¿Cuánto emite mi coche?

En los últimos tiempos, la necesidad de frenar el cambio climático y de mejorar la calidad del aire en las ciudades ha puesto sobre la mesa la importancia de la correcta cuantificación de las emisiones de los vehículos. En la mayor parte de los territorios del mundo, incluyendo la Unión Europea [1], la legislación exige a los fabricantes que sus vehículos no sobrepasen unos ciertos estándares de emisiones para poder ser introducidos en el mercado. A la vez, a nivel estatal, la Dirección General de Tráfico ha creado diferentes distintivos medioambientales, otorgados según el tipo de vehículo, su tecnología de propulsión y la normativa europea con la que hayan sido homologados [2]. Estos distintivos son la base para que los ayuntamientos de algunas ciudades establezcan medidas anticontaminación que incluyen restricciones en función de las emisiones de los vehículos [3], [4], algo particularmente relevante en el contexto de la nueva Ley 7/2021 de cambio climático y transición energética [5]. Todas estas medidas han hecho crecer el interés público acerca de las emisiones de los vehículos y, para que dispongan de un fundamento científico-técnico y puedan resultar eficaces en la práctica, es necesario un mismo punto de partida: la cuantificación de las emisiones de cada modelo.

Sin embargo, no existe un único procedimiento para llevar a cabo dicha cuantificación. A lo largo del tiempo, la legislación de los diferentes territorios del mundo ha ido recogiendo diferentes métodos según los cuales debía realizarse. De esta manera, para un mismo vehículo, se pueden obtener datos diferentes de emisiones, lo que lleva a preguntarse a qué se deben dichas discrepancias y cuál de estos datos es más realista. Desde la Cátedra Fundación Repsol en Transición Energética – Movilidad Sostenible en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM), se ha realizado un análisis con el fin de dar respuesta a las preguntas anteriores, a colación de los recientes cambios en las pruebas de homologación de vehículos en la Unión Europea.

La cuantificación de las emisiones de un vehículo no es una tarea trivial, ya que las concentraciones de cada contaminante en los gases de escape no son constantes a lo largo de todo el tiempo que el motor se encuentra encendido. Por el contrario, varían en función de un gran número de parámetros, como los requerimientos de par y velocidad que se exigen al vehículo y la marcha que se encuentre engranada [6], la temperatura ambiente [7], [8], [9], el modo de conducción (más suave o más agresivo) [10], [11] o si se acaba de producir un arranque en frío [12], [13], entre otros. Por este motivo, se han ido creando procedimientos estandarizados destinados a simular en un laboratorio el comportamiento que tendría el vehículo durante su uso real, de la manera más fidedigna posible y asegurando la repetibilidad y reproducibilidad del ensayo.

Estos ensayos en laboratorio consisten en situar el vehículo sobre un banco de rodillos que simula la resistencia al avance y medir las emisiones de los distintos contaminantes mientras se sigue un ciclo (un perfil de velocidades) determinado. Además de este ciclo, se debe fijar el procedimiento para la realización del ensayo (marchas que se deben usar en cada tramo, temperatura ambiente, método para la determinación previa de la resistencia al avance del vehículo que permita ajustar el banco de rodillos, instrumentos de medición que se deben utilizar, kilometraje del vehículo ensayado, acondicionamiento del vehículo antes de la prueba, etc.).

En la Unión Europea, el ciclo utilizado para la homologación de vehículos nuevos fue el NEDC (New European Driving Cycle) hasta 2017 [14], momento en el que se decidió sustituirlo por el WLTC (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Cycle) y su procedimiento asociado, el WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure) [15], al considerarse que el NEDC estaba obsoleto y no representaba fielmente el comportamiento real de los vehículos. Ahora bien, ¿qué ha cambiado de un procedimiento a otro? ¿Cómo se han visto afectados los valores de emisiones obtenidos?

