Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han analizado la calidad de los sistemas que eliminan los gases tóxicos en los automóviles de gasolina. El trabajo ha permitido descubrir diversos fenómenos fisico-químicos desconocidos hasta ahora que se producen durante el funcionamiento de los sistemas. El hallazgo servirá para optimizar la tecnología de eliminación de gases y disminuir así la emisión de contaminantes a la atmósfera. Las conclusiones del trabajo han sido publicadas en Nature Materials.

El sistema, denominado Three Way Catalysts, está instalado en todos los coches de gasolina y su funcionamiento debe cumplir la legislación europea. Este aparato elimina, utilizando paladio como catalizador, tres contaminantes de forma simultánea: monóxido de carbono, hidrocarburos sin quemar y óxidos de nitrógeno.

El investigador del CSIC y director del estudio, Marcos Fernández-García, que trabaja en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC), en Madrid, señala la importancia del estudio: “Hasta ahora los experimentos analizaban el comportamiento del catalizador sólido en condiciones estáticas. Sin considerar datos o condiciones extremas, se basaban en el promedio de los datos, pero no tenían en cuenta la evolución temporal y cíclica que experimenta el sistema en intervalos de tiempo inferiores a un segundo”.

“Nosotros hemos analizado las situaciones reales que sufre un motor en la conducción diaria: cuando frenas y aceleras varias veces seguidas, cuando detienes el coche de forma brusca o cuando hay que frenar y cambiar de marcha constantemente”, ejemplifica Fernández-García.

Los investigadores han analizado y caracterizado los fenómenos que ocurren en el catalizador en situaciones reales, demostrado que algunos de ellos no se conocían hasta el momento. Este hallazgo abre una vía para optimizar las propiedades catalíticas del sistema, lo que mejoraría su actividad y prolongaría su vida útil. Estos catalizadores deben eliminar como mínimo un 90 por ciento de los gases contaminantes durante toda su vida útil, entre 150.000 y 200.000 kilómetros.


EL EXPERIMENTO

Los motores de los automóviles trabajan con mezclas de aire y combustibles contienen cantidades variables de oxidantes y reductores. Estos sistemas producen la mineralización de los gases tóxicos de la combustión utilizando el paladio como elemento fundamental del catalizador. “En la práctica, el sistema catalítico sufre variaciones en su estado químico y físico, siguiendo los fenómenos de agregación o redispersión que experimenta el paladio, así como su oxidación, a pesar de lo cual debe mantener su eficacia”, detalla Fernández-García.

El experimento, que se ha realizado en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón de Grenoble, en Francia, ha combinado de forma simultánea dos técnicas espectroscópicas: la absorción de rayos X en modo dispersivo y la espectroscopia infrarroja. Este método ha permitido un seguimiento preciso de los cambios físico-químicos sufridos por el sistema en condiciones reales de funcionamiento. Así, según señala el investigador del CSIC, se ha demostrado la existencia de un mecanismo de redispersión no-oxidativa del paladio cuyo correcto manejo permitirá optimizar las propiedades del sistema.

El estudio, dirigido por el investigador del CSIC Marcos Fernández-García y Mark Newton, de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón, ha contado con la participación de los investigadores del CSIC en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC) Carolina Belver-Coldeira y Arturo Martínez-Arias.