Análisis de la reactividad del hollín emitido por un motor diésel operando con diferentes biocarburantes

Las estrictas normativas anticontaminantes impuestas a los vehículos diésel (EURO 6) han obligado al uso de complejos sistemas de post-tratamiento para reducir la emisión de NOx y partículas. En relación a estas últimas, el uso de filtros de partículas (DPF) se ha establecido como la única técnica capaz de cumplir con las comentadas normativas, a pesar de los problemas derivados de la regeneración de los mismos. Dicha regeneración provoca tanto un aumento en el consumo del vehículo (y por tanto mayor emisión de CO2) como posibles problemas operacionales derivados de la acumulación excesiva de partículas en el filtro. Unido a lo anterior, la aparición de combustibles alternativos de elevado potencial, como el HVO (Hydrotreated Vegetable Oil), GTL (Gas-to-Liquid) y las mezclas de diésel con etanol (e-diésel), obligan a conocer las propiedades de las partículas emitidas con el objetivo de optimizar el diseño del DPF y determinar las necesidades térmicas requeridas para una correcta regeneración. En este trabajo se analiza la reactividad (temperaturas características del proceso de oxidación) de las partículas emitidas por un motor diésel operando tanto con combustible diésel como con diferentes biocarburantes (biodiésel convencional, HVO, GTL y e-diésel). Los ensayos para la recolección de partículas se han llevado a cabo sobre un motor comercial instalado en banco de ensayos, y se han evaluado varias modificaciones en el proceso de inyección. El análisis de reactividad de las partículas recogidas se ha efectuado empleando una balanza termogravimétrica (TGA) y un calorímetro diferencial de barrido (DSC), ambas técnicas habituales en bibliografía. Los resultados obtenidos muestran que ambas técnicas de caracterización (TGA y DSC) conducen a conclusiones similares y que los combustibles con oxígeno en su estructura molecular (biodiésel y e-diésel) generan partículas más reactivas que aquellos que no lo poseen. También se ha comprobado que la presencia de oxígeno en forma de alcohol (e-diésel) posibilita la regeneración a menor temperatura que cuando se emplea biodiésel convencional (oxígeno en forma de éster).Se agradece a Nissan la cesión del motor, y a Repsol, Stock del Vallés, Sasol, Neste Oil y Abengoa la de los combustibles. Agradecimientos al Ministerio de Economía y Competitividad por la financiación de este trabajo a través del proyecto CINBIOLT (TRA2010-18876). Se agradece a la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha – JCCM la concesión de una ayuda para la Formación de Personal Investigador [ref. 2014/10620] para la contratación de Jesús Sánchez-Valdepeñas García- Moreno

Caracterización de hollín e implicaciones en la reactividad en el filtro de partículas diésel

El transporte y, más en concreto, el tráfico de vehículos se ha incrementado en las ciudades en las últimas décadas, convirtiéndose en una de las principales fuentes de contaminación atmosférica. Estas emisiones contaminantes presentan efectos perjudiciales sobre el medioambiente y la salud humana. Por este motivo, y para reducir los efectos nocivos que producen dichas emisiones, las normativas en materia de emisiones son cada vez más restrictivas. Para cumplir los límites de emisiones impuestos por estas normativas (denominadas Euro) los fabricantes de vehículos han utilizado diferentes estrategias. Una de estas estrategias consiste en la utilización de biocombustibles o combustibles avanzados, tal y como promueven las actuales Directivas en materia de energías renovables (Directiva 28/2009/CE y RED-II). Otra estrategia seguida por los fabricantes ha sido la implantación de sistemas de postratamiento donde destacan los sistemas LNT y SCR (que reducen las emisiones de óxidos de nitrógeno) y los filtros de partículas diésel (DPF). El objetivo del DPF es evitar la salida a la atmósfera de las partículas emitidas por los motores diésel, para después eliminarlas en un proceso conocido como regeneración. Este proceso se ve afectado por diferentes factores como la composición, flujo y temperatura del gas de escape, las características del filtro y las propiedades físico – químicas del hollín. Son estas últimas las que justifican la realización de este trabajo. En el espacio donde confluyen ambas estrategias, utilización de nuevos biocombustibles e implantación de sistemas de postratamiento, surge la presente tesis doctoral. En esta se caracteriza el hollín generado con diferentes combustibles y modificando varios parámetros de funcionamiento del motor (posición de la inyección, presión de inyección, estrategia de inyección y tasa de EGR). Para estudiar dichas características se han utilizado diferentes técnicas de análisis, las cuales, según su naturaleza, se han clasificado en técnicas de análisis estructural (difracción de rayos X, espectroscopía Raman, microscopía electrónica de transmisión y análisis de área superficial y volumen de poro), técnicas de análisis químico (espectroscopía de reflectancia difusa de infrarrojo por transformada de Fourier) y técnicas de análisis térmico (termogravimetría y calorimetría diferencial de barrido). Además, también se han realizado ensayos de carga y regeneración del DPF en condiciones reales de funcionamiento del motor para, de esta forma, comprobar si los resultados que se obtienen de estos ensayos coinciden con los obtenidos al analizar el hollín con las técnicas de análisis térmico. De los resultados obtenidos en esta tesis se pueden extraer diferentes conclusiones, como que la microestructura y los grupos funcionales presentes en el hollín son similares para todos los hollines estudiados, y que el hollín generado a partir de biodiésel es el más reactivo. Por otro lado, se ha observado que hay diversas características del hollín que están relacionadas con su reactividad, poniendo de manifiesto como en el proceso de oxidación de este juega un papel fundamental la superficie del hollín expuesta al agente oxidante. Finalmente, de los ensayos de carga y regeneración del DPF se alcanzan conclusiones similares a las obtenidas con las técnicas de análisis térmico, lo que convierte a estas últimas en una herramienta útil para predecir la reactividad del hollín en el DPF