Historia de las tecnologías de reducción de emisiones contaminantes en vehículos

En toda la historia de los vehículos no se ha tenido en consideración la peligrosidad que conlleva el computo de todas las emisiones contaminantes a la atmósfera que provoca el transporte de vehículos hasta no hace mucho. Todo empezó en Los Ángeles, a finales de los años 60 cuando se disparó la compra de vehículos para uso privado, generándose el problema del smog fotoquímico debido a la ingente cantidad de gases emitidos a la atmósfera. A razón de ello se indagaría en la investigación de nuevas tecnologías para la reducción de las emisiones atmosféricas producidas por el tráfico de vehículos.

A continuación vamos a enumerar las fases por las que han pasado los vehículos para minimizar las emisiones reduciendo el consumo de combustible y usando novedosas tecnologías.

De carburación a inyección electrónica

A mediados de los años 80, el parque automovilístico estaba compuesto en su mayoría por vehículos de gasolina, debido a la simplicidad tecnológica de estos. Hasta esa fecha el sistema de alimentación combustible que usaban se basaba en la inyección mecánica o más conocida como carburación. Los carburadores tenían la función de mezclar la gasolina con el aire para introducirla posteriormente en la cámara de combustión. La compuerta que abre el carburador se llama guillotina (apertura vertical) o mariposa (apertura circular). Esta compuerta cumplía su cometido pero no aprovechaba realmente la gasolina, introduciendo más combustible del necesario en el cilindro. Por poner un ejemplo, un vehículo de 800 kg y 50 cv consumía 10 litros de gasolina cada 100 kilómetros.

A finales de los años 80 se empezó a utilizar componentes electrónicos en los vehículos con el fin de conseguir un mayor control sobre el combustible. Los coches de gasolina se fabricaban con la admisión de combustible de inyección electrónica, que junto a una especie de ordenador básico (centralita), calculaba los parámetros necesarios para administrar la cantidad justa y necesaria a la cámara de combustión a través de unos inyectores.

Sobre esas fechas empezaba la moda diesel, un combustible que solo se usaba en vehículos pesados, y que debido a su bajo precio (la mitad que la gasolina) y mínimo consumo, suponía un gran atractivo para los compradores de coches nuevos.

Normativa Euro 1: implantación del catalizador

En el año 1992 se impone a todos los fabricantes de vehículos europeos, someterse a la normativa Euro 1 que obligaba a reducir las emisiones tanto a vehículos diesel como gasolina. Para ello se implementó un componente (un catalizador) en el tramo intermedio del tubo de escape, cuya función era reducir y transformar los gases de combustión del coche. El mecanismo utilizado es reacciones REDOX (reducción-oxidación) donde en una primera parte, los dióxidos de nitrógeno se convierten en nitrógeno molecular (reducción), y en la segunda parte los hidrocarburos no quemados y el monóxido de carbono, se convierten en dióxido de carbono y agua (oxidación). El catalizador esta formado por cerámicas y metales preciosos que favorecen junto a las altas temperaturas que alcanza el catalizador (300ºC), las reacciones REDOX.

Medidas sobre los combustibles

Esta medida tenía muy buena pinta pero no era suficiente para la eliminación de todos los compuestos que se emitían a la atmósfera. Había que abordar más aspectos aparte de la mecánica del vehículo. Era el momento de modificar los combustibles. La gasolina como componente volátil tenía mucha facilidad de detonación en la cámara de combustión, provocando muchas vibraciones y fallos en el motor. Para controlar estas detonaciones se empleó plomo en las gasolinas, que aparte de su función antidetonante, mejoraba el índice de octano (poder calorífico de la gasolina). El plomo utilizado no se quemaba, saliendo por el tubo de escape en tamaños de partícula diminutos, y como metal pesado que es, al respirarlo quedaba retenido en los pulmones sin posibilidad de degradarlo.

A principios de los 90 se elimina el plomo de las gasolinas y se sustituye por metil-terc-butil-éter (MTBE). Este compuesto cumplirá las mismas funciones que el plomo y supuestamente, no sería dañino para la salud de las personas. Años más tarde se comprobó que el MTBE era polar al agua (tenía gran afinidad), lo que implicaba que podía introducirse en los organismos a través del agua, quedándose retenido en el tejido adiposo siendo igual peligroso o más que el plomo.

A principios del año 2000, se solucionó ese problema utilizando etil-terc-butil-éter (ETBE), que según estudios no produce ningún efecto adverso sobre la salud y se podía obtener a través de bioetanol producido en industrias azucareras. Se sigue utilizando a día de hoy este compuesto.

