Diapositiva 1. Introducción.

            La clase desarrolla las emisiones contaminantes de los frenos que pueden ser más nocivas para la salud que las emisiones contaminantes del motor diésel, y las posibles soluciones para minimizar su impacto.  

Diapositiva 2. Índice.

1. Emisiones contaminantes de los frenos.
2. Soluciones propuestas para reducir las emisiones contaminantes.
3. Implicaciones para la gestión de la flota.

Diapositiva 3. Emisiones contaminantes de los frenos.

• Las emisiones contaminantes de los frenos.

            Existe un problema de contaminación asociado al uso de vehículos que no tiene solución, ya sean vehículos de combustión o completamente eléctricos: las partículas tóxicas que se desprenden durante el proceso de frenada.

            Las pastillas y los discos de freno, o las zapatas y los tambores funcionan sobre la base de la destrucción mutua, es decir, se desgastan y producen polvo mientras generan suficiente fricción para desacelerar el coche. Ese polvo negro con tonos cobrizos en ocasiones que ensucia las llantas es el resultado de las fricción de las pastillas y los discos de frenos. Y su composición no es precisamente sana.

            Destruirse por fricción es un proceso bastante brutal, que se basa en convertir la energía cinética del coche en calor. El calor que se genera en una frenada está directamente relacionado con la velocidad de partida y el peso de un coche.

            Una de las consecuencias es la necesidad para los frenos, pastillas y discos, de soportar enormes temperaturas y brutales choques térmicos. Originalmente, los materiales de fricción de los frenos contenían amianto y, sorprendentemente, durante mucho tiempo se permitió en la Unión Europea el uso de pastillas de frenos con amianto, hasta 2003 en Francia y hasta 2009 en el Reino Unido, por ejemplo. Y eso que ningún coche nuevo posterior al 1 de enero de 1997 podía salir de fábrica con pastillas que contenían amianto.

            En la actualidad, la mayoría de los materiales de fricción se dividen en dos categorías principales: orgánicos sin amianto  y metálicos o semimetálicos. Las pastillas de freno orgánicas son populares como equipamiento original porque son silenciosas, funcionan bien en frío y no desgastan mucho el disco de freno, pero en cambio las pastillas se desgastan más rápido.

            Los materiales orgánicos sin amianto suelen estar hechos de resinas, fibra de vidrio, kevlar e incluso caucho, mientras que los materiales semimetálicos y metálicos contienen cobre, acero, hierro y otros metales. Las pastillas metálicas o semimetálicas son más agresivas con los discos, se desgastan menos y son un poco más ruidosas, pero funcionan en amplios rangos de temperatura. Soportan mejor las altas temperaturas y suelen ser las que montan los coches de corte más deportivo o pesados, como los SUV.

            Los fabricantes de componentes han tomado nota y han desarrollado pastillas con composiciones menos nocivas, como Federal Mogul, uno de los mayores fabricantes de componentes de automoción del mundo, que ha desarrollado pastillas en cuya composición, el cobre presente se ha reducido hasta aproximadamente el 0,5%, cuando hace 10 años, el cobre podía representar, en algunos casos, hasta el 20% de la pastilla.

            Otros, han pensado en soluciones más originales, como el estudio Tallano Technologies que ideó en su día un aspirador de partículas. Si bien deja las llantas limpias, qué hacemos luego con las partículas. Por no mencionar que supone para el fabricante automóvil integrar un nuevo componente. Al final, no llegó a los coches de serie.

• Estudios realizados.

            Mientras Europa se prepara para prohibir la venta de coches de gasolina y diésel en 2035, aunque ya se plantea abrir la mano permitiendo modelos híbridos, poco se ha puesto el foco en la contaminación generada por los frenos de los coches y vehículos. Se ha hecho por primera vez con la normativa Euro 7, que se aplicará finalmente desde 2030.

            Ahora, un reciente estudio británico, concluye que el polvo generado por las pastillas atenta más contra la salud que los gases de escape de motores térmicos, y que acoge hasta un 55 % de las emisiones no derivadas del escape en términos de masa. Sí, esa sustancia negra que se acumula en las llantas según van desgastándose las pastillas, pero que también se queda en la atmósfera, directo a nuestros pulmones.