Figura 1. Ciclos NEDC y WLTC

Para dar respuesta a la primera pregunta, en la Figura 1 se muestran los perfiles de velocidades que debe seguir el vehículo en ambos ciclos, y en la Tabla 1 se comparan algunos parámetros para ambos. Se aprecia que el WLTC tiene una mayor duración y es un ciclo más dinámico, con mayor porcentaje del tiempo acelerando y un mayor producto velocidad∙aceleración (parámetro que caracteriza la carga exigida). Además, se han producido importantes cambios en el procedimiento respecto al NEDC, que también son relevantes de cara al resultado obtenido [15].

Tabla 1. Comparación de distintos parámetros del NEDC y el WLTC

Observando las diferencias existentes entre ambos ciclos y procedimientos, parece lógico que los resultados de emisiones obtenidos mediante cada uno de ellos puedan no ser iguales. Para estudiar cómo se han visto afectados los valores de emisiones de CO2 (dióxido de carbono), se han utilizado los datos que publica la Agencia Europea del Medio Ambiente [16] en el contexto del Reglamento (UE) 2019/631 por el que se establecen normas de comportamiento en materia de emisiones de CO2 de los turismos nuevos y de los vehículos comerciales ligeros nuevos [17].

Dichos datos corresponden a los valores de homologación relativos a las emisiones de CO2, tanto en NEDC como en WLTP, para cada uno de los vehículos matriculados en la Unión Europea, Reino Unido, Islandia y Noruega en 2019. Estos valores de homologación no siempre se obtienen a partir de la medición directa de las emisiones de cada vehículo mediante ambos procedimientos (NEDC y WLTP), ya que, por una parte, esto habría supuesto una gran carga para fabricantes y autoridades de homologación, al obligar a duplicar cada test para todos los vehículos, y, por otra parte, uno de los objetivos para los que se recopilan los datos es el de obtener una correlación entre los valores de ambos ciclos que permita convertir de NEDC a WLTP los límites legales de emisiones de CO2 establecidos por la UE a partir de 2021, y, al realizar una doble medición en todos los casos, se correría el riesgo de que los fabricantes optimizasen los vehículos para disminuir las emisiones en NEDC y no en WLTP, aumentando así de manera artificial el coeficiente de correlación. Por ello, para obtener ambos valores se sigue un procedimiento complejo mediante el cual algunos vehículos son ensayados mediante ambos procedimientos y otros únicamente mediante WLTP, obteniéndose el valor de NEDC a través de una herramienta de simulación llamada CO2MPAS, la cual se va actualizando periódicamente con datos reales para garantizar que proporcione los resultados más precisos posibles. Además, se permite a los fabricantes declarar previamente unos valores que se convertirán en el valor de homologación si la diferencia entre el dato medido y el declarado no excede un cierto límite [18]. Por ello, los datos publicados no corresponden exactamente a mediciones mediante ambos procedimientos, pero, en ausencia de estos valores, constituyen una primera aproximación.

Figura 2. Emisiones de CO2 de los vehículos gasolina y diésel matriculados en la Unión Europea, Reino Unido, Islandia y Noruega en 2019, en NEDC y WLTP. La recta representada en rojo se obtiene mediante la regresión lineal de los puntos. La recta representada en azul sería la que se obtendría si las emisiones en ambos procedimientos fueran iguales.

Los resultados obtenidos a partir de estos datos se muestran en la Figura 2. Realizando una regresión lineal de los valores, se obtienen las rectas que figuran en color rojo. Se observa que, en el caso de los vehículos gasolina, la pendiente de la recta es prácticamente unitaria y la ordenada en el origen es de 21,39, es decir, el WLTP da un resultado que es, de media, 21,39 g/km mayor que el valor dado por el NEDC. Para los vehículos diésel, sin embargo, se tiene una pendiente algo mayor de la unidad y una ordenada en el origen de 13,63, lo que implica que el dato obtenido en WLTP es, al menos, 13,63 g/km mayor que en NEDC, aumentando dicha discrepancia cuanto mayor sea la cifra en NEDC. Globalmente, según estos datos, las emisiones de CO2 según WLTP son un 18,7% y un 23,7% superiores a las de NEDC para vehículos de gasolina y diésel, respectivamente. Estos resultados son coherentes con lo obtenido en estudios previos en los que se realizaron mediciones directas para un grupo reducido de vehículos [19], [20], [21].

