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Oferta tecnológica:
Reducción de NOx en motores diesel
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Reducción de NOx en motores diesel
RESUMEN
Los óxidos de nitrógeno (NOx) son los gases contaminantes más importantes emitidos por
los tubos de escape de vehículos gasolina y diesel. Actualmente no existe un sistema
efectivo para reducir las emisiones de vehículos diesel. El grupo de Materiales carbonosos
y medioambiente de la Universidad de Alicante ha diseñado un sistema catalítico para
eliminar NOx de mezclas gaseosas que simulan los gases de vehículos diesel reales (con
una efectividad cercana al 100%). Se buscan socios del sector automovilístico, naval,
generación de energía, catálisis y fabricantes de motores para el desarrollo final y/o
cooperación técnica.
DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA
Los óxidos de nitrógeno (NOx) emitidos a la atmósfera contribuyen seriamente a la
contaminación medioambiental. Es bien sabido que los NOx están involucrados en
problemas medioambientales, tales como lluvia ácida y niebla tóxica. Además, algunas
enfermedades como bronquitis y neumonía, al igual que otras alteraciones del sistema
inmunológico, también están relacionadas con los niveles atmosféricos de NOx. Los NOx,
en presencia de luz solar, también participan en la formación de ozono en la Troposfera y,
consecuentemente, son responsables en parte del efecto invernadero. De esta manera, el
control de este contaminante ha sido una asignatura de gran interés durante más de una
década. Los esfuerzos están principalmente dirigidos al control de las emisiones de NOx
de sus respectivas fuentes. Aproximadamente la mitad de las emisiones de NOx son
atribuidas a los motores de los automóviles. Hoy en día, todos los motores nuevos de
vehículos a gasolina tienen un sistema catalítico (TWC: Three Way Calalyst) capaz de
eliminar las emisiones de NOx, además de los hidrocarburos que no se han quemado
correctamente y del monóxido de carbono. Desgraciadamente, estos sistemas no se
pueden usar en los vehículos diesel, principalmente por las condiciones de exceso de
oxígeno en las que trabajan. Por consiguiente, es necesario diseñar un nuevo sistema
catalítico que permita reducir específicamente las emisiones de NOx de los motores
diesel. Además, de acuerdo con la futura legislación medioambiental (European stage IV,
del año 2005), estas reducciones de NOx serán similares a las de los motores gasolina.
Se han propuesto diferentes alternativas para reducir las emisiones de NOx de los tubos
de escape de los motores diesel, tales como, descomposición directa, reducción catalítica
selectiva (RCS) usando NH3 o urea, reducción con H2 o CO, etc. Sin embargo, estas
opciones no son aplicables bajo condiciones reales en vehículos diesel (altas
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temperaturas de reacción, peligrosidad del sistema, bajas selectividades, etc.). En los
últimos años, el uso de diferentes hidrocarburos como agentes reductores de NOx
(tecnología HC-RCS) se presenta como una alternativa prometedora, ya que permite usar
mezclas de reacción similares a aquéllas que se emiten por los tubos de escape de los
vehículos diesel. Numerosos sistemas catalíticos han sido probados para llevar a cabo
esta reacción, pero, de momento, ninguno de ellos reúne las condiciones necesarias para
ser usado bajo las condiciones reales de los automóviles.
En los últimos cinco años, el grupo de Materiales carbonosos y medioambiente el
Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Alicante, ha dedicado grandes
esfuerzos al estudio de la tecnología HC-RCS, usando principalmente platino soportado
sobre distintos catalizadores, especialmente aquéllos soportados sobre zeolitas. Se han
estudiado con detalle el efecto de numerosas variables, por ejemplo, las propiedades
físicas y químicas, el contenido en fase activa, la dispersión, etc. En general, los niveles
de conversión alcanzados, la estabilidad térmica, así como su comportamiento durante el
uso (incluso en presencia de inhibidores), prueban la aplicabilidad de estos sistemas bajo
condiciones reales.
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En particular, un novedoso sistema catalítico soportado sobre platino que incorpora una
cerámica (Pt-zeolita/cordierita), ha sido diseñado y preparado en los laboratorios del
grupo MCMA, poniendo de relieve un excelente comportamiento para la reducción de los
contaminantes en fuentes móviles. El anclaje de la cordierita sobre la superficie monolítca
del catalizador ha demostrado ser fuerte, requisito importante para su uso en la
eliminación de contaminantes en fuentes móviles. Este sistema ha demostrado presentar
un excelente comportamiento catalítico en la eliminación de complejas mezclas de gases
de combustión, en cuanto a actividad y estabilidad. Recientes estudios que usaban este
tipo de catalizadores han permitido sugerir un mecanismo de reacción. Los detalles del
mecanismo de reacción son de gran importancia, pues permiten optimizar las
propiedades del sistema para poder usarlas bajo condiciones reales.
