Filtros e Catalizadores para evitar e reduzir a poluição
Por Carla Legner
Edição Nº 121 - Março/Abril 2023 - Ano 21
Diariamente, principalmente nas grandes cidades, a qualidade de vida das pessoas é afetada por agentes poluentes. Segundo dados da OMS (Organização Mundial da Saúde) consolidados em 2021, a poluição atmosférica mata 7 milhões de pessoas por ano no mundo
Diariamente, principalmente nas grandes cidades, a qualidade de vida das pessoas é afetada por agentes poluentes. Segundo dados da OMS (Organização Mundial da Saúde) consolidados em 2021, a poluição atmosférica mata 7 milhões de pessoas por ano no mundo, 300 mil nas Américas e 70 mil no Brasil. Antes da Covid-19, essa era a maior causa de mortes no planeta.
Os grandes vilões desse problema são os gases emitidos pelos automóveis. Pesquisas indicam que eles são os principais emissores poluentes, extremamente nocivos ao meio ambiente e à saúde. Para se ter ideia, só os veículos movidos a diesel, como caminhões e ônibus, são responsáveis por cerca da metade da concentração de compostos tóxicos no ar.
Miguel Zoca, gerente de aplicação do produto da Umicore, destaca três contaminantes. O primeiro deles é o CO (Monóxido de Carbono), que em forma de gás causa asfixia sistêmica, pneumonia e danos cerebrais. Já o NOx (Óxidos de Nitrogênio), emitido por veículos a diesel, agrava os problemas respiratórios e pode causar mutações genéticas.
A emissão do o HC (Hidrocarboneto), por sua vez, se dá pelos motores de ciclo Otto (álcool e gasolina) e diesel. Seus principais riscos à saúde humana são: irritação nas vias respiratórias, anemia, leucemia e câncer pulmonar. Há ainda substâncias como Dióxido de carbono (CO2), Ozônio (O3), Dióxido de nitrogênio (NO2), Óxidos de enxofre (SOx) e Material particulado (MP).
Já o material particulado, popularmente conhecido como fuligem, pode causar mal-estar, irritação em olhos, garganta ou pele, dor de cabeça, enjoo, bronquite, asma e até mesmo câncer de pulmão.
Pensando no meio ambiente, os impactos mais conhecidos pela emissão de gases poluentes são o aquecimento global e o efeito estufa. Contudo, outros também são apontados, como o efeito smog, que acontece quando há diminuição significativa da visibilidade, e a chuva ácida, que provoca sérias alterações no solo, nas águas e na vegetação.
E se não bastasse tudo isso, há ainda mais um agravante: os níveis de poluição veicular no país estão diretamente ligados à frota velha. Dos cerca de 45 milhões de veículos leves em circulação, 25,5 milhões (56%) são modelos fabricados até 2013, enquadrados nas fases mais antigas do Programa de controle de emissões veiculares (Proconve).
No caso de veículos pesados, caminhões e ônibus, a situação é ainda pior. Da frota circulante de quase 2,5 milhões, 1,5 milhão (61%) estão enquadrados em fases anteriores ao Proconve, que entrou em vigor em 2012 com exigência de garantia do funcionamento dos sistemas de tratamento de gases de até 500.000 km.
O lado bom da história
É importante destacar que nem tudo está perdido. Pesquisadores afirmam que existem equipamentos básicos, como catalizadores e filtros, que minimizam muito a ação desses poluentes. No caso dos ônibus, por exemplo, um filtro pode reduzir em 95% as emissões. Seu uso evita que o material particulado e outros gases nocivos, gerados na combustão por injeção direta, chegue ao meio-ambiente e aos seres humanos.
Segundo João Paulo Bonatti Manara, gerente sênior de vendas e engenharia de aplicação do negócio de Catalisadores Automotivos da BASF América do Sul, o uso eficiente destas soluções, em consonância com as legislações vigentes, reduz a quantidade de material particulado, hidrocarbonetos e monóxido de carbono emitidos na atmosfera.
Este benefício se estende a todos os serem vivos incluindo a flora. “Os filtros catalisados são de extrema importância para a redução das emissões de material particulado, retendo a maior parte da fuligem geradas nos motores a combustão interna. Além de regularem também as emissões de CO e HC, principalmente em motores Diesel e Flex de injeção direta” – complementa Manara.
