Las emisiones atmosféricas del transporte marítimo constituyen una cuestión de creciente importancia, especialmente en zonas portuarias y costeras, donde la actividad de los buques puede tener una incidencia significativa sobre la calidad del aire. Para evaluar adecuadamente este impacto. no basta con disponer de factores de emisión obtenidos en condiciones normalizadas: es necesario conocer cómo se comportan los motores durante la operación real del buque.
Un estudio reciente aporta nuevos datos experimentales obtenidos directamente a bordo de dos buques Ro-Pax que operan en la ruta Algeciras–Tánger Med, en el Estrecho de Gibraltar. Durante campañas de monitorización de 10 días se realizaron más de 1.200 mediciones, cubriendo diferentes condiciones de operación: navegación a velocidad de crucero, navegación a velocidad reducida, maniobras y permanencia en puerto (hoteling).
Las mediciones incluyeron óxidos de nitrógeno (NOₓ), óxidos de azufre (SOₓ), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO₂) y material particulado (PM), tanto en los motores principales de dos tiempos como en los motores auxiliares de cuatro tiempos. A partir de los datos obtenidos se calcularon factores de emisión, expresados en g/kWh, mediante una metodología de balance de carbono basada en los procedimientos establecidos en la norma ISO 8178.
La carga del motor, un factor determinante
Uno de los principales resultados del estudio es la fuerte dependencia de las emisiones respecto de la carga del motor. Los factores de emisión no pueden considerarse constantes a lo largo de todo el régimen de funcionamiento, ya que se observaron diferencias significativas entre las condiciones de baja, media y alta carga.
Las mayores variaciones correspondieron al monóxido de carbono y al material particulado. Ambos contaminantes presentaron factores de emisión considerablemente más elevados cuando los motores funcionaban a baja carga, disminuyendo progresivamente a medida que aumentaba la carga. Este comportamiento puede relacionarse con una menor eficiencia de la combustión en condiciones de baja carga, caracterizadas por temperaturas de combustión inferiores, menores presiones de inyección y una peor atomización del combustible. Estas condiciones favorecen la combustión incompleta y la formación de partículas.
Los óxidos de nitrógeno mostraron también una dependencia de la carga, aunque de carácter más moderado. Las emisiones fueron generalmente superiores a cargas medias y altas que a baja carga, si bien el incremento tendió a moderarse cerca de las condiciones de máxima carga.
En cambio, los óxidos de azufre presentaron una variación mucho menor con la carga del motor. Los resultados confirman que las emisiones de SOₓ están determinadas fundamentalmente por el contenido de azufre del combustible y no tanto por las condiciones de funcionamiento del motor.
Especial relevancia de las operaciones portuarias
Estos resultados tienen especial interés para el estudio de las emisiones en puertos y zonas costeras. Las condiciones de baja carga son frecuentes durante las maniobras, la navegación a velocidad reducida y determinadas operaciones realizadas en puerto. Aunque estas fases pueden representar una fracción relativamente pequeña del consumo total de combustible, pueden generar factores de emisión significativamente diferentes de los utilizados habitualmente en determinados inventarios.
Precisamente en estas condiciones, se observaron las mayores desviaciones respecto de algunos factores de emisión de referencia utilizados en metodologías de inventario. El resultado pone de manifiesto una limitación de los enfoques basados en factores de emisión generalizados: un mismo valor no necesariamente representa adecuadamente todas las condiciones reales de funcionamiento de un motor marino.
Diferencias entre motores y combustibles
El estudio también permitió observar diferencias entre los motores principales de dos tiempos y los motores auxiliares de cuatro tiempos. Los motores auxiliares presentaron, en general, mayores emisiones de CO que los motores principales, comportamiento compatible con las diferencias de configuración, régimen de funcionamiento y características de la combustión. No obstante, la comparación entre ambos tipos de motores debe interpretarse con cautela, ya que las mediciones procedían de buques diferentes, con distintas tecnologías, potencias, perfiles operativos y combustibles.
