Como es conocido, la contaminación ambiental es uno de los problemas más importantes que afectan a todos los seres humanos sin distinción. Por lo tanto, la problemática ambiental ha sido un tema de intensa discusión en las últimas décadas, debido a que su generación proviene de diversas fuentes (Ver Figura 1). En el año de 1988, se celebró en Toronto (Canadá), la “Conferencia de Toronto” sobre cambios en la atmósfera. Esta fue la primera reunión de alto nivel donde científicos y políticos discutieron sobre las medidas a tomar para combatir el cambio climático (1). De hecho, durante esta conferencia, los países industrializados se comprometieron a reducir voluntariamente las emisiones de CO2 en 20% para el año 2005, lo que se conoció como el “Objetivo Toronto”.

A esta cumbre siguieron otras de gran envergadura, siendo la más importante, el “Protocolo de Kioto”, la cual se llevó a cabo en Kioto (Japón), en el año de 1997, dentro del llamado “Convenio Marco sobre Cambio Climático de la ONU” (2). Este acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, sólo después que 55 naciones que suman el 55% de las emisiones de gases de efecto invernadero lo ratificaron; en la actualidad lo han firmado 166 países.

El objetivo del Protocolo de Kioto fue reducir para el período 2008-2012, un 5.2% las emisiones de gases de efecto invernadero globales sobre los niveles existentes para 1990. Este es el único mecanismo internacional para empezar a hacer frente al cambio climático y minimizar sus impactos. Este protocolo tiene obligaciones legales para que los países industrializados reduzcan las emisiones de los 6 gases de efecto invernadero de origen humano como el dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), además de tres gases industriales fluorados: hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6).

Puede decirse que el Protocolo de Kioto ha sido exitoso, al haber logrado una reducción del 22.6% en las emisiones de gases de efecto invernadero para el año 2015 con respecto a los niveles de 1990 en 37 países industrializados y la Unión europea, cuando el compromiso inicial era de una disminución del 5% (3).

Actualmente, estamos en el segundo período del Protocolo de Kioto, ya que en la decimoctava Conferencia de las Partes (COP 18) sobre cambio climático se ratificó el segundo periodo de este protocolo desde el 1 de enero de 2013 hasta el 31 de diciembre de 2020. Sin embargo, este proceso denotó un débil compromiso de los países industrializados, tales como Estados Unidos, Rusia, y Canadá, los cuales decidieron no respaldar la prórroga (4).

Tomando en consideración que la comunidad mundial busca controlar este problema, es necesario indicar que la contaminación atmosférica es generada por la emisión de fuentes fijas y móviles. En este sentido, se ha reportado que las fuentes móviles generan alrededor del 75% de los gases contaminantes (5). Esto indica que la principal fuente móvil de contaminación del aire es el automóvil, pues produce grandes cantidades de monóxido de carbono (CO) y, en menor cantidad, óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles (COVs). Las emisiones de los automóviles también contienen plomo y trazas de algunos contaminantes peligrosos.

Los controles de las emisiones de automóviles han reducido considerablemente la cantidad de contaminantes del aire. Además, los reglamentos que regulan la calidad del combustible de los automóviles también han contribuido a una mayor eficiencia y menores emisiones. Por ejemplo, la transición de la gasolina con plomo a la gasolina sin plomo ha reducido la cantidad de este compuesto en el aire. Sin embargo, debido al creciente número de vehículos, los automóviles siguen siendo la principal fuente móvil de contaminación del aire (6).

Veamos entonces como la tecnología ha hecho que nuestros vehículos sean menos contaminantes. Para cumplir con los estándares de emisión de los gases contaminantes que son generados por los vehículos automotores, se han incorporado a los vehículos los llamados "convertidores catalíticos". Antes de continuar, primero es necesario definir lo que es un catalizador. Esta es una sustancia que altera o modifica la velocidad de una reacción química aumentando la selectividad del proceso a un producto en específico, disminuyendo la energía de activación (Ea) necesaria para obtener el producto (Ver Figura 3). De esta forma, el catalizador ayuda a obtener un producto deseado con un menor consumo de energía y, por lo tanto, facilita que la reacción se lleve a cabo.

El uso de los convertidores catalíticos data desde la década de los 70 y su objetivo es reducir la emisión de los gases contaminantes, transformando los hidrocarburos no quemados y el CO, en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O); y los óxidos de nitrógeno (NOx) en nitrógeno (N2). Los primeros convertidores solo promovían la reacción de oxidación. Posteriormente en la década de los 80, salieron al mercado los catalizadores de tres vías (Three-way Catalysts, TWC), los cuales promueven simultáneamente las reacciones de oxidación y reducción, todo en sólo dispositivo.

Durante los últimos veinte años, los avances tecnológicos han permitido una reducción de las emisiones de los automóviles del orden del 95% de monóxido de carbono e hidrocarburos libres y 75% de óxidos de nitrógeno (7). Estos catalizadores están constituidos por un soporte de alta superficie, típicamente γ-alúmina, diversas combinaciones de metales nobles como Pt, Pd y Rh que constituyen la fase activa de estos catalizadores y un promotor redox, clásicamente el dióxido de cerio, CeO2 (8). La función del dióxido de cerio es actuar como regulador de la presión de oxígeno en el medio, esto es; libera oxígeno en condiciones reductoras y lo toma en condiciones oxidantes (9).

