Pensando ya en la Euro 6
La futura normativa europea sobre emisiones contaminantes de vehículos, la Euro 6, que se implantará para el primero de septiembre de 2014, tendrá consecuencias notables en los actuales motores, sobre todo diesel, a los que perjudicará notablemente. Por ahora todos los constructores van aplicando medidas para facilitar su adaptación, partiendo de la base de que estamos ya en el límite de limpieza del motor de combustión interna.
La normativa anticontaminación europea Euro 5 vigente desde 2009, ha supuesto un umbral muy difícil de superar para el futuro de los motores de combustión interna, ya sean diesel ó gasolina, a base de alcanzar nuevos límites destinados a reducir a toda costa su polución. Baste pensar que desde 1988 en que se vienen aplicando las normas “euro” antiemisiones, y tomando como referencia la Euro 3 (que se introdujo en el 2000), la reducción de emisiones ha sido espectacular.
Así, en 20 años (de 1990 a 2010) se ha logrado una reducción del 98% en partículas de hollín, un 89% menos en monóxido de carbono (CO) y otro 89% menos en óxidos de nitrógeno (NOx), siendo la emisión de hidrocarburos libres (HC) la que menos ha bajado, y aún así es hoy un 87% menos que hace 20 años… Si nos fijamos en la última década (de la Euro 3 a la Euro 5), las emisiones de CO se han reducido en más de la mitad (en los motores de gasolina, de 2.300 mg/km a 1.000, y en los NOx, de 160 a 60, y justo la mitad –de 200 a 100- en los HC. Y en los diesel, el CO pasó de 640 mg/km a 500, y las partículas de 50 a 5 –diez veces menos-, con un notable descenso en los HC y NOx –de 560 a 80- previsto para la Euro 6). Son límites imposibles de alcanzar sin catalizadores más eficientes, filtros de partículas para los diesel, y sobre todo un nuevo diseño de motores (el “downsizing”) con menores cilindradas e inyección directa tanto en diesel como gasolina.
Eso significa que los actuales catalizadores deberán aumentar su eficiencia, y pese al alto grado ya alcanzado desde la entrada en vigor de la norma Euro 5, deberán mejorar aún más para lograr el objetivo fijado en la Euro 6 para 2015 por la Comisión Europea, que establece en 130 g/km la emisión media de CO2 por km de los turismos europeos (y que se comercialicen en Europa) sobre el actual umbral de 160 g/km. Un nivel teórico, ya que se adopta en función de una media de modelos y unidades producidas, pero que en cualquier caso supondrá una dura vuelta de tuerca en el ya de por sí difícil y costoso proceso de limpieza de emisiones, y que se dejará sentir en el precio de los vehículos (hasta 1.500 euros por unidad).
La obsesión por el CO2 en países como Alemania (un gas inocuo y no tóxico, necesario para la fotosíntesis de las plantas, pero cuyo exceso influye en el incremento del efecto invernadero, y con ello en el recalentamiento del planeta) ha hecho que en los últimos años se haya puesto sobre todo el acento en éste, lo que ha favorecido al diesel (ya que a igualdad de cilindrada consume menos, y la emisión de CO2 va paralela al consumo de carburante). Por eso ahora las cañas se tornan lanzas, y como el límite de CO ya es muy bajo, se permite que los coches de gasolina lo dupliquen, mientras que en los NOx se impone a los diesel prácticamente el mismo nivel que a los gasolina (80 mg/km) junto a la drástica rebaja en partículas (de 50 a 5 mg/km). Y todo eso es lo que se contempla en la Euro 6.
Tres décadas de normas.- La catalización obligatoria de los gases de escape se impuso en 1990 en Europa con la ECE R14 (vulgo “Euro 90”) que rebajaba drásticamente los umbrales antes permitidos por las normas de 1969 y 1976. La Euro 90 duró de 1986 a 1990 en su introducción (y con ella llegó el catalizador y la gasolina sin plomo), que en España se aplicó a partir de 1989 a los motores de más de dos litros de cilindrada, y luego desde 1990 se fue extendiendo a todos los demás.
