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| Aunque el motor diésel proporciona economía al usuario, su combustión incompleta hace que se produzca el hollín, tóxico que va a parar directo al medioambiente. Unimedios |
El motor diésel, usado en todo el mundo debido a su economía y bajo consumo de ACPM, presenta una combustión incompleta que genera hollín, uno de los contaminantes más influyentes en el calentamiento global. Ingenieros inventaron un sistema que reduce sus emisiones a la atmósfera.
Incineradores, industrias, sistemas de calefacción y vehículos son algunas de las fuentes de contaminación que diariamente emiten gases a la atmósfera como monóxido de carbono, dióxido de azufre o plomo, sustancias que afectan tanto la salud de las personas como el medioambiente.
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), anualmente mueren dos millones de personas en el mundo debido a la contaminación del aire que se registra sobre todo en las grandes ciudades, provocando enfermedades cardiacas, asma o cáncer de pulmón.
La acción del hollín
El hollín es una aglomeración de partículas sólidas muy pequeñas compuestas por carbono impuro de color negro, que son generadas por la quema de madera, carbón y principalmente por los motores diésel usados en buses de servicio público, trenes, barcos y hasta equipos de construcción.
Precisamente debido a su microscópico tamaño, el hollín tiene la capacidad de introducirse fácilmente en el organismo, y su concentración en la atmósfera contribuye al calentamiento global.
El problema de contaminación provocado por los motores diésel ocurre por una combustión incompleta generada por la insuficiencia de oxígeno para que el combustible reaccione completamente, produciendo el hollín o carbonilla.
Una vez creadas las partículas mediante este proceso, el hollín compuesto principalmente de carbono tiene dos destinos, una parte sale a la atmósfera a través de los gases de escape y la otra se queda dentro del motor provocando daños internos.
Una óptima reducción
Para contribuir a la reducción de la carbonilla ocasionada por dichos motores, implementados en el país desde 1983, el grupo de investigación en Procesos Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos, de la UN en Manizales, y el grupo MCMA de la Universidad de Alicante (España) trabajan en un proyecto que apunta a la degradación del compuesto mediante elementos químicos.
El primer paso que dieron los químicos de ambas instituciones fue escoger los catalizadores (sólidos) mediante los cuales es posible facilitar la degradación del hollín. Estos elementos son importantes porque ayudan a que las reacciones químicas sean más rápidas y selectivas, pues tienen la capacidad de trabajar únicamente los compuestos de interés, y su uso se puede prolongar por varios ciclos para la misma operación.
En este caso, los sólidos elegidos son los óxidos de manganeso tipo birnesita o pirolusita –el más importante dentro de los manganesos–, que se caracterizan por su bajo impacto ambiental, al ser análogos de minerales que se encuentran en depósitos naturales de varias regiones del país.
Estos óxidos son de bajo costo, a diferencia del titanio y el paladio, con los que usualmente se trabaja, y tienen gran versatilidad estructural. Además, sus propiedades pueden ser modificadas ampliamente según lo que se desee elaborar.
“El incremento de emisiones contaminantes provenientes de diversas fuentes hace necesario el desarrollo de nuevos materiales más eficientes, económicos y ambientalmente amigables. Los óxidos de manganeso cumplen con estos requisitos, y además permiten generar cambios en sus estados de oxidación, composición química, estructura, superficie y morfología, que afectan de manera importante al óxido metálico para que pueda trabajar fácilmente con él”, asegura Óscar Hernán Giraldo Osorio, docente de la UN en Manizales.
Calcinación, lavado y recalcinación
El primer paso que dieron los químicos de ambas instituciones fue escoger los catalizadores (sólidos) mediante los cuales es posible facilitar la degradación del hollín. Estos elementos son importantes porque ayudan a que las reacciones químicas sean más rápidas y selectivas, pues tienen la capacidad de trabajar únicamente los compuestos de interés, y su uso se puede prolongar por varios ciclos para la misma operación.
