Conclusiones clave:

• Comprender las diferencias en los sistemas de postratamiento es crucial para las flotas que buscan reducir las emisiones.

• A pesar de la combustión más limpia del hidrógeno, sus sistemas de postratamiento aún necesitan gestionar las emisiones de NOx.

• Los avances en la tecnología de control de emisiones están dando forma al futuro de los sistemas de postratamiento.

A medida que las flotas trabajan para reducir las emisiones, es fundamental comprender las diferencias en los sistemas de postratamiento para los distintos tipos de combustible. La adopción y el crecimiento de los motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno es un paso importante, ya que el ICE de hidrógeno proporciona una opción baja en emisiones y carbono para un sector de transporte más sostenible. Los mecanismos que limpian los gases de escape en estos motores son fundamentalmente los mismos que los del diésel ICE, siendo la diferencia clave lo que hay en los gases de escape para empezar.

Este artículo profundiza en las diferencias clave entre los sistemas de postratamiento para motores diésel e hidrógeno, proporcionando información esencial para las flotas que atraviesan esta transición.

¿Cómo funciona el sistema de postratamiento en motores diésel?

Los sistemas de postratamiento de motores diésel desempeñan un papel crucial en la reducción de las emisiones de los motores diésel. Estos sistemas actúan como un filtro para los gases de escape, asegurando que los contaminantes dañinos se conviertan en sustancias inofensivas antes de ser liberados al aire. Encontrará sistemas de postratamiento en todas las aplicaciones con motor diésel.

El postratamiento del diésel utiliza tecnologías como filtros de partículas diésel (DPF) y unidades de reducción catalítica selectiva (SCR) para filtrar los gases de escape. Los DPF capturan partículas de hollín directamente del escape, mientras que las unidades SCR utilizan una solución a base de urea para transformar los óxidos de nitrógeno en nitrógeno y agua.

Curiosamente, no todas las aplicaciones requieren sistemas de postratamiento. Por ejemplo, los generadores de energía de emergencia en América del Norte están exentos debido a sus casos de uso específicos.
Sin embargo, esto es cierto en los países industrializados, pero hay muchas regiones a nivel mundial que todavía están rezagadas en cuanto a los requisitos de emisiones que impulsarían la necesidad de sistemas de postratamiento.

Al integrar tecnologías avanzadas de postratamiento, los motores diésel pueden seguir ofreciendo la eficiencia y potencia por las que son conocidos, al tiempo que reducen significativamente su huella medioambiental. Es un equilibrio entre desempeño y responsabilidad, que garantiza que los motores diésel puedan cumplir con los estándares de emisiones actuales y contribuir a un medio ambiente más limpio.

Novedades en sistemas de postratamiento para motores diésel

Los sistemas de postratamiento de motores diésel han evolucionado significativamente a lo largo de los años, adaptándose a estándares de emisiones estrictos en varias regiones. En América del Norte, los catalizadores de oxidación diésel (DOC) se utilizan desde la década de 1990, según el fabricante del motor. La función del DOC ha sido iniciar el proceso químico que descompone los contaminantes en el flujo de escape, preparándolos para un tratamiento posterior.

En 2007, se introdujeron los filtros de partículas diésel (DPF), lo que trajo un sistema más complejo que pasó de un estado pasivo a uno activo, requiriendo este último una intervención periódica para quemar las partículas acumuladas. En 2016 se produjeron más avances con la introducción de productos de un solo módulo que albergaban estos componentes en un diseño más compacto y liviano. Estos sistemas han seguido desarrollándose para cumplir con estándares de emisiones aún más estrictos, allanando el camino para sistemas de NOx (óxido de nitrógeno) ultrabajos con dosificación dual y calentadores para mejorar el rendimiento y el control.

El sistema de postratamiento de diésel ha madurado en los mercados globales, unificándose en torno a tecnologías centrales que satisfacen las regulaciones ambientales y las necesidades del mercado. Como resultado, los caminos alguna vez divergentes de la tecnología de emisiones diésel en diferentes partes del mundo están convergiendo, creando un enfoque más estandarizado para reducir el impacto ambiental de los motores diésel.

¿Cómo funciona el sistema de postratamiento en el ICE de hidrógeno?

Esto es lo que pasa con los motores de hidrógeno: idealmente, cuando se quema hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), se espera obtener sólo vapor de agua y ninguna emisión de NOx, un contaminante nocivo. Pero eso es en un mundo ideal. Sin embargo, en condiciones del mundo real, un H2 ICE de combustión pobre produce NOx junto con vapor de agua. Esto sucede porque para la combustión se utiliza aire, que contiene nitrógeno. Aquí es donde entra en juego el sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) para abordar los NOx en las emisiones del tubo de escape.

Pequeñas cantidades de hidrocarburos en el escape, debido al consumo de aceite del motor, pueden requerir un catalizador de oxidación en los motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno. Sin embargo, en algunas aplicaciones de hidrógeno, los niveles de hidrocarburos son tan bajos que el catalizador de deslizamiento de amoníaco al final del sistema SCR puede ser suficiente para convertir las emisiones nocivas en inofensivas, eliminando la necesidad de un catalizador de oxidación adicional.