De maneira geral, a função desses equipamentos é de converter os poluentes provenientes da combustão em substâncias inofensivas à saúde humana. Segundo Zoca, são compostos por um substrato com a entrada ou saída de seus canais fechados intercaladamente, que pode ser cerâmico ou de carbeto de tungstênio, revestido por diversos óxidos e por metais nobres, como platina, paládio ou ródio.
O material se acumula dentro desses canais, que em determinadas conduções do motor são queimados. Os gases tóxicos produzidos entram em contato com os metais, ocasionando reações químicas que os transformam em gases inofensivos e água, sendo lançados na atmosfera pelo escapamento, o filtro se regenera para novos ciclos de retenção e conversão.
Vale destacar que, além do impacto ambiental e dos riscos à saúde, existe o risco de degradação do veículo. A não utilização ou utilização inadequada destes sistemas pode vir a causar danos ao motor e aumento de consumo de combustível.
Segundo Viviane Vedovatto, chefe de trade marketing Brasil da divisão de reposição automotiva da Bosch, os filtros garantem maior eficiência, segurança, conforto e menor desgaste de determinados itens. Desta forma, é de extrema importância realizar a manutenção preventiva com regularidade e, sempre que necessário, efetuar a troca dos filtros, evitando danos à injeção eletrônica e nos demais sistemas e nas peças do motor.
Equipamentos
De acordo com Cláudio Furlan, gerente comercial da Umicore, tão importante como ter a disponibilidade das tecnologias, é compromisso do proprietário escolher o equipamento adequado, bem como fazer a correta manutenção do veículo e a reposição, quando necessário. A consciência ambiental é fundamental, ou seja, um equipamento de controle de poluição jamais deve ser removido.
Basicamente, existem cinco tipos de filtros automotivos. O filtro de óleo tem como principal função eliminar do óleo circulante as impurezas e as partículas em suspensão, como pó, elementos abrasivos metálicos, fuligem e carvão do óleo. Em bom estado, esse equipamento é essencial para garantir o funcionamento do motor, além de filtrar 99% dos contaminantes presentes no óleo do sistema hidráulico.
Trata-se de um item que merece atenção especial do motorista, pois sua utilização por um tempo acima do especificado no manual do proprietário gera várias consequências negativas, tais como: desgaste excessivo das peças, perda de desempenho e aumento no consumo de combustível ou até a parada total do motor.
O filtro de cabine é responsável pela filtragem e purificação do ar no interior do veículo, uma vez que absorve as substâncias nocivas presentes no ambiente, sobretudo em áreas com trânsito intenso. Esses reduzem a concentração de partículas e resíduos cancerígenos derivados da combustão e do ar aspirado da atmosfera. Ele absorve 100% de partículas de pó, fuligem, pólen, germes e bactérias, além de possuir tripla camada de filtragem, sendo desenvolvido para garantir maior resistência à umidade e formação de microrganismos.
Já o filtro de combustível tem como função proteger tanto o sistema de injeção quanto os componentes do motor contra partículas de sujeira como pó, ferrugem, água e resíduos existentes no tanque de combustível do veículo. O filtro dentro das especificações técnicas adequadas, além de assegurar o bom desempenho do veículo, diminui o nível de emissões e o consumo de combustível.
O filtro de ar, por sua vez, tem como objetivo resguardar o motor contra partículas de sujeiras no ar de admissão e desgaste, além de garantir o abastecimento de ar para o motor e reduzir o nível de ruído. Assim, quando o componente não está em boas condições, ocorre má preparação da mistura de ar/combustível, levando a uma redução da potência do motor e a uma emissão acentuada de substâncias poluentes, ocasionando maior consumo de combustível e desgaste acentuado do motor devido às partículas.
Finalizando, temos os filtros separadores. Presentes em automóveis movidos a Diesel, são os menos conhecidos pelo grande público. Sua função é bem simples, basicamente serve para separar a água do combustível. Essa peça é indispensável para um bom funcionamento do motor.
Para que não haja contaminação nos tubos que transportam líquidos ou gases, o filtro separa a água que está naturalmente presente no combustível evitando danos, como o desgaste na bomba de combustível, danos aos bicos injetores, saturação prematura dos filtros, oxidação (ferrugem) das partes metálicas do sistema e perda de pressão e problemas no arranque.
