É possível ter um motor Diesel limpo?

Resposta curta: Sim, mas é caro.

Resposta longa: já antes tive oportunidade de dissertar  um pouco sobre o tema das emissões de poluentes, sobre a diferença entre emissões de CO₂ e outros poluentes gasosos, sobre veículos eléctricos e poluição e sobre os dilemas das entidades certificadoras. Face às frequentes notícias que surgem nos meios de comunicação social mais ou menos especializados sobre o tema dos Diesel poluentes, gostaria de detalhar um pouco melhor o que actualmente é feito para “limpar” os motores Diesel e porque é que nem sempre os resultados são os pretendidos.

Quando falamos de emissões gasosas em motores Diesel, há que distinguir entre 3 grupos de poluentes: dióxido de carbono (CO₂), óxidos de enxofre (SO_x) e poluentes controlados – hidrocarbonetos não queimados (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de azoto (NO_x) e partículas (PM).

Para reduzir as emissões de CO₂ só há uma alternativa: reduzir os consumos. Mesmo com todas as polémicas à volta dos consumos de certificação, o facto inegável é que os consumos reais dos veículos têm vindo gradualmente a diminuir, não tão depressa quanto o desejado por todos (consumidores, fabricantes e certificadores), mas mesmo assim a diminuir. É de notar que, fruto da sua maior eficiência, os motores Diesel continuam a ter vantagem sobre os motores a gasolina neste aspecto.

Em relação aos óxidos de enxofre, no mundo automóvel não são frequentemente referidos, principalmente porque a maneira de os eliminar passa por aumentar a qualidade do gasóleo que é usado, reduzindo a quantidade de enxofre presente, que hoje em dia não pode exceder os 10 ppm (partes por milhão) em combustível para aplicações rodoviárias. O problema ainda se coloca a nível de motores que usam combustíveis de pior qualidade, mas que estão restritos ao mundo da propulsão naval.

Quando falamos de motores limpos estamos geralmente a falar dos poluentes controlados, e aqui o caso é mais complicado de analisar.

Comecemos pelos motores mais simples de “limpar”, os motores a gasolina convencionais. Neste tipo de motores, o uso de um catalisador de três vias é universal. Num catalisador deste tipo, são promovidas reacções químicas entre o CO, HC e NO_x (as partículas estão praticamente ausentes do escape de um motor a gasolina convencional), que vão resultar na produção de água, CO₂ e azoto molecular, moléculas que estão presentes naturalmente no ar. Por forma a garantir que o catalisador funciona de forma eficiente é necessário que a razão ar-combustível do motor seja mantida num intervalo muito estreito, recorrendo-se para tal ao uso de um sonda lambda. Resulta assim que, para garantir que um motor a gasolina com catalisador de três vias tem emissões baixas, “só” é preciso de garantir que a mistura ar-combustível que entra no motor é a correcta, o que permitiu que os actuais motores a gasolina sejam extraordinariamente limpos sem ser necessário recorrer a tecnologias adicionais.

No caso dos motores Diesel, a solução é um pouco mais complicada por várias razões, como seja pelo facto de a razão ar-combustível não ser constante (o que invalida o uso de catalisadores de três vias) e a combustão do gasóleo originar um poluente novo: as partículas.  Na prática, o que acontece é que cada poluente tem de ser tratado separadamente. Vamos olhar a um de cada vez.

No caso dos hidrocarbonetos não queimados e do CO, a sua emissão é, à partida, muito baixa, e podem ser tratados com um simples catalisador de oxidação, que os vai converter em água e CO2.

Para as partículas, o caso começa a complicar-se, e aqui há duas formas (complementares) de atacar o problema. A primeira é actuando ao nível da qualidade da combustão, em particular a  injecção de combustível. O uso de sistemas tipo common-rail, com elevadas pressões de injecção, veio permitir reduzir substancialmente a emissão de partículas, mas mesmo assim foi necessário a adopção de um novo componente, os filtros de partículas, para que as gerações mais recentes de veículos Diesel (em particular os posteriores à norma Euro 5) continuem a reduzir as suas emissões.

Um filtro de partículas, tal como o nome indica, vai capturar as partículas presentes no escape. Quando o sistema de gestão do motor detecta que este se encontra cheio vai espoletar um conjunto de injecções adicionais de gasóleo que, ao aumentar a temperatura dos gases de escape, vai regenerar o filtro, ao provocar a combustão das partículas acumuladas. Como as partículas são essencialmente compostas de carbono, o resultado da sua combustão é CO₂, ficando o problema assim resolvido, de tal forma que, actualmente, todos os veículos rodoviários com motores Diesel vêm equipados com esta tecnologia.

É quando falamos do NO_x que surgem os maiores problemas. Este poluente é gerado sempre que existem reacções de combustão a alta temperatura em ambientes com excesso de ar. E é precisamente isso que acontece num motor Diesel. E quanto mais potente e eficiente for esse motor, maior vai ser a produção de NO_x.

Como é, então, possível eliminá-lo? Várias técnicas são utilizadas em simultâneo. O primeiro passo ocorre dentro da câmara de combustão, ao optimizar os processos de injecção de combustível, que se torna possível principalmente graças ao uso do common -rail. Um outro processo universalmente usado é o EGR (recirculação de gases de escape), que, ao reintroduzir parte dos gases de escape de volta ao motor, vai permitir uma nova redução na taxa de produção de NO_x (esta técnica é também usada nos motores a gasolina).

Os processos “simples” de reduzir o NO_x terminam aqui. A partir deste ponto, para reduzir ainda mais a emissão, torna-se necessário actuar directamente sobre os gases de escape. Uma das primeiras técnicas usadas foi a da Lean Nox Trap (LNT), em que, através de um processo comparável ao dos filtros de partículas, o NOx é absorvido numa matriz cerâmica, sendo depois tratado recorrendo a ciclos pontuais do motor, em que este funcionaria em modo rico, ou seja, com injecção adicional de combustível. Isto permite reduzir a emissão até certo ponto, mas não o suficiente para cumprir as normas mais exigentes.

O processo actualmente mais avançado é o de uso de catalisadores tipo SCR (Selective Catalytic Redution), que vão promover a reacção do NO_x no escape com amónia, sendo o resultado final, se o processo estiver bem controlado, a produção de água e azoto molecular. A amónia necessária para este processo tem de ser fornecida do exterior, na forma de uma solução de ureia (conhecida comercialmente por AdBlue), que é armazenada num depósito adicional. Inicialmente usados em motores estacionários, depois adoptados em veículos pesados, os catalisadores SCR estão presentes na maior parte dos veículos Diesel recentes, tendo substituído o LNT em muitos casos.

O que neste momento já deve estar claro é que um motor Diesel limpo é muito mais caro de produzir que um motor a gasolina limpo, ao ponto de muitos fabricantes terem já anunciado que iriam descontinuar o uso de motores Diesel nas gamas mais baixas por não ser economicamente viável (o sistema de tratamento de gases de escape de um motor Diesel é mais caro que o motor em si). Um outro problema mais subtil (e que esteve na origem do escândalo VW) tem a ver com a optimização do motor. Um motor Diesel potente e eficiente vai inevitavelmente produzir muito NOx. E, ao contrário dos motores a gasolina, a redução do NOx implica sacrificar ou os consumos ou o custo do motor. O que nos leva de volta à questão original: é possível produzir motores Diesel limpos? Sim, mas a custo cada vez mais elevado.

Gonçalo Gonçalves
Professor no Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa