O catalisador automotivo é um sistema no escapamento dos veículos que transforma os gases nocivos ao meio ambiente. Acima de tudo, é importante saber, que esse dispositivo se faz necessário devido à importância de manter o planeta saudável e às cobranças dos países quanto às emissões de poluentes, normas internacionais estão sendo criadas.
Dessa maneira, tais normas têm o objetivo de limitar as emissões de óxidos de Nitrogênio (NOx) em várias categorias de veículos. Em 2014, a norma ambiental europeia para veículos comerciais, a Euro VI, entrou em vigor. Ela estipula o limite aceitável de NOx em 0,40 g/kWh no ciclo estacionário e 0,46 g/kWh no ciclo transiente. A Euro VI foi implantada no Brasil em 2022 para veículos comerciais leves e, em 2023, para todos os veículos em produção.
Desde então, a FPT trabalha para desenvolver motores com novas tecnologias e sistemas que respeitem essas diretrizes. Para isso, a empresa desenvolveu um sistema de pós-tratamento (ATS) constituído de catalisadores e filtros eficientes que reduzem as emissões de poluentes de seus motores, além de garantir a satisfação dos clientes e a saúde do planeta.
Mas, o que é um catalisador automotivo?
Como dissemos, o catalisador automotivo é um dispositivo do sistema de escapamento dos veículos que melhora a eficiência da queima dos gases de combustão. Ele é constituído de materiais metálicos e cerâmicos que possuem propriedades físicas adequadas (alta porosidade, alta resistência térmica, entre outras) para as condições de operação, ou seja, altas temperaturas, pressões e presença de contaminantes que, porventura, estejam presentes no combustível.
Imagem 1. Catalisador Genérico
Fonte: Retirar o catalisador pode causar perda de rendimento do motor – Revista Carro
Os catalisadores convertem gases de combustão nocivos ao meio ambiente em gases inofensivos, por meio de reações químicas. De tal forma, esses gases nocivos são, primordialmente, o Monóxido de Carbono (CO), Hidrocarbonetos não queimados (HC), Material Particulado (MP) e óxidos de Nitrogênio (NOx). Posteriormente, são convertidos em água, gás carbônico (CO2) e gás Nitrogênio (N2).
Assim, para que a conversão de todos esses gases e particulados ocorra, são necessários diferentes mecanismos de ação por parte do catalisador automotivo, cada um desses, depende de sua constituição e especificidade.
Os mecanismos mais comuns são a oxidação e redução, que ocorrem nessa ordem dentro dos ATS’s da FPT. A oxidação ocorre no primeiro dispositivo: Catalisador de Oxidação Diesel (DOC). Ele é responsável pela conversão do Monóxido de Carbono (CO), Hidrocarbonetos não queimados (HC) e Material Particulado (MP) em Dióxido de Carbono (CO2) e água (H2O).
Além disso, converte os NOX em NO2, que será tratado no próximo catalisador. O Material Particulado (MP) é parcialmente convertido em CO2, ou seja, sua quantidade é reduzida e aprisionada em um filtro, o DPF, que será abordado no próximo capítulo.
O uso deste filtro no catalisador automotivo varia, de acordo com as legislações dos países ao redor do mundo. Deve-se observar que, em alguns, a emissão do MP será aceita, enquanto em outros, o uso dos filtros é obrigatório. Os padrões mais recentes exigem o uso do filtro, como é o caso do Brasil.
Por sua vez, a Redução Catalítica Seletiva (SCR) ocorre no segundo dispositivo. Nele, o processo de conversão do Dióxido de Nitrogênio (NO2) em gás nitrogênio (N2), acontece. Isso só é possível com o uso do ARLA 32. Ele é uma solução aquosa com 32,5% de ureia que fornece a amônia (NH3) (derivado da ureia) para reagir com o NO2, formando o gás Nitrogênio (N2). Porém, parte dessa amônia (NH3), não é reagida e precisa ser oxidada: esse é o papel do CUC.
