O que são NOx, CO e Material Particulado e por que nos prejudicam?

NOx, CO e material particulado são os três principais grupos de gases e substâncias poluentes emitidos pelo escapamento de veículos com motor de combustão interna: os óxidos de nitrogênio surgem da reação do oxigênio com o nitrogênio do ar em temperaturas de combustão elevadas, o monóxido de carbono é produto da combustão incompleta por falta de oxigênio, e o material particulado é composto por finas partículas de fuligem, vistas especialmente em motores a diesel. Todos os três prejudicam os sistemas respiratório e circulatório, por isso são alvos das normas de emissão.

O Que É NOx e Como o Motor o Produz?

NOx é o nome coletivo dos óxidos de nitrogênio. Seus dois componentes mais comuns são o óxido nítrico (NO, um átomo de nitrogênio e um de oxigênio) e o dióxido de nitrogênio (NO2, um átomo de nitrogênio e dois de oxigênio). O NO pode se transformar em NO2 por reações na atmosfera; nos relatórios de qualidade do ar, o NO2 é usado como indicador de todo o grupo NOx. Vamos esclarecer aqui uma confusão frequente: o óxido nitroso (N2O), que é um gás de efeito estufa e afeta o clima, é um poluente diferente do NOx.

O mecanismo de formação é uma questão simples de química. A temperatura dentro do cilindro do motor é suficiente para que as moléculas de nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) do ar reajam entre si. Isso não é um objetivo desejado da combustão, mas um subproduto inevitável da alta temperatura. Quanto maior a temperatura e a pressão, mais NOx é produzido.

Por isso os motores a diesel se destacam. Os diesel funcionam com ar em excesso, ou seja, com combustão "lean" (pobre), rica em oxigênio; o oxigênio por unidade de combustível e os valores de temperatura-pressão do cilindro tornam a produção de NOx mais abundante e intensa do que no motor a gasolina. Por essa razão, o controle do NOx sempre esteve centrado no lado diesel; as emissões de NOx provenientes de veículos são regulamentadas desde a década de 1960.

Monóxido de Carbono: Inodoro, Incolor, Venenoso

O monóxido de carbono é um gás venenoso, inodoro e incolor, formado pela combustão incompleta do carbono. A fisiologia por trás de seu perigo é clara: quando o CO entra na corrente sanguínea, prejudica o transporte de oxigênio. O resultado é fadiga, dor de cabeça, tontura e falta de concentração, causados pela chegada insuficiente de oxigênio ao cérebro. Entre os primeiros sintomas estão dor de cabeça, sonolência e náusea; a exposição avançada pode levar a vômitos e perda de consciência. Por ser inodoro, uma exposição grave pode atingir níveis letais sem ser percebida.

A tabela de exposição de longo prazo também não deve ser subestimada; a exposição crônica ao CO está mais frequentemente associada a déficits de memória, atenção e concentração, bem como a distúrbios motores do tipo Parkinson. Também é sabido que a exposição regular aos gases de escape prepara o terreno para problemas respiratórios como bronquite, asma e câncer de pulmão.

A boa notícia, do ponto de vista técnico, é a seguinte: o CO é um poluente que pode ser convertido em dióxido de carbono inofensivo no catalisador. O risco permanece no gás que não chega ao catalisador; se houver um vazamento na linha de escape, o CO pode escapar sem ser tratado. Por isso, a integridade da linha de escape não é apenas uma questão de ruído, mas uma questão de segurança.

Por Que o Material Particulado é Tão Perigoso Quanto o PM2.5?

O material particulado é uma mistura de pequenas partículas sólidas e líquidas no ar; é aquilo que chamamos coloquialmente de "fuligem" ou "holl". A escala do perigo está diretamente relacionada ao tamanho da partícula. As partículas PM2.5, com diâmetro inferior a 2,5 mícrons, penetram profundamente nos sistemas respiratório e circulatório graças ao seu pequeno tamanho. As partículas ultrafinas que constituem 80-95% da poluição por fuligem de diesel são pequenas o suficiente para entrar nas células pulmonares.

O MP é considerado o principal agente dos efeitos negativos à saúde associados à exposição ao escape a diesel. Os efeitos enumerados pelas autoridades de saúde são:

• Morte prematura em pessoas com doenças cardíacas ou pulmonares
• Infartos não fatais e batimentos cardíacos irregulares
• Agravamento da asma, inflamação respiratória e dificuldade para respirar
• Com o aumento da exposição de curto prazo, elevação do risco de morte aguda em pessoas com doenças cardiovasculares ou distúrbios respiratórios existentes

O impacto não se limita à saúde. A poluição por partículas reduz a visibilidade, afeta negativamente o clima e os ecossistemas e causa deterioração dos materiais. Ou seja, a fuligem que sai do escape é tanto um problema respiratório quanto um problema de engenharia ambiental.