“Em veículos, quando em bom estado de conservação, os filtros de óleo, ar e combustível ajudam a reduzir o consumo de combustível e nível de emissão de poluentes, além de contribuírem com desempenho e vida útil do motor. Já os filtros de cabine purificam o ar que circula internamente no veículo, reduzindo a concentração de partículas de pó e contaminantes aspirados da atmosfera” – enfatiza Viviane.
É importante mencionar que somente profissionais qualificados conseguem avaliar se o desempenho desses itens está afetando a eficiência e o funcionamento do veículo. Os filtros devem ser inspecionados em intervalos regulares e substituídos de acordo com as especificações do fabricante.
Os riscos do processo de filtragem inadequada vão desde o mau funcionamento do veículo até a parada total do motor, bem como riscos para a saúde dos ocupantes, no caso dos filtros de cabine. Além disso, segundo Viviane, a não realização das trocas dos filtros conforme especificação do fabricante pode levar ao funcionamento irregular do motor e, consequentemente, acentuando as emissões de substâncias poluentes na atmosfera.
Na linha Diesel, de acordo com Furlan, dependendo do projeto do veículo, há soluções com catalisadores de oxidação e também soluções com catalisadores SCR, que utilizam ARLA 32. Para os veículos do ciclo OTTO, destaca-se os catalisadores de três vias (TWC). “Esses são muito utilizados no Brasil em veículos leves desde 1992 e fazem a oxidação de THC e CO, ao mesmo tempo em que reduzem o NOx” – afirma.
HC Trap (Adsorvente catalítico de Hidrocarbonetos) aparece para superar o desafio do etanol não queimado na partida fria nos veículos flex. Em baixa temperatura, adsorve os hidrocarbonetos e o etanol não queimado emitidos na partida fria do motor flex. Com o aquecimento do gás de escape, eles são liderados pela camada adsorvente sendo convertidos a CO2 na camada catalítica superior, atendendo os limites mais restritos do PL8.
O DPF (Filtro Catalítico de Partículas) é útil na eliminação de materiais particulados gerados em veículos movidos a Diesel, e o GPF (Filtro Catalítico de Partículas – Gasolina/Etanol) para veículos com injeção direta de combustíveis. Nos dois casos, o filtro catalítico retém as partículas emitidas em determinadas condições do motor e, em outras especificações, as convertem em CO2 e água. Essas reações químicas purificam os gases de exaustão e permitem que o componente seja regenerado para novas filtrações, evitando que ele fique entupido.
“Os filtros de particulados, conhecidos como CSF (Catalyzed Soot Filters) são os principais responsáveis pela contenção e conversão do matéria-particulado gerado em motores de combustão interna com injeção direta (Diesel e Flexfuel). Para motores a diesel existe ainda DOC (Diesel Oxidation Catalyst), SCR (Selective Catalyst Reduction) e ASC (Ammonia Slip Catalyst), usados no tratamento de gases poluentes como HC, CO e Nox. Já para veículo flexfuel temos Catalisadores TWC (Three Way Catalyst), também utilizados para o tratamento destes gases nocivos” – complementa Manara.
Sustentabilidade e novas tecnologias
Cada vez mais o tema sustentabilidade tem sido discutido e abordado mundialmente em diferentes segmentos econômicos, especialmente diante de questões como crise energética e mudança climática. Por isso, pensar e agir para mitigar os impactos ambientais, por meio de alternativas, novas tecnologias e soluções, é algo que deve estar na pauta da sociedade em diferentes aspectos.
Pensando nisso, a Bosch lançou o filtro de cabine Pure Air Premium. Seu tratamento é realizado com nanopartículas de prata, que elimina vírus, fungos e bactérias por toda a vida útil do produto, o que garante mais saúde e um ar livre de maus odores dentro do veículo.
O equipamento contém 3 camadas entrelaçadas e conta com ação de duração permanente durante a vida útil do produto, o que garante mais saúde no interior do veículo e um ar livre de maus odores. O processo de filtragem do ar elimina e inativa mais de 99% dos microrganismos filtrados e retidos em menos de três minutos.
“A Bosch está sempre atenta às necessidades do mercado, investindo no desenvolvimento de tecnologias competitivas e de qualidade para suprir as demandas da frota brasileira sempre com o olhar voltado para a sustentabilidade. Dessa forma, os investimentos do segmento de reposição automotiva da Bosch são contínuos em termos de lançamentos de produtos, extensões de programa e complemento de suas linhas” – conta Viviane.
