A medida que las flotas trabajan para reducir las emisiones, es fundamental comprender las diferencias en los sistemas de postratamiento para los distintos tipos de combustible. La adopción y el crecimiento de los motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno es un paso importante, ya que los ICE de hidrógeno ofrecen una opción de bajas emisiones y bajas emisiones de carbono para un sector de transporte más sostenible. Los mecanismos que limpian los gases de escape en estos motores son fundamentalmente los mismos que los de los ICE diésel, con la diferencia clave en lo que hay en los gases de escape.
Este artículo profundiza en las diferencias clave entre los sistemas de postratamiento para motores diésel e hidrógeno, proporcionando información esencial para las flotas que atraviesan esta transición.
¿Cómo funciona el sistema de postratamiento en los motores diésel?
Los sistemas de postratamiento de motores diésel desempeñan un papel fundamental en la reducción de emisiones de los motores diésel. Estos sistemas actúan como un filtro para los gases de escape, garantizando que los contaminantes nocivos se conviertan en sustancias inocuas antes de que se liberen al aire. Encontrará sistemas de postratamiento en todas las aplicaciones con motor diésel.
El postratamiento de diésel utiliza tecnologías como filtros de partículas diésel (DPF) y unidades de reducción catalítica selectiva (SCR) para filtrar los gases de escape. Los DPF capturan las partículas de hollín directamente del escape, mientras que las unidades SCR utilizan una solución a base de urea para transformar los óxidos de nitrógeno en nitrógeno y agua.
Curiosamente, no todas las aplicaciones requieren sistemas de postratamiento. Por ejemplo, los generadores de energía de emergencia en América del Norte están exentos debido a sus casos de uso específicos.
Sin embargo, esto es cierto en los países industrializados, pero hay muchas regiones en todo el mundo que aún están rezagadas en cuanto a los requisitos de emisiones que impulsarían la necesidad de sistemas de postratamiento.
Al integrar tecnologías avanzadas de postratamiento , los motores diésel pueden seguir ofreciendo la eficiencia y la potencia por las que son conocidos, al tiempo que reducen significativamente su huella ambiental. Es un equilibrio entre rendimiento y responsabilidad, que garantiza que los motores diésel puedan cumplir con los estándares de emisiones actuales y contribuir a un medio ambiente más limpio.
Avances en sistemas de postratamiento para motores diésel
Los sistemas de postratamiento de motores diésel han evolucionado significativamente a lo largo de los años, adaptándose a los estrictos estándares de emisiones en varias regiones. En América del Norte, los catalizadores de oxidación diésel (DOC) se han utilizado desde la década de 1990, según el fabricante del motor. La función del DOC ha sido iniciar el proceso químico que descompone los contaminantes en el flujo de escape, preparándolos para su posterior tratamiento.
En 2007, se introdujeron los filtros de partículas diésel (DPF), lo que supuso un sistema más complejo que pasó de un estado pasivo a uno activo, en el que este último requería una intervención periódica para quemar las partículas acumuladas. En 2016, se produjeron nuevos avances con la introducción de productos de un solo módulo que albergaban estos componentes en un diseño más compacto y ligero. Estos sistemas han seguido desarrollándose para cumplir con normas de emisiones aún más estrictas, allanando el camino para los sistemas de NOx (óxido de nitrógeno) ultrabajos que cuentan con dosificación dual y calentadores para mejorar el rendimiento y el control.
El sistema de postratamiento de diésel ha madurado en los mercados globales y se ha unificado en torno a tecnologías centrales que atienden las regulaciones ambientales y las necesidades del mercado. Como resultado, los caminos que antes divergían de la tecnología de emisiones diésel en diferentes partes del mundo están convergiendo, creando un enfoque más estandarizado para reducir el impacto ambiental de los motores diésel.
¿Cómo funciona el sistema de postratamiento en un motor de combustión interna de hidrógeno?
Lo que ocurre con los motores de hidrógeno es lo siguiente: idealmente, cuando se queman hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), se espera obtener solo vapor de agua y ninguna emisión de NOx, un contaminante nocivo. Pero eso es en un mundo ideal. Sin embargo, en condiciones reales, un motor de combustión interna de hidrógeno con mezcla pobre produce NOx junto con vapor de agua. Esto sucede porque se utiliza aire, que contiene nitrógeno, para la combustión. Aquí es donde entra en juego el sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) para abordar el NOx en las emisiones del tubo de escape.
La presencia de pequeñas cantidades de hidrocarburos en el escape, debido al consumo de aceite del motor, puede hacer necesario un catalizador de oxidación en los motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno. Sin embargo, en algunas aplicaciones de hidrógeno, los niveles de hidrocarburos son tan bajos que el catalizador de amoníaco al final del sistema SCR puede ser suficiente para convertir las emisiones nocivas en inocuas, eliminando así la necesidad de un catalizador de oxidación adicional.
