John Deere explora las posibilidades del etanol.

Estados Unidos tiene capacidad para producir más biocombustibles, pero las mejoras en la eficiencia del sector automotriz y la transición a la electrificación podrían afectar la demanda del mercado. (Foto: John Deere)

El etanol ha sido durante mucho tiempo un componente básico de la industria automotriz, utilizado principalmente en una mezcla de bajo porcentaje con gasolina para aumentar el octanaje en motores de encendido por chispa. En Estados Unidos se producen anualmente más de 16 mil millones de galones de etanol, la gran mayoría destinados a vehículos de pasajeros.

Históricamente, esto ha dejado poco margen para otras aplicaciones, pero ahora existe la capacidad potencial para generar etanol en cantidades aún mayores.

Dr. Danan Dou, tecnólogo jefe (Sistemas de Energía), John Deere Power Systems (Foto: John Deere Power Systems)

“Gracias al aumento del rendimiento de los cultivos, las mejoras en la eficiencia asociadas al procesamiento de las materias primas, así como las conversiones de combustibles, Estados Unidos está en condiciones de producir más biocombustibles de forma más económica en el futuro”, declaró el Dr. Danan Dou, tecnólogo jefe (Sistemas de Energía) de John Deere Power Systems, en una presentación conjunta en el evento Off-Highway & Power Generation USA 2026 de Emissions Analytics.

Aunque en apariencia esta es una buena noticia para los agricultores, como señaló Dou cuando Power Progress lo entrevistó más tarde en el evento: "Con las mejoras en la eficiencia del sector automotriz y la electrificación, el riesgo radica en si disminuirá la demanda de gasolina o etanol".

Ese riesgo, junto con la fluctuación de los precios de las materias primas, ha llevado a John Deere Power Systems a investigar soluciones alternativas para motores de servicio pesado que podrían ayudar a los clientes agrícolas al brindarles nuevas oportunidades de mercado para sus cultivos.

Motores diésel alimentados con etanol

Convertir los equipos diésel a encendido por chispa es quizás la opción más clara.

“En los últimos años, nuestro diálogo sobre combustibles renovables ha generado una perspectiva diferente sobre los motores de encendido por chispa, ya que la mayoría de estos combustibles resultan más adecuados para este tipo de motores”, comentó Dou. “El etanol es un combustible líquido, renovable y se produce a partir de cultivos como el maíz que cultivan nuestros clientes. Esto nos impulsó a preguntarnos: ‘¿Qué podemos hacer para adaptar algunas máquinas y que puedan funcionar con etanol para nuestros clientes?’”.

Con ese fin, John Deere participó en una colaboración industrial financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. con la Universidad de Marquette en Milwaukee, Wisconsin, para estudiar una solución de combustible flexible que convertiría un motor diésel a encendido por chispa. La solución consiste en una precámara con suministro de combustible activo, equipada con su propio inyector de combustible y bujía, que se puede montar en la culata del motor para permitirle quemar etanol y mezclas de gasolina y etanol de alto porcentaje mediante combustión controlada.

“Eso abrió una nueva vía en la estrategia de mezcla de combustibles. Es otra forma de aprovechar este biocombustible ampliamente disponible, importante para Estados Unidos y para nuestros clientes”, dijo Dou.

Actualmente, John Deere está adquiriendo experiencia en el desarrollo de soluciones de encendido por chispa.

“Aún nos queda trabajo por hacer en cuanto a validación del producto, aceptación del mercado, escalabilidad e inversión”, dijo Dou. “Estamos desarrollando prototipos que funcionan con etanol para demostrar su viabilidad. También estamos probando el mercado para ver si los clientes lo aceptan. Por lo tanto, necesitamos seguir demostrando que esta solución es viable”.

Proyecto Bio2Fuel

Otro aspecto que John Deere está explorando es el uso directo de etanol en motores diésel. Dou tiene una larga trayectoria trabajando con el Dr. Greg Shaver, profesor titular de ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue, en proyectos anteriores, por lo que fue lógico colaborar con ellos, junto con otros socios de la industria, para desarrollar un proyecto de combustible flexible que explore cómo reacciona un motor diésel sin modificar a diferentes mezclas de etanol y biodiésel, con y sin diésel derivado del petróleo.

El proyecto, que incluía el uso de etanol para producir biodiésel en forma de éster etílico de ácidos grasos (FAEE), acabó denominándose Bio2Fuel. Fue el tema de la presentación conjunta de Dou y Shaver en la conferencia Off-Highway & Power Generation.

John Deere Power Systems está investigando soluciones alternativas para motores diésel de servicio pesado, incluyendo el potencial de las mezclas de etanol. (Foto: Becky Schultz)

“El biodiésel tiene mayor viscosidad, mayor índice de cetano y mayor lubricidad, por lo que complementa las propiedades del etanol”, señaló Dou. “Al añadir etanol al biodiésel, con o sin diésel derivado del petróleo, se obtiene un combustible que cumple con algunas de sus propiedades y se comporta como el diésel. De hecho, algunas de sus propiedades cumplen con las especificaciones del estándar diésel actual”.