O fato é que, além dos filtros e catalisadores, os fabricantes de automóveis procuram constantemente o desenvolvimento de outras tecnologias que ajudem a reduzir o consumo de combustíveis. Segundo Manara, essas são essenciais para a redução das emissões de poluentes e de gases de efeito estufa.
Além disso, é possível a redução da massa e a melhoria da aerodinâmica dos veículos, downsizing (redução dos tamanhos dos motores, número de cilindros, auxiliados por outras tecnologias como turbo e injeção direta), sistemas de transmissão com mais marchas e menores perdas de energia, pneus e rolamentos com menor resistência a rolagem, sistemas de hibridização de diversos níveis como start-stop, Mild-Hybrid, Full-Hybrid e Plug-In-Hybrid, todos essenciais para redução de consumo de combustível.
“O aumento do uso de biocombustíveis também representa uma importante contribuição para a redução dos gases de efeito estufa, como o CO2, pois são combustíveis renováveis, onde parte do CO2 emitido durante a queima nos motores é neutralizado durante a produção do combustível” – ressalta Manara.
A indústria e a poluição
Toda essa problemática não fica apenas a mercê dos automóveis, a indústria também é responsável por parte dessa poluição, alguns dos principais poluentes desse setor são os VOC (Compostos Orgânicos Voláteis), dentre eles os HC (Hidrocarboneto), CO (Monóxido de Carbono), NOx (Óxido de Nitrogênio) e partículas. Assim como no mercado automotivo há muitas alternativas para minimizar o problema, Furlan destaca algumas:
Catalisador de Oxidação Diesel (DOC): Principal produto do segmento, ele é aplicado em máquinas com motor a Diesel. Pode ser produzido com suporte cerâmico ou metálico. A reação promovida por este catalisador tem potencial de eliminar mais de 90% das emissões de HC e CO. Ele também reduz consideravelmente a quantidade de aldeídos e elimina odores.
Filtro Catalítico de Partículas para Motores Diesel (cDPF): Tecnologia utilizada para eliminar substâncias particuladas, ela filtra mais de 95% desses materiais, mesmo os ultrafinos (PM2,5). Esse tipo de partícula é facilmente identificado no motor a Diesel ao observar-se a fuligem ou fumaça preta na saída do escapamento ou chaminé. Alguns filtros permitem que os geradores e máquinas estacionárias sejam usadas em ambientes urbanos, minimizando a geração de materiais tóxicos.
Catalisadores para aplicação CNG/GLP: Projetados para motores a combustão de gás natural, possuem formulação diferente dos catalisadores a diesel. Neste caso, existe um grande desafio na conversão de gás metano (CH4), sendo necessário maior quantidade de material ativo na composição do catalisador.
Algumas aplicações podem trabalhar com mistura estequiométrica, ou seja, a combinação necessária de ar e combustível para que a queima perfeita do componente possa acontecer. Isso favorece a utilização de catalisadores de três vias, que fazem a oxidação de THC e CO, ao mesmo tempo em que reduz o NOx. Dependendo da regulagem do gás e da temperatura da exaustão, é possível atingir conversões superiores a 90% para os três tipos de gases.
Catalisador de Redução Seletiva (SCR): Responsáveis pela conversão de NOx (Óxido de Nitrogênio) em motores com excesso de oxigênio, como os do ciclo a Diesel. A grande vantagem deste sistema é permitir a conversão de até 90% de NOx sem alterar o consumo do motor. Dessa forma, há alta economia de combustível em instalações de geração de energia.
Essas soluções podem ser aplicadas em qualquer Industria, a depender dos processos de licenciamento ambiental. O controle de partículas e de NOx são os mais comuns. Segundo Zoca, uma grande novidade do mercado de Instalações Industriais é a possibilidade de se utilizar catalisadores SCR em módulos de 1m³, que facilitam a montagem em grandes plantas. Tal sistema necessita de Amônia para conversão do NOx.
“Entendemos que a utilização e reposição correta das tecnologias de redução de emissões tóxicas, independente do setor, contribuem para a melhoria da qualidade do ar, impactando positivamente a vida das pessoas e o ambiente em que vivemos. Também vale destacar a importância da descarbonização com a utilização, quando possível, de biocombustíveis e de tecnologias que auxiliam na redução de consumo” – finaliza o gerente da Umicore.
Contato das empresas
BASF: www.basf.com
Bosch: www.bosch.com.br
Umicore: www.umicore.com.br