Aunque la combustión de hidrógeno no produce CO2 directamente, el funcionamiento del sistema SCR puede generar emisiones menores de CO2. Curiosamente, algunas regiones, como Europa, aún pueden clasificar los motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno como vehículos de cero emisiones a pesar de esto. En América del Norte, los reguladores todavía están debatiendo esta clasificación. No obstante, incluso con estas emisiones mínimas, los ICE de hidrógeno logran una reducción significativa de CO2 en comparación con los motores diésel: alrededor del 90 por ciento.

Por eso a menudo se hace referencia al hidrógeno como "puente" tecnología. Brinda una oportunidad de acercarse notablemente a cero emisiones de CO2, sirviendo como un trampolín o puente, dependiendo de cómo lo vean los reguladores. Cabe señalar que los vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno (FCEV) suelen considerarse el objetivo a largo plazo y verdaderamente de cero emisiones, pero su adopción conlleva mayores costos de inversión.

Los sistemas de postratamiento se convierten en un componente clave para los ICE H2 en esta fase de transición. Garantizan que los motores de hidrógeno puedan reducir significativamente las emisiones, lo que los convierte en una alternativa viable y más limpia en el mercado. La tecnología H2ICE está preparada para evolucionar con sistemas de postratamiento en la mezcla; los motores de hidrógeno pueden servir como un puente sólido hacia un futuro automotriz más ecológico.

Diferencia entre sistemas de postratamiento de hidrógeno y diésel

Los motores diésel producen CO2, NOx y partículas (PM). Los métodos de postratamiento, como la recirculación de gases de escape (EGR), reducen las emisiones de NOx al reducir las temperaturas de combustión. Métodos adicionales, como la reducción catalítica selectiva (SCR) y la reducción selectiva no catalítica (SNCR), también eliminan los NOx de los gases de escape diésel.

Si bien las emisiones de NOx en los motores de hidrógeno son como las del diésel, existen diferencias clave en el postratamiento. El combustible de hidrógeno no requiere un filtro de partículas para capturar el hollín, que es grande, costoso y necesita servicio. En su lugar, se puede utilizar un catalizador de oxidación más simple. Los sistemas de postratamiento tanto para el ICE diésel como para el ICE de hidrógeno son fundamentalmente similares, y el SCR para el ICE de hidrógeno utiliza el mismo fluido de escape diésel que los motores diésel.

Sin embargo, el hidrógeno plantea desafíos únicos en el proceso de postratamiento. El contenido de agua en el escape y la reacción del hidrógeno con ciertos metales y soldaduras requieren el uso de materiales compatibles con el hidrógeno para mantener la integridad del sistema. Los motores de hidrógeno tienen un proceso de combustión más limpio, lo que elimina la necesidad de filtros de partículas diésel (DPF) y simplifica el sistema de postratamiento.

Al centrarnos en la tecnología de combustión pobre y el sistema SCR, podemos controlar y reducir eficazmente las emisiones de NOx en el ICE de hidrógeno sin la complejidad adicional de los sistemas de postratamiento del diésel.

Avanzando en el control de emisiones

A medida que nos acercamos a la implementación de las normas de emisiones para 2027 de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, se prevé que se generalicen más herramientas adicionales para la gestión térmica, potencialmente en 2024. Estos avances tienen como objetivo reducir aún más las emisiones de NOx, garantizando que los motores diésel puedan cumplir con las próximas normas estrictas.

El enfoque del control de emisiones varía ligeramente entre Europa y América del Norte debido a diferentes impulsores del mercado. En Europa, el enfoque principal ha sido tradicionalmente el control de las emisiones de NOx, impulsado por un fuerte énfasis en la economía de combustible. Algunas regiones pueden requerir un control del número de partículas mediante filtros, mientras que otras pueden necesitar una filtración básica para cumplir con los límites de tamaño de partículas, ya que los filtros de partículas no son esenciales para capturar el hollín como lo son en los motores diésel. En consecuencia, los sistemas de postratamiento de hidrógeno diferirán según los mercados, y América del Norte empleará tecnología más avanzada para cumplir con las regulaciones de NOx ultrabajos. Sin embargo, con la introducción de las regulaciones Euro 6, la tecnología de control de emisiones se ha vuelto más alineada entre América del Norte y Europa.

Cummins está liderando el desarrollo de tecnologías que atiendan tanto a motores diésel como a motores de hidrógeno. A medida que la tecnología del hidrógeno siga madurando, disminuirá la necesidad de complejos sistemas de postratamiento, ofreciendo una alternativa más sencilla y respetuosa con el medio ambiente a los motores diésel tradicionales. Cummins sigue comprometido a liderar esta transición, desarrollando tecnologías de motores que satisfagan las demandas del futuro y al mismo tiempo minimicen el impacto ambiental.