El tipo de combustible tuvo asimismo una influencia importante. Se corroboró que las emisiones de SOₓ estuvieron estrechamente relacionadas con el contenido de azufre del combustible, mientras que el material particulado presentó valores superiores durante el uso de combustibles residuales respecto de los combustibles destilados. Estos resultados son coherentes con el efecto de las regulaciones internacionales sobre el contenido de azufre de los combustibles marinos y muestran, al mismo tiempo, que las características del combustible deben tenerse en cuenta cuando se comparan datos procedentes de diferentes campañas o inventarios.
¿Son adecuados los factores de emisión utilizados actualmente?
En condiciones representativas de navegación a velocidad de crucero, los factores de emisión obtenidos mostraron, en general, una buena concordancia con los valores publicados en la literatura y con los empleados habitualmente en metodologías de inventario. Las diferencias más importantes aparecieron en condiciones de baja carga y, especialmente, en el caso del material particulado.
Esto no significa necesariamente que los inventarios existentes sobreestimen o subestimen de manera sistemática las emisiones de los buques. Lo que muestran los resultados es que los factores generalizados pueden no reflejar completamente la variabilidad asociada a la operación real, especialmente durante maniobras, navegación a velocidad reducida y otras situaciones en las que la carga del motor cambia de forma significativa.
La obtención de datos directamente a bordo permite, por tanto, mejorar el conocimiento de estas condiciones y aportar información útil para calibrar y validar los modelos de emisiones marítimas.
Implicaciones para los inventarios de emisiones
Una de las principales conclusiones del trabajo es que los inventarios de emisiones marítimas deberían considerar, en la medida de lo posible, la carga del motor y el modo operativo del buque.
Esta cuestión resulta especialmente relevante para los estudios de calidad del aire en puertos y zonas costeras. Los modelos de emisiones han avanzado considerablemente al incorporar información sobre rutas, velocidad, potencia y actividad de los buques, pero su precisión depende también de la calidad y representatividad de los factores de emisión utilizados.
En este contexto, los datos obtenidos mediante campañas de medición a escala real pueden contribuir a mejorar modelos como Steam, Steen y Senem, proporcionando información experimental para su calibración y validación.
El estudio presenta además el interés de haber caracterizado simultáneamente contaminantes gaseosos y material particulado en un amplio rango de condiciones de operación. Este tipo de conjuntos de datos sigue siendo relativamente escaso, especialmente en buques Ro-Pax empleados en rutas de corta distancia.
Una aportación desde el Estrecho de Gibraltar
La realización de las campañas en la ruta Algeciras–Tánger Med aporta un interés adicional al trabajo. Se trata de una de las zonas de mayor intensidad de tráfico marítimo de Europa y de un entorno en el que confluyen navegación internacional, operaciones portuarias y tráfico de corta distancia.
Los resultados obtenidos muestran que para conocer con mayor precisión la contribución del transporte marítimo a la contaminación atmosférica no es suficiente con considerar únicamente el consumo global de combustible o la potencia nominal de los motores. Es necesario incorporar también las condiciones reales en las que éstos funcionan.
En definitiva, las mediciones realizadas confirman que la carga del motor es uno de los principales factores que determinan el comportamiento de las emisiones, especialmente en el caso del CO y del material particulado. La utilización de factores de emisión dependientes de la carga y del modo operativo puede contribuir a reducir las incertidumbres de los inventarios y a mejorar la evaluación de la calidad del aire en entornos portuarios y costeros.
El trabajo pone así de relieve el valor de las mediciones a bordo en condiciones reales como complemento de las metodologías de inventario existentes y como herramienta para mejorar la base científica sobre la que se desarrollan las futuras políticas ambientales del transporte marítimo.
Juan Moreno Gutiérrez
Rubén Rodríguez Moreno
Investigadores del Grupo de Investigación Eficiencia Energética en el Transporte Marítimo (RNM920), Departamento Máquinas y Motores Térmicos (Universidad de Cádiz)