Tal y como explicó Shaver durante la presentación, el proyecto consistió en pruebas de laboratorio de un motor diésel John Deere de 13,6 litros que utilizaba diésel, diésel premium, biodiésel y etanol en múltiples combinaciones y mezclas porcentuales.

“En resumen, la idea es aprovechar la enorme cantidad de etanol y, en cierta medida, de biodiésel que producimos actualmente en Estados Unidos y Norteamérica. La clave está en si podemos utilizarlos en un motor de encendido por compresión que no haya sido modificado lo suficiente como para que siga funcionando bien con diésel”, afirmó Shaver. “Así pues, tomamos un motor diésel sin modificar que cumple con todas las normativas gubernamentales y las expectativas de los clientes que funcionan con diésel, y luego intentamos comprender qué podemos hacer para incorporar etanol a este motor”.

Prueba de concepto

Los trabajos preliminares del proyecto demostraron la capacidad de quemar hasta un 50 % de etanol en un motor diésel moderno. «Lo logramos inyectando más combustible en el motor, calentando el bloque y evitando el enfriador de aire comprimido a bajas cargas», afirmó Shaver. También se probó una mezcla al 60 %, lo que requirió el paso adicional de poner en marcha el motor para un precalentamiento adicional durante el arranque.

Las principales conclusiones hasta el momento muestran emisiones de escape similares o mejores para las mezclas con etanol, excepto para el CO y los hidrocarburos en la mezcla al 60% a bajas cargas; y un aumento en el consumo de combustible a medida que disminuye la densidad energética del combustible.

En la imagen se muestra el motor diésel John Deere de 13,6 litros en un banco de pruebas en la Universidad de Purdue. (Foto: John Deere Power Systems)

“El etanol y el biodiésel, así como las mezclas que incluyen ambos, tienen una menor densidad energética que el diésel convencional, en gran parte porque están oxigenados. Es necesario inyectar más combustible en el cilindro para obtener el mismo par motor o la misma potencia a la misma velocidad del motor”, señaló Shaver.

“Entonces, una conclusión clave aquí es que… puedes operar en condiciones de alto par motor, puedes operar en condiciones de alta potencia como con diésel, y sacrificarías al menos un poco de eso con una mezcla a base de etanol y biodiésel. Así es la naturaleza.”

Si bien la cantidad de combustible que se puede introducir en la cámara de combustión es limitada, las modificaciones en su diseño podrían solucionar este problema, afirmó Shaver. «Pero, de una forma u otra, es probable que se alcance un límite en cuanto al par máximo y la potencia máxima».

En definitiva, el proyecto logró su objetivo: demostrar que un motor diésel puede, de hecho, quemar etanol de alguna forma. Pero aún queda trabajo por hacer.

«Dije: "Parece prometedor, pero no deberíamos quedarnos aquí"», comentó Dou. «No lo hemos demostrado todo: durabilidad, cumplimiento de las normas de emisiones adicionales, otros aspectos del motor. Tenemos que analizarlo de forma más integral. Por eso, queremos formar un consorcio para darle seguimiento. No queremos hacerlo solos».

Se necesita la colaboración de todos.

El consorcio se ha registrado oficialmente en el sistema de la Universidad de Purdue y John Deere ha invitado a varias entidades diferentes a unirse a un proyecto de tres años para investigar cómo desarrollar un combustible adecuado para su uso en motores diésel.

“Intentamos formar un equipo que aprovechara la experiencia de fabricantes de equipos originales, proveedores de combustible y excelentes investigadores para analizar todos los detalles de la combustión en conjunto; mantuvemos la transparencia y exploramos”, enfatizó Dou. “Descubriremos aspectos que no fueron un éxito rotundo, pero hasta ahora se justifica una investigación adicional. Vemos una oportunidad aquí”.

Cuantas más organizaciones unan fuerzas, añadió, mayor será la probabilidad de desarrollar una solución exitosa y económica.

John Deere ha formado un consorcio para investigar cómo desarrollar y respaldar un combustible "compatible con cualquier motor" derivado de cultivos producidos por sus clientes. (Foto: John Deere)

El consorcio abordará la optimización de la combustión del motor, la identificación de fallos, el perfil de durabilidad y otros aspectos del uso de biocombustibles en motores existentes.

“Estamos intentando crear un combustible compatible con cualquier motor”, afirmó Dou. “Si se pueden aprovechar los motores existentes, se puede lograr un mayor impacto en la demanda... Por lo tanto, buscamos cuál es la cantidad mínima de producto necesaria para usar en un motor existente. También nos preguntamos: ‘¿Cuál es el potencial máximo?’ Hemos intentado responder a ambas preguntas con esta investigación”.

El objetivo es generar datos suficientes para convencer tanto a la industria como a los proveedores de combustible de que una mezcla de etanol podría representar un concepto ganador con potencial de crecimiento, y para ofrecerles una posible hoja de ruta para un crecimiento progresivo.

