Para comprender las emisiones de un vehículo de combustión interna, primero hay que comprender la combustión, las reacciones que suceden en el interior del motor y que luego desencadenan en los gases que se emiten por el tubo de escape. En este artículo veremos precisamente esto, para entender mejor por qué contaminan y qué es lo que emiten.
Hay que decir que la descripción que aquí se hace es de la gasolina y el diésel sin tener en cuenta otros compuestos, aditivos o impurezas que puedan tener los carburantes con los que se llenan los depósitos. Por tanto, las fórmulas pueden ser ligeramente diferentes en la realidad.
Motor de gasolina (ciclo Otto)
Como sabes, para que se produzca la combustión y el motor funcione, lo que se hace es mezclar la gasolina en estado líquido con el aire, que contiene oxígeno. La mezcla ideal suele ser de aproximadamente 14.7 partes de aire por 1 parte de gasolina, es decir, una mezcla estequiométrica, aunque no siempre es así de exacta. Dicho esto, con una chispa eléctrica producida por la bujía, produce la reacción que es la combustión de los hidrocarburos que contiene la gasolina junto con el oxígeno del aire, liberando energía en forma de calor y gases:
2 C8H18 (octano) + 25 O2 (oxígeno del aire) → 7 CO2 + 8 H2O + calor
Esta es la reacción ideal, pero como he dicho, la gasolina se compone de varios hidrocarburos, además de aditivos, y también se puede mezclar con aceite lubricante del motor, restos de partículas producidas por el desgaste del motor, etc. Por lo que al final veremos qué sucede en la realidad. En principio, según esta fórmula, produciría CO2, agua y calor…
Motor gasóleo (ciclo Diésel)
En este caso, solo se introduce aire en los cilindros, comprimiendo éste, lo que eleva la temperatura por encima de los 500ºC, para luego inyectar el gasóleo líquido, produciéndose la combustión, sin necesidad de chispa en este caso, es decir, se produce la autoignición, quemando los hidrocarburos más pesados y el oxígeno. Además, hay que decir que en este caso la mezcla suele ser de 14.5 partes de aire por 1 de gasoil. Al producirse esta combustión, los gases derivan de la siguiente fórmula química:
C16H32 (cetano) + 24O2 (oxígeno del aire) → 16CO2 + 16H2O + calor
En este caso, la reacción vuelve a generar CO2 y agua, además de calor. Sin embargo, esto no es así, ya que el gasóleo, como sabes, es más nocivo, por ello quieren limitar el uso de los vehículos de este tipo…
La realidad
Como he mencionado anteriormente, la gasolina y el gasóleo no son compuestos puros, sino que son líquidos donde hay varios hidrocarburos y también aditivos que les mezclan las petroleras para mejorar las prestaciones, limpiar el motor, etc. Además, también hay residuos de aceite o lubricante que llegan hasta la cámara de combustión y que se queman, o incluso partículas de las piezas del motor producidas por el desgaste y rozamiento. Los aceites son compuestos orgánicos complejos que también aportan su extra a los gases del escape.
Y no solo eso, el aire no es solo oxígeno, el aire se compone de: nitrógeno (78,08%) y oxígeno (20,95%), que suponen el 99% del volumen total. Pero también existen otros gases en menor cantidad como el argón (0.93 %) y el dióxido de carbono (0.035%), etc. Al entrar el aire en la cámara de combustión, estos otros gases pueden recombinarse con otros elementos durante la reacción, lo que da origen a más gases contaminantes.
Por tanto, la realidad es que los gases de escape contienen:
- Partículas: pueden venir de partes de combustible que no se quema completamente, de hollín del tubo de escape, partículas de metal del motor desgastado, etc. También hay metales pesados que provienen de los aditivos del combustible, como el plomo (ya se prohibió en la gasolina), el arsénico, y el cadmio, responsables de enfermedades del sistema nervioso y perjudiciales para el desarrollo de los niños. Estas pueden penetrar en los pulmones y causar problemas respiratorios. También pueden ser compuestos orgánicos semi-volátiles o COSV, emitidos en fase gaseosa o sólida, algunos cancerígenos y contaminantes.
- Gases del grupo NOx: el nitrógeno y el oxígeno también se combinan para generar gases tipo óxidos de nitrógeno, como el monóxido de nitrógeno (NO), y dióxido de nitrógeno (NO2). Se producen cuando las altas temperaturas de la combustión propician que el nitrógeno se combine con el oxígeno. Estos gases tienen efectos nocivos para el medioambiente y la salud, ya que son responsables de la formación de smog y de la lluvia ácida.
- Dióxido de carbono (CO2): gas de afecto invernadero más abundante en la combustión, y que es tóxico para los humanos.
- Vapor de agua (H2O): se produce por la combinación del hidrógeno del combustible con el oxígeno del aire. Aunque no es un contaminante, puede contribuir a la formación de smog en condiciones atmosféricas específicas.
- Monóxido de carbono (CO): es un gas tóxico que se produce por la combustión incompleta del combustible debido a la falta de oxígeno, es decir, por mezclas ricas en combustible o pobres en aire, como se quiera ver. Puede reducir la capacidad de la sangre para transportar oxígeno, causando mareos, dolores de cabeza e incluso la muerte en altas concentraciones.
- Hidrocarburos no quemados (HC): son compuestos orgánicos volátiles (COV) que no se han quemado completamente durante la combustión. Algunos son cancerígenos y contribuyen a la formación de smog. También pueden generar otras enfermedades respiratorias. Por ejemplo, se sabe que los diésel pueden aumentar los riesgos de alergia.