ASPECTOS INNOVADORES
•
•
Dirigido a gases de combustión en motores diesel.
El uso de platino soportado sobre zeolitas, permite preparar nuevos catalizadores
con un extraordinario comportamiento catalítico en la reducción de NOx bajo
condiciones reales en gases de combustión de motores diesel.
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En contraste con otras mezclas de reacción alternativas, el uso de hidrocarburos
como agentes reductores de NOx presenta la ventaja de poder usar mezclas de
reacción similares a aquéllas que provienen de gases de combustión reales de
motores diesel.
PRINCIPALES VENTAJAS
•
Elevada actividad: los niveles de conversión de NOx acanzadas por estos nuevos
catalizadores superan el 90%, incluso bajo condiciones de reacción adversas y
bajo la presencia de inhibidores.
•
Bajas temperaturas de reacción: la máxima conversión de NOx se alcanza
alrededor de 200ºC, lo que permite no tener que usar fuentes de calor externas
durante las aplicaciones reales.
•
Elevada estabilidad y dureza: los nuevos catalizadores soportados sobre platino
exhiben un comportamiento muy estable en los experimentos realizados,
manteniendo los niveles de conversión de NOx durante cientos de horas.
•
Configuración en panal: el anclaje del catalizador sobre el monolito de cordierita
representa una de las principales ventajas desde el punto de vista de la
aplicabilidad de los nuevos sistemas de catálisis bajo condiciones reales de gases
de escape en vehículos diesel.
ÁREAS DE APLICACIÓN
Como los motores diesel son usados en multitud de áreas, algunos de los posibles
sectores de aplicación serían:
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Automoción.
Naval.
Electricidad.
Generación de energía.
Todos los sectores implicados en motores diesel y combustión.
Fabricantes de catalizadores.
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ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA
Actualmente, el grupo de investigación ha empezado la etapa de escalado. El desarrollo
está completamente probado en laboratorio y ahora ha empezado el escalado en planta
piloto.
COOPERACIÓN BUSCADA
El grupo está interesado en establecer:
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Cooperación técnica: adaptar una tecnología a nuevas aplicaciones o
desarrollar una tecnología para satisfacer las necesidades de nuevos
mercados. También en el co-desarrollo de productos y otras soluciones
tecnológicas para satisfacer las necesidades del cliente.
Asistencia técnica: tests, formación, trabajos para asegurar un arranque
efectivo de proyectos.
Consultas técnicas, formación técnica y asesoramiento en el uso de nuevos
procesos.
Acuerdos de licencia de know-how y de patentes.
Fuentes de financiación para desarrollar proyectos relacionados con las líneas
de investigación del grupo.
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Perfil del socio buscado:
Compañías de sector automovilístico, naval, generación de energía, catálisis y fabricantes
de motores.
Tareas a llevar a cabo:
El grupo de investigación se ha propuesto terminar el desarrollo de este catalizador y le
gustaría probarlo y mejorarlo en los actuales sistemas comerciales de motores diesel.
Los socios podrían colaborar proporcionando su tecnología para ser probada,
desarrollada, incluso aportando fuentes de financiación.
DERECHOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL
Patente: “Compósitos de carbón para la reducción de óxidos de nitrógeno, procedimiento
para su preparación y aplicaciones”. [P9400104].
PERFIL DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN
Grupo de Materiales carbonosos y medioambiente de la Universidad de Alicante.
Historia:
La Universidad de Alicante fue fundada en 1979 y se ha establecido rápidamente en
España como una universidad de prestigio, particularmente en la enseñanza e
investigación científica. El Grupo Materiales carbonosos y medioambiente pertenece
al Departamento de Química Inorgánica de la Facultad de Ciencias.
Personal:
El grupo fue fundado en 1983 cuando el profesor Ángel Linares Solano se unió a la
Universidad de Alicante. Actualmente, está formado por otros dos miembros de la
Facultad, la profesora Concepción Salinas Martínez de Lecea y el profesor Diego
Carzorla Amorós (director del mismo), cinco profesores titulares, ocho profesores
adjuntos y trece estudiantes de doctorado.
