27 de diciembre de 2018 (*) actualizado a las 13:43

Una mirada técnica al problema de las emisiones

( @reygarrido ) el

Según cálculos de la Organización Mundial de la Salud alrededor de 1,3 millones de personas mueren cada año en el mundo de forma prematura como consecuencia de la contaminación atmosférica urbana. En España, la Sociedad Española de Neumología y Cirugía Torácica estima el número de víctimas en 16.000, casi 11 veces más que las muertes registradas en el pasado 2011 por accidentes de tráfico: 1.480.

La contaminación atmosférica urbana se cobra cada año 1,3 millones de vidas, de las cuales 16.000 corresponden a ciudadanos españoles.

Pese a no ser el único, el transporte es uno de los factores que contribuyen en mayor medida a agravar estos datos año tras año. Y sin embargo, es muy probable que si paras a alguien por la calle y le preguntas acerca de la problemática de las emisiones en los motores de combustión interna te conteste sólo con referencias al CO2, el cambio climático y el efecto invernadero.

Esta quizás sea la mejor prueba a la hora de confirmar que existe un gran desconocimiento acerca de este tema, cuya divulgación parece haberse centrado exclusivamente en el anhídrido carbónico y su impacto ecológico, dejando bastante al margen algunos compuestos químicos muy perjudiciales para la salud de la población.

Y es que, a pesar de ser uno de los agentes contaminantes más importantes a nivel mundial debido a su relación directa con el calentamiento del planeta, el CO2 no es el elemento más nocivo para la salud de entre cuantos salen del tubo de escape de un coche. Me refiero a la materia particulada, los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos inquemados, los grandes desconocidos que acompañan al dióxido de carbono en su camino a través de los conductos de escape de todos los vehículos que utilizan motores de combustión interna para moverse.

¿Cómo se forman los contaminantes?

Las combustión es una reacción química de oxidación en la que un elemento denominado combustible (en nuestro caso los hidrocarburos que forman la gasolina o el gasoil) se combina con otro llamado comburente (habitualmente oxígeno) para dar lugar a una serie de productos de reacción y una gran cantidad de calor. Estos productos son, por lo general, dióxido y monóxido de carbono (CO2 y CO respectivamente), agua, dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx). De esta reacción la única parte aprovechable es el calor. El resto de productos se consideran deshechos, que se vierten a la atmósfera alterando su composición.

Los motores de gasolina tienen como principales productos de reacción CO2, CO, hidrocarburos inquemados y NOx. Los diésel, CO2, NOx y materia particulada.

Los hidrocarburos son una familia de moléculas formadas únicamente por carbono e hidrógeno, por lo que su combustión total con oxígeno da como únicos productos dióxido de carbono y agua. Sin embargo, debido a que el aire de la atmósfera está compuesto de oxígeno en sólo un 21%, frente a un 78% de nitrógeno y un 1% de otros gases, la formación de otros productos como los NOx es inevitable.

Además, parte de estos hidrocarburos no se queman durante la combustión, o al menos no totalmente, saliendo a la atmósfera en forma de CO, inquemados y partículas.

En el caso de los motores de gasolina los contaminantes principales vertidos a la atmósfera son, por orden de importancia, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrocarburos inquemados y óxidos de nitrógeno. Del mismo modo, en los motores diésel el CO2 es el principal contaminante, seguido de los óxidos de nitrógeno, que ocupan una situación similar a la de la materia particulada.

¿Qué riesgos entrañan estos contaminantes para la salud?

Como ya hemos apuntado anteriormente, las 16.000 muertes que cada año provoca la contaminación atmosférica urbana en nuestro país no tienen como causa principal las emisiones de CO2. Sin embargo, una alta presencia de dióxido de carbono en el aire contribuye a empeorar su calidad, y las condiciones climáticas a las que afecta tienen una repercusión directa sobre la salud humana.

Lo mismo ocurre con los hidrocarburos inquemados. El metano, por ejemplo, tiene un potencial de calentamiento global de 23, lo que significa que en un periodo de 100 años un kilo de metano tiene la capacidad de calentar la Tierra 23 veces más que un kilo de dióxido de carbono. Afortunadamente sus cifras de emisión son mucho más contenidas, y no todos los inquemados tienen el mismo potencial de calentamiento global que el metano.