En cuanto a los demás contaminantes, no se dispone de datos como los anteriores puesto que la legislación europea únicamente obliga a realizar dicha recopilación para los valores de CO2 [17]. No obstante, existen estudios realizados con un número reducido de vehículos [22], [23], [24] que indican que, con carácter general, para aquellos contaminantes cuyas emisiones se dan esencialmente al inicio del ciclo, durante el arranque en frío (CO en diésel e hidrocarburos en gasolina y diésel), en WLTP se obtienen menores valores que en NEDC, debido al menor peso de este arranque en el conjunto del ciclo (el descenso para ambos gases podría ser hasta de casi la mitad en algunos casos [23], [22]). Sin embargo, para aquellos contaminantes que se producen en los momentos de alta carga del motor a lo largo de todo el ciclo (NOx en gasolina y diésel y CO en gasolina), los valores obtenidos en WLTP son mayores (para los NOx podrían llegar a ser más del doble en algunos casos, y para el CO casi el doble [22]). Además, algunos sistemas de postratamiento podrían presentar un peor rendimiento en WLTP, al haber sido diseñados para funcionar correctamente en NEDC [24].

Como se ha avanzado anteriormente y como se puede extraer de la información anterior, los procedimientos de medición en laboratorio se diseñan tratando de reflejar lo mejor posible las condiciones que se dan en conducción real. No obstante, en 2011, el Joint Research Centre (JRC), centro de investigación de la Comisión Europea, publicó un informe en el que se señalaban las grandes discrepancias existentes entre las emisiones detectadas en laboratorio y las producidas en la conducción real, especialmente en lo relativo a los NOx generados en los motores diésel [25], lo que desencadenó la creación de un grupo de trabajo bajo la supervisión de la Comisión Europea con el objetivo de desarrollar una nueva prueba de conducción real [26]. De esta manera, surgió la prueba RDE (Real-Driving Emissions), consistente en conducir el vehículo por la vía pública a lo largo de un recorrido previamente definido, midiendo las emisiones que se van produciendo en cada momento mediante equipos portátiles embarcados en el propio vehículo, conocidos como PEMS (Portable Emissions Measurement Systems). El recorrido consta de tres tramos: urbano, rural y autovía, y, para garantizar que se cubra un determinado rango de condiciones de conducción, se exigen distintas especificaciones acerca del peso de cada tramo en el total del recorrido, la distancia mínima, el rango de velocidades en cada tramo, la carga del vehículo, la altitud en la zona donde se realice la prueba, la temperatura ambiente o el porcentaje de paradas. Además, para excluir los modos de conducción más suaves y agresivos, se establecen una serie de condiciones de frontera dinámicas en términos de velocidad∙aceleración [27], [28].