Hidrocarbonetos Não Queimados (HC): De Onde Vêm?

Há outro poluente que aparece na tabela de escape com menos frequência que o NOx, mas que está na mesma tabela: os hidrocarbonetos não queimados. Suas fontes parecem familiares. Os gases blow-by que vazam da carcaça do virabrequim e retornam à câmara de combustão, a mistura ar-combustível presa nas folgas dos anéis do pistão, o combustível líquido no coletor de admissão e a película de óleo na parede do cilindro são os principais deles. Em operação com alta carga, as folgas dos anéis do pistão são a principal fonte das emissões de HC.

Há também uma fonte fora da câmara de combustão: a evaporação do combustível. Às emissões que saem do escape somam-se as perdas causadas pela evaporação do combustível do tanque e das linhas. Por exemplo, misturas de etanol em baixa proporção podem fazer com que a gasolina evapore mais facilmente, aumentando as emissões por evaporação. A combustão incompleta, a falta de oxigênio ou más condições de combustão são fatores do lado da combustão que aumentam diretamente o HC.

Qual Norma de Emissão Visa Qual Gás e Por Quê?

As normas de emissão Euro são um conjunto de regras que determina a quantidade máxima de poluentes que um veículo pode legalmente emitir; foram introduzidas em 1992 com a obrigatoriedade do conversor catalítico. A lógica é simples: como cada poluente tem um mecanismo de dano diferente, é estabelecido um limite separado para cada um. Como o CO afeta o transporte de oxigênio, o NO2 as vias respiratórias e o PM o coração e os pulmões, as normas medem os três separadamente.

A história das normas também revela essa lógica de distinção: desde a fase Euro 2, a Europa estabelece limites diferentes para veículos a diesel e a gasolina. Os diesel estão sujeitos a limites de CO mais rigorosos, mas recebem permissão para NOx mais alto; já os veículos a gasolina estavam isentos do padrão de partículas até o Euro 4. O Euro 6, em setembro de 2014, entrou em vigor endurecendo significativamente os limites de NOx e PM dos veículos a diesel e introduzindo uma exigência que limita não apenas a massa, mas também o número de partículas finas, tanto em motores a diesel quanto a gasolina com injeção direta (GDI). No lado diesel, essa exigência exigiu a adoção generalizada do filtro de partículas diesel (DPF).

A diferença entre o laboratório e a estrada real ficou no centro do debate após o Dieselgate. A partir de setembro de 2017, os veículos passaram a ser submetidos aos testes RDE, que realizam medições em condições reais de condução. O resultado é mensurável: no período coberto pelas regras Euro, as emissões de NOx caíram 84% de 2001 a 2017. Os limites rígidos também tornaram obrigatória a generalização dos sistemas SCR nos veículos a diesel.

Como esses gases são limpos antes de sair pelo escapamento?

A cadeia moderna de pós-tratamento do escapamento projeta uma solução separada para cada poluente. O SCR (Redução Catalítica Seletiva) injeta no fluxo do escapamento o líquido de escape diesel à base de ureia - conhecido popularmente como AdBlue; no catalisador, o NOx é reduzido a nitrogênio inofensivo e água. A redução de NOx pode chegar a 90%; no mesmo processo, HC e CO são reduzidos em 50-90% e o PM em 30-50%. O DPF captura fisicamente a fuligem; a combinação DPF + SCR + DEF retém a fuligem e reduz o NOx, enquanto o SDPF, que une a função do SCR ao filtro, faz o mesmo trabalho em uma única unidade. Há também uma medida dentro do próprio cilindro: o EGR (recirculação de gases de escape), que devolve parte dos gases de escape ao cilindro, reduzindo a quantidade de oxigênio e a temperatura de combustão; como a temperatura cai, a formação de NOx diminui.

Graças a isso, o perfil de emissões dos veículos novos mudou de forma significativa. Embora os novos modelos produzam um pouco mais de CO2, eles reduzem consideravelmente a produção de CO e NOx em comparação com as gerações anteriores. Do ponto de vista da engenharia, este é um compromisso aceitável: o impacto climático e o efeito poluente são escalas diferentes, e antes de 2015 a definição de "veículo de baixas emissões" focava apenas no baixo CO2; após o Dieselgate, poluentes como o NOx passaram para o primeiro plano.

Qual é o Contexto do Debate sobre NOx na Europa?

Em 2015, descobriu-se que a Volkswagen manipulava os sistemas de controle de emissões de seus veículos a diesel para passar nos testes laboratoriais; na estrada real, os veículos produziam até 40 vezes mais óxidos de nitrogênio do que o declarado. Este único episódio não permaneceu como um problema de um único fabricante: nos anos seguintes, surgiram evidências de que quase todos os fabricantes de veículos a diesel na Europa usavam estratégias legais ou provavelmente ilegais para ficar abaixo dos limites de teste. O fato de os testes laboratoriais não refletirem a condução real também explica a persistência do debate como uma questão sobre a confiabilidade das normas.

