Deslizamiento de metano en motores de LNG: tipos de motores e impacto en el balance de GEI

Los motores alimentados con gas no queman todo el metano: una pequeña parte pasa sin quemarse por la cámara de combustión y llega a los gases de escape como el denominado deslizamiento de metano (methane slip). Dado que el metano es un potente gas de efecto invernadero, el deslizamiento empeora el balance de emisiones, incluso cuando el combustible es bioLNG. La magnitud del deslizamiento depende del tipo de motor, la carga, la relación aire-combustible y la regulación. En el reglamento FuelEU Maritime, los valores por defecto varían según el tipo de motor marino, desde aproximadamente 0,2 % hasta más del 3 % de la masa de combustible consumido.

Conversión del deslizamiento a gCO₂e/MJ

El metano tiene un poder calorífico de aproximadamente 50 MJ/kg. Un deslizamiento de valor s (como fracción de la masa de combustible) significa que no se queman s kg de CH₄ por cada kg de combustible, es decir, s/50 kg por MJ. La emisión en gCO₂e/MJ = s/50 × 1000 g × GWP. Para GWP₁₀₀ = 28:

Para un horizonte de 20 años (GWP de aproximadamente 80-84), los valores serían unas tres veces superiores.

Tipos de motores

En FuelEU Maritime se distinguen varias categorías de motores de LNG, para las que se han establecido valores por defecto de deslizamiento (estos valores pueden actualizarse; consulte el anexo vigente): entre otros, motores duales de velocidad media con encendido por chispa (deslizamiento del orden de varios puntos porcentuales), motores duales de baja velocidad con encendido por chispa (alrededor del 1,7 %), motores duales de baja velocidad con encendido por compresión (alrededor del 0,2 %) y motores de mezcla pobre con encendido por chispa (alrededor del 2,6 %). En el transporte por carretera, los valores dependen de la tecnología: los motores estequiométricos con catalizador de tres vías suelen tener un deslizamiento bajo, los motores duales HPDI presentan un perfil de emisiones diferente, y los motores de mezcla pobre sin sistemas adicionales tienen un deslizamiento mayor.

Origen del deslizamiento

1. Baja carga: combustión más débil, paredes frías de la cámara.
2. Hendiduras y volúmenes muertos en la cámara: el gas no llega a la llama.
3. Barrido del cilindro en motores de dos tiempos y duales: parte de la mezcla escapa.
4. Mezcla demasiado pobre o demasiado rica.
5. Envejecimiento del catalizador y suciedad.

Reducción

• Selección de un motor con bajo deslizamiento (por ejemplo, dual con encendido por compresión, motor estequiométrico con catalizador).
• Optimización del control y evitar el funcionamiento prolongado a baja carga.
• Uso de catalizadores de oxidación de metano (difícil debido a la estabilidad del CH₄ y la temperatura requerida).
• Recirculación de gases de escape y modificaciones constructivas.
• En navegación: elección de otros combustibles o sistemas híbridos.

Ejemplo de cálculo para un buque

Supuestos: un buque consume 10 000 t de bioLNG al año (energía de 500 TJ con 50 MJ/kg), con un deslizamiento del 3,1 %. Metano no quemado: 310 t. Con GWP₁₀₀ = 28, esto equivale a 8680 t CO₂e al año. Si el motor se cambiara por un tipo con un deslizamiento del 0,2 %, las emisiones por deslizamiento se reducirían a 20 t de CH₄ y 560 t CO₂e, es decir, más de 8000 t CO₂e menos al año. A modo de comparación, el CO₂ procedente de la combustión de esta cantidad de combustible ascendería a unas 27 500 t (10 000 × 2,75), pero es de origen biogénico y no se incluye en el balance según las normas de FuelEU.

Conclusiones para proveedores y armadores

• La simple elección de bioLNG no garantiza bajas emisiones; es necesario un motor adecuado.
• Los contratos de suministro de combustible deben incluir documentación sobre GEI y parámetros del motor.
• Los productores de bioLNG pueden competir en la huella de producción, pero no controlan el deslizamiento en el usuario final.
• Las regulaciones seguirán desarrollando la metodología de cálculo del deslizamiento.

Dónde buscar valores actualizados

Los valores por defecto de deslizamiento en FuelEU Maritime se encuentran en los anexos del reglamento y pueden actualizarse mediante actos delegados, por lo que para los cálculos debe utilizar la versión vigente del texto en EUR-Lex. Los armadores también pueden aplicar valores reales basados en mediciones certificadas, si son reconocidos por los organismos de verificación. En el transporte por carretera, los datos de los fabricantes de motores y los estudios de institutos independientes son la base para evaluar el deslizamiento, y los estándares de prueba no siempre incluyen el metano no quemado, por lo que es recomendable consultar a los proveedores al respecto.

Resumen

El deslizamiento de metano en los motores es un factor que puede anular parte de los beneficios del bioLNG. La selección adecuada de la tecnología y la optimización del funcionamiento del motor limitan este efecto.