Geen tijger, maar ureum in je tank. Dat zou in de toekomst soelaas kunnen bieden voor de verzurende dieselmotoren van het Nederlandse vrachtwagenpark.
Delen
Trucks moeten dan niet alleen diesel, maar ook ureum tanken. Die stof is nodig om de stikstofoxyden te reduceren.
Sinds de komst van de katalysator braken personenauto’s al heel wat minder verzurende stoffen uit. Ook de diesels raken stilaan het kwetsende predikaat van ‘roetbak’ kwijt. Weliswaar wordt de milieuverbetering grotendeels tenietgedaan door de ongebreidelde groei van het wagenpark, maar in wezen vormde de geregelde drieweg katalysator een belangrijke technische doorbraak. In de katalysator worden onverbrande koolwaterstoffen, stikstofoxyden en koolmonoxyde geoxideerd tot koolzuurgas en water. Het apparaatje is niet groter dan een tennisbal, maar beschikt door een eindeloos gangenstelsel over een reactie-oppervlak van vele voetbalvelden.
De traditionele katalysator laat in de dieselmotor echter een verzurende groep van stoffen ongemoeid, de stikstofoxyden (NOx). NOx wordt onvermijdelijk gevormd door de verbrandingsprocessen in de motor: stikstof uit de lucht reageert met zuurstof. De reactie is inherent aan het principe van de dieselmotor. Anders dan een gewone benzinemotor werkt die namelijk met een overmaat aan zuurstof. Daardoor kunnen de stikstofverbindingen niet worden gereduceerd. Vooral het omvangrijke Nederlandse vrachtwagenpark levert op die manier een substantiële bijdrage aan de verzuring. Daar komt nog bij dat de stikstofoxyden in de zomer smog veroorzaken, dat in hete zomers een verstikkende deken over de steden kan leggen.
Veelbelovend
Wellicht gloort er hoop. Net als in elektriciteitscentrales of in afvalverbrandingsinstallaties kunnen stikstofoxyden namelijk effectief om zeep worden geholpen. In een katalysator worden de stoffen met een selectief reductieproces aangepakt. Behalve van reeds bestaande vanadium-katalysatoren, maakte Hultermans gebruik van een nieuw soort katalysator, die uit een zeoliet bestaat. De katalysator werd aan de TU ontwikkeld. Door nu in de motor ureum, zeg maar kunstmest, in te spuiten, worden de stikstofoxyden in de katalysator gereduceerd tot water en het elementaire stikstof waar ze uit werden gevormd. ,,Er kleven een aantal haken en ogen aan, maar de vinding is veelbelovend”, zegt Ronald Hultermans, die vorige week op dit katalysatoronderzoek promoveerde aan de faculteit Scheikundige Technologie en Materiaalkunde.
Hultermans experimenteerde vier jaar met een dieselmotortje van 0,4 liter waarmee een elektrische generator werd aangedreven. ,,Zo’n ding zie je veel in de bouw, bijvoorbeeld om boormachines aan te sluiten”, weet Hultermans. Aan dit pruttelend geval koppelde de promovendus een aantal weerstanden, waarmee hij de belasting van de motor konverhogen en verlagen. Hultermans ontwikkelde tevens een injectiesysteem om de ureum in de uitlaatgassen te brengen en constateerde dat de nieuwe zeolietkatalysator zich ook bij de hoge temperaturen in de dieselmotor voorbeeldig gedroeg. In de silicium-aluminiumgangetjes van het zeoliet neemt het ureum de verzurende stikstofoxyden stiekum te grazen. ,,Dit systeem zou ongeveer zeventig procent NOx-reductie moeten kunnen halen”, schrijft Hultermans in zijn proefschrift. Daarmee zouden de truckers kunnen voldoen aan de toekomstige wetgeving voor de uitworp van stikstofoxyden.
Futuristisch
De vorming van stikstofoxyden is afhankelijk van de belasting van de motor. Hoe dieper de chauffeur het gaspedaal intrapt, of hoe zwaarder de wagen is beladen, hoe meer verzuring ontstaat. Het injectiesysteem moet hier uiteraard uitgekiend op inspelen. Onder de sterk wisselende omstandigheden moet die toch de juiste hoeveelheid ureum doseren. Een teveel aan ureum zou immers leiden tot een soort strooiwagens voor kunstmest (en daar hebben we er al genoeg van). ,,Toch valt dit regelproces wel te dimensioneren”, gelooft Hultermans.