Esta prueba se introdujo en la legislación europea en 2016 [27], [28], realizándose posteriormente algunas modificaciones en 2017 [29] y 2018 [30], y ha supuesto un avance frente a los ciclos en laboratorio, ya que en ella el vehículo trabaja bajo un amplio rango de condiciones de conducción, que pretenden ser representativas del conjunto de conductores europeos. Este hecho obliga a los fabricantes a diseñar sistemas de control de emisiones que sean robustos bajo todas estas condiciones, para poder así cumplir con los estándares de emisiones que se exigen para el RDE [26]. Según los estudios realizados por la Comisión Europea, desde que se introdujo la prueba RDE hasta la actualidad se ha producido una disminución neta de las emisiones de NOx y partículas de los nuevos vehículos [31]. Sin embargo, el RDE también presenta algunos inconvenientes. La variabilidad de esta prueba es mayor que la de los ciclos en laboratorio, ya que no se tiene un perfil de velocidades definido, sino que, aun cumpliendo con las especificaciones establecidas, una infinidad de recorridos diferentes son posibles e, incluso al repetir un mismo recorrido, existen diferencias en el tráfico que introducen una variabilidad que se traslada a los resultados de emisiones [32], lo que merma la repetibilidad de la prueba [26]. Además, el RDE sigue excluyendo una parte significativa de las condiciones de conducción existentes en la vida real, como determinadas condiciones de temperatura, conducción dinámica y altitud que podrían derivar en unas emisiones desproporcionadas de NOx [26].

El análisis realizado a lo largo de este documento resulta ilustrativo de la complejidad de caracterizar las emisiones de un vehículo dado durante su operación. Incluso obviando las emisiones no producidas en el proceso de combustión, como las que se generan por la abrasión de los neumáticos, del pavimento y del freno [33], [34], [35] o por resuspensión de polvo de la calzada [36], cada vez más relevantes relativamente, y otros factores que resultan determinantes a la hora de estimar las emisiones en el mundo real (edad del vehículo, cuestiones de mantenimiento…), es extremadamente complicado facilitar un dato representativo.

Ante esta dificultad, es preciso incidir en la necesidad de definir marcos de referencia claros y de proporcionar información relevante para la población y para las administraciones. En este contexto, el ciclo WLTP supone una mejora respecto a su antecesor, el NEDC, ya que simula un comportamiento, a priori, más cercano al de las condiciones de operación que los vehículos tienen en conducción real [37]. Además, la prueba RDE supone un gran avance en esta misma dirección. Por otra parte, sería positivo evolucionar hacia una recopilación de información no solo acerca de las emisiones de CO2, sino también de otros contaminantes importantes para la calidad del aire, fundamentalmente PM2.5 y NO2, ya que cualquier normativa de clasificación ambiental de vehículos o planes y programas debería considerar tanto el cambio climático como la calidad del aire.

El autor, Rafael Borge García es Profesor Titular de la ETSI Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid y colaborador de la Cátedra Fundación Repsol.

Referencia bibliográfica:

