Motores diésel generarían menos emisiones de hollín
El óxido de manganeso, utilizado hace 17.000 años por los hombres de la Edad de Piedra como pigmento para sus pinturas en las cuevas, podría contrarrestar en Colombia los efectos de la contaminación producida por los vehículos que utilizan estos motores.
El manganeso, que se encuentra libre en la naturaleza y parece un polvo negro, le sirvió como materia prima a científicos del Grupo de Investigación en Procesos Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) Sede Manizales, en la búsqueda de nuevos materiales que optimicen el proceso de combustión del hollín (partículas PM2.5 de carbón que producen los motores diésel).
Estos motores –implementados en el país desde 1983– utilizan un sistema de cuatro tiempos: admisión, compresión, combustión y escape. El aire ingresa a la cámara de combustión, se comprime y se inyecta el carburante para generar la incineración que producirá la fuerza para el movimiento del carro. Al final del proceso los gases se liberan por el exosto, donde se forma el hollín.
Junto con los óxidos de nitrógeno (mezcla de gases compuestos de nitrógeno y oxígeno), el hollín es uno de los principales contaminantes del aire y la legislación vigente de la Organización Mundial de la Salud limita su emisión a 10 µg/m3 (microgramos/metro cúbico) promedio al año.
El profesor Óscar Hernán Giraldo Osorio, del Departamento de Física y Química de la U.N. Sede Manizales, explica que la eliminación de hollín se realiza a través de filtros de partículas diésel (DPF, por sus siglas en inglés) que se regeneran continuamente mediante un proceso de incineración acelerada acompañado de desprendimiento de luz y calor (combustión catalítica).
El propósito de usar los filtros DPF es garantizar la transformación completa de los contaminantes ambientales en dióxido de carbono y dióxido de nitrógeno, aunque estos contienen catalizadores principalmente de platino, que son costosos y requieren procesos de elaboración más complejos.
“Los catalizadores son importantes porque ayudan a que las reacciones químicas sean más rápidas y selectivas, pues tienen la capacidad de trabajar solo los compuestos de interés, y su uso se puede prolongar por varios ciclos para la misma operación”, afirma Nayda Patricia Arias, candidata a doctora en Ingeniería Química de la U.N. Sede Manizales.
Material más eficiente
El catalizador elegido fue el óxido de manganeso tipo birnesita –sólido cristalino color púrpura parecido a la arcilla–, que se caracteriza por su bajo impacto ambiental, por ser análogo de minerales que se encuentran en depósitos naturales de varias regiones del país. Además es de bajo costo, a diferencia del titanio y el paladio –con los que se trabaja usualmente–, tiene gran versatilidad estructural y sus propiedades se pueden modificar.
Los óxidos de manganeso adaptados en los ductos de escape del motor se exponen en la primera etapa a un método de calcinación, lavado y recalcinación. El proceso tarda 24 horas y empieza con el sometimiento del permanganato de potasio a 400 oC; después se retira para lavar las impurezas formadas durante esta etapa y se vuelve a introducir en el horno para secarlo, esta vez a una temperatura de 60 oC, para finalmente ser recalcinado a 600 oC.
Los óxidos se adhieren a un soporte elaborado en alúmina –material que facilita impregnar y aplicar el producto en el filtro del automotor–, por el cual suben los gases de escape que salen a la atmósfera.
Como resultado se obtuvo un catalizador que disminuyó la temperatura de combustión del hollín en los motores diésel de 600 oC a 450 oC, lo que los hace más eficientes frente a los que se venden en la actualidad.
Evaluado en España
La evaluación de la actividad catalítica se desarrolló en conjunto con investigadores de la Universidad de Alicante (España); se hizo en un dispositivo conformado por un reactor tubular de cuarzo en el que se pone el catalizador de óxido de manganeso en contacto con el hollín.
La técnica que evalúa los catalizadores diseñados permite predecir su actividad y seleccionar materiales para otras aplicaciones como la oxidación de alcoholes secundarios y la destrucción de contaminantes atmosféricos cancerígenos como el benceno y el tolueno.
Después de ser catalogada como una de las innovaciones más importantes en catalizadores en la última década –según la revista científica Applied Catalysis B: Environmental–, esta solución se constituye en una oportunidad para reducir los niveles de contaminación por material particulado (PM2.5), problema que representa para el país costos en salud de 1,1 % del producto interno bruto, según un estudio del Banco Mundial.
