Proyecto Audi E-GAS: Hacia la movilidad total sin emisiones de CO2

En la búsqueda de la movilidad sin emisiones de CO2, Audi apuesta decididamente por las energía renovables. El proyecto Audi e-gas contempla la producción limpia de energía eléctrica mediante plantas eólicas, la obtención de hidrógeno y la fabricación de metano, un gas sintético que puede utilizarse como combustible en vehículos con motores de combustión diseñados para funcionar con gas. Audi iniciará en 2013 la producción de estos modelos, bajo el nombre TCGN.

En el camino a la movilidad sin emisiones de CO2, Audi apuesta decididamente por las energía renovables. El proyecto Audi e-gas será un hito a lo largo de esta ruta. Por un lado comprende la producción de energía limpia mediante plantas eólicas, de la que Audi empleará una parte en el futuro para construir sus vehículos e-tron. El plan es que los vehículos eléctricos de Audi también se muevan principalmente con la electricidad que se genera a partir de recursos sostenibles.

Por otro lado, el proyecto Audi e-gas contempla la utilización de la energía verde sobrante para producir hidrógeno de manera respetuosa con el clima mediante electrólisis en una planta especial. El hidrógeno puede utilizarse a medio plazo en vehículos de pila de combustible, o para producir metano, un gas sintético natural al que denomina “e-gas” y que puede impulsar motores de combustión diseñados para el uso con gas natural (Compressed Natural Gas, “CNG”); en 2013, Audi comenzará la producción en serie de esos modelos bajo el nombre de “TCNG”.

El proyecto Audi e-gas

En este paso al funcionamiento con metano resulta particularmente ventajoso ya que la reacción se produce con la ayuda de CO2, que por consiguiente no se desprende a la atmósfera. Esto conduce a un ciclo completamente cerrado de CO2, que a su vez facilita una movilidad de larga distancia respetuosa con el clima.

El proyecto Audi e-gas también ofrece enormes ventajas de las que se puede beneficiar toda la red de suministro de energía de Alemania: la electricidad generada a través de energía renovable se utiliza para producir metano que puede alimentar a la red de gas natural, lo que ayuda a resolver el problema de almacenamiento del excedente de energía solar o eólica. Si es necesario, esta energía puede fluir de la red de gas a la red eléctrica de nuevo en cualquier momento.

“Junto con nuestros socios del proyecto, Audi AG está consiguiendo un método que pone la movilidad sin emisiones de CO2 a nuestro alcance”, afirma Michael Dick, miembro del Consejo de Dirección para el Desarrollo Técnico. “Nuestra tecnología tiene el potencial para dar un nuevo rumbo a la discusión en cuanto a la ampliación de las fuentes renovables de energía. Estamos tomando la iniciativa y complementamos la movilidad eléctrica con un concepto igualmente respetuoso con el clima para largas distancias”.

Audi ha completado la fase de investigación del proyecto e-gas y durante el año 2012 se alcanzará la segunda etapa mediante la inversión de varias decenas de millones de euros en la construcción de una nueva planta de tamaño industrial. De esta forma, Audi pone en marcha proyecto de energía a gran escala junto con varios socios: SolarFuel GmbH de Stuttgart; el Centro de Energía solar e Investigación de Hidrógeno, también con sede en Stuttgart; el Instituto Fraunhofer para la Energía Eólica y Energy System Technology (IWES) en Kassel, Alemania; y EWE Energie AG.

La electricidad de aerogeneradores

En la primera fase del proyecto, Audi y una empresa regional de suministro de energía están financiando cuatro grandes plantas de energía eólica en un parque eólico marino en el Mar del Norte. Con una capacidad de generación de energía de 3,6 MW cada una, estas cuatro turbinas pueden suministrar 53 GWh de electricidad al año. Una cifra equivalente a los requisitos de una ciudad de tamaño medio. Uno de los objetivos de Audi para el futuro es la producción de vehículos de propulsión eléctrica e-tron con electricidad limpia, así como la producción de suficiente electricidad verde para su funcionamiento.

