United Nations Environment Programme

 

Datos sobre las tecnologías de control de emisiones

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En las secciones restantes se proporciona información básica sobre tecnologías de control de emisiones para vehículos diésel. La mayoría de estas tecnologías pueden retroadaptarse satisfactoriamente en vehículos más antiguos.

Catalizadores de oxidación para vehículos diésel (DOC)
Los DOC oxidan los hidrocarburos (HC), el monóxido de carbono (CO) y la fracción orgánica soluble de la materia particulada (PM). Un DOC también puede funcionar a niveles de azufre superiores a 500 ppm, pero existe el riesgo de que el azufre contenido en el combustible también se oxide y forme un sulfato con lo cual en realidad aumentarán las emisiones totales de materia particulada. Cuanto más bajo sea el nivel de azufre en el combustible, más eficiente será el funcionamiento del DOC. Se estima que las reducciones de emisiones debido a la utilización del DOC se sitúan entre alrededor de un 20% y un 50% en el caso de materia particulada y entre un 60% y un 90% en el caso de los hidrocarburos y del monóxido de carbono. Más abajo figura una animación sobre la manera en que funciona un DOC.

Los DOC son la tecnología de control de emisiones diésel más común disponible para retroadaptación, habiéndose instalado más de 20,000 de ellos en autobuses y camiones que recorren grandes distancias en los Estados Unidos y en la Unión Europea


Diesel oxidation catalysts



Los DOC reemplazan al silenciador (son del mismo tamaño y peso) y su instalación dura unas dos horas. Esa instalación es directa, ya que no se requieren otros cambios aparte del reemplazo del silenciador. El costo de la retroadaptación de un DOC varía entre 600 dólares y 2.000 dólares para camiones pesados.


Filtro de partículas diésel (DPFs)
Los DPF funcionan capturando materia particulada en un filtro y oxidando (es decir, quemando) esas partículas. Existen dos tipos de DPF, que varían según la forma en que se oxidan la materia particulada. En un filtro pasivo, se utiliza un catalizador que reduce la temperatura necesaria para que los gases de escape oxiden la materia particulada. En un sistema activo, la materia particulada se oxida debido al calor tan pronto como el filtro se llena. El calor se suministra de fuentes externas, como un calentador eléctrico. Actualmente, un modelo común consiste en combinar un DOC y un DPF en un paquete único. Los DPF (especialmente los sistemas pasivos) requieren por lo general niveles de azufre muy bajos (<15 ppm) a fin de prevenir la contaminación por el azufre. No obstante, se están elaborando algunos DPF más nuevos con sistemas de regeneración activa que pueden tolerar niveles de azufre de hasta 500 ppm. Un DPF con un catalizador de oxidación (sistema pasivo) puede reducir los hidrocarburos, el monóxido de carbono y la materia particulada en un 90%. En el caso de los DPF, por lo general se requiere de antemano una medición de la temperatura de los gases de escape a fin de determinar si se puede adoptar un filtro activo o un filtro pasivo. Más abajo se presenta una animación sobre la forma en que funciona un filtro de partículas.


Diesel particulate filter



Los DPF son sistemas más complejos que los DOC, pero pueden retroadaptarse en vehículos más antiguos equipados con un sistema de inyección electrónico (por lo general camiones fabricados después de 1994). En Suecia se han retroadaptado más de 7,000 DPF pasivos desde 1996. En los Estados Unidos se han retroadaptado DPF desde comienzos del decenio de 1990. Por ejemplo, New York City Transit ha retroadaptado DPF en más de 2,000 autobuses. La retroadaptación requiere la medición de las temperaturas de los gases de escape para la adopción del DPF adecuado. La retroadaptación de un DPF lleva entre 5 y 6 horas y es por consiguiente más costosa. El costo de equipar camiones pesados con DPF se estima entre 3,500 dólares y 9,000 dólares, dependiendo del tamaño del camión, del sistema de regeneración, y de que el DPF se instale en un camión nuevo o se retroadapte en otro más antiguo. En el caso de los camiones medianos y ligeros, los precios ascienden a 1,000 dólares y más. Si bien la instalación o la retroadaptación de un DPF puede parecer costosa, debería compararse con el costo de un camión nuevo. Asimismo, con los adelantos de la tecnología y reglamentaciones más estrictas, se prevé que los precios disminuyan.



Diesel Particulate Filter. Photo: MECA


En los Estados Unidos los DPF serán obligatorios para 2007 a fin de cumplir las nuevas reglamentaciones, y es probable que suceda lo mismo en la Unión Europea con las restricciones Euro V que pronto entrarán en vigor. La adopción de un enfoque proactivo con respecto a esta cuestión -tal como la inversión en estas tecnologías y/o en vehículos con tecnologías que sobrepasen las reglamentaciones actuales- es un logro estratégico, dado que muchas ciudades han introducido restricciones para los camiones que ingresan en zonas urbanas densamente pobladas.

Filtros de flujo interior (FTFs)

Los FTF son una tecnología relativamente nueva para reducir las emisiones de materia particulada diésel. A diferencia de un DPF -en el que sólo gases pueden pasar a través de los componentes del filtro- el FTF no “atrapa” y acumula físicamente la materia particulada. En cambio, los gases de escape fluyen a través de un medio (como una tela metálica) que tiene una alta densidad de canales de flujo interrumpidos, lo que da lugar a condiciones de flujo turbulentas.

