El Catalizador

El catalizador: Qué es, qué elementos lo componen y cómo funciona

Hoy vamos a dedicarle parte de nuestro tiempo a los catalizadores, un pequeño tesoro que muchos de nosotros llevamos en los bajos de nuestro coche. Muchos sabréis que es una pieza incorporada en la mayoría de los vehículos actuales, pero quizá no tenéis muy claro para qué sirve, y mucho menos habréis podido ver en directo cómo llevan a cabo su funcionamiento.

Vamos a tratar de resolver todas estas dudas de una manera completa y sencilla, incluso vais a poder ver en vídeo cómo es el funcionamiento de un catalizador 

¿Qué es un catalizador?

Los catalizadores comenzaron su andadura en 1975, cuando los fabricantes de coches americanos empiezan a introducirlos en sus modelos como respuesta al Plan de Aire Limpio de los Estados Unidos exigido por la Environmental Protection Agency (EPA). El objetivo era reducir en un 75% la contaminación emitida por los vehículos de combustión posteriores a 1975.

Gracias a ello, el catalizador se convirtió rápidamente en una pieza que abundaba en todo tipo de medios transportes, desde vehículos de particulares hasta autobuses o trenes. Exteriormente no es más que un cilindro de acero inoxidable, pero en su interior cuenta con materiales muy interesantes de los que ahora hablaremos.

Atendiendo a una definición sencilla de catalizador, también conocido como convertidor catalítico, se trata de un componente del motor de combustión interna que sirve para el control y reducción de los gases nocivos expulsados por este. En la actualidad, son una excelente manera de frenar las emisiones contaminantes en los automóviles.

Los vehículos de combustión interna más actuales utilizan generalmente dos catalizadores: uno más pequeño y compacto (llamémosle «secundario»), seguido de un catalizador principal más grande. Volveremos a ahondar en ello al hablar de cómo funciona un catalizador para que entendáis cual es la función de cada uno de ellos.

¿Qué componentes tiene un catalizador?

Como todos los componentes mecánicos de un motor, los catalizadores están formados por diversos componentes que les permiten llevar a cabo de manera efectiva su función. En primer lugar y, a causa de las elevadas temperaturas que alcanza, el catalizador está recubierto con una pantalla antitérmica de metal que evita que el calor dañe nuestro vehículo.

Éste alberga una matriz cerámica que adopta forma de panal –alrededor de 70 celdas por centímetro cuadrado- y está impregnada de una resina en la que encontramos algunos elementos nobles metálicos, tales como Paladio (Pd), Platino (Pt) y Rodio (Rh). Esto hace que los catalizadores sean muy caros y los ponen en el punto de mira de los cacos.

Actualmente, el sustrato más utilizado en los catalizadores de purificación de gas de escape para motores de gasolina está hecho de cerámica (cordierita), que utiliza una estructura de panal creada por células cuadradas o hexagonales.

La función de estos elementos nobles es iniciar y acelerar las reacciones químicas entre las diversas sustancias que llegan al catalizador, con las cuales entran en contacto (es importante tener claro que los propios metales nobles no participan en estas reacciones). Mientras los dos primeros permiten la función de oxidación, el Rodio interviene en la reducción de los gases nocivos.

¿Cómo funciona un catalizador?

La función de los catalizadores es quizá una de las más importantes en materia medioambiental, ya que tiene como objetivo disminuir los elementos polucionantes contenidos en los gases de escape de un vehículo mediante la técnica de la catálisis.

Este proceso permite aumentar la velocidad de una reacción química gracias a la participación de una sustancia conocida como catalizador, convirtiendo con ello el 98% de los gases altamente contaminantes formados en el proceso de combustión, como el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos no quemados (HC) o el óxido de nitrógeno (NOx), en otros menos lesivos como el agua (H2O) o el dióxido de carbono (CO2).

Los gases de escape contaminantes que se generan en el motor, una vez entran en contacto con la superficie activa del catalizador, son transformadas parcialmente en elementos no polucionantes.

