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Futuro de las configuraciones de los catalizadores, su impacto en los MGP y las implicaciones para los colectores

Posted by  Alice
13 may. 2019 0 comments

 

 

Nuestra segunda presentación del IPMI Auto Catalyst & Fuel Seminar vino del Dr. Stewart Brown, Analista Principal de la división de Investigación de Mercado de Johnson Matthey, y cubrió una mirada a la demanda histórica de Platinum Group Metal (PGMs - platino, paladio, rodio); el impacto de la legislación; las tendencias de tecnología y configuración; la mezcla cambiante del "powertrain"; la sustitución del paladio en catalizadores de tres vías; las implicaciones para los colectores y refinadores.

 

1. Demanda PGM

El endurecimiento de la normativa resultante de la nueva legislación, principalmente en EE.UU. y Europa, ha tenido un impacto significativo en la demanda de MGP en el sector de los catalizadores para automóviles. En la actualidad, la creciente demanda de MGP en el mercado de los catalizadores está superando considerablemente la demanda de otras fuentes, en particular de paladio y rodio, como indican estos dos gráficos:

 

Uso de catalizadores para automóviles como porcentaje de la demanda bruta de MGP

 

Auto catalyst

 

Fuentes de la demanda de MGP

 

Sources of PGM Demand

 

2. Legislación 

Actualmente nos encontramos en un período de endurecimiento global de las restricciones a las emisiones, con la entrada en vigor de la legislación en muchos de los principales países del mundo:   

EE.UU.: El "Nivel III" se está introduciendo actualmente, y se espera un mayor endurecimiento a partir de 2021.

Europa: "Euro 6c" ha sido introducido, con "Euro 6d" programado a partir de 2020

China: El año pasado se introdujo "China 5" para motores diesel, con "China 6a" para todos los vehículos previstos a partir de 2020.

India: La "BS4" llegó en 2018 con la "BS6" que se introducirá en 2020. 

Corea del Sur: "Euro 6d" para motores diesel fue introducido en 2018

Otros países, en particular en el sudeste asiático, están jugando al "catch-up" - Tailandia, por ejemplo, está operando actualmente con "Euro 4", sin planes de pasar a "Euro 5" hasta 2024, aunque este mismo mes la mejora de las normas europeas de emisión ocupa un lugar destacado en la agenda de los responsables políticos.

 

Evolución del Procedimiento de Pruebas

Al mismo tiempo que se ha introducido legislación para limitar las emisiones contaminantes, se han introducido mejoras en los mecanismos de prueba para garantizar que los vehículos reflejen los requisitos legales en condiciones reales de conducción.

En un principio, las pruebas se llevaron a cabo en el Nuevo Ciclo de Conducción Europeo (NEDC), un procedimiento diseñado en los años 80 basado en la conducción "teórica". Esto tiene una serie de deficiencias, ya que se trata de una prueba relativamente corta de 20 minutos a lo largo de 11 km a temperaturas de 20-30°C con una velocidad máxima de 120 km/h. Debido a esto, se ha quedado obsoleto, ya que la industria en su conjunto cuestiona la entrega de cifras económicas que en realidad son inalcanzables.

Como resultado, en 2017 se introdujo el Procedimiento Armonizado Mundial de Pruebas de Vehículos Ligeros (WLTP), que, al basarse en datos reales de conducción, se ajusta mejor al rendimiento en carretera. Una prueba de 30 minutos, de más de 23 km, que incluye un aumento de la velocidad máxima de 131 km por hora.

Como complemento a la WLTP, Europa es la primera región del mundo en introducir las emisiones reales de conducción (RDE), lo que supone un gran salto en las pruebas de emisiones de los automóviles. El RDE es un ensayo de hasta 2 horas en aproximadamente 90 km a temperaturas de -7°C a 35°C y velocidades de hasta 160 km por hora. Además, introduce, por primera vez, el impacto de subir y bajar colinas de hasta 1300m.

Así pues, no solo estamos viendo una legislación más estricta, sino también, y esto es importante, nuevos procedimientos de ensayo que pueden garantizar de forma precisa e inequívoca que esta legislación funcione en la práctica.

 

3. Complejidad del catalizador

A nivel mundial, la complejidad de los catalizadores está aumentando, impulsada por el endurecimiento de las normas sobre emisiones. Los motores diesel, en particular, se verán sometidos a presión legislativa, y es probable que todos necesiten filtros de partículas diesel (DPF). A corto plazo, esto es beneficioso para quienes participan en la recuperación de MGP, pero a medio y largo plazo es probable que los DPF sean sustituidos por la tecnología de Filtro de Reducción Catalítica Selectiva (SCRF), que mejora la compactación del sistema y permite una conversión más temprana del óxido de nitrógeno (NOx), pero no requiere que los MGP actúen como catalizadores.