Los convertidores catalíticos se encuentran dispuestos debajo del chasis del automóvil, exactamente a la salida de los gases que van al escape, tal y como se muestra en la siguiente figura:

El convertidor está constituido por tres partes:

a) El monolito cerámico que es un cuerpo de cerámica atravesado por varios miles de pequeños canales. Estos son recorridos por los gases de escape. La cerámica se compone de magnesio-aluminio-silicato (cordierita Mg2Si5Al4O18) y es resistente a altas temperaturas (10). El monolito, que reacciona de modo extremadamente sensible a tensiones mecánicas, está fijado dentro de una chapa. Presenta una geometría ovalada o cilíndrica con una estructura de múltiples celdillas (aproximadamente 70 celdillas/cm2) similar a un panal de abejas. Los monolitos cerámicos actualmente son los soportes de catalizador aplicados con más frecuencia (11).
b) Una banda de protección que rodea al monolito, que ofrece resistencia térmica para proteger las zonas inferiores del vehículo de las altas temperaturas y adicionalmente provee al convertidor catalítico resistencia contra impactos mecánicos.
c) Una carcasa metálica, generalmente diseñada de acero inoxidable para disminuir los problemas de corrosión (10).

De esta forma, el desarrollo de la ciencia en pro de mejorar nuestra calidad de vida y tener un medio ambiente más limpio ha creado estos dispositivos catalíticos acoplados en nuestros vehículos. Pero de nada vale todo este esfuerzo si no se cumplen las normativas legales que controlan la emisión de los gases contaminantes a la atmósfera. En Venezuela, existe el Decreto Nº 2673 de 19 de agosto de 1998 que establece las normas para el control de las emisiones de escape y de las emisiones evaporativas provenientes de las fuentes móviles (12). Sin embargo, ningún ente en nuestro país se encarga de hacer cumplir esta regulación.

Es necesario que entendamos que el planeta que les estamos dejando a nuestros hijos depende de nuestro compromiso en cuidarlo el día de hoy, porque para mañana será demasiado tarde.

Referencias:

(1) http://protocolo-de-kyoto.info/conferencias-sobre-meio-ambiente.html

(2) https://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Kioto

(3) http://www.abc.es/sociedad/20150216/abci-protocolo-kyoto-aniversario-201502161505.html

(4)https://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Kioto#Segundo_periodo_del_Protocolo_de_Kioto

(5) Inventario de gases de efecto invernadero de España edición 2010 (serie 1990- 2008), Sumario de resultados, Ministerio de medio ambiente, y medio rural y marino, España. Disponible en: http://www.mma.es/secciones/calidad_contaminacion/atmosfera/emisiones/pdf/Sumario _de_Inventario_Nacional_Emisiones_GEI_serie_1990-2008.pdf

(6) Heck, R., Farrauto, R. (2001) “Automobile exhaust catalysts”, Appl. Catal. A: General 221, 443-457.

(7) Castells, X. (2011) Energía, agua, medioambiente, territorialidad y sostenibilidad. Ediciones Díaz de Santos. Madrid. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=_GL_WseakgC&pg=PA289&dq=convertidor+catalitico&hl=es419&sa=X&ei=ebodVOSkEvSAsQTSrYLIAg&ved=0CEYQ6AEwCQ#v=onepage&q=convertidor%20catalitico&f=false.

(8) Farrauto, R., Heck, R. (1999) “Catalytic converters: State of the art and perspectives”, Catal. Today 51, 351-360.

(9) Shyu, J., Weber, W., Gandhi, H. (1988) “Surface characterization of alumina supported ceria”, J. Phys. Chem. 92, 4964-4970.

(10) Molina L. T., Molina M. J. (2005). La calidad del Aire en la Megaciudad de México. Fondo de cultura económica. p 41. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?i=gSBPa2K02O0C&pg=PA41&dq=efectos+a+la+salud+de+los+nox&hl=es&sa=X&ei=5ezgT8jAOsnb0QG2tJCfDg&ed=0CD8Q6AEwAg#v=onepage&q=efectos%20a%20la%20salud%20de%20los%20nox&f=false

(11) Ortmann R., Haming W., Hess W., Mencher B., Knirsch M., Schnaibel E., Köhler C., Eggers M., König G., Behrens H., Rehage R., Engel V., Heinzmann R., Weibhaar H. (2003) Técnica de los gases de escape para motores de gasolina. Reverte. Alemania. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=zYyWO0lXQOAC&pg=PA56&dq=monolito+cer
%C3%A1mico+catalizadores&hl=es419&sa=X&ei=duUdVKTRKInLsASllYGgCg&ved=0CCIQ6AEwAg#v=onepage&q=monolito%20cer%C3%A1mico%20catalizadores&f=false.

(12) https://es.scribd.com/document/61201414/Decreto-2673-Control-Emisiones

Autor: Dr. Víctor J. Ferrer V. Investigador en el área de catálisis ambiental
Instituto de Superficie y Catálisis. Universidad del Zulia, Maracaibo - Venezuela.