Reducción de NOx en Motores Marinos: Tecnologías, Normativa y Niveles de Control de Emisiones

1. Introducción

La reducción de NOx en motores marinos es uno de los principales retos técnicos asociados al control de las emisiones atmosféricas de los buques. Los óxidos de nitrógeno se forman principalmente durante la combustión debido a las elevadas temperaturas alcanzadas dentro de los cilindros, por lo que su control requiere actuar sobre el propio proceso de combustión o tratar posteriormente los gases de escape.

Su formación depende de factores como la temperatura, la presión, la concentración de oxígeno, la distribución del combustible y el tiempo durante el cual los gases permanecen sometidos a determinadas condiciones.

Esta relación hace que reducir NOx sea técnicamente complejo. Disminuir la temperatura máxima de combustión puede reducir considerablemente estas emisiones, pero también afectar al consumo específico, la formación de partículas, el rendimiento térmico o la respuesta del motor.

Por ello, la ingeniería de control de NOx busca un equilibrio entre:

Emisiones + Eficiencia + Fiabilidad + Consumo + Cumplimiento Normativo

Para conseguirlo se han desarrollado diferentes tecnologías. Algunas actúan directamente sobre la combustión, otras utilizan agua para controlar la temperatura, los sistemas EGR recirculan parte de los gases de escape y los sistemas SCR permiten eliminar gran parte del NOx una vez producido.

Paralelamente, la normativa internacional también ha evolucionado.

El Anexo VI de MARPOL establece actualmente tres niveles de control de emisiones de NOx:

• Nivel I – Tier I;
• Nivel II – Tier II;
• Nivel III – Tier III.

El Nivel III continúa siendo el más restrictivo y, aunque actualmente no existe un Nivel IV, su aplicación se ha ampliado mediante nuevas zonas de control de emisiones, actualizaciones del Código Técnico sobre los NOx y nuevas directrices para sistemas SCR.

En este artículo analizaremos cómo se forman estas emisiones, qué exige la normativa vigente y futura y cuáles son las principales tecnologías utilizadas actualmente para reducir los NOx en motores marinos.

2. Cómo se Forman los NOx Durante la Combustión

El término NOx engloba diferentes óxidos de nitrógeno presentes en los gases de escape de los motores de combustión. En los motores diésel marinos, los más importantes son:

• Óxido nítrico – NO;
• Dióxido de nitrógeno – NO₂.

En los gases formados inicialmente durante la combustión suele predominar el óxido nítrico (NO). Posteriormente, mientras los gases evolucionan y se enfrían durante la expansión y su paso por el sistema de escape, una parte del NO puede oxidarse y transformarse en NO₂.

Para comprender de dónde proceden estos compuestos debemos comenzar por el aire introducido en el motor, formado aproximadamente por:

• 78 % Nitrógeno – N₂;
• 21 % Oxígeno – O₂;
• Cerca de un 1 % de Argón, dióxido de carbono y otros gases.

El nitrógeno molecular presente en el aire es relativamente estable debido a la fuerte unión existente entre sus dos átomos.

Sin embargo, dentro de la cámara de combustión de un motor diésel aparecen regiones sometidas a temperaturas y presiones muy elevadas.

Cuando la temperatura aumenta suficientemente, las moléculas presentes en los gases adquieren mayor energía y se favorece la formación de especies químicamente muy reactivas.

En particular, puede aumentar la presencia de átomos y radicales de oxígeno capaces de reaccionar con el nitrógeno molecular.

El resultado es una serie de reacciones químicas mediante las que parte del nitrógeno del aire termina transformándose en óxido nítrico.

Por tanto, los NOx no aparecen simplemente porque el aire contenga nitrógeno y oxígeno.

Su formación depende de las condiciones termodinámicas y químicas alcanzadas durante la combustión.

2.1 Formación Térmica de NOx y Mecanismo de Zeldovich

Uno de los mecanismos más importantes de formación de NOx en los motores diésel es el denominado NOx térmico.

Se produce principalmente cuando las temperaturas de combustión son suficientemente elevadas para favorecer la reacción entre el nitrógeno y las especies derivadas del oxígeno.

Una de las explicaciones químicas más utilizadas es el denominado mecanismo de Zeldovich.

De forma simplificada, una primera reacción puede representarse mediante:

N₂ + O → NO + N

Un átomo de oxígeno altamente reactivo ataca a una molécula de nitrógeno, formando una molécula de NO y dejando un átomo de nitrógeno libre.

Ese nitrógeno atómico puede reaccionar posteriormente con una molécula de oxígeno:

N + O₂ → NO + O

produciendo una segunda molécula de NO y regenerando un átomo de oxígeno.

A estas reacciones se añade otra vía importante donde intervienen radicales hidroxilo:

N + OH → NO + H

El conjunto suele denominarse mecanismo extendido de Zeldovich.

Estas reacciones permiten comprender una característica fundamental de las emisiones de NOx:

La velocidad de formación de NO aumenta muy rápidamente a medida que aumenta la temperatura de combustión.

No existe, por tanto, una relación simplemente lineal entre temperatura y NOx.

Un incremento relativamente pequeño de la temperatura máxima puede provocar un aumento proporcionalmente mucho mayor de la velocidad de formación de NO.

Esta fuerte dependencia térmica explica por qué muchas tecnologías de reducción de NOx buscan precisamente limitar los picos locales de temperatura dentro del cilindro.

Otras Vías de Formación de NOx

Aunque el mecanismo térmico es especialmente importante en los motores diésel, no constituye la única posible vía de formación.

También pueden encontrarse contribuciones procedentes de otros mecanismos.

NOx Procedente del Nitrógeno del Combustible

Algunos combustibles contienen compuestos con nitrógeno en su estructura química.

Durante la combustión, parte de ese nitrógeno puede transformarse en diferentes especies intermedias y terminar formando NO.

La importancia de esta vía depende de la composición del combustible utilizado.

Formación Rápida de NO

En determinadas regiones del frente de llama pueden producirse mecanismos de formación rápida, generalmente denominados prompt NO.

En ellos intervienen radicales hidrocarbonados altamente reactivos que pueden reaccionar con el nitrógeno molecular y generar especies nitrogenadas intermedias.

En los motores diésel marinos, sin embargo, el NOx térmico constituye una de las referencias fundamentales para explicar y controlar las emisiones de óxidos de nitrógeno.

2.2 Temperatura, Oxígeno y Tiempo de Residencia

Para que se produzca una cantidad significativa de NOx térmico deben coincidir principalmente tres condiciones:

1. Temperatura suficientemente elevada;
2. Disponibilidad de oxígeno;
3. Tiempo de residencia suficiente a elevada temperatura.

Podemos expresarlo conceptualmente como:

Temperatura elevada + Oxígeno disponible + Tiempo de residencia → Mayor formación de NOx

La temperatura es probablemente el parámetro más importante, pero no actúa de forma aislada.

Supongamos dos pequeñas regiones dentro del cilindro que alcanzan aproximadamente la misma temperatura máxima.

Si en una de ellas los gases permanecen durante más tiempo a temperaturas elevadas, las reacciones químicas disponen de más tiempo para desarrollarse y puede generarse una mayor cantidad de NO.

Por eso resulta más correcto analizar la historia térmica de los gases que considerar exclusivamente la temperatura máxima instantánea.

La formación de NOx depende de:

• Qué temperatura se alcanza;
• Durante cuánto tiempo;
• Cuánto oxígeno existe localmente;
• Cómo evoluciona posteriormente la mezcla.

Estas variables cambian continuamente durante los pocos milisegundos que dura la combustión.

2.3. Qué Ocurre Durante la Inyección y Combustión del Combustible

En un motor diésel marino el combustible no entra en el cilindro previamente mezclado de forma homogénea con el aire.

Se introduce mediante los inyectores cuando el aire ya ha sido comprimido.

El combustible líquido sale por los orificios del inyector formando chorros que se atomizan en pequeñas gotas.

A partir de ese momento se producen diferentes procesos prácticamente de forma simultánea:

1. Atomización del combustible;
2. Calentamiento de las gotas;
3. Evaporación;
4. Mezcla del vapor de combustible con el aire;
5. Autoignición;
6. Combustión;
7. Expansión de los gases.

El proceso no produce una mezcla uniforme dentro de toda la cámara.

Aparecen regiones:

• Ricas en combustible;
• Pobres en combustible;
• Con diferentes concentraciones de oxígeno;
• Con diferentes temperaturas.

En determinadas zonas próximas a las regiones de reacción pueden alcanzarse temperaturas particularmente elevadas.

Estas son precisamente las condiciones que favorecen la formación térmica de NO.

Por ello la geometría del pulverizado y la forma en la que el combustible se distribuye dentro de la cámara tienen una influencia directa sobre las emisiones.