Os números do lado da saúde mostram a seriedade do debate. Estimou-se que as emissões excessivas dos veículos Volkswagen vendidos na Alemanha provavelmente causarão cerca de 1.200 mortes prematuras; as emissões excessivas de NOx de veículos a diesel em 2015 foram associadas a aproximadamente 38.000 mortes prematuras em todo o mundo, sendo que a maior parte desse ônus está na Europa. Na Europa, cerca de 10.000 pessoas morrem prematuramente todos os anos devido às emissões de veículos a diesel que excedem os limites legais; estima-se que a exposição ao NO2 nas cidades tenha contribuído para cerca de 75.000 mortes prematuras no continente europeu em 2012. Estima-se que o custo anual para a saúde da poluição do ar proveniente de veículos rodoviários na UE seja de 67 a 80 bilhões de euros.

Estudos sobre a exposição prolongada ao NO2 relatam associações com a mortalidade por todas as causas, respiratória e cardiovascular, bem como com sintomas respiratórios e função pulmonar em crianças.

A tabela não avança apenas em uma direção. Entre 2005 e 2023, as mortes atribuídas ao PM2.5 na UE caíram 57% e a meta de redução de 55% para 2023 foi atingida. Ou seja, quando regulamentação, tecnologia e fiscalização atuam juntas, é possível uma melhora mensurável. As opiniões também divergem sobre onde procurar a solução: uma abordagem se concentra nas tecnologias de controle de emissões e na aplicação das normas, enquanto outra visão defende que a redução mais rápida do NOx passa pela migração dos usuários dos veículos mais consumidores de combustível para veículos elétricos.

Perguntas Frequentes sobre NOx, CO e Material Particulado

Por que o PM2.5 é mais perigoso que o PM10?

A resposta está oculta no tamanho. As partículas PM2.5, graças aos seus diâmetros abaixo de 2,5 mícrons, podem penetrar nas profundezas dos sistemas respiratório e circulatório; partículas maiores, como as PM10, não alcançam essa profundidade. À medida que a profundidade de penetração aumenta, o efeito no nível celular e o risco de transporte para o sistema cardiovascular se elevam.

Diesel ou gasolina produz mais NOx?

Diesel. Como os motores a diesel funcionam com temperaturas e pressões mais altas e combustão rica em oxigênio, produzem um volume maior de NOx. Isso também explica por que o controle de NOx do diesel exige sistemas adicionais como SCR e EGR.

Quais são os sintomas da intoxicação por CO?

Os primeiros sintomas são dor de cabeça, tontura, sonolência e náusea; em estágios avançados aparecem vômito e perda de consciência. Como o CO é inodoro e incolor, a exposição não é percebida até que os sintomas apareçam.

O ar dentro do veículo pode realmente ser mais poluído?

Sim, no trânsito intenso o ar respirado dentro do veículo pode ser pior do que o respirado por alguém andando na mesma via; os gases de escape podem entrar diretamente na cabine. Isso é um indicador prático de por que o fechamento das janelas e as configurações de circulação de ar são tão importantes.

Resumindo: cada poluente que sai do escape tem seu mecanismo de formação, via de dano e uma solução projetada contra ele. O NOx é a assinatura da alta temperatura, o CO da combustão incompleta, o PM da fuligem e os HC do combustível não queimado; como as normas medem esses quatro separadamente, fica mais fácil entender por que cada tecnologia existe.

Fontes

• Vehicle NOx emissions: The basics
• Óxidos de Nitrogênio (NOx)
• Informações Básicas sobre NO2 | US EPA
• O que é óxido de nitrogênio e como os carros o criam?
• Óxidos de Nitrogênio | ToxFAQs™ | ATSDR
• Efeitos do Material Particulado (PM) na Saúde e no Meio Ambiente
• Monóxido de Carbono & Saúde | California Air Resources Board
• Exposição de Agentes de Fronteira ao Monóxido de Carbono (CO)
• Material Particulado Inalável e Saúde (PM2.5 e PM10)
• Uma revisão sistemática dos efeitos na saúde associados aos gases de escape diesel
• Normas europeias de emissões
• Fatos Sobre SCR
• Impacto das emissões excessivas de NOx de carros a diesel na qualidade do ar
• Emissões excessivas da VW e mortes prematuras
• Novo estudo quantifica o impacto das emissões de NOx de veículos a diesel
• Poluição do ar | Agência Europeia do Ambiente
• Mecanismos de emissão de hidrocarbonetos não queimados em motores de pequeno porte
• Poluição do ar dentro do carro