Química do automóvel (3) - Catalisadores reduzem emissão de poluentes

As primeiras leis ambientais dirigidas aos automóveis determinavam que os motoristas deveriam deixar seus carros em casa uma vez por semana, para reduzir os níveis de poluição atmosférica. A reação do público motorizado denotou algo mais parecido com um choque cultural do que uma simples mudança nos hábitos de transporte.

De repente, todos tiveram que encarar a realidade de que os potentes motores que ocupavam suas garagens eram também responsáveis pela poluição e destruição ambiental.

Atualmente, os automóveis poluem muito menos do que os seus antecessores. As mudanças e melhorias realizadas em suas estruturas tornaram possível o processo de acelerar algumas reações químicas simples, capazes de diminuir os danos causados pelos veículos à atmosfera. Os conversores catalíticos (ou catalisadores) são responsáveis pelo aceleramento destas reações.

Catalisadores

Os catalisadores utilizam reagentes químicos que não são consumidos nas reações, que são otimizadas e se tornam mais rápidas e eficientes.

Assim, toneladas de monóxido de carbono, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio são transformadas em dióxido de carbono, o CO₂. Apesar de ser acusado de contribuir, a longo prazo, para o aumento do efeito estufa, é um gás muito menos agressivo do que os outros que o originaram.

Na primeira parte do artigo química do automóvel, vimos como as reações de combustão do motor podem ser completas ou incompletas, gerando, principalmente, os gases de exaustão dióxido de carbono e monóxido de carbono, além de vapor d'água. Outros componentes dos combustíveis também reagem durante a combustão, formando óxidos de nitrogênio, SO₂, H₂S, aldeídos e outros.

Monóxido de carbono (CO)

Há alguns anos atrás, uma das maiores preocupações das empresas que produziam automóveis era desenvolver novas tecnologias para diminuir os níveis de produção e emissão de monóxido de carbono (CO), substância tóxica que pode causar a morte se inalada em certa quantidade.

Mesmo depois que a tecnologia dos conversores catalíticos foi desenvolvida, eles só começaram a ser instalados em automóveis, em larga escala, após o aumento das exigências legais e sociais quanto ao controle de emissões poluentes. Hoje, eles são obrigatórios em vários países, inclusive no Brasil.

O conversor catalítico, esquematizado na figura 1, é constituído de um núcleo metálico ou cerâmico, repleto de catalisadores químicos, que se conecta às tubulações de escape do automóvel. Ele recebe os gases carregados de poluentes e descarrega emissões "tratadas", com níveis reduzidos de substâncias tóxicas.

Oxidação do monóxido de carbono CO

O monóxido de carbono (CO) resulta de uma combustão incompleta, pois são necessários dois átomos de oxigênio para que o carbono complete suas ligações moleculares. A conversão catalítica de monóxido de carbono em dióxido de carbono é uma reação de oxidação.

O problema é que esta reação não ocorre apenas expondo o CO a um ambiente rico em oxigênio. É preciso que um elemento externo à reação produza as condições ideais para que ela aconteça.

Um dos modos de produzir esta reação é o chamado mecanismo de Roginskii, no qual o MnO₂S doa oxigênio ao monóxido, depois o converte em dióxido e é regenerado pelo oxigênio do fluxo reagente, conforme as equações de reação abaixo:

O papel de catalisador do MnO₂S é definido pelo fato de, ao final da reação, ele não ser consumido. Ele participa das reações intermediárias, mas restaura-se nas finais.

Nos conversores catalíticos automotivos ocorre um processo análogo, não necessariamente com a utilização de MnO₂S, mas também de outros compostos, como os óxidos de cobre ou zinco, que produzem efeito semelhante.

Redução do óxido nítrico (NO_xS)

Os óxidos de nitrogênio, como o óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO₂S), são formados pela oxidação do nitrogênio atmosférico sob altas temperaturas.

Sua redução é necessária porque, combinado a outros poluentes, produz irritações nos olhos e nas vias respiratórias, além de piorar a qualidade do ar atmosférico.

Ao contrário do que ocorre na conversão catalítica do monóxido de carbono, que visa promover uma oxidação através do acréscimo de um átomo de oxigênio à molécula, os óxidos de nitrogênio precisam ser reduzidos. Isto significa que é preciso retirar um ou mais átomos de oxigênio da ligação, para que, ao final, ocorra a emissão do nitrogênio, gás inerte e inofensivo ao meio ambiente e à saúde.

As reações que resultam na redução dos NOx também utilizam-se de catalisadores metálicos, que interagem com as moléculas de NOx que não são consumidas no processo.

Combustíveis aperfeiçoados

Além dos conversores catalíticos, outro fator que contribuiu para a redução das emissões de poluentes pelos automóveis foi a mudança nos padrões dos combustíveis.

O álcool etílico apresenta naturalmente uma combustão mais completa, com menor emissão de monóxido de carbono. A gasolina, ao longo dos anos, melhorou seu desempenho ambiental, principalmente pela substituição do chumbo tetraetila, usado como aditivo antidetonante, pelo álcool. O efeito é o mesmo, porém, mais vantajoso, pois não ocorre a emissão final de chumbo, poluente altamente nocivo à saúde e ao meio ambiente.

Apesar disso, é preciso certa cautela antes de se chamar o álcool de combustível limpo. Se as emissões de monóxido de carbono (CO) resultantes da queima de etanol são menores do que as de gasolina, as emissões de aldeídos resultantes do uso de biocombustível são maiores. Este dado não altera a vantagem comparativa do álcool na questão ambiental, mas aponta que ainda há muito a ser melhorado quanto ao uso desta alternativa, neste campo específico.

Química bem aplicada

Os processos, reações e produtos químicos costumam ser lembrados como vilões do meio ambiente, fontes geradoras de subprodutos nocivos e resíduos tóxicos.

Como vimos nos exemplos dos conversores catalíticos dos automóveis e dos novos padrões de combustíveis, esta mesma química, quando bem aplicada, pode ajudar na manutenção do meio ambiente.