Research topics

2_Catálisis para el control de gases de escape de fuentes móviles

Avances en sistemas NSR para eliminación de NO<sub>x</sub> en vehículos diésel

Monolitos

Antecedentes, logros y nuevas oportunidades:
En esta línea temática ha habido un avance muy importante durante el periodo anterior, 2006-2012, con la culminación de dos tesis doctorales (U. Elizundia, Tesis Doctoral, 2010; B. Pereda-Ayo, Tesis Doctoral, 2012). Los catalizadores NSR trabajan de forma cíclica entre mezclas pobres (oxidantes) y ricas (reductoras) de combustible en aire. El concepto fue introducido por Toyota en los 90, aunque sólo muy recientemente se ha comenzado a probar en algunos vehículos. Durante el funcionamiento en carretera deben emplearse condiciones pobres y ricas de forma alternativa. Bajo condiciones pobres, con exceso de oxígeno, los NOx se adsorben sobre el catalizador, y cuando las condiciones se tornan ricas, los NOx almacenados se liberan y se reducen fundamentalmente a N2. Para que estas etapas ocurran, el catalizador debe estar compuesto por un metal alcalino o alcalino-térreo que actúa como almacenador de NO/NO2 y un metal noble que actúe como reductor hacia N2. Estos metales deben estar incorporados en una película de alúmina que recubre un monolito cerámico.

El grupo TQSA cuenta en la actualidad con un procedimiento sistematizado de preparación de catalizadores monolíticos modelo Pt-BaO/Al2O3, que proporciona el tamaño, distribución y proximidad del par Pt-Ba en la superficie catalítica adecuados para lograr alta actividad de almacenamiento y reducción con elevada selectividad hacia nitrógeno, aunque también se produce algo de amoniaco en la corriente. En experimentos realizados en reactor de transición rápida y con marcaje de isótopos (15NO) se ha avanzado y completado mecanismos existentes en la literatura. En bancada de reacción se han obtenido resultados de eficiencia de eliminación de NOx hacia N2/NH3, cuyo análisis ha permitido el control óptimo del proceso, incluyendo temperatura, concentración de H2, y tiempos de los periodos de almacenamiento y reducción. Las publicaciones recientes sobre este tema avalan los resultados obtenidos. 

No obstante, quedan aún cuestiones por resolver antes de que estos catalizadores sean ampliamente utilizados en el parque total de automóviles diesel. Además, la legislación de emisión de NOx sigue restringiéndose, y de la norma Euro 5 (2009) con 0,18 g/km deberá reducirse hasta 0,08 g/km con la Euro 6 (2014). Por ello, deberá seguir avanzándose en mejores formulaciones, condiciones de proceso o incluso nuevos procesos.

Sistemas catalíticos combinados NSR-SCR con producción interna de amoniaco para la eliminación selectiva de NO<sub>x</sub> a N<sub>2</sub> de los gases de escape de motores diésel

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Antecedentes, logros y oportunidades:
Esta línea de investigación se presenta como una continuación lógica de la anterior. Ya se ha comentado que la legislación Euro 6 (2014) exigirá una mayor reducción de óxidos de nitrógeno en los escapes de motores diesel, por lo que será necesario abordar nuevas estrategias de tratamiento. Muy recientemente, se ha propuesto la utilización de sistemas combinados NSR-SCR compuestos por un catalizador para el almacenamiento y reducción de NOx (NSR) junto con otro catalizador, colocado a continuación del anterior, para la reducción selectiva de NOx (SCR). La ventaja de utilizar estos sistemas mixtos reside en la posibilidad de utilizar el amoniaco producido durante la fase NSR como agente reductor en el siguiente catalizador SCR colocado corriente abajo. Los aportes tanto de NO como de NH3 serán alternos. El catalizador SCR deberá adsorber el NH3 generado en la etapa de regeneración del catalizador NSR para posteriormente poderlo consumir en la reducción de los NOx que no fueron atrapados en el catalizador NSR durante el ciclo pobre. La doble configuración propuesta NSR-SCR permitirá la emisión de cantidades muy reducidas (prácticamente cero) tanto de NOx como NH3 de los escapes de estos automóviles.
En el grupo hemos comenzado muy recientemente una tesis doctoral sobre esta temática (U. De La Torre, Tesis doctoral, en curso), y se han preparado algunos catalizadores de Fe y Cu sobre distintos tipos de zeolita. Los catalizadores se han preparado inicialmente en forma granulada, y se está comprobando su nivel de actividad en el proceso de reducción selectiva equimolecular de NO y NH3, con resultados prometedores.