[2] Reglamento (CE) nº 692/2008 de la Comisión de 18 de julio de 2008 por el que se aplica y modifica el Reglamento (CE) nº 715/2007 del Parlamento Europeo y del Consejo sobre la homologación de tipo de los vehículos de motor por lo que se refiere a las emisiones procedentes de turismos y vehículos comerciales ligeros (Euro 5 y Euro 6) y sobre el acceso a la información relativa a la reparación y el mantenimiento de los vehículos.
[2] Ministerio de la Presidencia, Relaciones con las Cortes e Igualdad, Orden PCI/810/2018, de 27 de julio, por la que se modifican los anexos II, XI y XVIII del Reglamento General de Vehículos, aprobado por Real Decreto 2822/1998, de 23 de diciembre.
[3] Ayuntamiento de Madrid, Ordenanza de Movilidad Sostenible, 2018.
[4] Ayuntamiento de Barcelona, Ordenanza relativa a la restricción de la circulación de determinados vehículos en la ciudad de Barcelona con el objetivo de preservar y mejorar la calidad del aire, 2019.
[5] Ley 7/2021, de 20 de mayo, de cambio climático y transición energética.
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[14] Directiva 98/69/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 13 de octubre de 1998 relativa a las medidas que deben adoptarse contra la contaminación atmosférica causada por las emisiones de los vehículos de motor y por la que se modifica la Directiva 70/220/CEE del Consejo.
[15] Reglamento (UE) 2017/1151 de la Comisión de 1 de junio de 2017 que complementa el Reglamento (CE) nº 715/2007 del Parlamento Europeo y del Consejo, sobre la homologación de tipo de los vehículos de motor por lo que se refiere a las emisiones procedentes de turismos y vehículos comerciales ligeros (Euro 5 y Euro 6) y sobre el acceso a la información relativa a la reparación y el mantenimiento de los vehículos, modifica la Directiva 2007/46/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y los Reglamentos (CE) nº 692/2008 y (UE) nº 1230/2012 de la Comisión y deroga el Reglamento (CE) nº 692/2008 de la Comisión.
[16] European Environment Agency, «Monitoring of CO2 emissions from passenger cars – Regulation (EU) 2019/631,» [En línea]. Available: https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/co2-cars-emission-19.
[17] Reglamento (UE) 2019/631 del Parlamento Europeo y del Consejo de 17 de abril de 2019 por el que se establecen normas de comportamiento en materia de emisiones de CO2 de los turismos nuevos y de los vehículos comerciales ligeros nuevos, y por el que se derogan los Reglamentos (CE) nº 443/2009 y (UE) nº 510/2011.
[18] Reglamento de Ejecución (UE) 2017/1153 de la Comisión de 2 de junio de 2017 por el que se establece una metodología a fin de determinar los parámetros de correlación necesarios para reflejar el cambio en el procedimiento de ensayo reglamentario y por el que se modifica el Reglamento (UE) nº 1014/2010.
[19] J. Pavlovic, B. Ciuffo, G. Fontaras, V. Valverde y A. Marotta, «How much difference in type-approval CO2 emissions from passenger cars in Europe can be expected from changing to the new test procedure (NEDC vs. WLTP)?,» Transportation Research Part A, vol. 111, pp. 136-147, 2018.
[20] G. Fontaras, B. Ciuffo, N. Zacharof, S. Tsiakmakis, A. Marotta, J. Pavlovic, K. Anagnostopoulos, «The difference between reported and real-world CO2 emissions: How much improvement can be expected by WLTP introduction?,» Transportation Research Procedia, vol. 25, pp. 3933-3943, 2017.
[21] D. Tsokolis, S. Tsiakmakis, A. Dimaratos, G. Fontaras, P. Pistikopoulos, B. Ciuffo, Z. Samaras, «Fuel consumption and CO2 emissions of passenger cars over the New Worldwide Harmonized Test Protocol,» Applied Energy, vol. 179, pp. 1152-1165, 2016.
[22] A. Marotta, J. Pavlovic, S. Serra, K. Anagnostopoulos, B. Ciuffo, G. Fontaras, S. Tsiakmakis y N. Zacharof, «A Comparison of Gaseous Emissions from Light-Duty Vehicles under the NEDC and the WLTP test procedures,» de Transportation Research Board 94th Annual Meeting, Washington DC, 2015.
[23] G. Koszałka, A. Szczotka y A. Suchecki, «Comparison of fuel consumption and exhaust emissions in WLTP and NEDC procedures,» Combustion Engines, vol. 179, nº 4, pp. 186-191, 2019.