Hoy casi el 90% del parque occidental europeo de turismos está catalizado (pero sólo el 75% si incluimos los de la Europa central y del este) y la gasolina sin plomo Eurosuper 95 junto al gasóleo estándar sin azufre son los combustibles normales de referencia. En España más de 20 millones de turismos circulan catalizados, incluidos los de la actual gran mayoría diesel de nuestro parque, bien por simples catalizadores de oxidación ó con recirculación de gases de escape (desde la Euro 3) e incluso una importante minoría -un millón- monta también filtro de partículas, un nuevo elemento añadido a la cadena de escape de los diesel (situado como el catalizador entre el motor y el silencioso final, para quemar las partículas de hollín causantes del humo negro de su escape). Y pese a ello parece que no basta… Lo que deja como única alternativa quemar y gastar menos para rebajar más el actual nivel de emisiones, con catalizadores de paladio que trabajan desde 280º (ó 250, como afirman haberlo rebajado en BMW, donde esperan reducir su temperatura funcional a 170º mediante calefactores de aire caliente).
Las futuras reducciones sólo podrán venir por cambios de combustible (gas, hidrógeno, etc) o por motorizaciones híbridas y motores más pequeños. Si no podemos quemar mejor, habrá que quemar menos para reducir la emisión de dióxido ó anhídrido carbónico (CO2), gas responsable del efecto “invernadero”, y en el que todos los demás se convierten una vez oxidados. Lo que en los diesel supone una nueva generación turbodiesel de baja cilindrada, con filtro de partículas y catalizadores SCR reductores de óxidos nitrosos (a base de urea, etc).
La función del catalizador.- Hoy lo normal es que los catalizadores duren como poco de 120 a 140.000 km en motores de gasolina, y 200.000 ó más en los diesel, límites que se sobrepasan con facilidad, debido al alto nivel de eficiencia y fiabilidad que alcanzan. La experiencia del mercado del recambio indica que salvo rotura ó accidente los catalizadores actuales se “taponan” como pronto a los 140/150 mil km, o sea una reposición a lo sumo durante la vida del vehículo.
La extensión de la inyección directa a los motores de gasolina y su aplicación por mezcla estratificada (y no estequiométrica) simplifica también el trabajo del catalizador de tres vías, sin contar con la reformulación y mejora de la composición química de los carburantes (índices de octano, cadenas orgánicas de hidrocarburos, reducción de azufre y naftas, etc) que ayuda a mejorar el rendimiento térmico, disminuyendo también el consumo por la mayor compresión que permite la inyección directa a alta presión (aunque nunca tan alta como la diesel; con 150 a 300 bares sobra). Pero donde van a tener que aumentar su eficiencia los catalizadores es en los motores diesel, que aunque mejoren algo su consumo y emisiones por la disminución de cilindrada y la mejora del rendimiento térmico, si los niveles que impone la Euro 5 han empezado a exigir filtros de partículas y sistemas SCR con inyección de urea, la Euro 6 los generalizará incluso en los motores pequeños.
El catalizador que viene.- Así, el catalizador del futuro durará aún más, mientras los proveedores ajustan sus estándares en el mercado de reposición con mayores garantías. También mejoran los soportes, capaces de resistir la combustión de distintos carburantes (biodiesel, mezclas de gasolina y etanol, gasolinas con bajo contenido en azufre, etc). El soporte metálico se extiende poco a poco pese a ser más caro que el cerámico (el más utilizado), dadas sus ventajas: menos contrapresión, resistencia a golpes y dilataciones, se calienta y enfría antes, más ligero, etc. Limitado antes a los modelos más deportivos, ya lo vemos en muchos otros, y también en el recambio (ahí está la gama Metal Cat de Arvin –Klarius-, y los MMS de Bosal con substrato modular metálico, última evolución de los de flujo radial, que forman ya el 92% de toda su oferta).