El CO2 y los hidrocarburos inquemados son responsables directos del calentamiento global, y por lo tanto, de todas las patologías y catástrofes asociadas a éste.

Además, estos hidrocarburos también son responsables de algunas enfermedades y disfunciones del sistema respiratorio que no detallaremos debido a que pueden estar formados por una infinidad de compuestos orgánicos, cada uno de los cuales está asociado con distintas patologías.

En cuanto al NOx, se trata del término genérico para referirse a todos los óxidos de nitrógeno, especialmente NO2 y NO3, unos gases altamente reactivos capaces de reaccionar bajo la presencia de la luz solar y el calor con diversas sustancias orgánicas volátiles que se encuentran en la atmósfera, dando como resultado el denominado ozono troposférico (O3).

El ozono no es un contaminante por sí mismo. No en vano forma parte de la composición natural de la atmósfera, y se trata de uno de los principales responsables de mantener a raya a los rayos UV que provienen del sol. Sin embargo, su presencia a baja altura sí resulta perjudicial para el ser humano, siendo causante de irritaciones en el aparato respiratorio y el agravamiento de alergias respiratorias y diversas enfermedades crónicas

Pero no sólo del ozono troposférico vive el NOx. Los óxidos de nitrógeno también contribuyen activamente a la acidificación del agua en el proceso conocido como lluvia ácida, y su capacidad para reaccionar con los compuestos de la atmósfera deriva en la generación de numerosos agentes mutagénicos y cancerígenos que se encuentran presentes en el aire que respiramos cada día.

Los NOx son responsables de la formación del ozono troposférico y de la acidificación del agua, así como de la generación de agentes mutagénicos y cancerígenos presentes en el aire que respiramos.

Dentro del grupo de los gases también se encuentra el monóxido de carbono (CO), producido por la combustión incompleta de los hidrocarburos. Este compuesto es capaz de de pasar a la sangre a través de las vías respiratorias, donde se combina con la hemoglobina. Sus consecuencias: la disminución de las funciones del organismo humano por la imposibilidad de la carboxihemoglobina, el resultante de ésta combinación, para transportar el oxígeno a través del cuerpo.

Las partículas, por su parte, son capaces de introducirse en el sistema respiratorio, donde las más finas (menores de 2,5 micras) pueden abrirse paso hasta las zonas más profundas. Son causantes directas de un gran número de muertes prematuras, además de disfunciones en el sistema respiratorio, están directamente relacionadas con el asma, y en niños pueden contribuir a un mal desarrollo de la capacidad pulmonar. Además de sus efectos directos, pueden servir como medio de transporte para otras sustancias nocivas.

¿Cuáles son las soluciones al problema?

Desafortunadamente no existen soluciones al problema de las emisiones más allá de la instalación de catalizadores y de la reducción del consumo de combustibles fósiles, aunque sí cabe la posibilidad de dar preferencia a la pérdida de ciertas características en beneficio de su disminución.

En cualquier caso, contenerlas no es tarea sencilla. Veamos por ejemplo el caso de las partículas y los NOx, cuya formación está directamente ligada con la temperatura y la presión máximas que se alcanzan en el motor, aunque en sentido contrario: la generación de NOx se ve favorecida en tanto en cuanto aumentan la temperatura y la presión de la cámara de combustión, condiciones óptimas para reducir el número de partículas.

La mayor eficiencia de los motores está directamente relacionada con un aumento de las emisiones de NOx, y lo mismo ocurre con el uso de dosados pobres de combustible.

De este modo, a la hora de valorar la relación de compresión con la que debe trabajar un motor, debe tenerse en cuenta que, a pesar de que las relaciones de compresión altas son favorables para incrementar el rendimiento, suponen también un aumento de la temperatura máxima, y por lo tanto unos mayores niveles de generación de NOx.

Lo mismo ocurre con el dosado: la temperatura máxima en el motor se alcanza utilizando dosados ligeramente más pobres de combustible que la relación estequiométrica. Para disminuir esta temperatura y reducir la emisión de NOX, la única opción pasa por enriquecer la mezcla, con el consiguiente aumento de consumo y la aparición de un mayor número de inquemados y partículas en los gases de escape finales.