2.4.  Relación Aire-Combustible, Atomización y Distribución del Combustible

Un motor diésel trabaja normalmente con exceso de aire, por lo que globalmente existe más oxígeno disponible del estrictamente necesario para quemar el combustible. Sin embargo, esta relación no es uniforme dentro del cilindro.

El combustible se introduce mediante chorros pulverizados que atraviesan el aire comprimido. Cerca del núcleo de cada chorro pueden aparecer regiones relativamente ricas en combustible, mientras que en las zonas exteriores existe una mayor proporción de aire y, por tanto, más oxígeno disponible.

Esta distribución cambia constantemente a medida que las gotas se calientan, evaporan y mezclan con el aire.

La presión de inyección desempeña un papel importante en este proceso. Generalmente, una presión más elevada permite obtener gotas de menor tamaño, aumentando la superficie disponible para su calentamiento y evaporación y favoreciendo una mezcla más rápida con el aire.

La geometría del inyector también determina cómo se distribuye el combustible dentro de la cámara mediante parámetros como el número y diámetro de los orificios, el ángulo de los chorros y su capacidad de penetración.

Todo ello modifica la localización de las regiones donde coinciden las tres condiciones más favorables para la formación de NOx térmico:

• Temperatura elevada;
• Oxígeno disponible;
• Tiempo de residencia suficiente.

Por esta razón, una modificación de la presión de inyección, la geometría del pulverizado o el movimiento del aire puede alterar las emisiones incluso cuando la cantidad total de combustible inyectado permanece prácticamente constante.

Los motores modernos pueden utilizar presiones de inyección variables, sistemas common rail, control electrónico y diferentes estrategias de inyección para modificar simultáneamente la atomización, la evolución de la combustión, el consumo de combustible, la formación de partículas y las emisiones de NOx.

2.5. Influencia del Avance de Inyección

El momento en el que comienza la inyección afecta directamente a la evolución de presión y temperatura dentro del cilindro.

Cuando la inyección se adelanta, una parte mayor de la combustión puede producirse cerca del punto muerto superior, donde la presión del cilindro es elevada. Esto puede aumentar la presión y la temperatura máximas y, en determinadas condiciones, mejorar el aprovechamiento térmico de la expansión posterior.

Sin embargo, esas mismas condiciones favorecen la formación térmica de NOx, especialmente cuando los gases permanecen durante más tiempo sometidos a temperaturas elevadas.

Retrasar la inyección produce el efecto contrario. Parte de la combustión se desplaza hacia una fase posterior de la carrera de expansión, reduciendo normalmente los valores máximos de presión y temperatura y, con ello, la formación de NOx.

Este retraso tampoco puede aumentarse indefinidamente. Si la combustión se produce demasiado tarde pueden aparecer:

• Mayor consumo específico;
• Temperaturas de escape superiores;
• Pérdida de rendimiento;
• Mayor humo o combustión incompleta.

El avance de inyección representa, por tanto, uno de los ejemplos más claros del compromiso existente entre NOx, consumo y rendimiento térmico.

2.6. Sobrealimentación, Aire de Admisión y Otros Parámetros del Motor

El turbocompresor aumenta la masa de aire disponible para la combustión, permitiendo introducir una mayor cantidad de oxígeno dentro del cilindro. Sin embargo, la compresión del aire también eleva su temperatura, por lo que los motores utilizan normalmente un enfriador de aire de sobrealimentación antes de introducirlo en la cámara.

La temperatura y presión del aire de admisión condicionan directamente las condiciones iniciales desde las que comienza la compresión. Una carga más caliente puede favorecer temperaturas posteriores más elevadas durante la combustión, mientras que un enfriamiento adecuado ayuda a controlar los picos térmicos.

La presión de sobrealimentación modifica además la masa de aire introducida, la concentración local de oxígeno, la presión dentro del cilindro y el proceso de mezcla con el combustible. Por esta razón, el turbocompresor y el sistema de enfriamiento del aire forman parte de las estrategias utilizadas para optimizar simultáneamente rendimiento y emisiones.

2.7. Parámetros del Motor que Modifican las Emisiones de NOx

A partir de los mecanismos analizados puede entenderse por qué numerosos parámetros del motor modifican las emisiones de NOx. El momento y la presión de inyección, la relación aire-combustible, la temperatura del aire de admisión, la sobrealimentación, la relación de compresión, la carga o el régimen de giro terminan alterando las condiciones en las que se desarrolla la combustión.

En última instancia, todos ellos influyen sobre variables fundamentales como la temperatura, la presión, la disponibilidad de oxígeno, el tiempo de residencia y la distribución espacial de la combustión.

La siguiente infografía resume la relación entre estos parámetros y la formación de NOx.

Esta relación explica por qué las tecnologías de reducción de NOx actúan sobre puntos diferentes del proceso. El EGR modifica la composición y capacidad térmica de la carga; las tecnologías basadas en agua reducen los picos térmicos; y el SCR adopta una estrategia diferente, transformando los NOx después de que se hayan formado.

Comprender esta interacción entre combustión, temperatura, oxígeno y tiempo de residencia es fundamental para entender las tecnologías que analizaremos en los siguientes apartados.

El funcionamiento general del proceso puede ampliarse en nuestro artículo sobre Motores de Combustión Interna Alternativos.

3. Por Qué Reducir NOx Puede Afectar al Rendimiento del Motor

Uno de los problemas clásicos de la ingeniería de motores es que algunas de las condiciones que favorecen una combustión eficiente también pueden favorecer la formación de NOx.

Una combustión con buena disponibilidad de oxígeno, elevada presión, temperaturas altas y una atomización adecuada del combustible puede proporcionar un buen rendimiento térmico. Sin embargo, esas mismas temperaturas elevadas aceleran las reacciones responsables de la formación térmica de NOx.

Por este motivo existe históricamente un compromiso entre la reducción de emisiones y el rendimiento del motor, especialmente en términos de:

• Consumo específico de combustible;
• Rendimiento térmico;
• Formación de partículas;
• Temperatura de los gases de escape;
• Estabilidad de la combustión.

De forma simplificada suele hablarse del compromiso:

NOx ↔ Consumo específico de combustible

Reducir los NOx no consiste simplemente en disminuir al máximo la temperatura dentro del cilindro.

Si la combustión se retrasa excesivamente, parte de la energía del combustible puede liberarse cuando el pistón ya ha avanzado demasiado en la carrera de expansión, reduciendo el aprovechamiento termodinámico del ciclo.

Del mismo modo, una tasa excesiva de recirculación de gases de escape puede reducir demasiado la disponibilidad de oxígeno, mientras que una cantidad elevada de agua puede enfriar en exceso determinadas regiones de la cámara.

En ambos casos puede deteriorarse la calidad de la combustión.

Además, cuando disminuyen demasiado la temperatura o la disponibilidad de oxígeno pueden aumentar otros contaminantes, como:

• Material particulado;
• Monóxido de carbono — CO;
• Hidrocarburos no quemados — HC.

Existe por tanto también un conocido compromiso entre NOx y partículas.

Las condiciones de alta temperatura y abundante oxígeno favorecen la oxidación del hollín, pero pueden incrementar los NOx. Por el contrario, determinadas estrategias destinadas a reducir la temperatura de combustión disminuyen los NOx, aunque pueden dificultar la oxidación completa de las partículas.

El objetivo real no es minimizar una sola emisión de forma aislada, sino encontrar un punto de funcionamiento donde puedan mantenerse simultáneamente unas emisiones reducidas, un consumo razonable y una combustión estable.

3.1 Influencia del momento de inyección

El instante en el que comienza la inyección de combustible afecta directamente a la evolución de la presión y la temperatura dentro del cilindro.

Cuando la inyección se adelanta, una parte mayor de la combustión puede producirse cerca del punto muerto superior, donde la presión del cilindro es elevada.

Esto puede favorecer una liberación de calor en una zona termodinámicamente favorable del ciclo y mejorar el aprovechamiento de la expansión posterior.

Sin embargo, también puede provocar:

• Mayor presión máxima;
• Mayor temperatura máxima;
• Mayor tiempo de permanencia de los gases a temperaturas elevadas.

Estas condiciones favorecen la formación térmica de NOx.

Retrasar la inyección desplaza parte de la combustión hacia una fase posterior de la carrera de expansión. De esta forma pueden reducirse la presión y la temperatura máximas, disminuyendo también la formación de NOx.

El problema aparece cuando el retraso es excesivo.

Una parte de la combustión puede producirse demasiado tarde, cuando el volumen del cilindro ya ha aumentado considerablemente. Esto puede provocar una pérdida de rendimiento y un aumento del consumo específico.