Las plantas marítimas de energía eólica siguen desempeñando un papel de menor importancia cuando se trata de la utilización de energía eólica en Alemania. Situadas lejos de la costa pueden aprovechar el viento, con un promedio de 30 km/h, para producir alrededor de un 40 por ciento más que las estaciones en tierra. Claramente, existe aquí un gran potencial que aún no se ha explotado.

La planta e-gas

El segundo gran componente del proyecto es la planta de e-gas, que producirá hidrógeno y metano a escala industrial. La planta e-gas está conectada a una planta de residuos de biogás, que suministra el CO2 concentrado necesario para el proceso de obtención de metano. Un CO2 que, de otro modo, podría contaminar la atmósfera. La planta producirá unas 1.000 toneladas métricas de e-gas cada año, mientras que consumirá 2.800 toneladas métricas de CO2.

La planta constará de dos partes principales: un electrolizador y una unidad de metanización. También cuenta con la tecnología de tuberías, tanques en ciclo abierto y ciclo cerrado con control electrónico, y compresores para la alimentación de e-gas en la red de gas natural.

El electrolizador funciona con electricidad generada a través de las energías renovables. Con la ayuda de las membranas de polímero de los electrolitos, el electrolizador divide el agua (H2O) en sus componentes: hidrógeno (H2) y oxígeno (O). El hidrógeno será capaz de mover futuros vehículos de pila de combustible, como el Audi Q5 HFC, una plataforma tecnológica que se encuentra actualmente en fase de pruebas. Después de ser separado y secado, el hidrógeno se coloca en un tanque de almacenamiento y a continuación en la unidad de metanización.

Allí, el hidrógeno se combina con dióxido de carbono (CO2) para, a través de lo que se conoce como reacción de Sabatier, crear metano (CH4) y agua, que se convierte en un subproducto. El metano producido es un sustituto sintético del gas natural, que posteriormente se transmite a la red de gas natural de Alemania y, por lo tanto, también a la red de estaciones de CNG. Una tecnología largamente probada en la industria química, puede tener su principal función donde hay agua, electricidad y una fuente de CO2. Fundamentalmente, el CO2 también puede obtenerse a partir del aire circundante, pero hacerlo implica más recursos.

Con el e-gas generado a través de las energías renovables, 1.500 vehículos A3 TCNG podrían circular 15.000 kilómetros al año. Y todavía habría 150 toneladas métricas de e-gas para la red de gas pública. Este gas también podría fluir de nuevo según sea necesario. En definitiva, un gran impulso a la red eléctrica, que equivale a mucho más de 30.000.000 de kilómetros neutrales con el clima al año.

Con respecto al impacto ambiental, el e-gas es también una elección brillante como combustible para vehículos. Si se tiene en cuenta el análisis “desde el punto de generación de la energía renovable hasta la rueda” en lugar de las emisiones de escape, entonces un vehículo compacto de gas natural impulsado por e-gas emite menos de 30 gramos de CO2 por kilómetro. Y eso incluye todas las emisiones generadas durante la construcción de los aerogeneradores y de la planta de e-gas. Sólo los vehículos eléctricos que funcionasen con electricidad generada por plantas eólicas tienen mejores cifras: emiten menos de 4 g/km.

El almacenamiento de energía verde en la red de gas

El proyecto Audi e-gas es capaz de resolver varios problemas acuciantes que enfrentan el desarrollo sostenible con la industria de suministro de energía. En la cadena del proceso se produce energía limpia, hidrógeno y metano: tres fuentes principales de energía para la movilidad en el futuro. A medio plazo, esta tecnología tiene el potencial para establecer una infraestructura flexible de suministro de energía para vehículos eléctricos, calefacción y motores de combustión basada totalmente en las energías renovables y, además, los porcentajes respectivos de las tres fuentes de energía se pueden ajustar según se necesite.

La energía eólica tiene un gran potencial. La producción de electricidad a través del viento y el sol, sin embargo, está sometida a fluctuaciones naturales, y la capacidad de almacenamiento es muy baja. Las plantas de almacenamiento por bombeo sólo son capaces de almacenar energía a corto plazo: en caso de emergencia únicamente podrían suministrar a Alemania la energía necesaria para una hora. Todas las demás soluciones, incluidas las plantas de almacenamiento de energía de aire comprimido o las que utilizan baterías, también son muy limitadas en términos de capacidad y posible duración de su almacenamiento.