            Este análisis de la Universidad de Southampton no es el primero que apunta contra la contaminación generada por los frenos de los coches y vehículos. En 2019, un estudio del también británico Grupo de Expertos en Calidad del Aire señaló que el 60% de todas las partículas finas emitidas por el transporte por carretera no provienen de los motores, sino sobre todo de los frenos, aunque también de los neumáticos o de la propia carretera.

            Europa ya puso previamente la mirada en la contaminación derivada de los frenos. En 2014, encargó a un grupo de expertos el análisis de este foco de polución y concluyeron que los frenos emiten entre "el 16% y el 55% de las partículas PM 10" derivadas del tráfico rodado. Se ha señalado que la fricción entre las pastillas y los discos de freno ha pasado a ser responsable de una quinta parte de la contaminación ocasionada por los coches.

• Más nocivos para los pulmones que el humo de un motor diésel de 12 litros.

            El análisis lo firman varios expertos de diversas facultades de la Universidad de Southampton,  Inglaterra, y pone el foco en las partículas derivadas del desgaste en las pastillas de freno enriquecidas con cobre. Su principal conclusión es que pueden alterar la homeostasis celular alveolar en mayor medida que las partículas de escape de los motores diésel. Lo que favorece graves enfermedades pulmonares como la fibrosis, el cáncer o el adenocarcinoma.

            Las partículas generadas por los frenos se incluyen entre las partículas finas en suspensión, como las PM2.5 o las PM10. La cantidad de este contaminante derivada del hacer de las pastillas de freno no es precisamente insignificante: según datos del Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas de Lyon, las pastillas de freno provocan al año 20.000 toneladas de polvo en suspensión, quedando 9.000 toneladas en suspensión en la atmósfera.

            El cobre de las pastillas de freno, cancerígeno. Las partículas de desgaste de los frenos de los vehículos se generan por la fricción entre la pastilla y el disco. En esto son claves los materiales de las pastillas, siendo habituales metales como el hierro, el cobre, el zinc, así como diversos abrasivos, lubricantes y fibras de refuerzo.

• Emisiones contaminantes provocadas por el cobre.

            El estudio pone el foco en el cobre, un metal de transición que ha reemplazado al amianto en las pastillas de freno orgánicas NAO, las más utilizadas por ejemplo en Estados Unidos. El amianto, o asbesto, es un grupo de minerales fibrosos cuyo uso se ha prohibido en no pocos países por su alta probabilidad de causar cáncer pulmonar.

            El problema es que el cobre también es notablemente nocivo para la salud respiratoria. Así lo postula este análisis basado en pruebas de laboratorio en las que se midió la generación de partículas producidas por pastillas de freno enriquecidas con cobre comparándolas con las producidas por pastillas de bajo contenido en metal o semimetales o las ocasionadas por un motor diésel:

            "Identificamos que las partículas de desgaste de los frenos provenientes de pastillas de freno orgánicas y cerámicas sin amianto enriquecidas con cobre inducen el mayor estrés oxidativo, inflamación y activación pseudohipóxica de HIF, una vía implicada en enfermedades asociadas con la exposición a la contaminación del aire, incluido el cáncer y la fibrosis pulmonar, así como la perturbación del metabolismo y la homeostasis de los metales en comparación con las partículas de desgaste de los frenos provenientes de pastillas con bajo contenido de metal o semimetal y, lo que es más importante, las partículas de escape de diésel".

            Señalar que para el análisis en el banco de pruebas se utilizó un propulsor de gasóleo de seis cilindros y 12,6 litros que cumple la norma Euro 3. Y el carburante escogido fue diésel comercial EN590, de bajo contenido en azufre. Se mantuvo en 1.200 rpm para "simular las condiciones típicas en autopista".

            Bloques de este tipo los encontramos en camiones de elevado tonelaje o bien en industriales pesados, por ejemplo agrícolas o de construcción. No es precisamente un diésel limpio, en comparación a los que equipan los coches de gasóleo actuales.

• Vehículo eléctrico.