También pueden aumentar las temperaturas de los gases de escape y aparecer mayores niveles de humo en determinadas condiciones de funcionamiento.

Por esta razón, el momento de inyección no debe ajustarse considerando únicamente los NOx.

Los sistemas electrónicos modernos permiten controlar con mucha precisión el inicio y la duración de la inyección y, en determinados motores, realizar diferentes eventos de inyección durante un mismo ciclo.

Esto facilita adaptar la combustión a la carga y al régimen del motor, buscando un mejor equilibrio entre consumo, emisiones y prestaciones.

3.2 Presión de inyección y atomización

La presión de inyección influye directamente en la forma en la que el combustible se introduce y distribuye dentro de la cámara.

Cuando el combustible atraviesa los pequeños orificios del inyector a elevada presión se produce su atomización en una gran cantidad de gotas.

Cuanto menor es el tamaño de estas gotas, mayor es la superficie disponible en relación con su volumen, lo que favorece su calentamiento, evaporación y mezcla con el aire.

Una atomización adecuada puede contribuir a:

• Reducir zonas excesivamente ricas en combustible;
• Favorecer una combustión más completa;
• Disminuir la formación de humo;
• Mejorar el aprovechamiento del combustible.

Sin embargo, el efecto sobre los NOx no es completamente lineal.

Una mejor mezcla puede acelerar la combustión y modificar la distribución de las zonas de alta temperatura dentro de la cámara. Dependiendo del diseño del motor y de la estrategia de inyección, estas modificaciones pueden alterar significativamente la formación de NOx.

Por ello no puede establecerse una relación universal del tipo:

Mayor presión de inyección = Mayor NOx

La presión de inyección debe analizarse conjuntamente con otros parámetros, entre ellos:

• Momento de inyección;
• Duración de la inyección;
• Geometría del inyector;
• Número y diámetro de los orificios;
• Movimiento del aire dentro del cilindro;
• Presión y temperatura de sobrealimentación;
• Relación aire-combustible;
• Geometría de la cámara de combustión.

En los motores modernos, combustible y aire forman parte de un mismo problema de optimización.

La cantidad de aire suministrada por el turbocompresor, su temperatura después del enfriador y la presión disponible en la admisión modifican tanto la disponibilidad de oxígeno como las condiciones iniciales de la combustión.

Por este motivo, inyección, sobrealimentación y refrigeración del aire deben analizarse conjuntamente.

La influencia del aire de sobrealimentación puede ampliarse en Análisis y Rendimiento Térmico en Motores Diésel: Turbocompresión.

4. Normativa MARPOL: Niveles I, II y III de Control de Emisiones

El principal marco internacional para el control de las emisiones de NOx procedentes de motores marinos es la Regla 13 del Anexo VI de MARPOL.

Con carácter general, estos requisitos se aplican a los motores diésel marinos instalados con una potencia superior a:

130 kW

También pueden resultar aplicables a determinados motores de más de 130 kW sometidos a una conversión importante.

Quedan excluidos, entre otros casos previstos por la normativa, los motores destinados exclusivamente a situaciones de emergencia y determinados equipos utilizados únicamente con esa finalidad.

MARPOL organiza los límites de NOx en tres niveles de control de emisiones, denominados oficialmente Tier I, Tier II y Tier III.

El valor máximo permitido depende del régimen nominal del motor.

Donde:

n = régimen nominal del motor en revoluciones por minuto.

Estos valores corresponden a la emisión total ponderada durante el ciclo de ensayo correspondiente y se expresan en gramos de NOx por kilovatio/hora.

4.1 Tier I de Control de Emisiones

El Nivel I constituye el primer escalón de control establecido por MARPOL y utiliza como fecha básica de referencia:

1 de enero de 2000.

Estos límites introdujeron un marco internacional armonizado para controlar las emisiones de NOx de los motores diésel marinos.

Para un motor de régimen inferior a 130 rpm, por ejemplo, el límite correspondiente al Nivel I es de:

17,0 g/kWh

A medida que aumenta el régimen nominal del motor, el límite cambia de acuerdo con la curva establecida por MARPOL.

4.2 Tier II de Control de Emisiones

El Nivel II introdujo requisitos considerablemente más exigentes y utiliza como fecha de referencia general:

1 de enero de 2011.

Para motores de menos de 130 rpm, el límite se reduce desde:

17,0 g/kWh en Nivel I

hasta:

14,4 g/kWh en Nivel II

Una parte importante de esta reducción puede conseguirse mediante modificaciones internas del propio motor, sin necesidad de recurrir necesariamente a sistemas externos de tratamiento de gases.

Entre las estrategias empleadas se encuentran:

• Optimización del momento de inyección;
• Mayor control de la presión de inyección;
• Modificación de la geometría de la cámara;
• Gestión electrónica del motor;
• Ajuste de la distribución de válvulas;
• Optimización de la sobrealimentación.

El objetivo es controlar la evolución de la temperatura y de la combustión sin penalizar excesivamente el consumo específico ni la fiabilidad del motor.

Por esta razón, el Nivel II se encuentra estrechamente relacionado con las estrategias de optimización de la combustión analizadas anteriormente.

4.3 Tier III de Control de Emisiones

El Nivel III supone un salto mucho mayor en el grado de reducción exigido.

Para un motor con régimen nominal inferior a 130 rpm:

Nivel II = 14,4 g/kWh, mientras que Nivel III = 3,4 g/kWh

Esto representa una reducción del límite próxima al 76 % respecto al Nivel II.

La diferencia es suficientemente grande como para que, en muchos motores, las modificaciones convencionales de la combustión dejen de ser suficientes por sí solas.

Por ello, el cumplimiento del Nivel III suele requerir tecnologías capaces de proporcionar reducciones mucho mayores, especialmente:

• Recirculación de gases de escape – EGR;
• Reducción catalítica selectiva – SCR.

También pueden emplearse tecnologías basadas en agua, humidificación u otras estrategias combinadas para contribuir a disminuir la formación de NOx.

Es importante señalar que el Nivel III no sustituye permanentemente al Nivel II.

Los controles de Nivel III se aplican a los buques y motores incluidos en la normativa mientras operan dentro de las Zonas de Control de Emisiones de NOx correspondientes.

Fuera de esas zonas, se mantienen los requisitos de Nivel II para esos motores.

Por ejemplo, la aplicación de Nivel III utiliza diferentes fechas de referencia según la zona:

• 1 de enero de 2016 para determinados buques que operan en las ECA de Norteamérica y del Mar Caribe de Estados Unidos;
• 1 de enero de 2021 para determinados buques que operan en las ECA del Mar Báltico y del Mar del Norte.

Por tanto, el Nivel III debe entenderse como un requisito asociado tanto a las características y fecha de construcción del buque como a la zona geográfica en la que opera.

5. Por Qué el Nivel III Sigue Siendo Actual

El Nivel III comenzó a aplicarse en 2016 para determinados buques que operaban en las Zonas de Control de Emisiones de Norteamérica y del Mar Caribe de Estados Unidos. Desde entonces, sigue siendo el nivel más restrictivo de MARPOL para el control de NOx y, por el momento, no existe un Nivel IV.

La evolución de la normativa no ha consistido en crear nuevos niveles, sino en ampliar las zonas donde pueden exigirse los límites del Nivel III y en actualizar los procedimientos técnicos utilizados para certificar los motores.

Estos requisitos están ligados principalmente a las denominadas NOx Emission Control Areas – NOx ECA, donde determinados buques deben cumplir límites de NOx más estrictos en función, entre otros factores, de su fecha de construcción.

Actualmente forman parte de este régimen Norteamérica, el Mar Caribe de Estados Unidos, el Mar Báltico, el Mar del Norte, el Ártico canadiense y el Mar de Noruega.

Las dos últimas zonas se incorporaron el 1 de marzo de 2026 mediante las modificaciones del Anexo VI de MARPOL adoptadas en la Resolución MEPC.392(82).

No obstante, la entrada en vigor de una ECA no obliga automáticamente a todos los motores existentes a cumplir el Nivel III. La aplicación depende de las condiciones establecidas para cada zona y de la fecha de construcción del buque.

En el Ártico canadiense, por ejemplo, la aplicación del Nivel III se vincula a buques construidos a partir del 1 de enero de 2025. En el Mar de Noruega, la referencia general es el 1 de marzo de 2026, junto con otros criterios relativos al contrato de construcción, la puesta de quilla y la entrega del buque.

La cobertura geográfica continuará ampliándose.

En 2026, la OMI adoptó mediante la Resolución MEPC.407(84) la designación del Atlántico Nordeste como nueva Zona de Control de Emisiones para NOx, SOx y partículas.

La modificación entrará en vigor el 1 de septiembre de 2027 y la nueva ECA comenzará a ser efectiva en 2028.