[24] J. Ko, D. Jin, W. Jang, C.L. Myung, S. Kwon y S. Park, «Comparative investigation of NOx emission characteristics from a Euro 6-compliant diesel passenger car over the NEDC and WLTC at various ambient temperatures,» Applied Energy, vol. 187, pp. 652-662, 2017.
[25] M. Weiss, P. Bonnel, R. Hummel, U. Manfredi, R. Colombo, G. Lanappe, P. Le Lijour y M. Sculati, «Analyzing on-road emissions of light-duty vehicles with Portable Emission Measurement Systems (PEMS),» JRC Scientific and Technical Reports, 2011.
[26] International Council on Clean Transportation, «Real-driving Emissions test procedure for exhaust gas pollutant emissions of cars and light commercial vehicles in Europe,» 2017.
[27] Reglamento (UE) 2016/427 de la Comisión de 10 de marzo de 2016 por el que se modifica el Reglamento (CE) nº 692/2008 en lo que concierne a las emisiones procedentes de turismos y vehículos comerciales ligeros (Euro 6).
[28] Reglamento (UE) 2016/646 de la Comisión de 20 de abril de 2016 por el que se modifica el Reglamento (CE) nº 692/2008 en lo que concierne a las emisiones procedentes de turismos y vehículos comerciales ligeros (Euro 6).
[29] Reglamento (UE) 2017/1154 de la Comisión de 7 de junio de 2017 que modifica el Reglamento (UE) 2017/1151, que complementa el Reglamento (CE) nº 715/2007 del Parlamento Europeo y del Consejo, sobre la homologación de tipo de los vehículos de motor por lo que se refiere a las emisiones procedentes de turismos y vehículos comerciales ligeros (Euro 5 y Euro 6) y sobre el acceso a la información relativa a la reparación y el mantenimiento de los vehículos, modifica la Directiva 2007/46/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y los Reglamentos (CE) nº 692/2008 y (UE) nº 1230/2012 de la Comisión y deroga el Reglamento (CE) nº 692/2008 de la Comisión y la Directiva 2007/46/CE del Parlamento Europeo y del Consejo en lo que concierne a las emisiones en condiciones reales de conducción procedentes de turismos y vehículos comerciales ligeros (Euro 6).
[30] Reglamento (UE) 2018/1832 de la Comisión de 5 de noviembre de 2018 por el que se modifican la Directiva 2007/46/CE del Parlamento Europeo y del Congreso, el Reglamento (CE) nº 692/2008 de la Comisión y el Reglamento (UE) 2017/1151 de la Comisión a fin de mejorar los ensayos y los procedimientos de homologación de tipo en lo concerniente a las emisiones aplicables a turismos y vehículos comerciales ligeros, en particular los que se refieren a la conformidad en circulación y a las emisiones en condiciones reales de conducción, y por el que se introducen dispositivos para la monitorización del consumo de combustible y energía eléctrica.
[31] P. Dilara, European Commission, «The future of clean cars in Europe: EU Green Deal and EURO 7,» de 4th Sino-EU workshop on New Emissions Standards and Regulations for Motor Vehicles, 2021.
[32] J. M. Luján, C. Guardiola, B. Pla y V. Pandey, «Impact of driving dynamics in RDE test on NOx emissions dispersion,» Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of automobile Engineering, vol. 234, nº 6, pp. 1770-1778, 2020.
[33] J. Kukutschová, P. Moravec, V. Tomášek, V. Matějka, J. Smolík, J. Schwarz, J. Š. K. Seidlerová y P. Filip, «On airborne nano/micro-sized wear particles released from low-metallic automotive brakes,» Environ. Pollut., nº 159, p. 998–1006, 2011.
[34] B. Baensch-Baltruschat, B. Kocher, F. Stock y G. Reifferscheid, «Tyre and road wear particles (TRWP) – A review of generation, properties, emissions, human health risk, ecotoxicity, and fate in the environment,» Science of The Total Environment, vol. 733, 2020.
[35] S. Wagner, T. Hüffer, P. Klöckner, M. Wehrhahn, T. Hofmann, T. Reemtsma, «Tire wear particles in the aquatic environment – A review on generation, analysis, occurrence, fate and effects,» Water Research, vol. 139, pp. 83-100, 2018.
[36] F. Amato, M. Pandolfi, T. Moreno, M. Furger, J. Pey, A. Alastuey, N. Bukowiecki, A.S.H. Prevot, U. Baltensperger y X. Querol, «Sources and variability of inhalable road dust particles in three European cities,» Atmospheric Environment, vol. 45, nº 37, pp. 6777-6787, 2011.
[37] International Council on Clean Transportation, «On the way to “real-world” CO2 values: The European passenger car market in its first year after introducing the WLTP,» 2020.