“La industria de vehículos pesados es muy conservadora. Suelen decir: ‘Veo suficiente riesgo, no me siento cómodo, así que esperaré’. Nosotros decimos que avanzaremos poco a poco”, dijo Dou. “La mayoría de las estrategias de combustible comenzaron con una concentración menor para demostrar su viabilidad. Buscamos una hoja de ruta similar”.

Energía e infraestructura

Los posibles trabajos futuros también evaluarán el almacenamiento de combustible a largo plazo, la estabilidad y las opciones de tanques, así como la calidad del combustible y las cuestiones de seguridad.

“No solo necesitamos demostrar que el motor funcionará bien con ese combustible, sino que alguien tiene que producirlo, alguien tiene que distribuirlo y ponerlo a disposición, así que eso requiere el mismo esfuerzo”, dijo Dou.

“Necesitamos un sistema de propulsión que funcione para el cliente, pero la energía también debe estar disponible para él, y esa energía debe ser rentable. Disponibilidad, precio, comodidad, almacenamiento: todos estos factores son importantes para que el cliente tenga más éxito.”

“La coalición tiene como objetivo perfeccionar la solución del motor, optimizarla, pero también asegurar que se puedan descubrir los aspectos de infraestructura, fabricación y cualquier otro aspecto que aún no hayamos aprendido”, añadió Dou. “Queremos hacerlo con suficiente antelación para poder contar la historia completa y, con suerte, resultará una solución más atractiva que otras”.

Más diversidad en el futuro

En general, John Deere prevé un futuro más diverso para los sistemas de propulsión, y no es la única empresa que piensa así.

“Los demás fabricantes de equipos originales están siguiendo una estrategia similar en ese sentido: una oferta de sistemas de propulsión más diversificada para adaptarse a las aplicaciones específicas que buscan los diferentes segmentos de clientes, y puede que no exista una única solución para todo”, dijo Dou.

Los motores diésel seguirán formando parte de las soluciones disponibles. «El diésel sigue siendo fundamental para nosotros. No vamos a abandonarlo. Seguimos viendo que el diésel mantiene un rendimiento constante. Por eso el diésel es el rey», afirmó Dou.

Según explicó, es probable que el diésel mantenga su dominio, pero las opciones aumentarán, incluyendo quizás sistemas de encendido por chispa o diferentes maneras de utilizar combustibles alternativos en un sistema de encendido por compresión. «Todas estas son posibilidades, y debemos analizar el mercado para ver cuál será la mejor solución».

John Deere apoya “todas las opciones”, dijo Dou, pero las soluciones desarrolladas deben funcionar en manos de los clientes. “Tienen que ser productivas y rentables. Al final, el cliente debe decidir cuál es la solución adecuada”, afirmó.

“Apoyamos todo aquello que sea importante para nuestros clientes. Los sistemas de propulsión contarán con más opciones próximamente, es probable que la gama de productos sea más amplia y que las opciones de combustible se conviertan en una realidad”, predijo. “Hay diferentes maneras de hacerlo, y dejaremos que gane la mejor solución”.

Solución versátil para clientes agrícolas

El etanol es un combustible versátil, afirmó el Dr. Danan Dou de John Deere. Por ejemplo, se están llevando a cabo ensayos piloto iniciales para estudiar cómo se puede utilizar el etanol para producir hidrógeno.

El etanol producido a partir de cultivos puede transformarse para producir una amplia gama de combustibles. (Foto: John Deere)

“El proceso está bien desarrollado. Esto se debe a que es el mismo que el reformado de metano con vapor. Los pasos son los mismos, solo cambia la materia prima”, explicó. “Esto es relevante si se utiliza el hidrógeno para producir amoníaco, que a su vez se usa como fertilizante y se reincorpora a la industria agrícola”.

El etanol también puede transformarse para producir una amplia gama de combustibles, incluyendo alcoholes superiores o hidrocarburos. Del mismo modo, el aceite vegetal puede transformarse en propano renovable, diésel renovable, combustible para aviones renovable y nafta renovable, lo que permite su uso en diversas industrias.

Como combustible líquido, el etanol es fácil de manejar en lo que respecta a tanques de combustible, transporte, etc. Según Dou, los combustibles gaseosos como el hidrógeno, el gas natural, el propano y el biometano pueden ser más difíciles de manejar y tienen densidades energéticas menores en comparación. Dicho esto, a diferencia del diésel, que tiene un punto de inflamación más alto, el etanol es inflamable y debe tratarse como tal.

“Desde esa perspectiva, vemos el etanol como una solución intermedia en comparación con el diésel, pero es un paso mucho mejor para nuestros clientes en comparación con el hidrógeno y el gas natural”, dijo Dou. “Desde el punto de vista de la aceptación del cliente, es más fácil encontrar un equilibrio”.

“Si pueden satisfacer la demanda generada por sus propios cultivos agrícolas”, añadió, “es una victoria para ellos”.