Hoy por hoy más de la mitad de los catalizadores de reposición del mercado siguen siendo cerámicos, incluidos los diesel, dada su alta eficacia y menor coste. Por cierto, la mayor duración de éstos se explica por su mayor simplicidad (sólo dos vías, sin sonda lambda), aunque ahora con la Euro 5 y más aún con la Euro 6 se irán complicando.
Bosch ya tiene catalizadores diesel con sonda lambda y catalizadores Denoxtronic (tipo SCR, con reducción catalítica selectiva a base de inyección acuosa de urea) que cumplen ya la norma Euro 6. Y ahora, el filtro de partículas.- El catalizador de oxidación simple (de dos fases y sin sonda lambda) basta para reducir el CO y los HC, mientras que la reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx), se logra a través de la recirculación de gases de escape (EGR) a la que se añade ahora la de humos mediante filtros de partículas de hollín (FAP, DPF, etc). Es en estos filtros donde se dan los mayores avances, con nuevos tipos sin mantenimiento y sistemas EGR refrigerados que aumentan la reducción de NOx sin disminuir el rendimiento térmico por el mayor volumen de gases neutros, toda vez que su duración de por vida -los gases de escape de los diesel son menos corrosivos que los de los motores de gasolina- está ya resuelta.
El punto de mira está puesto en el hollín y los NOx. Estos últimos siguen siendo el punto débil de los motores diesel, tanto atmosféricos como turboalimentados. La recirculación de gases de escape (EGR) los redujo mucho, pero ahora la Euro 6 obligará a rebajarlos a la mitad, de modo que no incidan más en la contaminación atmosférica que los generados por motores de gasolina, lo que acabará siendo resuelto mediante sistemas como la inyección adicional de urea. Pero además de los NOx, los diesel han tenido fama de “sucios” por sus negros humos de escape, originados por la combustión incompleta del gasóleo, que deja en el aire partículas microscópicas de carbono (hollín), perjudiciales para nuestra salud, así como para la vida animal y vegetal. La inyección directa y los inyectores multiorificio, con su fina pulverización del gasóleo los han reducido mucho, pero no es raro ver aún esa indeseable “estela negra” tras algún coche. Para evitarlas nació el filtro de partículas (FAP en sus siglas francesas, DPF en las inglesas, y para nosotros mejor FP).
Los primeros esfuerzos nacieron en Francia dentro del grupo PSA cuando en 1997 su entonces presidente Jean Martin Folz creó un grupo experimental de ingenieros para resolver el problema, paliado tras la obligación del uso del gasóleo sin azufre. El objetivo era lograr un filtro adicional que los eliminara del todo, o casi. En año y medio 70 especialistas, basándose en el trabajo emprendido por Faurecia, fabricaron un filtro de partículas basado en la inyección de un líquido a base de cerina que se recombina en el filtro con las partículas de hollín logrando quemarlas a una temperatura inferior a la que exigirían sin él (sobre 400/450 grados).
Este primer filtro de partículas, fruto del trabajo en equipo entre la japonesa Ibiden, la alemana Bosch y la francesa Rhodia, lo estrenó en el 2000 el Peugeot 607 HDI. Tenía una relativa corta vida útil y exigía cierto mantenimiento (cada 80.000 km había que desmontarlo y lim-piarlo, además de reemplazar el líquido a mezclar con el gas-oil en las inyecciones suplementarias para provocar la combustión adicional). En 2003 Peugeot aumentó a 120.000 km el plazo de revisión y limpieza, y un año más tarde, a 200.000, siempre bajo el mismo principio de actuación; una estructura porosa de carburo de silicio donde quedan retenidas las partículas de hollín.