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Líneas de investigación:
Los principales campos de investigación del grupo son: preparación y caracterización
de carbón activado, preparación de fibras de carbón, absorción de gas, reacciones
gas-sólido, catálisis heterogénea, reducción de la contaminación, separación de gas y
almacenamiento de gas.
Experiencia:
La experiencia del grupo en investigación se puede resumir como sigue: desde 1990,
se han llevado a cabo 183 proyectos de investigación mediante ayudas económicas
del gobierno español, comunitarias y de industrias privadas, se han publicado 196
artículos en revistas de gran calidad científica, se han terminado 14 Tesis Doctorales y
se han hecho más de 254 presentaciones en conferencias internacionales.
Con respecto a la financiación comunitaria, nuestro grupo ha participado en 6
proyectos (5 ECSC, 1 BRITE), siendo el coordinador de tres de ellos.
Para visitar la página Web del grupo: http://www.ua.es/grupo/mcma/MCMA1/
REFERENCIAS
1) Proyectos de investigación (entre otros):
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CICYT AMB96-0799
CICYT AMB98-0983
CICYT PPQ2002-01025
2) Publicaciones:
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J. M. García Cortés, M. J. Illán Gómez, A. Linares Solano y C. Salinas
Martínez de Lecea; Low temperature Selective Catalytic Reduction of
NOx with C3H6 under lean-burn conditions on activated carbonsupported platinum; Appl. Catal. B, 25 (2000) 39-48.
J. Pérez-Ramírez, J. M. García Cortés, F. Kapteijn, M. J. Illán Gómez,
A. Ribera, C. Salinas Martínez de Lecea y J. A. Moulijn; Dual-bed
catalytic system for NOx-N2O removal: A practical application for leanburn de NOx HC-SCR; Appl. Catal. B, 25 (2000) 191-203.
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J. M. García Cortés, M. J. Illán Gómez, A. Linares Solano, C. Salinas
Martínez de Lecea; Selective Catalytic Reduction of NOx with C3H6
under lean-burn conditions on activated carbon-supported metals;
Studies on Surface Science and Catalysis, 130 (2000) 1427-1432
J. Pérez-Ramírez, J. M. García Cortés, M. J. Illán Gómez, F. Kapteijn,
C. Salinas Martínez de Lecea y J. A. Moulijn; Reduction of NO by
propene over Pt, Pd, and Rh-based ZSM-5 under lean-burn
conditions; React. Catal. Kinet. Lett. Vol 69, nº 2 (2000) 385-392.
J. M. García Cortés, J. Pérez-Ramírez, M. J. Illán Gómez, F. Kapteijn,
J. A. Moulijn y C. Salinas Martínez de Lecea; Comparative study of
Pt-based catalysts on different supports in the low-temperature deNOxSCR with propene; Appl. Catal. B, 30 (2001) 399-408.
J. M. García Cortés, J. Pérez-Ramírez, M. J. Illán Gómez, F. Kapteijn,
J. A. Moulijn y C. Salinas Martínez de Lecea; Effect of the support in
de-NOx HC-SCR over transiton metal catalysts; React. Catal. Kinet.
Lett.. Vol. 70, nº 2 (2000).
J. Pérez-Ramírez, J. M. García Cortés, F. Kapteijn, M. J. Illán Gómez,
A. Ribera, C. Salinas Martínez de Lecea and J. A. Moulijn;
Characterization and performance of Pt-USY for the HC- SCR of NOx
under lean-burn conditions; Appl. Catal. B, 29 (2001) 285-298.
J. M. García Cortés, J. Pérez-Ramírez, M. J. Illán Gómez y C. Salinas
Martínez de Lecea; Activation by sintering of Pt-beta catalysts in
deNOx HC-SCR. Structure-activity relationships; Catal. Comm. 4,
(2003) 165-170.
J. M. García Cortés, J. Pérez-Ramírez, J. N. Rouzaud, A. R. Vaccaro,
M. J. Illán Gómez and C. Salinas Martínez de Lecea; On the structure
sensitivity of deNOx HC-SCR over Pt-beta catalysts; J. Catal. 218 (1)
(2003) 111-122.
DATOS DE CONTACTO
Víctor Manuel Pérez Lozano
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Teléfono: +34 96 590 3467
Fax: +34 96 590 3803
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