Su ámbito abarca una extensa zona del Atlántico Nordeste vinculada a aguas de España, Portugal, Francia, Irlanda, Reino Unido, Islandia, Islas Feroe y Groenlandia, lo que ampliará de forma considerable la superficie europea sometida a requisitos reforzados de emisiones atmosféricas.

5.1 Cambios normativos recientes

La regulación de NOx también continúa evolucionando desde el punto de vista de la certificación.

El Código Técnico sobre los NOx de 2008 establece los procedimientos utilizados para ensayar, certificar y verificar las emisiones de los motores diésel marinos, y durante los últimos años ha recibido nuevas modificaciones.

Desde el 1 de septiembre de 2026 se encuentra en vigor la Resolución MEPC.398(83), relacionada con la certificación de motores sometidos a modificaciones sustanciales o que deban certificarse posteriormente para un nivel de emisiones distinto al considerado inicialmente.

Este aspecto resulta especialmente importante en proyectos de modernización o conversión de motores, donde los cambios realizados pueden afectar directamente a la configuración certificada y al cumplimiento de los límites de NOx.

A ello se sumará la Resolución MEPC.397(83), cuya entrada en vigor está prevista para el 1 de marzo de 2027. Esta modificación incorpora disposiciones sobre el uso de múltiples perfiles operativos para un mismo motor y aclara determinados aspectos relacionados con los ciclos de ensayo.

Estas actualizaciones responden a una realidad cada vez más habitual en los motores modernos: un mismo equipo puede operar con diferentes configuraciones de carga, combustible, control de la combustión o tratamiento de emisiones.

Por tanto, los Niveles I, II y III continúan siendo la base del sistema regulatorio, pero las condiciones de aplicación y los procedimientos utilizados para demostrar su cumplimiento siguen evolucionando.

El Nivel III continúa siendo el estándar más exigente de MARPOL para el control de NOx, y su relevancia aumenta a medida que se incorporan nuevas Zonas de Control de Emisiones y se actualizan los criterios técnicos de certificación.

6. Estrategias Primarias para Reducir NOx

Antes de recurrir a sistemas externos como EGR o SCR, es posible reducir una parte de las emisiones de NOx actuando directamente sobre el funcionamiento del motor.

Estas medidas se conocen habitualmente como estrategias primarias, porque intentan limitar la formación de NOx dentro del propio cilindro.

Entre las más utilizadas se encuentran:

• Ajuste del momento de inyección;
• Modificación de la presión de inyección;
• Sistemas common rail;
• Optimización de la geometría del pulverizado;
• Modificación de la relación de compresión;
• Gestión de las válvulas;
• Ciclos tipo Miller;
• Optimización de la sobrealimentación.

Todas ellas persiguen, de una forma u otra, modificar la evolución de la combustión para evitar picos excesivos de temperatura sin deteriorar demasiado el rendimiento del motor.

El problema es que estas variables están estrechamente relacionadas.

Por ejemplo, retrasar la inyección puede reducir NOx, pero también aumentar el consumo específico. Reducir la temperatura dentro del cilindro puede disminuir la formación térmica de NOx, aunque si se lleva demasiado lejos puede aumentar el humo o empeorar la estabilidad de la combustión.

Por ello, las estrategias primarias no suelen consistir en una única modificación, sino en una combinación de ajustes sobre inyección, aire, válvulas y sobrealimentación.

6.1 Miller Timing

El denominado Miller timing modifica el momento de apertura o cierre de las válvulas para alterar las condiciones de compresión dentro del cilindro.

Una estrategia habitual consiste en cerrar la válvula de admisión antes de que el pistón alcance el punto muerto inferior.

Al hacerlo, la compresión efectiva comienza más tarde y puede reducirse la temperatura alcanzada antes de la combustión.

Una menor temperatura inicial ayuda posteriormente a limitar los picos térmicos responsables de la formación de NOx.

Wärtsilä describe precisamente el cierre anticipado de la válvula de admisión como una estrategia capaz de reducir la temperatura de combustión y las emisiones.

Sin embargo, existe una dificultad evidente.

Si simplemente reducimos la cantidad de aire atrapada dentro del cilindro, también disminuye la masa de oxígeno disponible para la combustión.

Por este motivo, el ciclo Miller suele combinarse con una sobrealimentación más elevada, de manera que el turbocompresor compense la reducción de llenado.

La idea es mantener suficiente masa de aire dentro del cilindro mientras se consigue una temperatura de compresión más baja.

El equilibrio buscado sería:

Masa de aire suficiente + Menor temperatura de compresión + Combustión eficiente + Menor formación de NOx

En la práctica, Miller timing, turbocompresor, presión de sobrealimentación y sistema de inyección deben diseñarse de forma conjunta.

6.2 Optimización electrónica

La incorporación de sistemas electrónicos ha permitido controlar con mucha mayor precisión parámetros que anteriormente dependían principalmente de elementos mecánicos.

En motores modernos pueden ajustarse, según la configuración:

• Inicio de la inyección;
• Duración de la inyección;
• Presión del combustible;
• Patrón de inyección;
• Presión de sobrealimentación;
• Distribución de válvulas.

Esto permite adaptar el comportamiento del motor a diferentes condiciones de carga y régimen, manteniendo la combustión dentro de una zona de funcionamiento más favorable.

Los sistemas common rail son especialmente útiles en este contexto porque permiten desacoplar, hasta cierto punto, la generación de presión de combustible del régimen instantáneo del motor y controlar con mayor flexibilidad cuándo y cómo se produce la inyección.

La estrategia puede cambiar dependiendo de si se prioriza:

• Consumo específico;
• Respuesta del motor;
• Temperaturas de escape;
• Humo;
• Emisiones de NOx.

Por ello, las estrategias modernas de Low NOx Combustion combinan habitualmente varias medidas en lugar de depender de una sola.

Wärtsilä, por ejemplo, describe una estrategia basada en alta relación de compresión, retraso controlado del inicio de inyección, menor duración de la inyección, mejor atomización y Miller timing, con reducciones de NOx de hasta aproximadamente 25–35 % sin comprometer el rendimiento térmico en las configuraciones descritas por el fabricante.

Este rango debe entenderse como un orden de magnitud asociado a diseños concretos, no como una reducción garantizada para cualquier motor.

En muchos motores, estas medidas permiten alcanzar los requisitos del Nivel II mediante modificaciones internas del propio motor. MAN, por ejemplo, indica que sus motores marinos de cuatro tiempos pueden cumplir IMO Tier II utilizando medidas internas de optimización de la combustión.

Cuando se necesitan reducciones mucho mayores, como las exigidas en determinadas condiciones de Nivel III, las estrategias primarias suelen complementarse con tecnologías como EGR o SCR.

7. EGR: Cómo se Reduce el NOx Recirculando Gases de Escape

La recirculación de gases de escape – Exhaust Gas Recirculation o EGR es una de las principales tecnologías utilizadas para reducir las emisiones de NOx en motores marinos.

En motores de dos tiempos, fabricantes como MAN han desarrollado sistemas EGR capaces de contribuir al cumplimiento de los límites de Nivel III, junto con otras soluciones como SCR.

El principio de funcionamiento consiste en aprovechar una parte de los gases que ya han participado en la combustión.

En lugar de expulsarlos completamente a la atmósfera, una fracción se extrae del sistema de escape, se acondiciona y vuelve a introducir en el aire suministrado al motor.

Estos gases contienen principalmente:

• N₂;
• CO₂;
• Vapor de agua;
• Una concentración de oxígeno inferior a la del aire fresco;
• Productos derivados de la combustión.

El efecto del EGR no consiste simplemente en introducir menos oxígeno.

Al sustituir una parte del aire fresco por gases recirculados también cambia la capacidad térmica de la carga que entra en el cilindro.

7.1 Cómo Reduce el EGR la Formación de NOx

Cuando parte del aire fresco de barrido se sustituye por gases de escape recirculados, disminuye la concentración de oxígeno disponible y aumenta la proporción de CO₂ y vapor de agua.

Estas especies poseen una elevada capacidad calorífica, de manera que pueden absorber una mayor cantidad de energía durante la combustión sin que la temperatura aumente tanto.

El resultado es una reducción de los picos térmicos dentro del cilindro.

De forma simplificada:

Menos O₂ + Mayor capacidad térmica de la carga → Menor temperatura máxima → Menor formación térmica de NOx

MAN describe este mecanismo señalando que, al sustituir una parte del aire fresco de barrido por gases de escape recirculados, disminuye la concentración de O₂ y aumenta la proporción de CO₂ y vapor de agua en la carga. Esto incrementa su capacidad térmica y contribuye a reducir el pico de temperatura alcanzado durante la combustión y, con ello, la formación de NOx.