La complejidad también está aumentando en el tratamiento posterior de la gasolina, con el aumento de la instalación de filtros de partículas de gasolina (GPF) y diesel, con una mayor demanda de sistemas de reducción catalítica selectiva (SCR) y una tendencia hacia la instalación de catalizadores de deslizamiento de amoníaco (ASC) al 100%.

 

4. Cambios en la cadena cinemática

Se han desarrollado o se están desarrollando varias alternativas a los motores de gasolina y diesel, lo que tendrá un impacto significativo en el mercado de los MGP.

Vehículo Eléctrico Híbrido (HEV)

Las ventas mundiales de VHI en 2015 fueron de 2,2 millones; se espera que aumenten a 19,6 millones para 2025, lo que podría aumentar la demanda de MGP en un 15%.

Vehículo eléctrico a batería (BEV)

Las ventas mundiales de BEV en 2015 fueron de 318.000; se espera que aumenten a 6,3 millones para 2025. En estos motores no se utilizan MGP.

Vehículo Eléctrico de Celda de Combustible (FCEV)

Actualmente, y en el corto plazo, un sector de mercado muy pequeño, con ventas estimadas de 24,000 vehículos para el año 2025, los FCEVs requieren platino como catalizador.

 

Existen, por supuesto, numerosas predicciones sobre cómo crecerá el mercado eléctrico y cómo afectará al mercado tradicional. Un analista mundialmente reconocido, Bloomberg, presentó el siguiente pronóstico en su "Perspectiva del Vehículo Eléctrico a Largo Plazo", en mayo de 2018, sugiriendo que para el año 2040, los vehículos eléctricos podrían representar hasta el 55% del mercado.

 

Alternatives to gasoline and diesel engines

 

5. Sustitución de paladio

A medida que los precios del paladio se han disparado, se ha hablado mucho de aumentar el contenido de platino, a expensas del paladio, en los catalizadores.

La opinión de Johnson Matthey es que, si bien la sustitución de la gasolina es posible, primero hay que superar una serie de problemas técnicos y prácticos, por lo que es poco probable que ocurra rápidamente. Se necesita más trabajo de desarrollo para igualar el rendimiento de los sistemas existentes de Paladio/Rodio. Las cuestiones clave para los catalizadores de tres vías que utilizan platino son la disminución de la emisión de CO y Nox, la menor conversión de NOx a alta velocidad y la menor durabilidad, ya que el platino es menos estable que el paladio en los gases de escape de la gasolina. En un momento en el que el cumplimiento total de las pruebas RDE recientemente introducidas está en primer plano, los fabricantes querrán estar 100% seguros de que el sistema de catalizador es robusto antes de realizar cualquier cambio.

 

6. Implicaciones para la industria

Para cada tipo de catalizador, Johnson Matthey sugiere las siguientes ramificaciones:

Catalizador de tres vías y filtros de partículas de gasolina

Con la tendencia de los ensayos generalmente más alta, los valores de paladio y rodio continuarán aumentando, aunque la sustitución del paladio por platino es probable a largo plazo.

Catalizadores de oxidación diesel

Tendencia del ensayo generalmente más alta, con volúmenes de platino y paladio generalmente constantes

Filtros de partículas diesel

Ensayo y volumen generalmente constante para platino y paladio.

Reducción catalítica selectiva y tecnología SCRF

No hay contenido de PGM.

SCR con catalizador de deslizamiento de amoníaco

El contenido de PGM es muy bajo y este formato sólo representa aproximadamente el 20% de los SCRs.

 

7. Conclusiones

- A nivel mundial, la complejidad de los catalizadores está aumentando, impulsada por el endurecimiento de las normas sobre emisiones.

- Sin embargo, es difícil ver si las emisiones pueden reducirse sensiblemente mucho más. Por lo tanto, el rendimiento y el cumplimiento en el mundo real es clave, y RDE se convierte en el nuevo estándar a lo largo de la vida útil del vehículo.

- Una combinación de "puerta diesel", complejidad e incertidumbre está creando una mentalidad de aversión al riesgo.

- Es probable que los híbridos sean de neutros a positivos para la demanda de MGP.

- La sustitución de platino por paladio es probable en TWCs / GPFs a largo plazo.

- La tasa de penetración de los Vehículos Eléctricos a Batería es incierta, pero la demanda de PGM crecerá.