Llegados a este punto, habría que entrar a valorar qué es más dañino a largo plazo, el NOX o las partículas y los hidrocarburos inquemados, y si estamos dispuestos a aumentar el consumo de combustible o disminuir la eficiencia de los motores para potenciar la reducción de emisiones de uno u otro.

Los catalizadores son una medida efectiva para paliar el problema de las emisiones, pero su efectividad es limitada.

En cuanto a la instalación de catalizadores, pese a ser una medida efectiva a la hora de frenar las emisiones gracias a la conversión catalítica de NOx a N2 y la oxidación de CO e hidrocarburos inquemados a CO2, al igual que ocurre con los filtros de partículas, no termina con el problema, pues su capacidad de actuación es limitada.

De nuevo, parece que la única solución para reducir de verdad la contaminación atmosférica urbana pasa por un cambio en el paradigma de la movilidad; por el cambio del motor térmico al motor eléctrico.

Sin embargo, todo sea dicho, los inconvenientes provocados por el uso masivo de la combustión interna no dejarán de existir mientras los hidrocarburos tradicionales y el carbón sigan utilizándose en la producción energética de las centrales térmicas, aunque por las características intrínsecas de éstas, principalmente su localización fuera de los núcleos urbanos y la posibilidad de gestionar de forma más eficiente las emisiones, verán su impacto profundamente amortiguado.

Fuente: Revista Española de Pediatría (PDF) | OMS | Consumer | Producción propia
Imágenes: Chris Keating | luipermom | gmperez |
En Tecmovia: ¿Los motores diésel responsables de las enfermedades cardiovasculares? Según la Universidad de Edimburgo sí | Dos estudios científicos demuestran que la contaminación del tráfico nos hace más tontos

Comentarios...

  1. Jeibros

    Buen artículo, justo cuando yo precisamente he publicado otro sobre catalizadores en mi blog, por lo tanto, estoy al día. Cuando dices que la efectividad de los catalizadores es limitada, estoy de acuerdo, pero ¿tienes alguna documentación técnica que lo explique? Me es intuitivo, pero quisiera algo más. También echo en falta un poco la diferencia entre diesel-gasolina, ya que hay gente que dice a capa y espada que uno u otro tendría que desaparecer por contaminante y tal, y creo que eso también hay que darle una pensada. Si en nuestro país está así, no quiero hablar del Golfo de Guinea, India o países en vías de desarrollo donde la gasolina todavía creo que es con plomo, o si lo es, no se ha conseguido hace tan poco tiempo.

    En esos países de gasolina CON plomo, hasta la comida estaba parcialmente contaminada con sustancias tóxicas, tal y como se ve en un capítulo de CSI!

  2. jorge

    Por ejemplo los famosos y novedosos filtros antiparticulas en diésel son un arma de doble filo, a la vez que reducen notablemente las particulas en suspensión aumentan la emision de oxidos de nitrógeno, causantes de la boina de contaminación que hay en Madrid  y lo peor es que no llueve ni va a llover en una semana

  3. Jvi

    Me gustaría ver un estudio sobre cuánto consumo de electricidad supondría un parque de automóviles eléctricos. Ya que lo único que se hace es localizar los puntos de generación y emisión de gases y partículas, porque en princpio los motores eléctricos tienen mayor rendimiento que los térmicos, pero hay que tener en cuenta el rendimiento del sistema completo (incluyendo baterías, inversores…).

    Por lo demás, en cuanto al aumento del consumo energético, no creo que hubiese que construir nuevas centrales ya que la mayor parte de vehículos seguramente se cargarían durante la noche en horas valle, por lo que  se suavizaría la pendiente de la curva monótona de carga

  4. Ahriman

    Muy interesante, se ve futuro en los electricos pero es que hay tanto por hacer… y luego esperemos que sean fiables y que la batería no se deteriore a los pocos años…

    No se cuantos años tendrían que pasar para tener una autonomía similar a un diesel y que el coste del coche sea inferior. Pero es posible seguro con todos los avances de cada parte de un coche electrico.

    Necesitamos más energías renovables, nuevas leyes para generar energía en casa y almacenarla o venderla pero cuando la necesitemos que no nos la cobren… Necesitamos que se invierta en investigación y empleo que bueno, se generaría también haciendo todo esto la verdad…

    Así que necesitamos que gobierne alguien para el interés de todos (Visto así, no le veo futuro al electrico en muchos años xDDD).