El efecto depende directamente de la cantidad de gases recirculados.

En determinadas configuraciones de motores de dos tiempos destinadas a Nivel III, MAN representa tasas del orden del 30–40 % de gases de escape recirculados.

La propia documentación técnica indica además que la reducción de NOx puede mantener una relación aproximadamente lineal con la tasa de recirculación dentro del rango de funcionamiento previsto por el sistema.

Esto no significa, sin embargo, que la cantidad de EGR pueda aumentarse indefinidamente.

Si la concentración de oxígeno disminuye demasiado, la calidad de la combustión puede deteriorarse y aumentar la formación de humo o partículas.

7.2 Arquitectura de un EGR Marino

Los gases de escape no pueden devolverse directamente al sistema de admisión.

Antes deben reducirse su temperatura y su contenido de partículas, condensados y otros contaminantes.

Por este motivo, un sistema EGR marino puede incorporar elementos como:

• Toma de gases de escape;
• Válvulas de regulación;
• Unidad de lavado o limpieza;
• Enfriador de gases;
• Separador de gotas;
• Soplante o blower;
• Circuito de agua;
• Tanques y bombas;
• Unidad de tratamiento del agua;
• Sensores;
• Sistema automático de control.

En determinados motores de dos tiempos, después de pasar por las etapas de enfriamiento y limpieza, los gases se devuelven al scavenge air receiver, donde se mezclan con el aire de barrido antes de entrar en los cilindros.

La arquitectura concreta depende del diseño del motor y del punto del sistema de escape donde se extraigan y devuelvan los gases.

Pueden encontrarse configuraciones de alta presión y baja presión, diferenciadas principalmente por la zona del sistema de escape desde la que se toma el gas y por las condiciones de presión necesarias para introducirlo nuevamente en el circuito de aire.

Estas diferencias afectan al diseño del soplante, los turbocompresores, las tuberías, el sistema de enfriamiento y la estrategia de control.

7.3 Rendimiento, Mantenimiento y Limitaciones del EGR

El EGR puede conseguir reducciones importantes de NOx y diseñarse específicamente para alcanzar los límites de Nivel III.

La OMI reconoce la recirculación de gases de escape como una de las estrategias capaces de emplearse para controlar las emisiones de NOx de los motores diésel marinos.

En documentación de servicio de MAN, una configuración Tier III aparece asociada a aproximadamente 35–40 % de recirculación, mientras que una variante denominada EcoEGR puede utilizar tasas menores, del orden del 10–15 %, para mantener las emisiones dentro de Nivel II en determinadas condiciones.

Más que asignar un porcentaje fijo de reducción válido para cualquier motor, resulta más correcto considerar que el rendimiento depende de factores como:

• Diseño del motor;
• Tasa de recirculación;
• Carga;
• Combustible utilizado;
• Temperatura de los gases;
• Estrategia de control;
• Configuración del sistema.

La principal dificultad técnica aparece precisamente porque los gases recirculados no son limpios.

Pueden transportar:

• Hollín;
• Cenizas;
• Compuestos de azufre;
• Condensados;
• Productos ácidos.

Cuando los gases se enfrían, parte del vapor de agua puede condensar y generar un efluente que debe tratarse adecuadamente.

La OMI dispone de directrices específicas para la gestión del EGR bleed-off water, ya que su tratamiento depende, entre otros factores, del contenido de azufre del combustible.

La presencia de contaminantes también favorece la formación de depósitos y puede afectar a componentes como:

• Enfriadores;
• Conductos;
• Separadores;
• Válvulas;
• Receptor de aire de barrido.

La experiencia de servicio publicada por MAN indica, por ejemplo, que la acumulación de suciedad en el receptor de aire de barrido puede aumentar durante la operación con EGR, especialmente cuando se utilizan combustibles pesados.

Por ello, el funcionamiento correcto del sistema depende tanto del diseño como del mantenimiento del circuito de gases y del tratamiento del agua.

El EGR no debe entenderse únicamente como una tubería que devuelve gases al motor. Es un sistema integrado de recirculación, limpieza, enfriamiento, control y tratamiento de residuos cuya operación debe coordinarse con el propio motor.

8. Tecnologías Basadas en Agua para Reducir NOx

El agua puede utilizarse de diferentes formas para reducir la formación de NOx durante la combustión. Su utilidad se debe principalmente a su elevada capacidad calorífica y a la energía necesaria para provocar su evaporación. Al introducir agua en el proceso, una parte del calor liberado por el combustible se emplea en calentarla y vaporizarla, reduciendo así los picos de temperatura responsables de la formación térmica de NOx.

En motores marinos pueden distinguirse tres estrategias principales: la inyección directa de agua dentro del cilindro, la emulsión de agua con el combustible y la humidificación del aire de combustión. Aunque las tres aprovechan el mismo principio térmico, la forma en que el agua se introduce en el motor y su efecto sobre la combustión son diferentes.

8.1 DWI – Direct Water Injection

La inyección directa de agua – Direct Water Injection o DWI utiliza un circuito independiente para introducir agua a elevada presión directamente en la cámara de combustión. En determinadas configuraciones se emplean válvulas combinadas con circuitos independientes para agua y combustible, lo que permite controlar por separado el momento y la cantidad introducida de cada fluido.

El agua puede comenzar a inyectarse antes o durante las primeras etapas de la inyección de combustible. Al evaporarse dentro del cilindro absorbe una cantidad importante de energía y reduce la temperatura de las regiones donde posteriormente se desarrolla la combustión. De forma simplificada, el proceso puede entenderse como:

Inyección de agua → Absorción de calor → Menor temperatura máxima → Menor formación de NOx

En sistemas desarrollados por Wärtsilä se han utilizado presiones de agua del orden de 200–400 bar, con control electrónico del momento y duración de la inyección. Para determinadas aplicaciones, el fabricante ha descrito reducciones de NOx aproximadamente del 50–60 %, aunque estos valores deben entenderse como referencias correspondientes a configuraciones concretas y no como un resultado universal.

La cantidad de agua debe mantenerse dentro de los límites previstos por el diseño. Una dosificación excesiva puede alterar la estabilidad de la combustión, afectar al consumo y modificar el comportamiento térmico del motor.

8.2 Emulsión Agua-Combustible

Otra posibilidad consiste en incorporar agua directamente al combustible antes de introducirlo en el cilindro. En una Water/Fuel Emulsion – WFE, pequeñas gotas de agua quedan dispersas dentro de la fase combustible.

Cuando la emulsión entra en la cámara de combustión, tanto el combustible como el agua comienzan a calentarse. El agua contenida en las gotas puede vaporizarse rápidamente y provocar una expansión en su interior. Esta expansión puede fragmentar la gota original de combustible y generar una atomización secundaria.

Este fenómeno, conocido habitualmente como microexplosión, puede favorecer la mezcla del combustible con el aire al mismo tiempo que el agua absorbe parte de la energía térmica liberada durante la combustión. El resultado es una modificación del desarrollo del frente de combustión y de la distribución de las zonas de mayor temperatura dentro del cilindro.

La siguiente comparativa muestra, de forma orientativa, cómo puede evolucionar la combustión con diferentes proporciones de agua para distintas posiciones angulares del cigüeñal. En la imagen, el ángulo de cigüeñal se utiliza como referencia para seguir la evolución temporal del proceso.

Aunque este comportamiento depende del motor, de las condiciones de ensayo y de la proporción de agua utilizada, la presencia de agua puede modificar la extensión y la intensidad de las zonas térmicamente más activas. Ese efecto, unido a la absorción de calor durante la vaporización, contribuye a reducir las condiciones favorables para la formación térmica de NOx.

En determinadas aplicaciones pueden encontrarse reducciones aproximadas del orden del 15 – 40 % de NOx. Sin embargo, una mayor proporción de agua no implica necesariamente mejores resultados. También deben controlarse la estabilidad de la emulsión, la calidad de la combustión y la compatibilidad con los componentes del sistema de combustible.

8.3 Humidificación del Aire de Combustión

Una tercera estrategia consiste en aumentar la humedad del aire suministrado al motor. Los sistemas de humidificación del aire, entre ellos el concepto HAM – Humid Air Motor, incorporan agua al flujo de aire de combustión antes de su entrada en los cilindros.

El aire comprimido procedente del turbocompresor llega a una temperatura elevada. Esa energía térmica puede aprovecharse para favorecer la evaporación del agua introducida en el humidificador o saturador de aire. De este modo, el flujo aumenta su contenido de vapor de agua antes de llegar al colector de aire de barrido.