Imagem 2. Componente DOC do catalisador
Fonte: Adaptado do documento FPT SCRTsystemInstallationGuideLineDNOx5.2evo_v8
Imagem 3. Componente SCR do catalisador
Fonte: Adaptado do documento FPT SCRTsystemInstallationGuideLineDNOx5.2evo_v8
Devido aos diferentes materiais constituírem os catalisadores, distintos tipos de reações químicas acontecem em seus interiores. De tal forma, cada catalisador converte em uma maneira específica os gases de exaustão. Essa característica é extremamente viável porque aumenta de forma significativa a eficiência das reações químicas, visto que, cada um é desenvolvido para poluentes específicos.
Assim sendo, a FPT consegue fornecer motores que incluem Sistemas de Pós-Tratamento regulamentados e completamente funcionais para que seus clientes operem seus veículos com segurança, além da garantia de que estão contribuindo para um mundo mais sustentável.
Uma das tecnologias da FPT é a de pós-tratamento HI-eSCR. Essa proporciona uma redução de 98% nas emissões totais de poluentes. Além disso, no segmento de motores híbridos, o motor F1C movido a GNV, para ônibus urbanos, combina o uso de gás natural e eletricidade, sendo capaz de reduzir as emissões de CO2 em até 30%.
Fatores que podem prejudicar os catalisadores automotivos
Apesar de tanta inovação e desempenho, existem alguns fatores que desafiam a eficiência dos catalisadores automotivos. Eles podem ser envelhecidos e/ou desativados, sendo esses, fenômenos inerentes aos catalisadores que participam de processos químicos.
Desse modo, os fatores que causam a queda de eficiência são, em sua grande maioria, a exposição a altas temperaturas, a alta concentração de enxofre no combustível e óleo lubrificante e a adulteração do ARLA 32.
Altas temperaturas (na faixa de 800ºC a 850 ºC) fazem com que os materiais que formam os catalisadores automotivos se reorganizem atomicamente, diminuindo sua porosidade, e promovam a formação de cristais que reduzem as superfícies disponíveis para ocorrerem as reações químicas (chamadas de “sítios ativos”). Além disso, podem ocorrer reações entre os metais, gerando novos componentes que não possuem a capacidade de converter os gases. Esse processo é denominado de desativação térmica.
Por conseguinte, a alta concentração de enxofre (S) nos fluidos (combustível e lubrificante) também gera a desativação do catalisador automotivo, desta vez, química. O enxofre, por sua vez, durante a combustão, se converte em gases que, quando em contato com o catalisador, reagem de forma a inativar os sítios ativos. Os metais utilizados são sensíveis ao “envenenamento” por compostos que possuem enxofre, ao ponto de se tornarem, muitas vezes, inativados de maneira permanente.
Além desses fatores, a adulteração do Agente Redutor Líquido Automotivo (ARLA 32) pode ocasionar danos ao ATS e ao meio ambiente. Caso o ARLA 32 seja adulterado, o sistema perde a capacidade de tratar os gases, gerando emissões nocivas e avarias no SCR.
Ainda, existem fraudes que impedem que sensores façam as leituras corretas, já que, os veículos fabricados a partir da Euro V perdem torque quando o nível do fluido está baixo e quando a composição é diferente da especificada.
Imagem 5. Fatores comuns de queda de eficiência dos catalisadores
Fonte: Autoral (2022)
Por isso, a FPT continua nos seus esforços para melhorar cada vez mais a eficiência e proteção de seus catalisadores automotivos com novas tecnologias de sistema e controle, a fim de respeitar as normas mundiais, proteger o planeta e garantir um produto de qualidade no mercado. A empresa também incentiva o uso responsável dos veículos, incluindo, revisões, atenção à qualidade dos produtos adquiridos e trocas de fluidos e peças quando necessárias.
Em um próximo post, abordaremos outros componentes importantes do ATS. Você poderá ter um entendimento completo do processo das conversões dos gases e da tecnologia que embarca em nossos veículos. Para se ter uma prévia, vamos tratar do DPF, o filtro designado para aprisionamento e posterior queima do Material Particulado (MP) e o CUC, responsável pela oxidação da amônia residual.
Ainda falando sobre alternativas mais limpas, leia nosso conteúdo sobre o Proconve P8, o controle de poluição do ar por veículos automotores.
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Conteúdo desenvolvido pelo Leonardo Oliveira – ATS – da FPT .