/ viernes 24 de junio de 2022

Venus inspira nueva tecnología para limpiar el aire

Investigadores desarrollan una nueva generación de convertidores catalíticos que se inspiran en el polvo cósmico de Venus

La reducción de las emisiones de carbono de las carreteras, los ferrocarriles y el transporte marítimo requiere la implementación simultánea de una serie de soluciones.

En cuanto a los coches, la reducción total del número de desplazamientos, el cambio de combustible de los vehículos y el aprovechamiento de los que ya están en circulación deben jugar un papel parte. Pero ninguna de esas soluciones es suficiente por sí sola.

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Y aunque el futuro del automovilismo de pasajeros será eléctrico, los problemas recientes en el suministro de piezas y el alto costo de carbono de la fabricación de vehículos eléctricos podrían retrasar los beneficios climáticos de esa transición.

Para hacer un mejor uso de los vehículos existentes que queman gasolina y diésel, así como el carbono que se invirtió en su creación, los conductores y los fabricantes pueden reducir las emisiones de una familia de compuestos llamados óxidos de nitrógeno, que están relacionados con enfermedades respiratorias, a través de un mejor tratamiento de los gases de escape.

De ese modo las comunidades más afectadas por la contaminación del aire pueden al menos estar protegidas antes de que finalmente se erradiquen las emisiones dañinas de los vehículos.

Mi equipo de investigación está desarrollando una nueva generación de convertidores catalíticos, que son los dispositivos instalados en los tubos de escape para reducir la liberación de gases tóxicos. Inspirándonos en la química observada en la superficie de planetas extremadamente calientes como Venus, hemos producido un material sintético que podría mejorar la calidad del aire.

La luz del sol destruye el dióxido de carbono (CO₂) en las atmósferas de los planetas, produciendo monóxido de carbono (CO), aunque no lo suficientemente rápido como para evitar el cambio climático, aunque lo suficiente como para que atmósferas como la de Venus contengan mucho más CO del que observamos allí.

Son ya 10 días de forma consecutiva en que Celaya tiene mala calidad de aire. | Foto: Javier Patiño | El Sol del Bajío

Por ello, nuestro grupo estudia los efectos del material meteórico (polvo que llega del espacio) en las atmósferas. Un polvo de silicato de hierro que fabricamos que replica este polvo puede acelerar la conversión de CO a CO₂. Para eso se diseñaron los primeros convertidores catalíticos de los automóviles, ya que el CO es un gas tóxico.

Esto nos hizo pensar si este material podría ayudar con otros problemas, como la contaminación por óxido de nitrógeno, que supera los límites legales en el aire de muchas ciudades del Reino Unido. La mala calidad del aire de los escapes de los vehículos cuesta decenas de miles de vidas al año.

Descubrimos que el polvo no sólo puede limpiar simultáneamente las emisiones de CO y óxido de nitrógeno, sino que también puede convertir el dióxido de nitrógeno (NO₂, un gas nocivo que está específicamente regulado) en nitrógeno molecular inofensivo (N₂) y agua a temperatura ambiente.

Los catalizadores para procesar las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) instalados en los vehículos diésel modernos sólo funcionan a temperaturas de escape superiores a 150 °C. Incluso si su automóvil usa un líquido aditivo para reducir las emisiones de óxido de nitrógeno, es poco probable que funcione mientras conduce lentamente cuando el escape está más frío. Aquí es cuando los vehículos emiten la mayor cantidad de NO₂, a menudo en los atascos de tráfico donde se puede acumular el aire más contaminado.

Cuando la red eléctrica esté descarbonizada y sea lo suficientemente robusta como para cargar millones de vehículos eléctricos, los convertidores catalíticos capaces de eliminar los óxidos de nitrógeno seguirán siendo importantes. Por ejemplo, es probable que el combustible de gas natural en los hornos industriales sea reemplazado por hidrógeno.

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A diferencia de los autobuses y automóviles que funcionan con hidrógeno, que producen energía a través de una reacción en una celda de combustible, las aplicaciones más grandes, como los hornos en las acerías, quemarán combustible de hidrógeno directamente. Esta combustión a alta temperatura convertirá el nitrógeno molecular del aire en contaminación por óxido de nitrógeno, que será necesario eliminar.

Es por eso que estamos entusiasmados en desarrollar un convertidor de emisiones prototipo que pueda funcionar en la mayoría de las situaciones, con el potencial de reducir radicalmente las emisiones tóxicas de los motores de combustión y otras fuentes en el futuro.

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De ese modo las comunidades más afectadas por la contaminación del aire pueden al menos estar protegidas antes de que finalmente se erradiquen las emisiones dañinas de los vehículos.

Mi equipo de investigación está desarrollando una nueva generación de convertidores catalíticos, que son los dispositivos instalados en los tubos de escape para reducir la liberación de gases tóxicos. Inspirándonos en la química observada en la superficie de planetas extremadamente calientes como Venus, hemos producido un material sintético que podría mejorar la calidad del aire.

La luz del sol destruye el dióxido de carbono (CO₂) en las atmósferas de los planetas, produciendo monóxido de carbono (CO), aunque no lo suficientemente rápido como para evitar el cambio climático, aunque lo suficiente como para que atmósferas como la de Venus contengan mucho más CO del que observamos allí.

Son ya 10 días de forma consecutiva en que Celaya tiene mala calidad de aire. | Foto: Javier Patiño | El Sol del Bajío

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Esto nos hizo pensar si este material podría ayudar con otros problemas, como la contaminación por óxido de nitrógeno, que supera los límites legales en el aire de muchas ciudades del Reino Unido. La mala calidad del aire de los escapes de los vehículos cuesta decenas de miles de vidas al año.

Descubrimos que el polvo no sólo puede limpiar simultáneamente las emisiones de CO y óxido de nitrógeno, sino que también puede convertir el dióxido de nitrógeno (NO₂, un gas nocivo que está específicamente regulado) en nitrógeno molecular inofensivo (N₂) y agua a temperatura ambiente.

Los catalizadores para procesar las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) instalados en los vehículos diésel modernos sólo funcionan a temperaturas de escape superiores a 150 °C. Incluso si su automóvil usa un líquido aditivo para reducir las emisiones de óxido de nitrógeno, es poco probable que funcione mientras conduce lentamente cuando el escape está más frío. Aquí es cuando los vehículos emiten la mayor cantidad de NO₂, a menudo en los atascos de tráfico donde se puede acumular el aire más contaminado.

Cuando la red eléctrica esté descarbonizada y sea lo suficientemente robusta como para cargar millones de vehículos eléctricos, los convertidores catalíticos capaces de eliminar los óxidos de nitrógeno seguirán siendo importantes. Por ejemplo, es probable que el combustible de gas natural en los hornos industriales sea reemplazado por hidrógeno.

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A diferencia de los autobuses y automóviles que funcionan con hidrógeno, que producen energía a través de una reacción en una celda de combustible, las aplicaciones más grandes, como los hornos en las acerías, quemarán combustible de hidrógeno directamente. Esta combustión a alta temperatura convertirá el nitrógeno molecular del aire en contaminación por óxido de nitrógeno, que será necesario eliminar.

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