En una instalación HAM, el agua puede recircularse mediante un circuito independiente con depósito, bomba e intercambiador de calor, mientras que un separador de niebla ayuda a retener las gotas que no se han evaporado antes de que el aire humidificado continúe hacia el motor.

El efecto sobre la formación de NOx vuelve a estar relacionado con la capacidad térmica de la carga:

Mayor humedad de la carga → Mayor capacidad térmica → Menor temperatura de combustión → Menor formación de NOx

Una de las ventajas de esta estrategia es que no requiere introducir agua directamente mediante un inyector dentro del cilindro. Sin embargo, el sistema debe controlar cuidadosamente la temperatura, la humedad y el caudal de agua para asegurar una humidificación adecuada y evitar condensaciones no deseadas en conductos o componentes del motor.

Caso Práctico: El Caso del KVANNØY

Un caso especialmente interesante es el del pesquero KVANNØY, equipado con un motor MAN 16V28/32A de aproximadamente 3.920 kW a 775 rpm. Tras adaptar un sistema de humidificación HAM se registraron emisiones cercanas a 3,6 g/kWh de NOx, lo que suponía una reducción aproximada del 60 % respecto a la configuración anterior.

El ejemplo resulta útil porque permite comparar una reducción porcentualmente elevada con el límite reglamentario. Para un motor que gira a 775 rpm, el límite de Nivel III se obtiene aplicando la expresión 9 · n⁻⁰·², lo que da aproximadamente 2,38 g/kWh.

Por tanto, aun después de reducir las emisiones alrededor de un 60 %, el motor seguía produciendo aproximadamente 1,2 g/kWh más que el límite correspondiente al Nivel III.

El caso del KVANNØY demuestra que una reducción importante de NOx no implica automáticamente el cumplimiento de un determinado nivel de MARPOL. El resultado depende tanto de las emisiones iniciales del motor como del límite que corresponda a su régimen nominal.

9. SCR: Eliminar NOx Después de la Combustión

La Reducción Catalítica Selectiva — Selective Catalytic Reduction o SCR es una de las principales tecnologías utilizadas actualmente para alcanzar reducciones elevadas de NOx y cumplir los requisitos de Nivel III en numerosos motores marinos.

A diferencia del EGR o de las estrategias que modifican directamente la combustión, el SCR actúa después de que los NOx ya se hayan formado. El motor realiza la combustión y los gases de escape se conducen posteriormente a un reactor donde los óxidos de nitrógeno reaccionan con un agente reductor en presencia de un catalizador.

El objetivo es convertir principalmente los NOx en dos productos mucho menos problemáticos:

N₂ + H₂O

Esta característica permite mantener una estrategia de combustión orientada a la eficiencia del motor y realizar posteriormente una parte importante del control de emisiones en el sistema de escape.

9.1 De la Urea al Amoniaco y la Reacción SCR

En aplicaciones marinas se utiliza habitualmente una solución acuosa de urea como fuente de amoniaco.

La urea no es, sin embargo, la especie que reacciona directamente con los NOx. Cuando la solución se pulveriza sobre los gases de escape calientes, primero se evapora el agua y posteriormente la urea se descompone.

De forma simplificada, el proceso comienza con:

CO(NH₂)₂ → NH₃ + HNCO

El ácido isociánico formado puede reaccionar después con vapor de agua:

HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂

El resultado es la generación del NH₃ necesario para las reacciones que tienen lugar sobre la superficie del catalizador.

Cuando predomina el NO, una de las reacciones principales puede representarse como:

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

Cuando existe una proporción adecuada de NO y NO₂ puede producirse la denominada reacción SCR rápida:

NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O

El catalizador facilita estas reacciones dentro de un intervalo de temperaturas compatible con los gases de escape del motor. Por eso su función no consiste únicamente en proporcionar una superficie física, sino en reducir la energía necesaria para que las reacciones de reducción se desarrollen con suficiente velocidad.

9.2 Arquitectura y Temperatura de Funcionamiento

Un sistema SCR marino puede incorporar tanque de urea, bombas de alimentación, unidad de dosificación, inyector, mezclador, reactor, módulos catalíticos y diferentes sensores de presión y temperatura conectados al sistema de control.

Después de ser dosificado, el agente reductor necesita mezclarse correctamente con los gases antes de alcanzar los módulos catalíticos. Una distribución deficiente puede provocar que determinadas regiones del reactor reciban demasiado NH₃ mientras otras reciben una cantidad insuficiente, reduciendo la eficiencia global y provocando un desgaste desigual del catalizador.

La temperatura de los gases de escape es uno de los parámetros más importantes del proceso. Cada formulación catalítica dispone de una ventana operativa en la que la conversión de NOx es adecuada.

Si la temperatura disminuye demasiado, las reacciones se ralentizan y puede aumentar la cantidad de amoniaco que atraviesa el reactor sin reaccionar. También aumenta el riesgo de formación de determinados depósitos.

Este problema es especialmente relevante cuando el motor funciona durante largos periodos a:

• Baja carga;
• Maniobra;
• Regímenes reducidos;
• Slow steaming.

En estas condiciones, las temperaturas de escape pueden alejarse de las condiciones óptimas de funcionamiento del catalizador.

9.3 SCR de Alta y Baja Presión

La posición del reactor dentro del sistema de escape es especialmente importante en motores marinos de dos tiempos.

En una configuración SCR de alta presión – HP-SCR, el reactor se instala en el lado de alta presión de los gases, normalmente antes de la turbina del turbocompresor.

Una de sus principales ventajas es que los gases conservan una temperatura relativamente elevada, lo que puede favorecer el funcionamiento del catalizador y ampliar el rango de carga donde el sistema permanece activo.

Sin embargo, introducir un reactor antes del turbocompresor afecta directamente a la disposición del sistema de escape, las pérdidas de presión y la interacción con la turbina.

En un sistema SCR de baja presión – LP-SCR, el tratamiento se realiza después del turbocompresor. Esta disposición puede simplificar determinados aspectos de integración, aunque los gases llegan a menor presión y temperatura.

La elección entre ambas arquitecturas depende de factores como:

• Tipo de motor;
• Perfil de carga;
• Temperatura disponible;
• Espacio a bordo;
• Diseño del turbocompresor;
• Contrapresión admisible;
• Estrategia de control de emisiones.

Por tanto, no existe una configuración universalmente mejor. La integración del SCR debe realizarse considerando el motor y el sistema de escape como un conjunto.

9.4 Dosificación, Depósitos y Rendimiento del SCR

La cantidad de agente reductor debe controlarse cuidadosamente.

Si se introduce menos NH₃ del necesario, parte de los NOx atraviesa el catalizador sin reaccionar. Si se introduce una cantidad excesiva, una fracción del amoniaco puede llegar a la salida del sistema.

Este fenómeno se conoce como deslizamiento de amoniaco — ammonia slip.

La dosificación se ajusta teniendo en cuenta variables como la carga del motor, el caudal y temperatura de los gases y la producción estimada o medida de NOx.

El contenido de azufre también puede influir en la operación del sistema. Parte del SO₂ presente en los gases puede oxidarse a SO₃ y reaccionar posteriormente con NH₃ y vapor de agua, favoreciendo la formación de compuestos como bisulfato de amonio y sulfato de amonio.

Estos depósitos pueden acumularse sobre superficies del sistema, especialmente cuando la temperatura desciende, y provocar:

• Ensuciamiento del catalizador;
• Aumento de la contrapresión;
• Pérdida progresiva de actividad;
• Necesidad de limpieza o mantenimiento.

Por ello, el funcionamiento del SCR depende de una combinación de temperatura, dosificación de urea, composición de los gases, combustible y estado del catalizador.

Cuando todas estas variables se encuentran dentro del rango previsto por el diseño, los sistemas SCR pueden proporcionar reducciones muy elevadas de NOx. En aplicaciones marinas es habitual encontrar valores orientativos del orden del:

80 – 95 % de reducción de NOx

aunque la capacidad real depende del motor, del sistema catalítico y de las condiciones de operación.

Esta elevada eficiencia explica por qué el SCR se ha convertido en una de las tecnologías más importantes para alcanzar los límites de Nivel III.

10. Directrices SCR 2025 y Evolución Normativa

La regulación técnica de los sistemas SCR también ha sido actualizada recientemente.

El 11 de abril de 2025, la OMI adoptó mediante la Resolución MEPC.399(83) las nuevas Directrices de 2025 sobre Sistemas de Reducción Catalítica Selectiva  – SCR. Estas directrices sustituyen a las publicadas en 2017 y constituyen actualmente la referencia técnica más reciente de la OMI para este tipo de sistemas.

La revisión se realizó para eliminar ambigüedades, mejorar la aplicación coherente de los requisitos y reflejar la evolución técnica experimentada por los sistemas SCR durante los últimos años.

