Durante el arranque en frío, el motor de un automóvil emite muchas más partículas y otros contaminantes que en condiciones cálidas. Esto se debe a que un convertidor catalítico frío es mucho menos eficiente a bajas temperaturas de gases de escape. Entonces, ¿cuál es la respuesta? Precaliente el automóvil con microondasLos científicos de Empa desarrollaron el primer convertidor de microondas que calienta para aplicaciones de automóviles de pasajeros.
Los motores de combustión interna están actualmente en llamas - una y otra vez. El primer problema era el hollín del diesel, pero eso podía resolverse con filtros de partículas. Luego, de nuevo con el diesel, los óxidos de nitrógeno dañinos se enfocaron, lo cual fue supuestamenteabordado con sistemas de postratamiento de escape complicados. Lo que tiende a ser supervisado en el debate sobre el diesel: los motores de gasolina también contribuyen a las emisiones de partículas en las ciudades, especialmente en lugares donde muchos motores arrancan en frío. El 90 por ciento de todos los contaminantes se producen enel primer minuto después de que un motor de gasolina moderno arranque en frío.
O para decirlo de otra manera: los primeros 500 metros en la carretera contaminan el aire tanto como los siguientes 5,000 kilómetros, siempre que el vehículo se conduzca sin parar. Convertidores catalíticos que se calientan lo más rápido posible o, incluso mejor- Ya limpiar los gases de escape de manera eficiente durante las primeras revoluciones del motor es vital para una mejora significativa de la calidad del aire.Una solución para el problema del arranque en frío. Con el sistema desarrollado, se espera una reducción significativa de la contaminación del aire en las zonas urbanas, dada la alta frecuencia de arranque en frío y las bajas distancias recorridas. El proyecto está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza SNSF y la Oficina Federal de Medio Ambiente FOEN.
Las propiedades de transferencia de calor de un convertidor catalítico deben adaptarse para permitir un calentamiento rápido a 300 grados Celsius utilizando la menor energía posible. Después de todo, esta energía debe ser entregada por el sistema de suministro de energía del vehículo. Dimopoulos Eggenschwiler propone unEstructura de poros abiertos con un recubrimiento especial, que puede calentarse con un pequeño transmisor de microondas en diez segundos, como el horno de microondas en casa. En 2012, el equipo de Empa ya desarrolló un convertidor catalítico particularmente eficiente: un molde de cerámicade una espuma de poliuretano que hace girar los gases de escape de manera más efectiva y genera menos contrapresión que un convertidor catalítico con su estructura de panal convencional.
Cerámica de la impresora 3D
El catalizador a base de espuma generó la siguiente idea: una estructura reticular poliédrica hecha de puntales de cerámica delgados que requieren solo una pequeña cantidad de metal precioso para alcanzar una alta conversión de contaminantes. "Primero, buscamos una estructura ideal en elcomputadora ", dice Dimopoulos Eggenschwiler." Una estructura que se calienta rápidamente, acelera las reacciones químicas e impide el flujo de gas lo menos posible. Luego nos dedicamos a recrear la estructura en cerámica ". Especialistas en la Scuola universitaria professionalale della Svizzera italiana SUPSI en Lugano construyó el enrejado diseñado en la computadora usando una litografía estéreo, una especie de impresión en 3D de líquidos y luz UV. Los expertos de Empa luego recubrieron la cerámica con carburo de silicio, óxido de circonio y óxido de aluminio, y las sustancias catalizadoras activas que consistende platino, rodio y paladio EngiCer SA, una compañía de Ticino, asumió la fabricación de la primera serie pequeña y declaró su interés a inccapacidad de reasentamiento si la demanda del mercado es lo suficientemente alta.También está a bordo el fabricante suizo de catalizadores HUG Engineering AG.
Expectativas cumplidas
Cuál es probablemente el primer convertidor de escape catalítico impreso en 3D del mundo cumplió con las expectativas en las pruebas de campo: en el escape del modelo de reactor de gas de Empa, el gato con forma de poliedro en realidad limpió los contaminantes aún más efectivamente que el catalizador a base de espuma de 2012.A raíz de sus exitosas pruebas de laboratorio iniciales con gatos modelo pequeños, los investigadores ahora están hablando con socios industriales para integrar uno de estos convertidores catalíticos a tamaño completo en un vehículo de prueba. La primera aplicación para probar estos nuevos desarrollos en el dinamómetro yen la carretera en un vehículo real se proyecta actualmente.
El siguiente paso para Dimopoulos Eggenschwiler será incorporar el calentamiento por microondas. "Es importante que no calientemos toda la estructura cerámica", dice. "Queremos calentar solo algunos segmentos del convertidor catalítico por elmicroondas que se generan al usar la preciosa energía de la batería. Tan pronto como comiencen las reacciones químicas, todas las demás partes se calentarán solas ". Según el especialista en gases de escape, uno a dos kilovatios se pueden desviar fácilmente de la batería de un vehículo por diez a20 segundos. "Eso debería ser suficiente". Tan pronto como el motor está funcionando, los gases de escape y las reacciones químicas en el convertidor catalítico generan suficiente calor para mantener las temperaturas altas, momento en el cual se puede apagar el microondas. Emisiones de arranque en fríopor lo tanto, pronto podría ser cosa del pasado.
Caja: Partículas para el desayuno
El material particulado en el centro de la ciudad no es solo causado por vehículos diésel sin filtros; los automóviles de gasolina también juegan un papel, especialmente durante el arranque en frío. Un equipo de investigadores encabezado por André Prévôt del Instituto Paul Scherrer PSI logró demostrarcómo se desarrollan estas partículas finas en la llamada cámara de smog. Los investigadores recolectaron gases de escape de vehículos de prueba en una cámara de explosión de 12 metros cúbicos con paredes transparentes de película de teflón. En el interior, los gases de escape del automóvil se mezclan con el aire ambiente yirradiado con lámparas UV durante varias horas para simular un día soleado. El gas de escape "fresco" ahora se transforma en diferentes sustancias: partículas de sal como el nitrato de amonio, por mencionar uno. Los hidrocarburos no quemados se oxidan en el aire y forman partículas "secundarias", queLos científicos examinan en detalle los efectos sobre el aire ambiente. Algunos días, hasta el 90 por ciento de la contaminación por polvo fino puede generarse de esta manera.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Empa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cite esta página :