Durante a inicialização a frio, o motor de um carro emite muito mais partículas e outros poluentes do que em condições de calor. Isso ocorre porque um conversor catalítico frio é muito menos eficiente em baixas temperaturas dos gases de escape. Qual é a resposta? Pré-aqueça o gato com microondas. Os cientistas da Empa desenvolveram o primeiro conversor de aquecimento por micro-ondas para aplicações em automóveis de passageiros.

Os motores de combustão interna estão atualmente sob fogo - uma e outra vez. O primeiro problema foi a fuligem de diesel, mas isso pode ser resolvido com filtros de partículas. Então, novamente com o diesel, óxidos de nitrogênio prejudiciais entraram em foco, que foi (supostamente) resolvido com complicados sistemas de pós-tratamento de exaustão. O que tende a ser vigiado no debate sobre o diesel:os motores a gasolina contribuem para a emissão de particulados nas cidades, também, especialmente em locais onde muitos motores dão partida a frio. 90 por cento de todos os poluentes são produzidos no primeiro minuto após a partida a frio de um moderno motor a gasolina.

Ou dito de outra forma:os primeiros 500 metros na estrada poluem o ar tanto quanto os próximos 5, 000 quilômetros, desde que o veículo fosse dirigido sem parar. Os conversores catalíticos que aquecem o mais rápido possível ou - melhor ainda - já limpam os gases de escape de forma eficiente durante as primeiras rotações do motor são vitais para uma melhoria significativa da qualidade do ar. Potis Dimopoulos Eggenschwiler, um especialista em tratamento de gases de escape no Laboratório de Tecnologias de Transmissão Automotiva da Empa e sua equipe, trabalhou nos últimos dois anos em uma solução para o problema da partida a frio. Com o sistema desenvolvido, espera-se uma redução significativa da poluição do ar nas áreas urbanas, dada a alta frequência de arranques a frio e as baixas distâncias percorridas. O projeto é financiado pela Swiss National Science Foundation (SNSF) e pelo Federal Office for the Environment (FOEN).

As propriedades de transferência de calor de um conversor catalítico devem ser adaptadas para permitir o aquecimento rápido a 300 graus Celsius usando a energia mais baixa possível. Afinal, essa energia deve ser fornecida pelo sistema de alimentação do veículo. Dimopoulos Eggenschwiler propõe uma estrutura de poros abertos com um revestimento especial, que pode ser aquecido por um pequeno transmissor de micro-ondas em dez segundos - muito parecido com o forno de micro-ondas em casa. Em 2012, a equipe da Empa já desenvolveu um conversor catalítico particularmente eficiente:um molde de cerâmica de uma espuma de poliuretano que gira os gases de exaustão de forma mais eficaz e gera menos contrapressão do que um conversor catalítico com sua estrutura de favo de mel convencional.

Cerâmica da impressora 3-D

O catalisador à base de espuma, então, gerou a próxima ideia:uma estrutura reticular poliédrica feita de finas escoras de cerâmica que requer apenas uma pequena quantidade de metal precioso para atingir alta conversão de poluentes. "Em primeiro lugar, procuramos uma estrutura ideal no computador, "diz Dimopoulos Eggenschwiler." Uma estrutura que aquece rapidamente, acelera as reações químicas e impede o fluxo de gás o mínimo possível. Em seguida, começamos a recriar a estrutura em cerâmica. "Especialistas da Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI) em Lugano construíram a rede projetada no computador usando litografia estéreo, uma espécie de impressão 3D de líquidos e luz ultravioleta. Os especialistas da Empa então revestiram a cerâmica com carboneto de silício, óxido de zircônio e óxido de alumínio - e as substâncias ativas do conversor catalítico consistindo de platina, ródio e paládio. EngiCer SA, uma empresa do Ticino, assumiu a fabricação da primeira pequena série e declarou seu interesse em aumentar a capacidade caso a demanda do mercado fosse alta o suficiente. Também a bordo está o fabricante suíço de catalisadores HUG Engineering AG.

Expectativas atendidas

O que é provavelmente o primeiro conversor de escapamento catalítico impresso em 3-D do mundo correspondeu às expectativas em testes de campo:no escapamento do modelo de reator de gás da Empa, o gato em forma de poliedro limpou os poluentes de forma ainda mais eficaz do que o catalisador de espuma de 2012. No despertar de seus testes de laboratório iniciais bem-sucedidos usando pequenos modelos de gatos, os pesquisadores agora estão conversando com parceiros industriais para integrar um desses conversores catalíticos em tamanho real em um veículo de teste. A primeira aplicação para testar estes novos desenvolvimentos no dinamômetro, bem como na estrada em um veículo real, está atualmente projetada.

O próximo passo para Dimopoulos Eggenschwiler será incorporar o aquecimento por microondas. “É importante não aquecermos toda a estrutura cerâmica, "ele diz." Queremos aquecer apenas alguns segmentos do conversor catalítico pelas microondas que são geradas usando a energia preciosa da bateria. Assim que as reações químicas começam, todas as outras partes vão se aquecer. "De acordo com o especialista em gases de escape, um a dois quilowatts podem ser facilmente desviados da bateria de um veículo por dez a 20 segundos. "Isso deve ser o suficiente." Assim que o motor estiver funcionando, os gases de escape e as reações químicas no conversor catalítico geram calor suficiente para manter as temperaturas altas, ponto em que o microondas pode ser desligado. As emissões de arranque a frio podem, portanto, em breve ser uma coisa do passado.