TEMES

Què fa moure els busos de Barcelona?

Hi ha moltes tecnologies diferents en els busos de Barcelona. Quantes i per què?

La publicitat de Transports Metropolitans de Barcelona (TMB) afirmava que "tu ets el que ens mou". És una llicència poètica emotiva, però des del punt de vista físic qui mou els transports és l'energia continguda en xarxes elèctriques o en carburants fòssils.

Centrant-nos en els autobusos, què els mou? De fet, molts tipus de carburants i diverses tecnologies. Tots els autobusos s'assemblen per fora i per dins a la part dels passatgers, però els seus motors i sistemes d'emmagatzematge d'energia són molt diferents. I per què tanta varietat? Doncs perquè, després d'un llarg període en que els carburants derivats del petroli han estat absolutament hegemònics —la gasolina i, per a autobusos, el gasoli—, ara la realitat està canviant, per quatre raons tècniques interconnectades i per una altra raó no tècnica potser més poderosa...

Per una banda, des de fa anys se'ns anuncia que l'era del petroli està arribant al seu final. N'hi ha per anys, però, perquè els nous descobriments de cru a l'Àrtic i en aigües fondes, i les noves tècniques d'extracció tipus fracking (fracturació hidràulica) posen al mercat grans quantitats de cru. En tot cas, caldria anar-ne reduint la dependència, atès que és una font d'energia importada. Per tant, cal menys consum de gasoli tant als vehicles com en tot el procés per fabricar-lo i distribuir-lo.

El canvi climàtic és una evidència experimental i la contribució dels gasos d'efecte hivernacle en aquest canvi és fora de tot dubte. Per això, suprimir o reduir les emissions de CO2 sembla una tasca col·lectiva imprescindible. Per tant, cal menys consum de gasoli i de gas natural, als vehicles i al cicle global.

La reducció de la contaminació atmosfèrica local per partícules i òxids de nitrogen NOx, produiïs essencialment per la combustió de gasoli, és també una necessitat sanitària de primer ordre.

L'estalvi d'energia, per la via que sigui, sembla també una necessitat imperiosa. Per tant, cal menys gasoli i millors sistemes de combustió.

I, finalment, cal tenir present que l'impacte de cada tecnologia no es limita al lloc on s'aplica, sinó que cal analitzar tot el cicle de vida dels materials usats, tant en la seva fabricació com en la seva reutilització o reciclatge un cop acabada la seva vida útil. I aquest aspecte entra en molts casos en contradicció amb alguns dels punts anteriors. Per tant, cal també més estalvi energètic de qualsevol tipus.

Pel que fa a un aspecte no tècnic però també determinant, la voluntat de les empreses públiques com TMB és estar sempre a la cresta de l'onada de les noves tecnologies, tant per orgull de ciutat i d'empresa com per treure profit dels ajuts públics per a la renovació de la flota, per a l'experimentació en noves tecnologies i, eventualment, de la venda de tecnologia i know-how desenvolupat en els processos de canvi tecnològic.

Tot això fa que la gamma d'autobusos que circulen o han circulat per Barcelona sigui molt variada, molt avançada tecnològicament, i que cada model satisfaci algunes de les necessitats esmentades. A ull nu no és fàcil distingir cada modalitat de vehicle, però podem examinar la part dreta dels autobusos en el sentit de la marxa i allà hi observarem diversos sistemes de càrrega de carburant, amb sigles poc habituals. Això ens dona una pista de com funciona aquell vehicle.

Autobusos amb gasoli i AdBlue

El gasoli és una barreja d'hidrocarburs, menys volàtils que la gasolina, i derivats del cru. És un combustible econòmic i el disseny dels vehicles que l'usen és convencional i ben conegut.