Su importancia radica en que el SCR no se considera simplemente un equipo independiente instalado en la línea de escape. Desde el punto de vista de la certificación de emisiones, debe analizarse conjuntamente con el motor diésel al que está asociado.

Esto afecta a aspectos como:

• Ensayos de emisiones;
• Certificación del conjunto motor-SCR;
• Configuración de los componentes;
• Parámetros operativos;
• Procedimientos de verificación;
• Condiciones de funcionamiento del sistema.

Las directrices de 2025 están destinadas a sistemas SCR instalados en determinados buques de nueva construcción a partir del 1 de noviembre de 2025, así como a ciertos sistemas entregados posteriormente para buques cuya construcción hubiera comenzado antes de esa fecha.

La propia OMI también ha señalado que estas directrices continuarán revisándose a medida que se acumule experiencia con su aplicación, con el objetivo de estudiar su futura incorporación al Código Técnico sobre los NOx de 2008.

Por tanto, aunque el principio químico del SCR no ha cambiado, sí continúa evolucionando el marco utilizado para demostrar que el conjunto motor + sistema de reducción de NOx cumple los requisitos establecidos por MARPOL.

11. Comparativa Técnica: ¿Qué Tecnología Reduce Más NOx?

No existe una única solución válida para todos los motores marinos. La reducción real de NOx depende del diseño del motor, de su régimen de funcionamiento, de la carga, del combustible utilizado, de la tecnología aplicada y de las condiciones concretas de operación.

Como referencia orientativa, las principales tecnologías pueden situarse aproximadamente en los siguientes rangos:

Estos porcentajes deben interpretarse como rangos aproximados, no como valores garantizados. En la práctica, el resultado final depende de factores como:

• Motor;
• Carga;
• Régimen;
• Tecnología aplicada;
• Fabricante;
• Combustible;
• Condiciones ambientales;
• Configuración del sistema.

La tabla permite apreciar una idea general importante: las tecnologías que actúan únicamente sobre la combustión suelen proporcionar reducciones más moderadas, mientras que los sistemas más complejos, como EGR y sobre todo SCR, permiten alcanzar reducciones mucho mayores y resultan especialmente relevantes cuando se pretende cumplir los límites de Nivel III.

11.1 EGR frente a SCR

La comparación entre EGR y SCR es probablemente la más importante desde el punto de vista del cumplimiento del Nivel III, ya que ambas tecnologías pueden utilizarse para alcanzar reducciones elevadas de NOx, aunque lo hacen de forma completamente distinta.

El EGR actúa sobre el problema en su origen. Al recircular una parte de los gases de escape hacia el aire de barrido, reduce la concentración de oxígeno y aumenta la capacidad térmica de la carga, disminuyendo así la temperatura máxima de combustión y, con ello, la formación térmica de NOx dentro del propio cilindro.

Su principal ventaja es que reduce las emisiones desde el interior del proceso de combustión y no requiere almacenar urea a bordo. Sin embargo, se trata de un sistema técnicamente exigente, ya que implica manipular, enfriar, limpiar y recircular gases que contienen contaminantes. Esto obliga a prestar especial atención al tratamiento del agua, a la acumulación de depósitos, a la corrosión y al mantenimiento general del circuito.

El SCR, en cambio, no trata de impedir que se formen los NOx dentro del motor. Permite que la combustión se produzca y actúa después sobre los gases de escape, utilizando un agente reductor y un catalizador para transformar los óxidos de nitrógeno principalmente en nitrógeno y agua.

Su gran ventaja es la elevada eficacia de reducción, que en muchas aplicaciones puede situarse en valores muy altos y superar aproximadamente el 90 %. Además, permite mantener estrategias de combustión orientadas al rendimiento del motor y desplazar la reducción de NOx al sistema de postratamiento. A cambio, requiere almacenamiento y dosificación de urea, espacio para la instalación del reactor y un control cuidadoso de la temperatura, ya que el funcionamiento del catalizador depende de una ventana térmica adecuada. También pueden aparecer depósitos y problemas asociados al estado del catalizador.

En muchos diseños, la elección entre EGR y SCR depende del perfil operacional del buque. No tiene las mismas necesidades un buque que solo entra ocasionalmente en una NOx ECA que otro que opera de forma habitual dentro de estas zonas. MAN señala precisamente que existen diferencias importantes entre buques que utilizan sus tecnologías Tier III durante una parte significativa de su vida operativa y otros que apenas necesitan activarlas.

Por tanto, la elección no debe plantearse únicamente en términos de “qué tecnología reduce más”, sino también de cómo opera el buque, cuánto tiempo necesita cumplir Nivel III, qué espacio y mantenimiento puede asumir y qué solución se integra mejor con el motor y con la explotación real del buque.

12. Certificación: EIAPP, Technical File y Verificación a Bordo

Reducir las emisiones de NOx no es suficiente desde el punto de vista normativo. También debe poder demostrarse que el motor cumple el nivel para el que ha sido certificado y que mantiene la configuración aprobada durante su vida operativa.

Uno de los documentos principales es el EIAPP – Engine International Air Pollution Prevention Certificate, emitido para motores diésel marinos sujetos a los requisitos del Anexo VI de MARPOL. Este certificado acredita que el motor ha sido aprobado para un determinado nivel de emisiones, régimen de funcionamiento y configuración técnica. La OMI señala que la certificación incluye componentes críticos, ajustes y valores operativos definidos, y que cualquier modificación de esos elementos debe quedar debidamente aprobada y documentada.

12.1 EIAPP y Configuración Certificada del Motor

La certificación no se limita a medir las emisiones una única vez. El motor se aprueba bajo una configuración concreta que puede incluir, entre otros elementos, potencia, régimen nominal, sistema de inyección, componentes relacionados con el aire y la combustión y sistemas de reducción de NOx.

Por este motivo, cambios aparentemente pequeños pueden tener implicaciones sobre la certificación. Una modificación en los inyectores, el momento de inyección, el turbocompresor, el control electrónico, el sistema EGR o el SCR puede alterar parámetros relacionados con las emisiones.

En motores equipados con sistemas SCR, por ejemplo, el sistema de reducción puede formar parte del conjunto considerado durante el proceso de certificación, no simplemente como un equipo independiente añadido posteriormente.

12.2 Technical File

Cada motor certificado debe disponer a bordo de un Technical File aprobado. Este expediente técnico define la configuración autorizada del motor y establece los procedimientos que permiten verificar que continúa correspondiendo con la configuración certificada.

Puede incluir información sobre:

• Componentes críticos relacionados con NOx;
• Ajustes y parámetros operativos;
• Potencia y régimen del motor;
• Sistema de inyección;
• Configuración del turbocompresor;
• Sistemas EGR o SCR, cuando proceda;
• Procedimientos de inspección y verificación;
• Modificaciones aprobadas.

El Technical File es especialmente importante porque permite comprobar durante las inspecciones que el motor no ha sido modificado de forma que pueda alterar sus emisiones sin la correspondiente aprobación.

12.3. Verificación a Bordo

Una vez instalado el motor, el cumplimiento también debe poder verificarse durante las inspecciones realizadas a bordo.

Dependiendo del método aprobado para el motor, la verificación puede basarse en la comprobación de componentes, ajustes y parámetros definidos en el Technical File, así como en procedimientos específicos previstos por el Código Técnico sobre los NOx.

El objetivo no consiste únicamente en confirmar que el motor dispone de un certificado, sino en comprobar que la configuración real a bordo continúa siendo coherente con la configuración certificada.

Este aspecto adquiere especial importancia cuando se realizan trabajos de modernización, sustitución de componentes o incorporación de nuevos sistemas de control de emisiones.

Desde el 1 de septiembre de 2026 está en vigor la Resolución MEPC.398(83), que modifica el Código Técnico sobre los NOx de 2008 para abordar específicamente la certificación de motores sometidos a una modificación sustancial o que deban certificarse posteriormente para un nivel para el que no estaban certificados en el momento de su instalación.

Esto resulta especialmente relevante en proyectos de retrofit, repotenciación o adaptación de sistemas EGR y SCR. Una intervención sobre el motor no debe evaluarse únicamente desde el punto de vista mecánico: también puede afectar a su condición de motor certificado y requerir nuevos procedimientos de demostración del cumplimiento.

La relación entre EIAPP, Technical File y verificación a bordo permite mantener la trazabilidad entre el motor que fue ensayado y aprobado y el equipo que realmente permanece instalado y operativo en el buque.

13. Mantenimiento y Pérdida de Eficiencia de los Sistemas NOx

El rendimiento de los sistemas de reducción de NOx no depende únicamente de su diseño. Con el paso de las horas de funcionamiento, el ensuciamiento, el desgaste de componentes, la degradación de sensores o una desviación en determinados parámetros pueden reducir progresivamente la eficacia del sistema.