            Los coches eléctricos no ayudan, otra lectura interesante de este estudio es que se prevé que el volumen de emisiones de partículas en suspensión por parte de los frenos de los coches se incremente en los próximos años por la proliferación de los coches eléctricos y enchufables.

            Lo que argumentan señalando el mayor peso de los vehículos eléctricos, que equipan enormes baterías: "generan más de estas emisiones no derivadas del escape derivadas de la fricción". Si bien los cero emisiones recurren a sistemas como la frenada regenerativa o la retención del motor, los coches eléctricos desgastan antes las pastillas de freno o los neumáticos al ser más pesados.

            El estudio no pretende ir en contra del coche eléctrico, pero sí que pone de relieve que las normativas deberían focalizarse en atar en corto la contaminación ocasionada por los frenos, reduciendo el uso de metales como el cobre en su composición.

• Legislación para limitar la contaminación de los frenos.

            La norma Euro 7 ha sido la primera en Europa que ha puesto el foco en reducir también las partículas procedentes del desgaste de los neumáticos y frenos. Europa busca limitar la emisiones de PM2.5 y nanopartículas de todo tipo de motores de combustión, así como frenos en vehículos convencionales y eléctricos.

            Las partículas ultrafinas procedentes de la abrasión de las pastillas de freno estarán cubiertas por primera vez por un reglamento de la Unión Europea junto los óxidos de nitrógeno y los óxidos de azufre emitidos por los automóviles.

            Con base en la evidencia más reciente, se considerará la necesidad de limitar la emisiones de PM2.5 y nanopartículas de todo tipo de motores de combustión y de frenos en vehículos convencionales y eléctricos, junto con la necesidad de reducir las emisiones contaminantes bajo un conjunto más amplio de condiciones de uso y durante la vida útil de los vehículos, establece el texto publicado por la Comisión Europea.

            En el caso de las PM2.5, su tamaño hace que sean 100% respirables ya que viajan profundamente en los pulmones, penetrando en el aparato respiratorio y depositándose en los alvéolos pulmonares, incluso pueden llegar al torrente sanguíneo.           

            Además estas partículas de menor tamaño están compuestas por elementos que son más tóxicos, como metales pesados y compuestos orgánicos que los que componen, en general, las partículas más grandes.

            Entre los efectos de inhalar los metales pesados que desprenden se encuentra la bronquitis, dolencias de tipo cardiovascular o la disminución del funcionamiento pulmonar ya que su tamaño hace que sean más ligeras y por eso, generalmente, permanecen por más tiempo en el aire.

            Un informe de la Agencia Europea de Medio Ambiente estimó que la exposición crónica a partículas resultó en unas 307.000 muertes prematuras en la Unión Europea solo en 2019.

            En este sentido, los vehículos de combustión más pesados, como los SUV y todoterrenos, se verán más afectados por la norma. También los vehículos eléctricos e híbridos que usan discos de freno, y que además tienen un elevado peso por sus baterías, aunque están los eléctricos con tambores en el eje trasero.

            Este nuevo estándar estaba previsto que entrara en vigor en 2026, pero finalmente se ha retrasado a 2030 tras la presión de los fabricantes. Presión derivada esencialmente de cumplir con la media de emisiones de las gamas de sus coches, que exigen un mix mucho más elevado de eléctricos o electrificados.

Diapositiva 4. Soluciones propuestas para reducir las emisiones contaminantes.

• Filtro.

            Una posible solución asequible podría ser la desarrollada por Mann+Hummel, actualmente en fase final. El fabricante alemán se ha propuesto combatir estas emisiones contaminantes con un filtro para los sistemas de freno. Se trata de una suerte de mordaza que se coloca a continuación de la pinza de freno en el sentido de giro de la rueda, y donde deberían depositarse las partículas a medida que se vayan desprendiendo.

            En su interior, el sistema es un espacio hueco con diferentes ondas de material absorbente donde las partículas deben ir quedando atrapadas. Cuando se acaba su vida útil basta con soltarlo del soporte de la pinza de freno y sustituirlo por otro. Según la marca, el sistema ya ha sido puesto a prueba en condiciones reales y los resultados han sido satisfactorios.