Se n'aprofita l'energia en els motors dièsel, que treballen a alta pressió i temperatura i amb molt excés d'aire de combustió. En aquestes condicions la termodinàmica ineludible ens anuncia la generació d'òxids de nitrogen i també de partícules sòlides de mides molt petites, i tots dos contaminants són al punt de mira de les normatives anticontaminació. Per modificar la composició dels gasos d'escapament i fer-los menys nocius s'usen els catalitzadors. Aquestes substàncies provoquen que determinades reaccions secundàries tinguin lloc a velocitats molt superiors a les que tenen en la seva absència. En els motors de combustió interna els catalitzadors són metalls com el platí, el rodi o el pal·ladi dipositats sobre ceràmica, i tot situat en el tub d'escapament. Els hidrocarburs no cremats de la gasolina i el monòxid de carboni reaccionen fins a donar diòxid de carboni i vapor d'aigua.

boca_dadblue.jpg
Portella de càrrega de l'additiu AdBlue. Foto de l'autor

La reducció de la concentració d'òxids de nitrogen en els fums de sortida s'ha fet més peremptòria des que s'ha aprovat la directiva europea Euro6, en vigor des de l'1 de novembre de 2015, que limita la concentració d'òxids de nitrogen a 80 mg/km, en lloc dels 180 anteriors. La concentració màxima de partícules en els fums de sortida es manté en 5 mg/km. Aquesta reducció en els vehicles pesants s'aconsegueix actualment amb la tecnologia SCR (reducció catalítica selectiva), que és un procediment de catàlisi homogènia, és a dir, que el catalitzador no és sòlid sinó en el mateix estat que la barreja a què s'aplica. La denominació comercial del producte que s'usa és AdBlue, perquè els fabricants li han donat un color blau que impedeix confondre'l amb el gasoli. És una dissolució aquosa d'urea molt pura al 32,5% en aigua (denominada AUS32, aqueous urea solution), un catalitzador no divulgat i un colorant, que es carrega a un dipòsit complementari del vehicle i que s'injecta juntament amb el gasoli. La urea es descompon, amb l'alta temperatura del motor, en amoníac i diòxid de carboni, i l'amoníac reacciona amb els òxids de nitrogen donant nitrogen i vapor d'aigua. Es gasta d'un 3 a un 5% de dissolució d'urea respecte del gasoli usat. Aquest additiu es ven a algunes gasolineres en garrafes i les flotes d'autobusos el carreguen a les terminals. Alguns vehicles domèstics grans tenen ja aquesta tecnologia, com ara el Toyota Land Cruiser o el Seat Alhambra.

L'AdBlue no millora, però, els motors dièsel pel que fa a la producció de gasos d'efecte hivernacle.

Autobusos amb biodièsel

El biodièsel és un hidrocarbur de característiques similars al gasoli, però no obtingut del petroli sinó de la biomassa. Les fonts de matèria primera són molt variades: poden ser d'oli vegetal de qualsevol tipus, oli reciclat de les cuines de restaurants o cuines industrials o greixos animals. La reacció química de transesterificació entre greixos i metanol transforma els triglicèrids dels greixos en hidrocarburs i glicerina, que se separen. El biodièsel obtingut pot barrejar-se amb gasoli en totes proporcions. Al llarg dels anys 90, va semblar que aquest procés podia ser competitiu i més respectuós amb el medi ambient, perquè el CO2 desprès en la seva combustió provenia de la fixació de la mateixa quantitat de CO2 atmosfèric i, per tant, no incrementava la quantitat de gasos d'efecte hivernacle. Però el procés és costós per la necessitat de depurar les matèries primeres, pel seu cost i pel problema de la separació de la glicerina produïda, que no té sortida comercial. D'altra banda, no és socialment acceptable l'ús de terres de cultiu per produir carburant per a automòbils a costa de la produccio d'aliments.

Moltes flotes de camions i d'autobusos van experimentar amb el biodièsel, i TMB va arribar a tenir uns 120 autobusos amb aquest carburant a la dècada dels 90 del segle XX.

Autobusos a gas

L'ús de gasos és i ha estat habitual als vehicles. En èpoques de penúria de carburants els cotxes portaven un gasogen [+] alimentat amb tot tipus de combustible vegetal —llenya, carbó, closca d'ametlla— que, escalfat amb poc aire, donava una barreja de gasos denominada gas pobre, bàsicament CO i hidrogen. També s'ha usat el gas butà com a carburant de vehicles.