En este caso, los sólidos elegidos son los óxidos de manganeso tipo birnesita o pirolusita –el más importante dentro de los manganesos–, que se caracterizan por su bajo impacto ambiental, al ser análogos de minerales que se encuentran en depósitos naturales de varias regiones del país.
Estos óxidos son de bajo costo, a diferencia del titanio y el paladio, con los que usualmente se trabaja, y tienen gran versatilidad estructural. Además, sus propiedades pueden ser modificadas ampliamente según lo que se desee elaborar.
“El incremento de emisiones contaminantes provenientes de diversas fuentes hace necesario el desarrollo de nuevos materiales más eficientes, económicos y ambientalmente amigables. Los óxidos de manganeso cumplen con estos requisitos, y además permiten generar cambios en sus estados de oxidación, composición química, estructura, superficie y morfología, que afectan de manera importante al óxido metálico para que pueda trabajar fácilmente con él”, asegura Óscar Hernán Giraldo Osorio, docente de la UN en Manizales.
Calcinación, lavado y recalcinación
Los óxidos de manganeso que serán adaptados en los ductos de escape en el motor se exponen en una primera etapa a un método que consta de tres pasos: calcinación, lavado y recalcinación. El proceso dura en total 48 horas e inicia con el sometimiento del permanganato de potasio a 400 ºC, posteriormente se retira para lavar las impurezas formadas durante esta etapa y vuelve a introducirse en el horno, esta vez a una temperatura de 60 ºC, para finalmente ser recalcinado a 600 ºC.
Giraldo Osorio explica que “este proceso de síntesis se determinó de acuerdo a estudios previos. Sin embargo, arrojó mejores resultados para la modulación de las propiedades que pueden hacerse a la aplicación específica como catalizador, para la combustión del hollín”.
Los óxidos son adheridos en un soporte elaborado en un material denominado alúmina, que facilita la impregnación y aplicación del producto en el filtro del automotor, por el cual suben los gases de escape que salen a la atmósfera.
En contacto
Tras ser impregnados en el filtro, los óxidos inician su trabajo: retener el hollín e iniciar su proceso de degradación, posible debido a la temperatura que maneja el sólido al entrar en contacto con el contaminante, y que es diferente a la proporcionada por el vehículo.
“Sin la presencia del catalizador, la carbonilla comienza a quemarse a los 600 ºC, temperatura que no es tan fácil de alcanzar, caso contrario a lo que ocurre cuando el sólido está presente, pues la reacción se acelera rebajando la temperatura aproximadamente en 200 ºC”, dice el investigador de la UN.
Esto permite que el material que contiene partículas de carbono, perjudicial tanto para el medioambiente como para las personas, sea transformado en dióxido de carbono, gas que no genera problemas respiratorios.
La investigación se encuentra en su tercera fase de pruebas piloto, y con los resultados hasta ahora se puede inferir que reducirá considerablemente la producción de carbonilla, ya que según disposiciones nacionales, los límites de opacidad en las emisiones de vehículos, dependiendo el modelo, varían entre 50% y 35%.
“Sin la presencia del catalizador, la carbonilla comienza a quemarse a los 600 ºC, temperatura que no es tan fácil de alcanzar, caso contrario a lo que ocurre cuando el sólido está presente, pues la reacción se acelera rebajando la temperatura aproximadamente en 200 ºC”, dice el investigador de la UN.
Esto permite que el material que contiene partículas de carbono, perjudicial tanto para el medioambiente como para las personas, sea transformado en dióxido de carbono, gas que no genera problemas respiratorios.
La investigación se encuentra en su tercera fase de pruebas piloto, y con los resultados hasta ahora se puede inferir que reducirá considerablemente la producción de carbonilla, ya que según disposiciones nacionales, los límites de opacidad en las emisiones de vehículos, dependiendo el modelo, varían entre 50% y 35%.
Mas información: http://www.unperiodico.unal.edu.co/dper/article/sistema-reduce-contaminacion-por-hollin.html
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