La eficiencia de filtración de un FTF es menor que la de un DPF, pero es mucho menos probable que el FTF se obstruya en condiciones desfavorables (por ejemplo, altas emisiones de materia particulada, temperaturas de escape bajas y situaciones de emergencia). Por consiguiente, el FTF es candidato a ser utilizado en aplicaciones que son inadecuadas para los DPF. El costo de retroadaptar un FTF se estima entre los 3,500 y los 5,000 dólares.

NOx y diésel
Debido a que los motores diésel tienen una proporción de combustible y de aire diferente de los motores a gasolina, los convertidores catalíticos de tres vías no funcionan en los motores diésel. Los motores diésel funcionan con un exceso de aire (combustión pobre), que dificulta más la reducción de NOx. En cambio, se han desarrollado técnicas más nuevas y catalizadores para motores diésel con el objetivo de reducir los NOx, tales como la recirculación de gases de escape (EGR), la reducción catalítica selectiva (SCR), el diésel emulsionado, los catalizadores “lean NOx”, y los adsorbedores de NOx.

Recirculación de gases de escape (EGR)
La EGR se utiliza principalmente para reducir las emisiones de NOx. Debido a que la formación de NOx depende mucho de la temperatura, la EGR funciona recirculando entre un 5% y un 10% de los gases de escape que vuelven a la entrada de aire del motor a fin de bajar la temperatura de combustión (varios cientos de grados) y reducir de tal forma esas emisiones. Los sistemas de EGR pueden ser ya sea de alta presión o de baja presión. Los sistemas de baja presión puede retroadaptarse dado que no requieren modificaciones del motor. Los filtros de partículas diésel son parte integrante de todo sistema de baja presión, y aseguran que la materia particulada no vuelva a circular en el motor. La EGR puede reducir los NOx en alrededor de un 40 a un 50%.

La EGR se ha instalado en muchos camiones nuevos a fin de reducir las emisiones de NOx. Los costos suplementarios de instalación no se han divulgado y el sistema está bien integrado en el diseño general del motor, todo lo cual hace que los costos sean difíciles de estimar. El costo de retroadaptar una EGR de baja presión en un camión antiguo se estima entre 13,000 y 20,000 dólares. Esto se ha realizado en muy pocos casos.

Reducción catalítica selectiva (SCR)
La SCR funciona de manera muy similar a los catalizadores de oxidación diésel (DOC) pero utiliza un agente exterior para catalizar y reducir los NOx a nitrógeno y agua inocuos. La reducción catalítica selectiva utiliza amoníaco (en forma de urea) que se suministra en dosis pequeñas. Esto requiere un sistema de vigilancia cuidadosa, dado que la cantidad de urea debe ajustarse con precisión a la cantidad de NOx. Si esto no se vigila adecuadamente, se emitirá el exceso de amoníaco, que es una toxina. La urea se suministra desde un tanque en el propio vehículo que debe rellenarse. La reducción catalítica selectiva reduce las emisiones de NOx entre un 75% y un 90%.

Por lo general, el costo de retroadaptación de un sistema de SCR es de 13,000 dólares. Si el sistema de SCR se combina con un DPF, la gama de precios se sitúa entre 16,000 dólares y 20,000 dólares por vehículo pesado.

Catalizadores “lean NOx
Los catalizadores “lean NOx” funcionan de modo muy similar a la SCR, es decir, utilizando un agente externo para convertir los NOx en nitrógeno y agua. Los catalizadores “lean NOx” utilizan una inyección extra de combustible diésel que se introduce en el catalizador. Las ventajas son que el diésel ya está a mano en el vehículo; no obstante, esto reduce el ahorro de combustible y requiere sistemas de vigilancia avanzados. Los catalizadores “lean NOx” reducen los NOx en aproximadamente un 30%, y hasta en un 50% en condiciones adecuadas.

Adsorbedor de NOx
Un adsorbedor de NOx almacena los NOx en condiciones de combustión pobre y cuando se alcanza la capacidad de almacenamiento, los NOx se convierten catalíticamente en nitrógeno y agua. Los adsorbedores de NOx han resultado eficaces en combinación con los DPF. Los adsorbedores de NOx se empobrecen fácilmente con el azufre y por consiguiente requieren un diésel ultrabajo en azufre (<10 ppm). Los adsorbedores de NOx NO pueden retroadaptarse. Los adsorbedores de NOx reducen considerablemente los NOx (en más del 90%), pero son muy sensibles al empobrecimiento del azufre. Esta tecnología aún se está desarrollando.

La reducción catalítica selectiva, los catalizadores “lean NOx” y los adsorbedores de NOx aún están por utilizarse en aplicaciones en gran escala. No obstante, debido a las reglamentaciones cada vez más estrictas en materia de emisiones, su introducción en el mercado comercial está prevista para los próximos dos a cinco años. También debido a que la aplicación es nueva y aún se está desarrollando, los costos son difíciles de calcular. Sin embargo, según estimaciones preliminares, el costo se sitúa en aproximadamente 6,000 a 10,000 dólares por camión. Se prevé que estos costos se reduzcan rápidamente a medida que las tecnologías vayan adquiriendo carácter obligatorio.

Puede encontrarse más información e indicaciones de precio relativas a diversas opciones de retroadaptación en el informe de la Unión Europea sobre medidas técnicas de apoyo para reducir las emisiones de vehículos pesados existentes (disponible en www.airqualitypolicy.co.uk/content/view/19/49/ ).

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