En un primer momento, las partículas de NOx se disocian por parejas en nitrógeno (N₂) y oxígeno (O₂) a temperaturas por encima de 500° C – [2NO → N₂ + O₂]. Posteriormente, el nitrógeno (N₂), el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos (HC) y el oxígeno (O₂) vuelven a reaccionar:

El monóxido de carbono y el oxígeno se convierten en dióxido de carbono (CO₂), que es menos tóxico – [2CO + O₂ → CO₂].

Los hidrocarburos y el oxígeno se asocian en vapores de agua (H₂O) y más dióxido de carbono (CO₂) – [HC + O₂ → H₂O + CO₂].

Alta temperatura para poder funcionar

Debido a la necesidad de este dispositivo de alcanzar temperaturas entre los 400 y los 700 grados centígrados para su rendimiento óptimo, el catalizador se sitúa en el tubo de escape, cerca del motor, donde los gases aún mantienen una temperatura elevada. Así, toda la energía calorífica pasa al catalizador y éste eleva su propia temperatura, permitiendo la transformación de gases.

Como comentábamos anteriormente, muchos vehículos actuales cuentan realmente con dos catalizadores, uno más pequeño y compacto (llamémosle «secundario»), seguido de un catalizador principal más grande. Ambos restringen el flujo de gases del escape, pero también provocan una pérdida de potencia a causa de la contrapresión (o resistencia).

El problema reside en que, en la mayoría de los sistemas de escape, este catalizador más compacto permanece en funcionamiento incluso cuando el catalizador principal ya está en activo, creando así una redundancia innecesaria que genera más contrapresión. En este sentido, Koenigsegg cuenta con diversas patentes que evitan esa pérdida de potencia.

El primer catalizador se usa cuando el motor está frío y el catalizador principal aún no se ha calentado, de forma que no puede funcionar de manera efectiva.

Cabe también destacar que hace unos años Toyota Motor Corporation anunció la disponibilidad comercial de un nuevo y pequeño catalizador que utiliza un 20% menos de metales preciosos y que reduce en un 20% el volumen, eso sí, manteniendo el mismo rendimiento de purificación de gases de escape. En el enlace podéis leer todos los detalles.

El catalizador de un coche tiene una vida útil cercana a los 120.000 kilómetros, aunque puede depender del mantenimiento y el uso del vehículo. Conoce las causas por las que se avería y cómo repararlo.

¿Puede afectarme la ausencia de catalizador?

Seguro que el tema de los robos de catalizadores te ha preocupado, por eso debes saber que, respecto al motor, su funcionamiento y su rendimiento, estos no se verán afectados por la ausencia del catalizador, pero se trata de una pieza que, al ser robada, los conductores han de reemplazar obligatoriamente para pasar la ITV.

Por ejemplo, el precio de un catalizador nuevo para un camión puede oscilar, con mano de obra, entre los 2.000 y los 5.000 euros. Por ello, muchos afectados por la oleada de robos acuden a los desguaces para reponerlos, aunque estos tampoco se han librado de los asaltos por parte de las bandas que trafican con metales preciosos.

En un coche, la factura final entre pieza y mano de obra supera con facilidad los 1.000 euros. Lo más frecuente es que el propio seguro del vehículo cubra en torno al 80% del precio total de la pieza, pero habrá que leer la letra pequeña con detenimiento, ya que aseguradoras como Mapfre no cubren el robo del catalizador si es el único elemento sustraído.

Un reciclaje complicado y controvertido

Debido a su contenido de metales preciosos, el reciclaje de catalizadores se ha convertido en una parte esencial del proceso de reciclaje de un coche fuera de uso. El número de vehículos con este componente que se dan de baja va en aumento, y por ello la logística de recuperación de los metales preciosos es muy importante.

Una vez agotada su vida útil, los catalizadores son tratados como una fuente potencial de metales nobles, sometiéndose a complejos procedimientos hidrometalúrgicos que utilizan agentes altamente agresivos y corrosivos, además de producir grandes cantidades de residuos sólidos y líquidos.