En los combustibles diesel, se centran hasta el día de hoy en aumentar el índice de cetano (igual que el índice de octano en gasolinas) para utilizar menos combustible y en retirar las altas cantidades azufre que contiene, que tras la combustión generan óxidos de azufre que provocan la lluvia ácida. El proceso para retirar este azufre se llama desulfuración del gasóleo, donde se retira el 60% aproximadamente del azufre contenido en el diesel.

Mejoras mecánicas para cumplir las normativas Euro II, Euro III, Euro IV

Volviendo al concepto del vehículo, entre los años 1992 y 2005, se imponen sucesivas normativas Euro que son más restrictivas a medida que pasan los años. Se centran básicamente en modificar o mejorar el catalizador de la normativa Euro 1, aunque otros fabricantes optan por disminuir el tamaño de los motores de los vehículos para que consuman menos combustible. Para ello usan sistemas de sobrealimentación (turbos, compresores) para obtener los mismos rendimientos en menores cilindradas, conllevando a menores consumos y menores emisiones. Otra forma de mejorar la mecánica es añadir más marchas a las cajas de transmisión, con el fin de circular a menores regímenes de motor, consumiendo menos combustible. Al circular a menores revoluciones se genera menos monóxido de carbono (por la mayor calidad de la mezcla al darle tiempo a reaccionar mejor al combustible con el comburente), menos hidrocarburos sin quemar (se aprovecha mejor el combustible) y menos óxidos de nitrógeno (se alcanza menores temperaturas en el motor). 

Normativa Euro V: Filtro antipartículas

En el año 2009 se implementa la normativa Euro V, en la que aborda sobre todo para los vehículos diesel la eliminación de la materia particulada que producen. Esta materia particulada es originaria de las impurezas del diesel y tiene diferentes tamaños, siendo los más peligrosos los de menor tamaño pues tienen mayor poder de penetración en los organismos vivos. Para eliminar estas partículas se obliga a todos los fabricantes a implementar un filtro antipartículas (FAP ó DPF), que consiste en una trampa para las partículas sólidas en suspensión, quedando retenidas en una especie de panal de cerámica con poros muy finos. Cuando este filtro se satura se regenera automáticamente mandando una orden a la centralita para que aumente la temperatura de los gases de combustión para eliminar estas partículas. Es necesario un periodo de 10-20 minutos donde el motor no ha de pararse y el consumo de diesel aumenta entorno un 20%. Existen dos tipos, los que tienen aditivo y los que no lo tienen. Los que tienen aditivo son más eficaces pero dependen de un líquido que se va consumiendo en función de los kilómetros que se realice. Tiene una duración de entorno a 120,000km y un coste de 120€ el litro (se usan 3 litros).

Normativa Euro VI: AdBlue

Mientras que en los gasolina se centran en disminuir el tamaño de los motores, reducción de peso y uso de turbocompresores, la normativa Euro VI sale en el año 2014 con el objetivo de reducir de forma drástica las emisiones de los vehículos diesel. Para ello se recurre a un compuesto líquido llamado AdBlue que se va administrando en pequeñas dosis en los gases de combustión generando una reacción química a alta temperatura que produce amoniaco que descompone las moléculas de óxidos de nitrógeno en nitrógeno molecular y agua, que no son nocivos para el medio ambiente. No hay que confundir el AdBlue, con el líquido usado en los filtros antipartículas con aditivos.

Esta tecnología deberán llevarla todos aquellos vehículos que no superen los límites estipulados por la normativa. Es necesario conocer que está orientado a vehículos diesel de gran cilindrada que tienen mayores consumos y emisiones, aunque hay ejemplos como berlinas de Mazda que cumplen los límites aún siendo un vehículo de gran tamaño gracias a mejoras del motor y reducciones de peso de la carrocería.

El depósito de AdBlue dura entorno a 10,000 km, en el que puede ser rellenado por el mismo usuario. Rellenar el depósito tiene un coste de 30€ aproximadamente, precio ridículo en comparación con el gasoil que se va a gastar en esos kilómetros. Como curiosidad hay que comentar que cuando se acabe el depósito de AdBlue, el vehículo se parará automáticamente a pesar de tener diesel debido a que tiene una función en la que no podrá circular por no cumplir la homologación por la que ha sido fabricado.

Combustibles
http://www.minetur.gob.es/energia/petroleo/Carburantes/Paginas/informacion.aspx
http://www.epa.gov/mtbe/gas.htm
http://www.epa.gov/oust/oxygenat/oxyetbe.htm
http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=62040304

Catalizadores
http://gomollon.com/electrones/?p=616

FAP normativa Euro 5
http://www.motorpasion.com/compactos/el-ocaso-del-diesel-el-filtro-de-particulas

Adblue Normativa Euro 6
http://www.diariomotor.com/2014/09/15/adblue/
http://www.actualidadmotor.com/2014/02/02/normativa-euro-6/

Fotografía: Climate Change by Laymik from the Noun Project