Un catalizador para lograr motores diésel menos contaminantes
Las sustancias químicas que producen smog podrían eliminarse casi por completo de los tubos de escape de los automóviles, furgonetas y otros vehículos con motor diésel, utilizando un nuevo catalizador que actúa en los humos de los tubos de escape y que es más eficiente que otros diseños previos.
El dispositivo ha sido diseñado en la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST) en Arabia Saudita.
Tras estudiar sistemáticamente múltiples composiciones de catalizadores, el equipo de Javier Ruiz-Martínez identificó la receta atómica ideal para eliminar catalíticamente los óxidos de nitrógeno (Nox) de las emisiones de los vehículos.
Los recientes avances en el diseño de motores de alta eficiencia, junto con el endurecimiento de las normativas sobre emisiones de vehículos, exigen la mejora de los catalizadores para tubos de escape de los motores. Los catalizadores de este tipo disponibles actualmente para pequeños motores diesel tienen limitaciones.
Para desarrollar una nueva generación de catalizadores para NOx mejorados, la empresa de control de emisiones de automóviles Umicore se asoció con un equipo de investigación del Centro de Catálisis de la KAUST, dirigido por Javier Ruiz-Martínez, para optimizar el diseño del catalizador.
«Investigamos materiales basados en el manganeso por su buen rendimiento y bajo coste», explica Ruiz-Martínez. Los catalizadores de NOx basados en el manganeso han utilizado habitualmente el cerio como dopante, a pesar de que no había consenso sobre el papel del cerio en la eliminación de NOx. «La mejor manera de desarrollar nuevos catalizadores es entender primero cómo funcionan esos materiales», afirma Ruiz-Martínez. Así pues, el equipo produjo una serie de catalizadores, que incorporaban distintas cantidades de cerio, para aclarar la situación y zanjar el debate.
El equipo estableció primero métodos para producir cada catalizador con una nanoestructura homogénea que permitiera compararlos. «Tras asegurarnos de que los materiales del catalizador eran los que habíamos diseñado, buscamos correlaciones entre la actividad catalítica y la cantidad de cerio y manganeso», explica Ruiz-Martínez. Tras tener en cuenta las diferencias en la superficie del catalizador, el equipo demostró que la presencia de cerio en realidad disminuía la actividad catalítica de los átomos de manganeso, pese a que en estudios anteriores el cerio parecía potenciar la eliminación catalítica del NOx.
Sin embargo, el cerio sí tiene un beneficio: suprimir una reacción secundaria no deseada que produce óxido nitroso (N2O). Como la formación de N2O requiere probablemente la participación de dos sitios de manganeso vecinos, la adición de cerio puede diluir el número de sitios de manganeso superficiales y suprimir así la reacción.
Ruiz-Martínez y sus colegas exponen los detalles técnicos de su investigación en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Unraveling the structure and role of Mn and Ce for NOx reduction in application-relevant catalysts”. (Fuente: NCYT de Amazings)