            Lo mejor es que se trata de un producto escalable, que puede dimensionarse fácilmente a la medida del vehículo para el que vaya a ser destinado. Así estos filtros se podrán utilizar tanto en coches como en camiones y autobuses o trenes.

• Caja.

            Se trata de una caja-trampa para esas emisiones, al estilo de los convertidores catalíticos, pero para los neumáticos desarrollada por la compañía The Tyre Collective.

            Se basa en un principio básico para plantear una solución a este problema: la electricidad estática para atraer y capturar las nanopartículas que desprenden los neumáticos.

            Así, una especie de filtro en forma de caja se coloca lo más próximo posible de la zona en la que el neumático entra en contacto con la superficie, para aprovechar el flujo de aire alrededor.

            De esta forma, la caja atrapa las partículas de los neumáticos mediante placas electrostáticas. A medida que la llanta del automóvil rueda, las partículas desechadas se "cargan por la fricción en la carretera" y la caja las atrae.

            Con el objetivo de incentivar la economía circular después de la recolección, estos fragmentos se separan utilizando técnicas simples. Las partículas de menos de 50 micrones son lo suficientemente pequeñas como para ser reutilizadas en nuevas llantas y otras aplicaciones.

Diapositiva 5. Implicaciones para la gestión de la flota.

• Cuantificar las emisiones de los frenos.

            Para conseguir las cero emisiones netas en un vehículo eléctrico, la energía tiene que ser generada por energías renovables como la solar o eólica.

            Pero tienen emisiones contaminantes por el sistema de frenos y los neumáticos.

            Hay que cuantificar las emisiones contaminantes de los frenos de los vehículos de la flota.

            Aunque a día de hoy no hay valores de cuanto contaminan cada modelo de coche por los frenos, en el futuro se van a limitar y/o cuantificar.

            Cuando esta información esté disponible, hay que dar prioridad a la adquisición de los vehículos que contaminen menos por los frenos.

• Medición de las emisiones contaminantes aproximada.

            Una medida aproximada, es pesar las pastillas, tambores y discos de freno antes y después de su utilización y dividirlos por los kilómetros realizados obteniendo el ratio gramos/kilómetros.  

            Estos valores nos pueden servir de referencia, para elegir mejor las pastillas, tambores y discos de freno, y mejorar el estilo de frenada de los conductores.  

• Adquisición del vehículo.

            Antes de adquirir el vehículo sería recomendable conocer que tipo de pastillas, tambores y discos de freno equipa el vehículo para conocer cuanto pueden contaminar.

            Hay que dar prioridad a los componentes con bajo nivel de cobre, y materiales que no sean nocivos para la salud.

            Como flota, se recomienda adquirir los vehículos por grandes lotes para tener mayor poder de negociación y obtener precios más económicos, también se puede ejercer este poder de compra para que nos cambien el sistema de frenado por otro menos contaminante en la fabrica.

• Mantenimiento.

            Cuando se tengan que cambiar las pastillas, tambores y discos de freno se recomienda instalar los que contaminen menos, para ello hay que conocer de que materiales están compuestos, o que el fabricante nos aconseje cual utilizar.

• Instalar dispositivos que recolecten el polvo de los frenos.

            A día de hoy no hay ningún vehículo que traiga de serie ningún dispositivo para recolectar el polvo de los frenos, pero en el futuro los fabricantes de vehículos lo instalaran de serie.

            Cuando estos dispositivos estén disponibles hay que adquirir los vehículos que lo tengan.

            También se pueden instalar estos dispositivos en un taller una vez adquirido el vehículo como es la caja desarrollada por The Tyre Collective.

• Tecnologías incipientes.

            La recolección del polvo de los frenos es una tecnología incipiente, y se recomienda estar actualizado de las posibles tecnologías que vayan apareciendo, para conocer si se pueden instalar en nuestros vehículos de la flota.

• Diapositiva 6. Gracias por su tiempo.

            La clase ha desarrollado las emisiones contaminantes de los frenos que pueden ser más nocivas para la salud que las emisiones contaminantes del motor diésel, y las posibles soluciones para minimizar su impacto, hasta pronto.