Inteligencia Artificial para evaluar el impacto ambiental de buses en el transporte público en Santiago de Chile

Chile, Colombia, Perú, México
Ciudades verdes
31.08.2021
En América Latina existe una alta tasa de motorización. Según el Banco de Desarrollo de América Latina | CAF, alrededor de 1/3 de las emisiones de dióxido de carbono son emitidas por el transporte y se estima que las emisiones mundiales derivadas del transporte aumentarán en un 140% en 2050.

En los últimos 10 años, la mayoría de los países ha incrementado sus tasas con un crecimiento anual promedio equivalente a 4.7%. Si esto no se controla, supone un importante factor de generación de contaminantes y de degradación ambiental para el planeta, ya que la gran mayoría de vehículos funcionan con energías fósiles.

Por esta razón, es importante hacer una transición hacia un transporte sostenible (transporte no motorizado y transporte público como principales actores) y su articulación con la planificación urbana por medio de políticas públicas que fomenten las tecnologías de bajas en emisiones de carbono que contribuyan a un mundo más respetuoso con el medio ambiente.

CALAC+: un proyecto de aire limpio para América Latina

Chile ha establecido metas de recambio de transporte público esperando contar en el 2040 con el 100% de buses eléctricos. Uno de los puntos relevantes por resolver en esta transición hacia flotas de buses eléctricos es medir el efecto en la disminución de emisiones, conocer si contribuyen o no a mitigar el cambio climático y cuantificar esta reducción y los beneficios económicos para la sociedad; además de definir cómo se gestiona la energía de una flota eléctrica de transporte público en el país.  

Para dar respuestas a estas interrogantes, el Programa Clima y Aire Limpio para Ciudades de América Latina (CALAC+) ha realizado el estudio: Análisis de ciclo de vida de buses eléctricos del sistema de transporte público de Santiago**, RED para el Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Ministerio de Energía y Ministerio del Medio Ambiente de Chile. Esta investigación aporta datos significativos que abonan en la toma de decisiones en políticas públicas de promoción de la electromovilidad.

El estudio usó: 1) metodologías modernas de adquisición de datos de los buses en operación a través de sensores remotos en los motores, transferencia de información a través de GPRS y data loggers para el registro de data en tiempo real y envío de información en tiempo real a través de la tecnología GPRS, 2) para la gestión adecuada de la gran cantidad de datos generados; además, de 3) la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial para realizar predicciones acerca del consumo de energía. 

De esta manera es posible cuantificar el impacto medioambiental que provocaría una flota de buses y evaluar los costos y beneficios obtenidos a lo largo de su ciclo de vida (de la cuna a la tumba).

¿Por qué Inteligencia Artificial?

Carga de bus eléctrico, Santiago de Chile. 

Para trabajar y procesar gran cantidad de datos operacionales de las flotas eléctricas y poder predecir consumos a lo largo de su vida útil, se utilizó el “aprendizaje profundo”. Esta es una rama de la inteligencia artificial que busca imitar mediante algoritmos la forma de aprender de los humanos como sinónimo de redes neuronales.

Los algoritmos usados por la Inteligencia Artificial entienden, entrenan y predicen el comportamiento de una variable en función a una serie de datos y criterios predefinidos ya que se basa en un concepto de redes neuronales (como las conexiones neurológicas humanas).

Para predecir el consumo de energía de los buses eléctricos a lo largo de su vida, se definieron criterios o variables tales como marcas, pesos, distancias, velocidad, entre otros; luego se pre-procesaron los datos para analizar las relaciones entre las variables y poder así definir el algoritmo más adecuado. A partir de algoritmos simples se empiezan a crear redes que van a configurar un modelo similar a las conexiones neuronales. Las señales (datos) transmitidos a través de una red, activan respuestas relacionadas con el propósito esperado (consumo energético). Al agrupar en redes cientos de estas neuronas es posible modelar un comportamiento como, por ejemplo, el estado de carga de la batería en un vehículo eléctrico.

Para el caso del estudio se concluyó que el algoritmo era exitoso con la posibilidad de predecir el estado de carga (y con ello consumo) de los buses eléctricos en Santiago de Chile con una precisión del 99%.

Flota de buses eléctricos en Santiago de Chile. 

Buses eléctricos: menos contaminación

Con los resultados sobre comportamiento de flotas eléctricas, se pudo completar la información para realizar un análisis comparativo entre flotas de buses con tecnología Euro VI diésel y eléctricos. Los impactos en el medioambiente para buses eléctricos dependen en gran parte del tipo de fuente de energía (si la energía eléctrica se genera de fuentes renovables o no renovables en términos de calentamiento global).

Si se considera que la fuente de suministro eléctrico es 100% renovable (exigencia en los contratos de licitación de buses eléctricos que circulan por Santiago), en la fase de uso, las emisiones disminuyen a menos de una cuarta parte de las emisiones de la tecnología diésel, resultando en menores emisiones contaminantes a lo largo de todo su ciclo de vida.  

Desde el punto de vista económico, a pesar de que adquirir buses eléctricos es más caro; estos presentan menores costos de operación y mantenimiento, por lo que, en comparación con las flotas diésel, termina siendo una inversión ventajosa.

Mayor eficiencia y beneficios ambientales

El resultado de este estudio demuestra que las flotas de buses eléctricos son energéticamente más eficientes y valida los beneficios ambientales que generan los buses eléctricos que circulan en Santiago. Sin embargo, pone en evidencia la necesidad de la descarbonización de las fuentes de generación de energía eléctrica para incrementar los beneficios de la electromovilidad a la mitigación del cambio climático.

Este estudio realizado en coordinación con el Ministerio de Energía de Chile, la Universidad de Chile y el Ministerio del Medio Ambiente de Chile son referente para otras ciudades de la región y particularmente de gran interés para ser replicado en Bogotá, Lima y Ciudad de México.

Calac+ ha desarrollado diversos estudios, investigaciones, herramientas, seminarios y visitas técnicas con la visión de tener ciudades más sanas que reduzcan sus emisiones de contaminantes climáticos de vida corta (como el carbono negro), los gases atmosféricos y gases de efecto invernadero (GEI). Todo ello, mediante el fomento del cambio hacia autobuses urbanos y maquinaria fuera de ruta libres de hollín y bajos en emisiones de carbono.

Calac+ es pionero en la región en la utilización de inteligencia artificial para predecir comportamientos que nos permitan modelar consumo de energía y generación de contaminantes. 

 **El estudio fue realizado para Calac+ por Juan Pablo Romero, Ingeniero Civil Mecánico y Data Scientist de la Universidad de Chile y Paulina Ramírez Del Barrio, Ingeniera Civil Eléctrico e Investigadora en Electromovilidad del Centro de Energía de la Universidad de Chile.

Calac+ es financiado por la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación COSUDE e implementado por Swisscontact en Chile, Colombia, México y Perú.