Plasmatechnologie bestrijdt roet

Vooral de Amerikanen hanteren strenge normen. In 2007 moet in Californië negentig procent van alle roet verwijderd worden. Ook in stikstofoxiden zijn de normen overzees strenger; van dit gas moet ook negentig procent minder uit de uitlaat komen.

Om milieuvriendelijk en zonder roetwolken te kunnen rondrijden, zijn naast efficiëntere verbrandingsmotoren ook hulpmiddelen zoals katalysatoren nodig, meestal bestaand uit filters en een hulpstof die de uitlaatgassen laat reageren. De Delftse vermogenselektronicagroep doet nu samen met TNO onderzoek aan een nieuwere zuiveringsmethode: plasmatechnologie. Hiermee wordt roet voor het einde van de uitlaat geëlimineerd met elektrische spanning.

Uitlaatgassen van dieselmotoren worden in een elektrisch veld geïoniseerd tot een plasma, bestaand uit geïoniseerde roetdeeltjes en radicalen. Deze deeltjes worden door een keramisch schuim opgenomen. Hier reageren roetdeeltjes en radicalen met elkaar tot normale verbrandingsproducten, zoals koolstofdioxide en water.

“Het voordeel van plasmatechnologie boven al bestaande katalysatoren is dat je in één compact systeem zowel roet als stikstofoxiden kunt verwijderen”, zegt Yves Creyghton van TNO. “Ook heb je geen hulpstof nodig zoals bij de SCR-methode (selectieve katalytische reductie), waarbij je ureum toevoegt om de uitlaatgassen uit te laten reageren. Voertuigen met SCR moeten steeds die ureum aanvullen en dus moet je daar een infrastructuur (zoals bij benzine – RZ) voor opzetten.”
Scheepsdekken

Het onderzoek zou ook op binnenvaartschepen kunnen helpen bij de bestrijding van roetaanslag op scheepsdekken door de omvangrijke uitstoot van scheepsmotoren. In eerste instantie richt het zich op automotoren. Sjoerd de Haan van vermogenselektronica en Creyghton hebben afgelopen maand proeven gedaan met hun systeemontwerp, waarbij ze een Volkswagenmotor tien uur lang roet lieten spuien op hun plasmareactor, die het roet moet omzetten. Hun ontwerp bestaat uit een serie condensatorplaten, die net als bij een katalysator vlak achter de motor worden geplaatst. De condensator jaagt stroompulsen onder een spanning van 25 kilovolt door het gas, zodat het ioniseert. Een eerste harde puls zorgt voor het maken van uitlaatgasplasma en een serie navolgende stroomstoten trekt de geladen roetdeeltjes naar het schuim. In het schuim wordt het roet door het plasma omgezet in de gangbare verbrandingsproducten koolstofdioxide en water.

Een belangrijk doel bij het onderzoek is nu om te proberen het energieverbruik omlaag te brengen dat nodig is om het plasma te maken en het elektrisch veld in stand te houden. “Je kunt energie besparen door op een slimme manier een elektrische puls op te wekken en aan te sturen”, zegt De Haan. “Wij maken gebruik van de resonantiefrequentie van het systeem. Daardoor wordt de puls extra versterkt. Ook kunnen we de sterkte van de puls aanpassen aan de hoeveelheid plasma en de temperatuur. Zo verbruik je nooit meer energie dan nodig.”

Afgelopen maand kwam hierin de eerste doorbraak. “De energie die we nodig hadden voor de roetomzetting was minder dan één procent van het brandstofverbruik”, vertelt Creyghton. “Dat is minstens net zo goed als de bestaande systemen van de concurrentie. En wij zijn nog maar een jaar hiermee bezig.”

Tot nu toe laat het roet zich beter verwijderen dan de stikstofoxiden. Verwijdering van deze stof vraagt nog veel teveel energie. Ondertussen zoeken beiden naar industriële partners om hun ontwerp te vermarkten. “We hebben al veel interesse van mogelijke afnemers gehad, zoals uit de scheepvaartwereld”, zegt Creyghton. “Maar het is nog lastig om partners te vinden uit de industrie die het commercieel geschikt willen maken. Er is namelijk nog niet één functionerende plasmareactor op de markt. De technologie is daar nog te nieuw voor.”

