Los resultados se obtuvieron a través de modelos matemáticos que gestionan el uso de generadores diésel y baterías. El sistema fue validado en embarcaciones reales.
Investigadores del Centro de Investigación e Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI), de la Universidad de São Paulo (USP), lograron demostrar una reducción potencial de más del 15% en las emisiones contaminantes de los buques de apoyo a plataformas (PSV, en inglés). siglas) diesel-eléctrico. El resultado fue posible gracias al desarrollo de modelos matemáticos que simulan el funcionamiento del tren de potencia de las embarcaciones y las emisiones generadas. Los modelos también permitieron optimizar el uso de generadores diésel a bordo, para utilizar el combustible de manera más eficiente, además de gestionar el uso de baterías de iones de litio.
Los PSV son embarcaciones comunes en la industria del petróleo y gas, y se utilizan para transportar suministros desde los puertos a las plataformas. En el modelo diésel-eléctrico funcionan a base de un conjunto de generadores que, mediante la combustión de gasóleo, producen la energía eléctrica necesaria para la locomoción del barco.
Utilizando datos obtenidos de un barco real, se desarrollaron dos modelos matemáticos del tren de potencia de un PSV diésel-eléctrico. Uno utilizando el software HOMER PRO, para realizar estimaciones de todo el recorrido conocido del viaje, y otro utilizando el software MATLAB, para monitorizar y gestionar el tren motriz (sin conocimiento) de condiciones y maniobras futuras. Los resultados obtenidos con las simulaciones fueron validados con datos de viajes realizados en un barco real, principal diferenciador de la investigación. El estudio fue publicado en la revista Applied Energy.
“Los modelos de generadores dan comandos sobre cuándo activarlos, reducir o aumentar la potencia según las condiciones de viaje. Los modelos de batería las encienden o apagan según estos factores y la cantidad de carga. También analizamos qué tamaño de batería se debe instalar, ya que cada barco necesita un tamaño específico para obtener los mejores resultados”, explica Bruno Souza Carmo, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela Politécnica de la USP, director del programa de descarbonización del RCGI y coordenador de la investigación.
Los datos previos de los buques y la validación del modelo del generador fueron el resultado de una alianza con una empresa del sector naval que compartió, durante cinco meses, datos de telemetría, una herramienta que recopila diversa información de los buques en tiempo real, como niveles de emisión de gases a la atmósfera, por ejemplo.
Reducción significativa de emisiones – “En el estudio encontramos que las emisiones registradas en campo eran las mismas que las calculadas por nuestro modelo, lo que validó el algoritmo para su uso en generadores. Los modelos de baterías se validaron basándose en datos bibliográficos, ya que los barcos que monitoreamos aún no utilizaban este equipo, que es nuevo en el mercado”, afirma el coordinador del proyecto. “Con solo optimizar los generadores pudimos reducir las emisiones en un 10%. Agregando baterías al modelo logramos reducir otro 5%”, añade.
Estos resultados son la suma del volumen de reducción de tres contaminantes que componen las emisiones de los buques. El dióxido de carbono (CO2) fue el gas con mayor reducción. Sus niveles disminuyeron entre 16% y 26%, dependiendo de la carga del generador utilizado y la configuración aplicada, ya que se analizaron varios disparos. También hubo una gran reducción de las emisiones de materiales particulados, que son una mezcla de diferentes contaminantes, sólidos o líquidos, enviados a la atmósfera. En este sentido, la caída osciló entre el 25% y el 65%.
Sin embargo, en el caso de los óxidos de nitrógeno (NOx), se produjo un aumento de hasta un 20% en las emisiones en algunas pruebas, pese a que en otras se produjo una reducción de hasta un 6%. “Esto lamentablemente sucede porque, para optimizar la eficiencia energética de los generadores, aumentamos la temperatura de combustión, lo que favorece la formación de este gas. Sin embargo, es posible corregir este problema con catalizadores, una solución que ya se utiliza en la industria del automóvil y que sufre el mismo problema”, explica Carmo.
Cambio urgente – Según el coordinador de la investigación, la aplicación de las tecnologías desarrolladas por su grupo es viable para la industria naval porque no requiere grandes inversiones. “Hay empresas que ya venden sistemas y baterías apuntando a esta adaptación. Esto no sería demasiado costoso. El mayor gasto sería interrumpir la operación del barco para realizar adaptaciones y pruebas de seguridad, lo cual no es una práctica recurrente en la industria, que opera con los mismos barcos, sin cambios, desde hace muchos años”.
El sector marítimo es responsable de aproximadamente el 3% del total de las emisiones de gases de efecto invernadero, según la ONU (Naciones Unidas). Por tanto, si esta industria fuera un país, estaría entre los once mayores emisores del mundo. “Es un sector que emite mucho porque todavía depende mucho de los combustibles fósiles y los utiliza en grandes cantidades”, analiza Carmo.
Las emisiones no sólo son elevadas sino que tienden a aumentar. Según un informe de la OMI (Organización Marítima Internacional) de la ONU, publicado en 2021, crecieron un 18,1%. Además, los investigadores estiman que, si no se hace nada, la cifra tenderá a triplicarse entre 2020 y 2050. Por ello, la OMI se ha fijado el objetivo de una reducción de al menos el 40% para 2030.
“Muchos de estos objetivos aún están lejos de alcanzarse, ya que se trata de una industria poco ágil y que opera con los mismos barcos desde hace décadas. Sin embargo, sólo con las sugerencias que trajimos en nuestros estudios ya se han logrado grandes avances”, concluye el director del Programa de Descarbonización del RCGI.
