Tras más de 100 años de evolución el motor de combustión interna no ha dicho su última palabra

Uno de los mayores descubrimientos de la especie humana ha sido la invención de los motores de combustión interna. Han jugado un papel fundamental en la civilización, en la industrialización y en todas las áreas de nuestra vida. Los primeros motores se inventaron en el siglo XIX, aunque los científicos e ingenieros comenzaron a contribuir a su desarrollo mucho antes del inicio de este período. Los primeros motores se movían mediante gas (1794) aunque no pasó mucho tiempo hasta que se popularizaron los combustibles líquidos. Hoy los motores de combustión interna siguen vivos y todavía tienen mucho que decir.

Si bien la humanidad conoció la combustión mucho antes, no fue hasta finales del siglo XIX cuando el mundo conoció el primer automóvil. En 1885 Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach mejoraron los diseños hasta la fecha presentes e inventaron el primer motor de combustión interna y carburador prácticos. A raíz de esa gran revelación el mundo adaptó su existencia a la del automóvil. Pudimos viajar más lejos, más rápido y con menos esfuerzo, generando toda una infinita lista de posibilidades que hasta entonces parecían imposibles. Más de un siglo después el coche sigue siendo parte fundamental de la sociedad.

El motor de combustión puede seguir evolucionando durante muchos años

Haciendo un pequeño resumen, hay dos tipos de motores de combustión interna: el motor de gasolina de encendido por chispa y el motor diésel de encendido por compresión, cuya diferencia es la forma en que se suministra y se enciende el combustible. Se calcula que en la actualidad, más de un siglo y medio después del primer motor de combustión, circulan por el mundo más de mil millones de motores de combustión interna (ICE). El mercado de motores de combustión interna está valorado en unos 200 mil millones de dólares, y lejos de reducirse esa cifra seguirá creciendo los próximos años hasta alcanzar los 300 mil millones en 2033.

A pesar de que el coche eléctrico gana protagonismo, la combustión seguirá siendo indispensable en los países en vía de desarrollo. Mercados emergentes como la India aumentarán el protagonismo y la importancia de la combustión. El coche eléctrico es el mayor desafío al que se enfrentan los motores de combustión interna. Las regulaciones de emisiones son cada vez más estrictas, principalmente en zonas desarrolladas como Europa. El Viejo Continente ha impuesto una norma por la cual a partir de 2035 quedará prohibida la venta de coches de combustión. Otras regiones como California, en Estados Unidos, han tomado la misma determinación.

Sin embargo, si bien los vehículos eléctricos son cada vez más comunes y representan aproximadamente el 18% de las ventas de coches nuevos a nivel mundial (frente al 2% registrado en 2018), siguen siendo un porcentaje muy pequeño del total de vehículos con motor de combustión en circulación. El porcentaje depende mucho de la región del mundo en la que nos encontremos. En Japón apenas supone el 1% de las ventas totales, mientras que en Noruega la cifra supera la barrera del 97%. En España la cuota de coches eléctricos sigue aumentando, aunque todavía no hemos superado la barrera del 7%.

Dado que la gasolina y el diésel son los combustibles predominantes en el sector automotor, la contaminación ambiental sigue siendo la principal preocupación en el caso de los motores de combustión. Las principales emisiones de estos motores son hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas en suspensión. Como ya hemos mencionado, los gobiernos locales, estatales y comunitarios están tomando medidas para paliar el efecto de la contaminación mediante la aplicación de normas estrictas. Preocupa el calentamiento global y los efectos negativos en la salud de miles de millones de personas.

Esto ha llevado a los ingenieros e investigadores del sector automovilístico a experimentar con diversas tecnologías de motores, así como con combustibles renovables y más ecológicos. Los motores de combustión interna producen mucha energía pero no toda esa energía generada se consume. En el mejor de los casos sólo el 30% es utilizable. La mayor parte se pierde en forma de calor a través del sistema de refrigeración o del escape. A pesar de ello, existe una forma de utilizar toda la energía perdida y los científicos están trabajando para encontrar soluciones que permitan hacer un uso productivo de ella.

Un estudio publicado este mismo año demuestra que el calor desprendido por el escape se puede convertir en electricidad. Energía que se puede usar para diferentes medios aumentando a su vez la eficiencia de los motores de combustión. El generador termoeléctrico (TEG) puede reducir el consumo de combustible y las emisiones de dióxido de carbono (CO2) mediante la recuperación de calor a través de semiconductores. Inventados hace más de doscientos años, los sistemas TEG se pueden utilizar en dispositivos electrónicos, médicos y aeroespaciales.

No tienen partes móviles ni subproductos químicos, lo que les permite funcionar de manera silenciosa y respetuosa con el medio ambiente. También son duraderos, no requieren mantenimiento innecesario y son adecuados para su integración en dispositivos flexibles y voluminosos. Si bien los diseños de muchos de los dispositivos termoeléctricos actuales son prometedores, son complejos y pesados ​​y, por lo tanto, necesitan más agua de refrigeración para mantener la diferencia de temperatura necesaria. Sin embargo, como se señaló en la investigación, la investigación sobre el diseño de sistemas TEG integrados está muy por detrás del desarrollo de materiales. Hay mucho recorrido por delante.

La recuperación del calor de escape de los motores de combustión ha suscitado un interés cada vez mayor para aumentar la eficiencia y reducir los consumos de combustible. Estas iniciativas ayudan a reducir la contaminación ambiental y el calentamiento global. Además de TEG, se utilizan ciclos de fondo, dispositivos de turbocomposición eléctrica (ETC), absorción de vapor, motor Stirling (SE) y generadores termoacústicos (TAG) para recolectar calor de los sistemas de escape de automóviles e industriales. Sin embargo, los generadores termoeléctricos han sido los más adoptados por ser una tecnología más confiable y compacta. También son livianos y no vibran, no tienen limitaciones de orientación y no generan emisiones.

Además de estos métodos de eficiencia de combustible, los motores de combustión también han experimentado otros avances para mejorar su rendimiento, eficiencia y sostenibilidad ambiental. Esto incluye la inyección directa de combustible, una tecnología que suministra combustible directamente a la cámara de combustión, lo que permite un control preciso de la mezcla de aire y combustible. Los turbocompresores, por su parte, comprimen el aire de admisión, lo que permite que los motores más pequeños generen una potencia comparable a la de sus homólogos de mayor tamaño. Si a eso le sumamos la ayuda de un motor eléctrico el resultado es bien claro. El motor de combustión todavía tiene mucho que decir tras más de un siglo cambiando nuestro estilo de vida.