cetano para fijar el número de cetano del E10 a la de diesel puro, Corkwell llegó a resultados de disminución de MP de un 25% en promedio. De acuerdo a este estudio, la mayoría de los estudios muestran una reducción de emisión de MP para el bioetanol, etanoldiesel e incluso mezclas de etanol con biodiesel. El efecto en motores de encendido por chispa es muy variable y su efecto en las emisiones de MP es mejor que en diesel. La reducción de emisión de partículas debido a la introducción de compuestos oxigenados depende de la estructura molecular, el contenido de oxígeno en el motor y de la concentración de oxígeno en el combustible. En cuanto al bioetanol, existen ciertos estudios que han examinado el potencial de altas concentraciones de etanol con modificaciones en los vehículos (Euro V). El texto “Effect of biodiesel on diesel engine nitrogen oxide and other regulated emissions project no. wp‐0308” describe los resultados de un estudio experimental llevado a cabo para el Environmental Security Technology Certification Program (ESTCP) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos y su objetivo es la obtención de factores de emisión de contaminantes para motores diesel del Departamento de Defensa (DoD) alimentados con diferentes tipos y mezclas de biodiesel. En este estudio se concluye que las emisiones de MP

17 Metodología que tiene como objetivo calcular las emisiones contaminantes del transporte por carretera. 18 Corkwell K., Jackson M. and Daly D. 2003. Review of exhaust emissions of compression ignition engines operating on E‐Diesel fuel blends. SAE Technical Paper 2003‐01‐3283.



derivadas del biodiesel muestran generalmente reducciones. Aunque no se observa una tendencia general para todos los motores bajo estudio, es posible observar tendencias individuales para cada motor. En los casos más destacados, el Ford F9000 Truck mostró una tendencia de disminución en emisiones de MP para pruebas de B20. También se observaron tendencias de disminución en vehículos Humvee testeados sobre ciclos FTP (Federal Test Procedure). En este último caso, para mezclas desde B50 a B100, el rango de reducción de MP fue del 23% al 42%. Para la mezcla B20 no se observaron reducciones significativas. Cuando se testeó el tipo de biodiesel JP‐8 (Jet Propellant No. 8) bajo una mezcla de B20 se experimentó un aumento en las emisiones de aproximadamente 10%. En los casos en que se testearon ciclos de conducción más agresivos, como el US06 (Aggressive Certification Cycle, EPA) sobre el Humvee, las emisiones de casi todos los tipos de biodiesel (YGA, YGB, Soy) mostraron reducción en las emisiones de MP en relación al ULSD (Ultra Low Sulfur Diesel). Sin embargo cabe destacar que en las pruebas para el biodiesel JP‐8 el ciclo experimentó una alta variabilidad.

ESTUDIO “DETERMINACIÓN DE FACTORES DE … Reports...Comúnmente, el uso de biodiesel resulta en...

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