Aunque la combustión de hidrógeno no produce directamente CO2, el funcionamiento del sistema SCR puede generar emisiones menores de CO2. Curiosamente, algunas regiones, como Europa, aún pueden clasificar los motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno como vehículos de cero emisiones a pesar de esto. En América del Norte, los reguladores aún están debatiendo esta clasificación. No obstante, incluso con estas emisiones mínimas, los ICE de hidrógeno logran una reducción significativa de CO2 en comparación con los motores diésel: alrededor del 90 por ciento.
Por eso, el hidrógeno suele denominarse tecnología “puente” , ya que ofrece la oportunidad de acercarse notablemente a cero emisiones de CO2, y funciona como un trampolín o un puente, según cómo lo consideren los reguladores. Cabe señalar que los vehículos eléctricos con pilas de combustible de hidrógeno (FCEV) suelen considerarse el objetivo a largo plazo de cero emisiones, pero su adopción conlleva mayores costos de inversión.
Los sistemas de postratamiento se convierten en un componente clave para los motores de combustión interna de hidrógeno en esta fase de transición. Garantizan que los motores de hidrógeno puedan reducir significativamente las emisiones, lo que los convierte en una alternativa viable y más limpia en el mercado. La tecnología H2ICE está preparada para evolucionar con los sistemas de postratamiento en la mezcla; los motores de hidrógeno pueden servir de puente sólido hacia un futuro automotriz más ecológico.
Diferencia entre los sistemas de postratamiento de hidrógeno y diésel
Los motores diésel producen CO2, NOx y partículas en suspensión (PM). Los métodos de postratamiento, como la recirculación de gases de escape (EGR), reducen las emisiones de NOx al reducir las temperaturas de combustión. Otros métodos, como la reducción catalítica selectiva (SCR) y la reducción no catalítica selectiva (SNCR), también eliminan el NOx de los gases de escape del diésel.
Si bien las emisiones de NOx en los motores de hidrógeno son similares a las del diésel, existen diferencias clave en el postratamiento. El combustible de hidrógeno no requiere un filtro de partículas para capturar el hollín, que es grande, costoso y requiere mantenimiento. En su lugar, se puede utilizar un catalizador de oxidación más simple. Los sistemas de postratamiento para los motores de combustión interna diésel e hidrógeno son fundamentalmente similares, ya que la SCR para los motores de combustión interna de hidrógeno utiliza el mismo fluido de escape diésel que los motores diésel.
Sin embargo, el hidrógeno plantea desafíos únicos en el proceso de postratamiento. El contenido de agua en el escape y la reacción del hidrógeno con ciertos metales y soldaduras requieren el uso de materiales compatibles con el hidrógeno para mantener la integridad del sistema. Los motores de hidrógeno tienen un proceso de combustión más limpio, lo que elimina la necesidad de filtros de partículas diésel (DPF) y simplifica el sistema de postratamiento.
Al centrarnos en la tecnología de combustión pobre y el sistema SCR, podemos controlar y reducir eficazmente las emisiones de NOx en los motores de combustión interna de hidrógeno sin la complejidad adicional de los sistemas de postratamiento diésel.
Avanzando en el control de emisiones
A medida que nos acercamos a la implementación de los estándares de emisiones de 2027 de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos , se anticipa que se generalizarán herramientas adicionales para la gestión térmica, potencialmente en 2024. Estos avances apuntan a reducir aún más las emisiones de NOx, asegurando que los motores diésel puedan cumplir con los próximos estándares estrictos.
El enfoque del control de emisiones varía ligeramente entre Europa y América del Norte debido a los diferentes factores impulsores del mercado. En Europa, el enfoque principal ha sido tradicionalmente el control de las emisiones de NOx, impulsado por un fuerte énfasis en el ahorro de combustible. Algunas regiones pueden requerir el control del número de partículas mediante filtros, mientras que otras pueden necesitar una filtración básica para cumplir con los límites de tamaño de partículas, ya que los filtros de partículas no son esenciales para capturar el hollín como lo son en los motores diésel. En consecuencia, los sistemas de postratamiento de hidrógeno diferirán en los distintos mercados, y América del Norte empleará tecnología más avanzada para cumplir con las regulaciones de NOx ultrabajos. Sin embargo, con la introducción de las regulaciones Euro 6, la tecnología de control de emisiones se ha alineado más entre América del Norte y Europa.
Cummins lidera el desarrollo de tecnologías que se adapten tanto a los motores diésel como a los de hidrógeno. A medida que la tecnología del hidrógeno siga madurando, disminuirá la necesidad de sistemas complejos de postratamiento, lo que ofrecerá una alternativa más sencilla y respetuosa con el medio ambiente a los motores diésel tradicionales. Cummins sigue comprometido a liderar esta transición, desarrollando tecnologías de motores que satisfagan las demandas del futuro y minimicen el impacto ambiental.
