Investigación de la influencia del hidrógeno en un motor de ignición por compresión alimentado con mezclas de pirólisis usando métodos experimentales y RSM

Convertir residuos y un gas sencillo en energía más limpia

Los motores diésel modernos son la columna vertebral del transporte y la industria, pero sus gases de escape siguen siendo una fuente persistente de contaminación del aire y de gases que calientan el clima. Este estudio explora una idea ingeniosa: hacer funcionar un motor diésel estándar con una mezcla de diésel convencional, aceite obtenido por pirólisis de plásticos residuales y gas hidrógeno. Mediante ensayos cuidadosos de estas combinaciones, los investigadores muestran cómo podríamos extraer más potencia útil de cada gota de combustible al mismo tiempo que reducimos las emisiones nocivas.

¿Por qué mezclar hidrógeno con diésel y aceite plástico?

El hidrógeno arde muy rápido y de forma limpia: no contiene carbono, por lo que no produce directamente dióxido de carbono ni hollín. El aceite de pirólisis, en contraste, es un combustible líquido obtenido al calentar plásticos residuales hasta que se descomponen en moléculas más pequeñas. Convertir basura en combustible podría reducir tanto los vertederos como la demanda de crudo, pero este aceite por sí solo puede ser denso, oloroso y agresivo para los motores. Los autores combinan pequeñas cantidades de aceite derivado de plástico con diésel estándar y añaden un flujo constante de hidrógeno. Su objetivo es usar la fiabilidad del diésel como combustible piloto para encender la mezcla, la rápida combustión del hidrógeno para mejorar la limpieza del proceso, y el aceite procedente de plásticos como sustituto parcial y económico del diésel fósil.

Cómo se realizaron las pruebas del motor

El equipo empleó un motor diésel de un solo cilindro similar a los usados en generadores y maquinaria ligera. Lo hicieron funcionar a velocidad constante mientras variaban la carga, desde sin carga hasta potencia máxima. Se compararon cuatro casos de combustible: diésel puro; una mezcla 50–50 en energía de diésel e hidrógeno; diésel con un 10% de aceite de pirólisis de plástico; y esa misma mezcla con 10% de aceite plástico más un flujo fijo de hidrógeno. Sensores de presión sensibles y sistemas de adquisición registraron cómo aumentaba la presión dentro del cilindro y cómo se liberaba el calor durante la combustión. Al mismo tiempo, analizadores de escape midieron contaminantes clave como monóxido de carbono, hidrocarburos no quemados, dióxido de carbono y óxidos de nitrógeno.

Más potencia con menos combustible

Destacaron dos configuraciones de combustible. Cuando el 10% del diésel se sustituyó por aceite de pirólisis, el motor alcanzó una eficiencia térmica del freno de aproximadamente 34%, alrededor de un quinto mejor que con diésel puro. En términos sencillos, más energía química del combustible se convirtió en potencia útil en el eje en lugar de perderse como calor. El consumo de combustible a plena carga disminuyó de aproximadamente 0,35 a 0,22 kilogramos por kilovatio‑hora. Añadir hidrógeno a esta mezcla con aceite plástico redujo ligeramente la eficiencia pero aumentó la presión máxima dentro del cilindro y mantuvo la liberación de calor muy pronunciada y controlada. Esto indica una combustión más rápida y completa, impulsada por la ignición rápida del hidrógeno y su fácil mezcla con el aire.

Limpiando los gases de escape

Las lecturas de contaminación mostraron ventajas claras para los combustibles mezclados. La mezcla de diésel, 10% de aceite plástico e hidrógeno produjo los niveles más bajos de monóxido de carbono, hidrocarburos no quemados y dióxido de carbono entre todos los casos probados. En comparación con el diésel puro, el monóxido de carbono disminuyó en alrededor de un tercio, y las emisiones de hidrocarburos cayeron más de un diez por ciento, señal de que menos combustible salía sin quemar. El dióxido de carbono también fue menor, en parte porque se quemó menos carbono fósil por unidad de potencia. Los óxidos de nitrógeno, un contaminante importante en la formación de smog, se comportaron de manera diferente: los valores más bajos provinieron del caso 50–50 diésel–hidrógeno, que redujo estas emisiones en aproximadamente un 14% en comparación con el diésel puro. El modelado estadístico confirmó que las tendencias medidas eran consistentes y que los ajustes matemáticos seguían de cerca los datos experimentales.

Qué significa esto para los motores de uso cotidiano

Para un público no especializado, la conclusión es directa: añadir con cuidado hidrógeno y una cantidad moderada de aceite derivado de plástico al diésel puede hacer que un motor convencional sea tanto más eficiente como más limpio. El hidrógeno acelera y ordena la combustión, de modo que el motor extrae más trabajo de cada unidad de combustible, mientras que el aceite de origen plástico sustituye parte del diésel fósil por material reciclado. Al mismo tiempo, varios contaminantes clave del escape disminuyen, y los óxidos de nitrógeno pueden controlarse con la proporción de hidrógeno adecuada. Aunque el uso en el mundo real requeriría soluciones para el almacenamiento del hidrógeno, la seguridad y la durabilidad a largo plazo del motor, este estudio muestra que mezclar un gas sencillo y un líquido derivado de residuos en los motores actuales podría ser un paso práctico hacia una energía más verde y circular.

Cita: Kumar, K.S., Surakasi, R., Kareemullah, M. et al. Investigation of hydrogen influence on compression ignition engine fuelled with pyrolysis blends using experimental and RSM methods. Sci Rep 16, 10304 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39172-5

Palabras clave: motores bifuel con hidrógeno, aceite de pirólisis de plásticos residuales, emisiones de motores diésel, combustibles alternativos, transporte verde