La obtención de metano a partir de hidrógeno conseguido mediante fuentes renovables ayuda a resolver este problema: la red eléctrica está vinculada a la red de gas subterránea, que puede almacenar los excedentes de energía durante meses. La red de gas tiene una capacidad potencial de 217 TWh, en contraste con la capacidad de almacenamiento de la red eléctrica, de sólo 0,04 TWh. La capacidad de la red eléctrica de transporte es de una décima parte de la red de gas.

La energía puede ser transportada desde la red de gas de nuevo a la red eléctrica en cualquier momento, como por ejemplo a través de las plantas de gas de alimentación o, en forma descentralizada, en estaciones de energía térmica tipo bloque. Las nuevas plantas de generación de energía descentralizadas pueden aumentar aún más su eficiencia. Además, el metano también es adecuado para el suministro de gas a residencias privadas, o para procesos productivos que requieran calor.

El ratio de eficiencia de la planta piloto de e-gas, de la turbina de viento a gas metano, es alrededor de un 54 por ciento. Si se utiliza también el calor disipado, este valor es considerablemente mayor. El objetivo para el futuro es conseguir una relación de eficacia superior al 60 por ciento. La posibilidad de almacenar grandes cantidades de energía, hecho posible gracias a la vinculación de electricidad con gas, así como a la energía eólica y la energía solar, puede fortalecer la expansión de las fuentes renovables de energía. El hecho de que el proyecto Audi e-gas puede ser trasladado fácilmente a cualquier país con una red de gas natural existente reafirma la importancia técnica y económica de este proyecto.

Audi suministrará tres fuentes de energía en el ámbito del proyecto e-gas: electricidad, hidrógeno y gas metano. Cada uno es adecuado para un tipo de conducción muy diferente: para coches eléctricos, coches de pila de combustible y vehículos GNC.

El Audi A3 TCNG

El Audi A3 TCNG puede circular con el e-gas que Audi fabrica en la planta de producción de metano. Su motor de cuatro cilindros TFSI está diseñado para funcionar con gas natural. Sólo en Alemania, el gas natural está disponible en cerca de 900 estaciones de CNG.

El vehículo está impulsado por un motor 1.4 litros turbo con una potencia de 150 CV y 220 Nm de par. En combinación con el cambio de 7 marchas S-tronic, garantiza el placer de conducción: con una aceleración de 0 a 100 km/h en menos de 10 segundos y una velocidad máxima de más de 200 km/h, es dinámico y deportivo. El índice de octanaje máximo es de 130 RON para gas natural. El biometano, y también el e-gas facilita una alta relación de compresión en el motor turbo, lo que asegura una alta eficiencia.

Con un consumo de gas de 4,2 kg/100 km en el ciclo NEDC y un depósito que permite almacenar 18 kg, es posible conseguir una autonomía de aproximadamente 430 kilómetros. El Audi A3 TCNG también cuenta con una configuración ambivalente: si los tanques de gas natural se vacían y no hay una estación de CNG cercana, el vehículo puede funcionar con gasolina convencional, sin pérdida de rendimiento. Un tanque de 11 litros de gasolina ofrece una autonomía adicional de 150 km.

La densidad volumétrica del e-gas es igual a la de gas natural de origen fósil, y es por tanto menor a la de la gasolina premium sin plomo. La combustión del e-gas crea mucho menos CO2 que la gasolina sin plomo premium. Las emisiones de CO2 del gas natural son de son de apenas 116 g/km, y de sólo 30 g/km con el e-gas, un resultado del excelente balance energético. Sólo los vehículos eléctricos puros que utilizan energía eólica ofrecen menos emisiones, pero éstas se ven perjudicadas por el uso intensivo de energía necesaria para la producción de sus baterías.

A través del “método de ciclo equilibrado”, que funciona de manera similar a la compra de energía verde, los propietarios de A3 TCNG deben ser capaces de alimentar sus vehículos con energía eólica a partir de 2013. No habrá ni gramo de CO2 emitido a través del tubo de escape no haya sido consumido previamente durante la fabricación del e-gas. En otras palabras, existe un ciclo cerrado de CO2 entre la fabricación del combustible y su combustión.