Los futuros convertidores catalíticos podrían dar más por su dinero
Newswise – COLUMBUS, Ohio – La próxima generación de convertidores catalíticos podría tener una vida útil más larga y requerir menos materiales raros para funcionar, según un nuevo estudio.
Los convertidores catalíticos convierten los gases nocivos del escape de un automóvil, incluido el monóxido de carbono y otros contaminantes, en vapor y otros subproductos más seguros, como el dióxido de carbono y el nitrógeno.
Un buen convertidor catalítico puede durar más de una década, pero dependiendo de Cheng Han Li, autor principal del estudio, siempre hay margen de mejora. Dijo que las futuras tecnologías catalíticas podrían diseñarse para eliminar eficazmente los contaminantes durante un período más largo.
“Queremos tener una vida más larga para los convertidores catalíticos. De lo contrario, tendrán que ser reemplazados o no pasarán las pruebas de emisiones del gobierno», dijo Li, quien es estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad del Estado de Ohio.
El estudio fue publicado recientemente en la revista Química de materiales.
Según el lugar donde viva, los estándares federales de emisión pueden variar. En 1975, para combatir el creciente problema del smog en las ciudades de los Estados Unidos, el Congreso aprobó una ley que exige que todos los vehículos estén equipados con convertidores catalíticos.
Aunque existen diferentes tipos, los convertidores catalíticos modernos utilizan una combinación de tres metales preciosos: paladio, platino y rodio. Estos catalizadores de tres vías pueden reducir las emisiones de óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2), dos sustancias que, juntas, pueden crear NOx, un compuesto químico que tiene efectos nocivos directos e indirectos sobre la salud humana.
El aumento de los precios de los tres metales preciosos, especialmente el rodio, es la razón por la que los delincuentes de todo el mundo han recurrió al robo de convertidores catalíticos. Encontrado con mayor frecuencia en las arenas de los ríos de América del Norte y del Sur, el rodio se considera el elemento más raro del mundo y es más valioso que el oro y el platino.
“El costo del rodio ha aumentado drásticamente en los últimos años debido al aumento de la demanda junto con un déficit de suministro fundamental”, dice Li. Esto significa que los convertidores catalíticos pueden ser costosos de fabricar y doblemente costosos de reemplazar.
Y dado que los catalizadores a base de rodio son raros, es imperativo que se utilicen de la manera más eficiente posible. Dado que se sabe que los catalizadores se desactivan a altas temperaturas, los investigadores estudiaron cómo cambia su rendimiento con el tiempo en presencia de altas temperaturas.
Para hacer esto, el equipo de Li realizó varias pruebas en los convertidores, incluida la resistencia a temperaturas superiores a 1600 grados Fahrenheit. Aunque los catalizadores reales rara vez superan tales condiciones en un automóvil en movimiento, pueden experimentar estas temperaturas al menos ocasionalmente durante su vida útil, particularmente a medida que envejecen los convertidores.
Los investigadores utilizaron un microscopio electrónico de transmisión para estudiar las microestructuras de los catalizadores de tres vías a nivel atómico y cómo se vieron afectados por el calor. «Al observar la microestructura, podemos relacionar el alto calor con el rendimiento real del convertidor y su microestructura», dijo Li.
Li señaló que los catalizadores de rodio están respaldados por óxidos como la alúmina y el cerio-zirconia, que ayudan a estabilizarlos.
A alta temperatura con oxígeno, el rodio se disuelve en alúmina y se degrada en una solución estable de aluminato de rodio. Esta solución, sin embargo, es químicamente inactiva, lo que significa que no puede eliminar los contaminantes y gases nocivos, lo que hace que el dispositivo sea efectivamente inútil.
Pero es reversible.
Cuando se expone al hidrógeno, parte del rodio vuelve a activarse, pero no lo suficiente como para que el convertidor catalítico vuelva a su eficiencia anterior.
Los resultados del estudio concluyeron que, a largo plazo, establecer un nuevo diseño que evite la formación de aluminato de rodio podría ayudar a sacar el máximo provecho de estos dispositivos. Esta comprensión profunda de la estructura del dispositivo también podría ayudar a diseñar mejor los futuros convertidores catalíticos.
“Nuestros resultados dan a los fabricantes de automóviles una dirección específica para optimizar el uso de catalizadores a base de rodio”, dijo Li.
Los coautores fueron Jason Wu, Andrew Bean Getsoian y Giovanni Cavataio de Ford Motor Company, y Jörg Jinschek, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el estado de Ohio.
Este estudio fue financiado por el proyecto OSU-Ford Alliance.
#
