Con la adición de compuestos oxigenados a la gasolina base, los combustibles reformulados aumentan el índice de octano, y con ello la calidad de la gasolina
El incremento gradual de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera, y de otros gases asociados al cambio climático por uso de combustibles fósiles en vehículos, ha llevado a buscar nuevas y mejores gasolinas con aditivos oxigenados, generados por transformación de biomasa1, con la capacidad de potenciar las propiedades de las gasolinas convencionales y reducir la emisión global de CO2.
En México, la Comisión Reguladora de Energía (CRE) establece en la norma NOM-016-CRE-2016 para especificaciones de calidad de los petrolíferos. Esta permite 2.7 por ciento de masa de oxígeno en gasolina y limita el uso de Metil ter-butil éter (MTBE) como aditivo oxigenado en todo el país.
De igual forma, el uso de etanol está prohibido en las zonas metropolitanas del Valle de México, Guadalajara y Monterrey; en tanto que, en el resto del país, se permite un contenido máximo de 5.8 por ciento en volumen de etanol anhidro como oxigenante en gasolinas.
Ante estas condiciones normativas, investigadores y especialistas del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) analizaron estudios previos sobre combustión en motor monocilíndrico, que mostraron que las gasolinas con bajo contenido de aditivo oxigenado (menor a 2.7 por ciento de masa de oxígeno), presentan efectos marginales sobre el proceso de combustión.
Por tal motivo, se consideró necesario modificar la matriz de gasolina base, con el fin de aumentar el contenido de oxígeno e investigar el impacto de diferentes aditivos oxigenados sobre la eficiencia térmica del motor, consumo de combustible y emisiones contaminantes.
Asimismo, se planteó que el uso de aditivos oxigenados en gasolina, que se pueden generar a partir de procesos de transformación de biomasa, como etanol e isobutanol, entre otros, puede contribuir a reducir la emisión global de CO2.
Como resultado, Petróleos Mexicanos (Pemex) y el IMP llevaron a cabo el proyecto conjunto Formulación de combustibles para el sector transporte, con el objetivo de mantener a Pemex como el principal comercializador de combustibles automotrices en México, con productos competitivos que incorporen moléculas de bajo contenido de carbono, además de aumentar la flexibilidad operativa de sus refinerías.
Un proyecto de transformación
Para desarrollar el proyecto, se formularon diferentes matrices de gasolina base con la modificación delcontenido de parafinas, soparafinas, olefinas, naftenos y aromáticos. La gasolina base que se ocupó, incluyó cortes o corrientes2 de las plantas catalítica, reformadora, de alquilación, de hidrotratamiento, de refinado, el aditivo oxigenado Ter-amil-metil-éter (TAME) e isomerización de la refinería de Tula, Hidalgo.
Cabe mencionar que la gasolina base se utilizó para formular combustibles con diferentes aditivos oxigenados, los cuales, tanto el contenido de oxígeno como el aditivo utilizado para oxigenar la gasolina, fueron las variables principales de la investigación.
El contenido de oxígeno en gasolina fue 0, 2.7, 3.7, 10 y 20 por ciento masa. Los aditivos oxigenados que se utilizaron en la formulación de gasolinas fueron metanol, etanol, isobutanol, MTBE, etil ter-butil éter (ETBE), dimetil carbonato, así como mezclas de metanol-etanol y metanol-isobutanol. Además, se caracterizaron todas las gasolinas para conocer a detalle sus propiedades fisicoquímicas.
El uso de aditivos oxigenados en gasolina puede contribuir a reducir la emisión global de CO2
Posteriormente, las emisiones contaminantes generadas en el proceso de combustión se analizaron, primero, en el laboratorio en un banco de pruebas para motor monocilíndrico; después, las emisiones generadas por el motor de los vehículos se cuantificaron en el laboratorio de Motoquimia.
Los vehículos se ajustaron al ciclo de manejo urbano del procedimiento de prueba FTP-753 para certificar las emisiones generadas. Las emisiones evaporativas en vehículos, también fueron caracterizadas en el área de Motoquimia. La información sobre emisiones reguladas y no reguladas, así como el rendimiento de combustible que se generó a partir de las gasolinas reformuladas con aditivos oxigenados, se comparó con aquellas obtenidas por el uso de la gasolina regular que se comercializa en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.
A partir del proyecto, el IMP creó un banco de información sobre la caracterización de los cortes o corrientes que forman la gasolina base y las propiedades fisicoquímicas de las gasolinas reformuladas con aditivos oxigenados.
Los combustibles reformulados tienen la ventaja de que, con la adición de compuestos oxigenados a la gasolina base, aumentan en gran medida el índice de octano, y con ello la calidad de la gasolina. Se estima que el ciclo de vida de los gases de efecto invernadero (GEI) se podrá reducir hasta 60 por ciento, por el uso de compuestos oxigenados generados a partir de biomasa.
Adicionalmente, se han identificado compuestos que pueden obtenerse por transformación de biomasa que, mezclados con la gasolina base, mejoran la eficiencia del motor, como metanol, etanol, isobutanol, isopropanol y n-propanol. También se han identificado compuestos oxigenados que podrían generar sustancias tóxicas por evaporación y durante el proceso de combustión, que contribuyen al deterioro de la calidad del aire.
Nuevos aditivos oxigenados
De esta forma, en el proyecto se probó el uso de nuevos aditivos oxigenados, generados por transformación de biomasa y las características fisicoquímicas fundamentales del combustible, que mejoran la eficiencia térmica del motor y cumplen con el objetivo de reducir el consumo de combustibles y las emisiones generadas por el sector transporte.
La identificación de familias de compuestos oxigenados que se pueden producir en el país, para mejorar la eficiencia del motor y reducir las emisiones del sector transporte, constituye la mayor ventaja técnica y competitiva de las gasolinas reformuladas con base en la investigación científica desarrollada por el IMP.
Asimismo, la información sobre propiedades fisicoquímicas de los cortes o corrientes de la refinería, aporta flexibilidad e intercambiabilidad de componentes de la formulación de gasolinas que se obtienen en las refinerías del país, con el fin de aumentar la eficiencia de los motores y disminuir la contaminación ambiental.
Finalmente, los resultados del proyecto han proporcionado a la industria de la refinación nacional, información sobre combustibles oxigenados para mejorar la eficiencia del motor, reducir el consumo de combustible del vehículo y contribuir a la reducción de emisiones primarias que afectan la calidad del aire, así como reducir la emisión de GEI.