El gas que usen els busos actualment és metà CH4 força pur, amb petites fraccions d'età C2H6, com el gas que surt per les canonades domèstiques. Deriva del gas natural, que és un mineral fòssil molt més abundant que el cru i que a vegades es troba en jaciments només de gas i altres vegades associat al cru. En moltes ocasions cal refinar-lo per a aconseguir tenir un gas amb una alta proporció de metà. També és molt ric en metà el biogàs procedent dels abocadors, que requereix també depuració.

Els motors que cremen metà són d'explosió, com els de gasolina, però ajustats adequadament, perquè l'octanatge —l'índex d'octà— del metà és de més de 120, força més alt que el de les gasolines (93 a 98). Això vol dir que es pot comprimir més sense que detoni i que el motor pot tenir una mica més de rendiment. La combustió del gas natural no genera partícules sòlides ni diòxid de sofre, redueix molt la producció d'òxids de nitrogen i a més redueix les emissions de CO2 perquè té més rendiment tèrmic que el gasoli. Els fums no fan pudor ni són opacs, i els motors fan menys soroll, comparats amb els dièsel.

Hi ha dues formes d'emmagatzemar el gas natural: com a gas comprimit (GNC) i com a gas liquat, a pressió atmosfèrica i a una temperatura molt baixa (GNL). Els autobusos amb gas comprimit porten dipòsits amb el gas a pressió i a temperatura ambient. La massa de gas que es pot emmagatzemar així és proporcional a la pressió del recipient. Atesa la baixa densitat del metà, cal comprimir-lo fins a 20 MPa (200 bar), la qual cosa requereix recipients tipus bombona allargats, de diàmetre no gaire gran i de parets gruixudes, situats al sostre del vehicle. En aquestes condicions, i parlant amb rigor, el combustible està en condicions de fluid supercrític, estat que és indistingible d'un gas convencional. Cada autobús porta diverses d'aquestes bombones al sostre, cosa que li dona una autonomia d'uns 250 a 300 km. Aquesta tecnologia és molt comuna a diversos països com l'Iran, el Pakistan, el Brasil o l'Argentina, des dels anys 80 del segle passat. A Barcelona s'han provat aquests autobusos des del 1995 i actualment hi ha més de 400 autobusos d'aquestes característiques.

La forma alternativa d'emmagatzemar el gas natural és com a líquid a baixa temperatura (-165ºC) i a pressió atmosfèrica (GNL). És una tecnologia menys explorada i menys difosa que la del GNC. Requereix dipòsits aïllats tèrmicament, que poden ser de diàmetre molt superior i més curts que els de GNC perquè no van a pressió. La densitat energètica del GNL és superior a la del GNC, i per això, a igual volum de dipòsit, els autobusos tenen més autonomia.

boca_gnc_2.jpg
Boca de càrrega de gas natural comprimit. Foto de l'autor.

Els autobusos amb gas natural també produeixen gasos d'efecte hivernacle, però menys que els de gasoli. No generen partícules i pocs òxids de nitrogen. El gas natural és un combustible econòmic, però el disseny dels vehicles és més car que en el cas dels busos de gasoli. Serà una tecnologia en creixement, ens diuen.

Autobusos amb hidrogen

L'hidrogen no és un carburant primari perquè no n'hi ha a la naturalesa i s'ha de fabricar a partir d'altres primeres matèries. Es pot obtenir a partir d'hidrocarburs líquids i gasosos, del carbó, de la biomassa residual o de l'aigua, usant diferents fonts energètiques com els combustibles clàssics, el calor residual de centrals nuclears o l'electricitat distribuïda a partir de plaques fotovoltaiques o turbines eòliques. D'altra banda, com a combustible pot ser cremat en motors d'explosió convencionals o en cel·les de combustible que generen l'electricitat al mateix vehicle mogut per un motor elèctric, i té com a únic subproducte en el seu ús el vapor d'aigua. Aquesta versatilitat ha fet pensar, des de fa més de cinquanta anys, que tot podria funcionar amb hidrogen (l'economia de l'hidrogen, n'hi diuen) i s'han intentat diferents aproximacions per a aconseguir-ho. Islàndia, que té enormes disponibilitats de fonts renovables, va apostar per l'economia de l'hidrogen el 1998, però les expectatives actuals han minvat molt.

