Ayuda de alta tecnología para motores diesel sucios

Conducir detrás de un autobús o camión mientras eructa gases de escape malolientes es suficiente para convencer a cualquiera de que se deben limpiar las emisiones de los motores diésel. Pero mientras que los fabricantes de motores de gasolina han reducido las emisiones nocivas de sus nuevos vehículos en un 90 por ciento durante los últimos 25 años, los fabricantes de motores diesel hasta ahora han logrado reducir los gases de escape nocivos en solo la mitad de ese porcentaje.

Sin embargo, ahora los investigadores de la Universidad del Sur de California están desarrollando un dispositivo que utiliza electrones de alta energía para eliminar los nocivos gases de escape de diesel, reduciéndolos a vapor de agua, dióxido de carbono y aire. En unos pocos años, la técnica puede resultar una forma rentable de hacer que los motores diésel cumplan con los estándares de emisiones cada vez más estrictos.

Esta historia fue parte de nuestro número de mayo de 1997

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Según la Agencia de Protección Ambiental (EPA), los motores diésel de servicio pesado producen el 25 por ciento de todos los óxidos de nitrógeno (NOx) generados por los vehículos, la fuente de ácido nítrico (HNO3), un componente principal de la lluvia ácida y una fuente importante de contaminación urbana. niebla tóxica. Aunque las primeras regulaciones federales integrales que controlan las emisiones de los vehículos motorizados se iniciaron en virtud de la Ley de Aire Limpio de 1970, las primeras normas de NOx específicas para las emisiones de diesel no entraron en vigencia hasta 1984. Luego, cuando la calidad del aire continuó empeorando por el aumento del tráfico, El Congreso aprobó la Ley de Aire Limpio de 1990, que obligó a los fabricantes de camiones y autobuses a reducir las emisiones de NOx en un 50 por ciento en relación con la norma de 1984. Finalmente, en 1995, la EPA, en conjunto con la Junta de Recursos del Aire de California y los productores de motores de servicio pesado, redactó una declaración de principios que llevó a la EPA a establecer los últimos estándares destinados a reducir las emisiones de NOx de diésel en otro 50 por ciento para 2004.

Hasta ahora, los ingenieros diésel han reducido las emisiones en gran medida mediante la sustitución de los controles mecánicos de entrada de aire y de suministro de combustible por sistemas electrónicos más eficaces. Ahora, investigadores, incluidos Martin Gundersen y Victor Puchkarev, un par de ingenieros eléctricos de la Universidad del Sur de California, están explorando sistemas de postratamiento de gases de escape. Basado en un circuito electrónico de potencia pulsada que se originó en la década de 1950 y se perfeccionó durante el trabajo en la Iniciativa de Defensa Estratégica en la década de 1980, su dispositivo utiliza ráfagas cortas de electrones de alta energía para descomponer el NOx y otras partículas de hollín en los gases de escape de diesel antes de que se produzcan. hacer su camino hacia la atmósfera.

El grupo de la USC ha desarrollado una cámara que se puede incorporar a un sistema de escape diésel de forma muy similar a como se utiliza un convertidor catalítico en los vehículos de gasolina. Dentro de la cámara, un interruptor electrónico especial produce un pulso eléctrico corto, como el estallido del accesorio de flash electrónico de una cámara, a una velocidad de miles de descargas eléctricas por segundo. Cuando los electrones energéticos de estas chispas de alto voltaje de fuego rápido se inyectan en la corriente de escape, de manera similar a la forma en que se dispara un haz de electrones en un tubo fluorescente, golpean las moléculas de aire y vapor de agua presentes en el escape. Las colisiones crean un plasma de iones (una variedad de electrones y partículas cargadas de nitrógeno, oxígeno e hidróxido) que, a su vez, reacciona con NOx e hidrocarburos particulados para producir dióxido de carbono, aire y vapor de agua.

Los primeros prototipos demostraron el concepto, pero eran ineficientes y requerían hasta el 50 por ciento de la potencia del motor para su funcionamiento. Sin embargo, Gundersen afirma que el equipo ha mejorado recientemente la eficiencia del dispositivo en un orden de magnitud, llevándolo a un rango que los fabricantes de vehículos con motor diésel encontrarían atractivo.

Para lograr la mejora dramática, Gundersen dice que su equipo modificó el dispositivo para acortar la duración de cada pulso de aproximadamente 200 nanosegundos (mil millonésimas de segundo) a aproximadamente 50 nanosegundos. Debido a que la aceleración de electrones ocurre solo en las etapas iniciales del pulso, acortar las ráfagas elevó la energía de los electrones en el plasma mientras consume mucha menos energía en general.

Según Bernard M. Penetrante, físico que dirige el grupo de Tecnologías de Plasma Ambiental en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, una docena o más de grupos en todo el mundo están ahora involucrados en trabajos similares de I + D que eventualmente pueden competir por una parte de un enorme mercado potencial. De hecho, la EPA estima que unos 5 millones de vehículos diésel de servicio pesado y 2 millones de servicio liviano circulan ahora por las carreteras de EE. UU., Y que en el país se venden varios cientos de miles de vehículos diésel nuevos cada año.

Gundersen estima que un dispositivo de postratamiento de energía pulsada costaría del orden de $ 1,000. Si ese resulta ser el caso, el mercado fácilmente podría valer varios miles de millones de dólares. Y es posible que el mercado no se limite a los motores diésel. Penetrante señala que cualquier dispositivo que pueda reducir los NOx a productos benignos en un tubo de escape diesel también se puede aplicar a motores de gasolina. Explica que existen condiciones similares en los nuevos motores de gasolina de mezcla pobre (alta relación aire-combustible), y que las nuevas tecnologías, como la energía pulsada, serán críticas para permitir que los vehículos de próxima generación cumplan con requisitos de emisiones cada vez más estrictos.

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