La combustión de las partículas acumuladas en el filtro se efectúa periódicamente conforme se van acumulando. Esta combustión no plantea problemas siempre que haya oxígeno y la temperatura de los gases de escape iguale ó supere los 550 grados. Pero a motor frío (tráfico urbano, por ejemplo) los gases de escape de un diesel no pasan de 150 grados, y aun con la inyección de cerina, necesitamos subirlos a un mínimo de 450, con el consiguiente aumento de emisiones de CO2.
Por eso Renault desarrolló en 2003 su propio filtro, ya sin mantenimiento, a base de impregnar con una base catalítica los paneles de carburo de silicio del filtro. Un filtro más grande, desarrollado por Ibiden, Engelhard y Eberspaecher que se estrenó en el Vel Satis 2.2 dCi de 2003 y que ahora monta incluso el pequeño 1.5 dCi.
Este ejemplo fue seguido por los constructores alemanes que estudiaban la introducción de un filtro de partículas sin decidirse por ninguno. La cuestión era bajar las partículas sin elevar los NOx y Mercedes y BMW lo han desarrollado basándose en un sistema similar al de la regeneración activa de las marcas francesas, y Audi también, empleando todos un sistema similar, pero sin líquidos que rebajen la temperatura de combustión de las partículas.
A base de platino y metales templados, han logrado una duración de por vida, pero eso sí, sus inyecciones de gasóleo son mayores, con un consumo algo mayor (aunque siempre menor que el que exige la limpieza y reposición del filtro) y más emisión de CO2. Y ahora tanto Bosch como Denso anuncian nuevos FP a base de cordita, un mineral que permite una base cerámica más eficaz y duradera, para mejor cumplir con la próxima Euro 6. Por su parte Tenneco prefiere seguir empleando soportes de carburo de silicio en sus DPF Walker Original, porque su resistencia térmica es muy superior a la de la cordita.
Mercado de catalizadores y filtros de partículas: poca rotación.- Como decíamos, la duración creciente de los catalizadores originales y el abaratamiento de los de reposición dan lugar a un mercado bastante marginal, donde la mayor parte de los cambios son más por golpes ó accidentes que por desgaste. La reducción de precios se acompaña a veces de ofertas “piratas” sin garantías, producto de recuperar en desguaces catalizadores usados a los que se abre la carcasa y se cambia el monolito por otro nuevo, se vuelve a soldar, y tras pintarlos se comercializan (a menudo con la misma marca grabada en la carcasa y que ya no tiene nada que ver con su contenido). Un fraude que además implica un riesgo legal para los talleres, porque la ley no prohíbe la venta de catalizadores no homologados, pero sí su montaje, del que es responsable el taller.
En cuanto al mercado nacional de catalizadores de reposición en 2010, siguió moviéndose algo por debajo de las 120.000 unidades anuales, de las que poco más del 40% se venden a través del recambio libre y el 55/60% restante por el oficial de las marcas de coches. La crisis se nota en la búsqueda de alternativas más baratas a las oficiales, sobre todo dado el mayor precio (y también calidad) de los catalizadores nivel Euro 3 y superior, cuyos precios también suben más (sobre el 3%). La demanda apenas crece, sólo afectada por los nuevos sistemas de diagnosis “on board” (OBD) y por las inspecciones de las ITV. Por marcas, AS domina en el catalizador del recambio libre, con unas 23.000 unidades, seguido de Walker (14.000), Klarius (Arvin Meritor, 7.000), Bosal (4.000), y luego ya el resto se lo reparten varias.
En cuanto al mercado de filtros de partículas diesel crece lentamente conforme lo hace el parque que lo monta y su edad, aunque su impacto sólo se notará dentro de dos ó tres años, cuando los turismos que lo llevan tengan que pasar por las ITV. Por cierto que a pesar de su mejora, se sigue acusando la falta de formación del personal de éstas, así como el de los talleres (libres y oficiales), donde no abunda el personal preparado así como los equipos necesarios de medición (sobre todo en el taller libre), y a veces quienes los tienen carecen del personal competente para manejarlos.