TMB, en el marc d'un projecte europeu, va fer proves amb tres autobusos d’hidrogen comprimit al sostre del vehicle. L'hidrogen s'obtenia d'una planta fotovoltaica. El projecte no va reeixir perquè el pes de les bombones requerides era molt elevat per a la poca quantitat d'hidrogen que podien transportar. Una tecnologia alternativa és l'ús de cel·les de combustible, que s'alimenten d'hidrogen, i també d'oxigen de l'aire i generen energia elèctrica local que alimenta un motor elèctric. Hi ha algun vehicle de demostració amb aquesta tecnologia (Toyota Mirai [+]), però no ha avançat comercialment. La combustió de l'hidrogen no produeix gasos d'efecte hivernacle i l'impacte sobre l'aire local és nul. Des del punt de vista mediambiental global, l'hidrogen és més o menys net segons quin sigui el procés usat per obtenir-lo.

Autobusos elèctrics

Un vehicle autònom exclusivament elèctric circula mogut per l'electricitat que acumula a les seves bateries, que accionen un motor elèctric. L'autonomia que es requereix per a un autobús és d'unes 15 o 16 hores. Els acumuladors comercials no són prou grans per a una autonomia tan llarga i per això s'han de recarregar al llarg del dia. Hi ha actualment a Barcelona diversos autobusos d'aquest tipus, que es carreguen al 100% en càrrega lenta —unes 3 hores— a les cotxeres, o en càrrega ràpida a l'extrem de la línia amb un sistema de pantògraf elevat similar al d'un tramvia. Aquesta càrrega ràpida permet recarregar un 80% de les bateries en uns 8 minuts. Actualment hi ha gairebé una dotzena d'autobusos d'aquest tipus, destinats per ara a la línia H16.

bus_electric_carrega_1.jpg
Càrrega d'un bus elèctric. Foto de l'autor

Com els busos d'hidrogen, l'impacte mediambiental local és nul i l'impacte global dependrà de quin hagi estat el procés d'obtenció de l'energia elèctrica. En el cas de Barcelona, l'objectiu és obtenir-la tota a partir de fonts renovables.

Autobusos híbrids

La denominació d'híbrid s'aplica a tot tipus de vehicles que poden usar dues formes d'energia per moure's. Van denominar-se així els automòbils de gasolina amb bateries de liti, que tenen el sistema de regeneració d'electricitat quan frenen o a les baixades. El paradigma d'aquests vehicles és el Toyota Prius, que ja ha arribat a una quarta generació. [+] . En el cas dels autobusos, es denominen híbrids els que poden combinar el gasoli i l'electricitat, o el GNC i l'electricitat. Tenen dos motors, un de carburant i l'altre elèctric, que combinen segons les prestacions que requereix el vehicle en cada moment i la càrrega disponible de les bateries.

Un aspecte important en aquests vehicles híbrids, i en general en tots els que tenen acumuladors, és la regeneració d'energia. Les frenades i les baixades permeten recarregar les bateries en lloc de dissipar l'energia a l'entorn com a calor. Això, junt amb el sistema start-stop de parada total dels motors en les parades i detencions durant la circulació, genera un estalvi d'energia que pot arribar a ser del 30%. A Barcelona hi ha més de 200 autobusos híbrids.

L'evolució dels costos de l'energia —tant l'obtenció com l'emmagatzematge—, les investigacions en el rendiment dels motors i les decisions de política energètica globals, com la promoció o no de plantes elèctriques amb energies renovables, faran decantar el transport públic cap a potenciar una forma d'energia o una altra. Sembla clar que es tendeix a una menor dependència dels combustibles fòssils, una reducció dràstica de l'ús de gasoli, i una potenciació dels vehicles híbrids gas-electricitat, especialment els de GNC. L'ús de l'hidrogen no sembla una solució a curt o mitjà termini.

I tot això no té res a veure amb la discussió sobre si el tramvia ha de passar per la Diagonal o no...

Contacta amb Divulcat