    Cuanto por hacer y aun no hemos empezado…

  5. Wilfredo Contreras

    Y si les comento que despues de 2 años logre reducir la emision de gases NOx de unidades CAT 3508 y C15, de 1250 mg /m3 por debajo de los 540 mg/m3, sin utilizar catalizadores ni productos especiales.
    wcontreras@petroperu.com.pe

  6. RG

    Me ha parecido un buen artículo, aunque necesita puntualizaciones que yo no sabría dar, sobre todo debido a la falta de información, información que cuando se la he pedido a los fabricantes o no han contestado o dicen no conocer.

    En estos últimos añois, debido a todo lo que he ido viendo en mi propio coche, he podido comprobar que los motores de gasolina contaminan hasta 10 veces menos que los de gasoil por kilómetro recorrido en carretera, no en las pruebas que realizan (incluida la ITV). Si alguno se pregunta el por qué, la respuesta está en el uso de bujías de encendido que permiten y suelen conseguir quemar más proporción de combustible que el sistema de presión-calor de los diesel; y esto a pesar de toda la parafernalia que ponen a los motores diesel para que contamien menos durante las pruebas.
    Otra cosa que he podido constatar, debido al silencio del fabricante, es que el programa de la ECU estaba parcheado, es decir, tenía información no apta para el vehículo (de gasolina) que lo obligaba a consumir menos; de hecho conseguí bajar el consumo, sin modificarlo, en un 8,7%, con respecto al del fabricante. Al indicarselo a las casa donde compré el vehículo, pasaron de mí, de hecho siempre que no me queda más remedio que llevarlo a un taller les digo que «¡el calculador del coche ni tocarlo!».
    También he podido comprobar, que la emisión de contaminantes se podría reducir todavía más, de hecho tengo el diseño de un programa de control de motores de gasolina, en la línea de los antiguos sistemas electrónicos de control (sin ningún programa) que consigue reducir el consumo y la contaminación manteniendo la fuerza del motor. Espero que nos dejen desarrollarlo.

    1. RG

      [rectificación]

      Me ha parecido un buen artículo, aunque necesita puntualizaciones que yo no sabría dar, sobre todo debido a la falta de información, información que cuando se la he pedido a los fabricantes o no han contestado o dicen no conocer.

      En estos últimos años, debido a todo lo que he ido viendo en mi propio coche, he podido comprobar que los motores de gasolina contaminan hasta 10 veces menos que los de gasoil por kilómetro recorrido en carretera, no en las pruebas que realizan (incluida la ITV). Si alguno se pregunta el por qué, la respuesta está en el uso de bujías de encendido que permiten y suelen conseguir quemar más proporción de combustible que el sistema de presión-calor de los diesel; y esto a pesar de toda la parafernalia que ponen a los motores diesel para que contamien menos durante las pruebas.
      Otra cosa que he podido constatar, debido al silencio del fabricante, es que el PROGRAMA de la ECU estaba parcheado, es decir, tenía información no apta para el MOTOR DE GASOLINA que LO OBLIGABA A CONSUMIR MÁS; de hecho conseguí bajar el consumo, sin modificarlo, en un 8,7%, con respecto al del fabricante. Al indicarselo a las casa donde compré el vehículo, pasaron de mí, de hecho siempre que no me queda más remedio que llevarlo a un taller les digo que «¡el calculador del coche ni tocarlo!».
      También he podido comprobar, que la emisión de contaminantes se podría reducir todavía más, de hecho tengo el diseño de un programa de control de motores de gasolina, en la línea de los
      antiguos sistemas electrónicos de control (sin ningún programa) que consigue reducir el consumo y la contaminación manteniendo la fuerza del motor. Espero que nos dejen desarrollarlo.
      [fin rectificación]

  7. find more

    I just want to say I am just beginner to weblog and certainly liked this web page. Very likely I’m planning to bookmark your blog . You absolutely have terrific article content. Thanks a lot for sharing with us your blog site.

  8. read the full info here

    I simply want to mention I am very new to blogging and absolutely loved this website. More than likely I’m planning to bookmark your site . You really come with beneficial writings. Many thanks for sharing your website.

No está permitido comentar.