Esto resulta especialmente importante porque un equipo puede continuar funcionando aparentemente con normalidad mientras su capacidad para controlar las emisiones se deteriora. Por tanto, el mantenimiento debe considerar no solo la disponibilidad mecánica del sistema, sino también su rendimiento ambiental.

13.1 Mantenimiento de los Sistemas EGR

Los sistemas EGR trabajan con gases de escape que pueden transportar hollín, cenizas, compuestos de azufre y otros productos de la combustión. Cuando esos gases se enfrían y acondicionan antes de regresar al motor, parte de estos contaminantes puede acumularse en distintos componentes del circuito.

Entre los elementos que deben controlarse se encuentran:

• Ensuciamiento del enfriador EGR;
• Estado del sistema de limpieza de gases;
• Calidad y pH del agua de proceso;
• Separadores de gotas;
• Bombas;
• Válvulas de regulación;
• Acumulación de depósitos;
• Corrosión;
• Sensores;
• Caudal o tasa efectiva de recirculación.

El ensuciamiento progresivo del EGR cooler, por ejemplo, puede reducir la transferencia térmica y modificar la temperatura con la que los gases recirculados regresan al circuito de aire. Si una válvula deja de alcanzar correctamente la posición ordenada, también puede variar la cantidad real de gases recirculados respecto a la calculada por el sistema de control.

Algo similar ocurre con el circuito de agua. Una calidad inadecuada, desviaciones de pH o problemas en su tratamiento pueden favorecer la corrosión, la formación de depósitos y el deterioro de componentes.

Estas variaciones terminan afectando a una variable fundamental: la tasa EGR realmente disponible para el motor. Si esta disminuye respecto a la prevista durante la certificación y el control del sistema no consigue compensarla, también puede reducirse su capacidad para limitar la formación de NOx.

13.2 Mantenimiento de los Sistemas SCR

En un sistema SCR, la eficiencia depende principalmente de que los gases lleguen al reactor en las condiciones adecuadas y de que exista una correcta dosificación y distribución del agente reductor sobre el catalizador.

Durante la operación conviene vigilar especialmente:

• Temperatura de entrada al reactor;
• Presión diferencial;
• Dosificación y consumo de urea;
• Estado del inyector;
• Calidad del reactivo;
• Actividad del catalizador;
• Distribución del flujo de gases;
• Formación de depósitos.

La temperatura es una de las variables más importantes. Si los gases permanecen fuera de la ventana térmica prevista para el catalizador, la conversión de NOx puede disminuir aunque el resto de los componentes continúe funcionando.

El estado del inyector y del sistema de dosificación también resulta crítico. Una atomización deficiente o una distribución irregular de urea puede provocar zonas del catalizador que trabajen con cantidades insuficientes de amoniaco mientras otras reciben un exceso de reactivo.

Con las horas de funcionamiento, el catalizador también puede perder actividad debido al envejecimiento térmico, contaminación o formación de depósitos. Una de las consecuencias puede ser un aumento gradual del NOx presente a la salida del reactor.

Los depósitos tienen además un segundo efecto: pueden incrementar la presión diferencial a través del sistema. El seguimiento de esta variable permite detectar progresivamente restricciones en el paso de los gases antes de que la contrapresión alcance niveles problemáticos.

13.3 Aplicación del Mantenimiento Basado en Condición

Por la cantidad de variables disponibles y por la degradación gradual que pueden experimentar, los sistemas EGR y SCR son buenos candidatos para aplicar estrategias de Mantenimiento Basado en Condición.

En lugar de analizar únicamente valores instantáneos, resulta especialmente útil estudiar su evolución a lo largo del tiempo. Algunas variables interesantes son la presión diferencial, temperatura, caudal EGR, consumo de urea, concentración de NOx cuando existe instrumentación disponible, pH del agua y posición real de las válvulas.

Una desviación aislada no implica necesariamente la existencia de una avería. Sin embargo, una tendencia progresiva puede revelar cambios en el comportamiento del sistema.

Por ejemplo, un aumento continuo de la presión diferencial de un reactor SCR puede indicar acumulación de depósitos, mientras que la pérdida gradual de capacidad térmica de un enfriador EGR puede observarse mediante la evolución de sus temperaturas de entrada y salida. Del mismo modo, cambios entre la posición ordenada y la posición real de una válvula pueden anticipar problemas en los actuadores o en el propio mecanismo.

El objetivo del mantenimiento basado en condición es detectar estas degradaciones antes de que provoquen una pérdida significativa de eficiencia, un fallo del equipo o una desviación respecto a las condiciones necesarias para controlar las emisiones de NOx.

14. Futuro del Control de NOx en Motores Marinos

El Nivel o Tier III continúa siendo actualmente el nivel de control de NOx más restrictivo establecido por MARPOL, pero el marco técnico y regulatorio que rodea su aplicación continúa evolucionando.

Esta evolución no apunta únicamente hacia límites más estrictos. También está ampliando las zonas donde se aplican requisitos especiales, introduciendo nuevas posibilidades de certificación y obligando a reconsiderar cómo interactúan los combustibles alternativos con la formación de NOx.

14.1 Expansión Geográfica de las NOx ECA

Una de las tendencias más claras es la ampliación progresiva de las Zonas de Control de Emisiones de NOx.

Desde el 1 de marzo de 2026, el Ártico canadiense y el mar de Noruega forman parte de las nuevas ECA incorporadas al Anexo VI de MARPOL mediante la Resolución MEPC.392(82). La aplicación concreta de los requisitos de Nivel III depende, no obstante, de las fechas de construcción establecidas para los buques que operan en cada zona.

El siguiente paso será el Atlántico Nordeste, cuya designación como ECA para NOx, SOx y partículas fue adoptada mediante la Resolución MEPC.407(84). La enmienda entrará en vigor el 1 de septiembre de 2027 y la nueva zona comenzará a aplicarse 12 meses después, en 2028.

Esto significa que cada vez más buques deberán considerar desde la fase de diseño cuánto tiempo operarán dentro de zonas donde será necesario cumplir los requisitos más exigentes de NOx.

14.2 Nuevas formas de certificación

La evolución también afecta al modo en que se certifican los motores.

Desde el 1 de septiembre de 2026, la Resolución MEPC.398(83) incorpora al Código Técnico sobre los NOx procedimientos relacionados con motores sometidos a modificaciones sustanciales o que deban certificarse posteriormente para un nivel para el que no estaban certificados inicialmente.

A esto se añadirá otra modificación importante a partir del 1 de marzo de 2027. La Resolución MEPC.397(83) permitirá utilizar múltiples perfiles operativos para determinados motores diésel marinos e introduce aclaraciones sobre los ciclos de ensayo. La OMI relaciona esta modificación con la posibilidad de optimizar el consumo de combustible en función de las condiciones reales de operación sin dejar de demostrar el cumplimiento de los requisitos sobre NOx.

La certificación del futuro, por tanto, tenderá a reflejar mejor que un motor marino no trabaja permanentemente en un único punto de operación.

14.3 Nuevos Combustibles y Formación de NOx

La transición energética del transporte marítimo está introduciendo progresivamente combustibles y vectores energéticos diferentes a los combustibles fósiles tradicionales. Entre ellos se encuentran:

• Metanol;
• Amoniaco;
• GNL;
• Biocombustibles;
• Hidrógeno.

Sin embargo, utilizar un combustible alternativo no significa automáticamente eliminar las emisiones de NOx.

Los mecanismos concretos cambian según el combustible y la tecnología de combustión, pero mientras exista nitrógeno disponible y se alcancen temperaturas suficientemente elevadas pueden seguir produciéndose óxidos de nitrógeno. Por este motivo, determinadas configuraciones con combustibles alternativos pueden continuar necesitando estrategias internas de control de la combustión o sistemas de postratamiento.

Además, cada combustible introduce nuevos condicionantes. El amoniaco, por ejemplo, contiene nitrógeno en su propia molécula, mientras que los motores que utilizan hidrógeno, metanol o combustibles gaseosos pueden presentar comportamientos de NOx diferentes dependiendo del tipo de encendido, la relación aire-combustible, la temperatura y la arquitectura del motor.

El futuro del control de emisiones no puede analizarse, por tanto, considerando únicamente el combustible utilizado.

La estrategia deberá integrar conjuntamente:

Combustible → Tecnología de combustión → Formación de NOx → Eficiencia del motor → Tratamiento de gases

La tendencia apunta hacia sistemas cada vez más integrados, en los que la eficiencia energética, el tipo de combustible, la reducción de emisiones y la estrategia de operación del buque se evalúan como partes de un mismo problema técnico.

15. Bibliografía

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