Vooral de Amerikanen hanteren strenge normen. In 2007 moet in Californië negentig procent van alle roet verwijderd worden. Ook in stikstofoxiden zijn de normen overzees strenger; van dit gas moet ook negentig procent minder uit de uitlaat komen.

Om milieuvriendelijk en zonder roetwolken te kunnen rondrijden, zijn naast efficiëntere verbrandingsmotoren ook hulpmiddelen zoals katalysatoren nodig, meestal bestaand uit filters en een hulpstof die de uitlaatgassen laat reageren. De Delftse vermogenselektronicagroep doet nu samen met TNO onderzoek aan een nieuwere zuiveringsmethode: plasmatechnologie. Hiermee wordt roet voor het einde van de uitlaat geëlimineerd met elektrische spanning.

Uitlaatgassen van dieselmotoren worden in een elektrisch veld geïoniseerd tot een plasma, bestaand uit geïoniseerde roetdeeltjes en radicalen. Deze deeltjes worden door een keramisch schuim opgenomen. Hier reageren roetdeeltjes en radicalen met elkaar tot normale verbrandingsproducten, zoals koolstofdioxide en water.

“Het voordeel van plasmatechnologie boven al bestaande katalysatoren is dat je in één compact systeem zowel roet als stikstofoxiden kunt verwijderen”, zegt Yves Creyghton van TNO. “Ook heb je geen hulpstof nodig zoals bij de SCR-methode (selectieve katalytische reductie), waarbij je ureum toevoegt om de uitlaatgassen uit te laten reageren. Voertuigen met SCR moeten steeds die ureum aanvullen en dus moet je daar een infrastructuur (zoals bij benzine – RZ) voor opzetten.”
Scheepsdekken

Het onderzoek zou ook op binnenvaartschepen kunnen helpen bij de bestrijding van roetaanslag op scheepsdekken door de omvangrijke uitstoot van scheepsmotoren. In eerste instantie richt het zich op automotoren. Sjoerd de Haan van vermogenselektronica en Creyghton hebben afgelopen maand proeven gedaan met hun systeemontwerp, waarbij ze een Volkswagenmotor tien uur lang roet lieten spuien op hun plasmareactor, die het roet moet omzetten. Hun ontwerp bestaat uit een serie condensatorplaten, die net als bij een katalysator vlak achter de motor worden geplaatst. De condensator jaagt stroompulsen onder een spanning van 25 kilovolt door het gas, zodat het ioniseert. Een eerste harde puls zorgt voor het maken van uitlaatgasplasma en een serie navolgende stroomstoten trekt de geladen roetdeeltjes naar het schuim. In het schuim wordt het roet door het plasma omgezet in de gangbare verbrandingsproducten koolstofdioxide en water.

Een belangrijk doel bij het onderzoek is nu om te proberen het energieverbruik omlaag te brengen dat nodig is om het plasma te maken en het elektrisch veld in stand te houden. “Je kunt energie besparen door op een slimme manier een elektrische puls op te wekken en aan te sturen”, zegt De Haan. “Wij maken gebruik van de resonantiefrequentie van het systeem. Daardoor wordt de puls extra versterkt. Ook kunnen we de sterkte van de puls aanpassen aan de hoeveelheid plasma en de temperatuur. Zo verbruik je nooit meer energie dan nodig.”

Afgelopen maand kwam hierin de eerste doorbraak. “De energie die we nodig hadden voor de roetomzetting was minder dan één procent van het brandstofverbruik”, vertelt Creyghton. “Dat is minstens net zo goed als de bestaande systemen van de concurrentie. En wij zijn nog maar een jaar hiermee bezig.”

Tot nu toe laat het roet zich beter verwijderen dan de stikstofoxiden. Verwijdering van deze stof vraagt nog veel teveel energie. Ondertussen zoeken beiden naar industriële partners om hun ontwerp te vermarkten. “We hebben al veel interesse van mogelijke afnemers gehad, zoals uit de scheepvaartwereld”, zegt Creyghton. “Maar het is nog lastig om partners te vinden uit de industrie die het commercieel geschikt willen maken. Er is namelijk nog niet één functionerende plasmareactor op de markt. De technologie is daar nog te nieuw voor.”