Ook aan de grootte van de katalysator valt nog wel een mouw te passen. Anders dan in een personenwagen moet de vrachtwagen worden uitgerust met een katalysator die ongeveer een honderd liter beslaat. ,,Zo’n truck is een gevaarte met voldoende plaats voor de katalysator”, denkt Hultermans. En ook een ‘ureumtank’ valt nog wel weg te moffelen. De kosten van ureum zullen hooguit een paar kwartjes per liter bedragen. Op elk liter diesel is ongeveer vijftig milliliter ureum nodig, wat dus een paar cent extra ‘brandstof’ kost.
Het opzetten van een geheel nieuw stelsel van ‘ureumpompen’ langs de snelweg baart Hultermans meer zorg. ,,Gelukkig is dat een probleem voor het ministerie van Milieubeheer dat een groot deel van mijn onderzoek financierde”, aldus Hultermans. ,,Ik heb alleen naar de technische kant van de zaak bekeken.” De promovendus meent dat de vinding gemakkelijker kan worden toegepast in dieselmotoren op schepen en in zware generatoren die op diesel lopen. Het systeem zal verder worden onderzocht in een motor met een inhoud van twee liter, ongeveer vergelijkbaar met een personenauto.
Zweedse, Duitse en Japanse vrachtwagenfabrikanten zoeken volgens Hultermans naar soortgelijke oplossingen voor het NOx-probleem. Behalve ureum bieden mogelijk ook motortechnische maatregelen zoals recirculatie van de uitlaatgassen een uitweg. ,,Als de normen voor NOx worden verscherpt, dan moeten de fabrikanten met oplossingen over de brug komen. Een stelsel van ureumpompen lijkt futuristisch maar wellicht blijkt het tegen die tijd de meest aangewezen maatregel.”
Figuur 1 Met ureum kan ongeveer zeventig procent van de NOx-reductie worden gehaald
Geen tijger, maar ureum in je tank. Dat zou in de toekomst soelaas kunnen bieden voor de verzurende dieselmotoren van het Nederlandse vrachtwagenpark. Trucks moeten dan niet alleen diesel, maar ook ureum tanken. Die stof is nodig om de stikstofoxyden te reduceren.
Sinds de komst van de katalysator braken personenauto’s al heel wat minder verzurende stoffen uit. Ook de diesels raken stilaan het kwetsende predikaat van ‘roetbak’ kwijt. Weliswaar wordt de milieuverbetering grotendeels tenietgedaan door de ongebreidelde groei van het wagenpark, maar in wezen vormde de geregelde drieweg katalysator een belangrijke technische doorbraak. In de katalysator worden onverbrande koolwaterstoffen, stikstofoxyden en koolmonoxyde geoxideerd tot koolzuurgas en water. Het apparaatje is niet groter dan een tennisbal, maar beschikt door een eindeloos gangenstelsel over een reactie-oppervlak van vele voetbalvelden.
De traditionele katalysator laat in de dieselmotor echter een verzurende groep van stoffen ongemoeid, de stikstofoxyden (NOx). NOx wordt onvermijdelijk gevormd door de verbrandingsprocessen in de motor: stikstof uit de lucht reageert met zuurstof. De reactie is inherent aan het principe van de dieselmotor. Anders dan een gewone benzinemotor werkt die namelijk met een overmaat aan zuurstof. Daardoor kunnen de stikstofverbindingen niet worden gereduceerd. Vooral het omvangrijke Nederlandse vrachtwagenpark levert op die manier een substantiële bijdrage aan de verzuring. Daar komt nog bij dat de stikstofoxyden in de zomer smog veroorzaken, dat in hete zomers een verstikkende deken over de steden kan leggen.
Veelbelovend
Wellicht gloort er hoop. Net als in elektriciteitscentrales of in afvalverbrandingsinstallaties kunnen stikstofoxyden namelijk effectief om zeep worden geholpen. In een katalysator worden de stoffen met een selectief reductieproces aangepakt. Behalve van reeds bestaande vanadium-katalysatoren, maakte Hultermans gebruik van een nieuw soort katalysator, die uit een zeoliet bestaat. De katalysator werd aan de TU ontwikkeld. Door nu in de motor ureum, zeg maar kunstmest, in te spuiten, worden de stikstofoxyden in de katalysator gereduceerd tot water en het elementaire stikstof waar ze uit werden gevormd. ,,Er kleven een aantal haken en ogen aan, maar de vinding is veelbelovend”, zegt Ronald Hultermans, die vorige week op dit katalysatoronderzoek promoveerde aan de faculteit Scheikundige Technologie en Materiaalkunde.
Hultermans experimenteerde vier jaar met een dieselmotortje van 0,4 liter waarmee een elektrische generator werd aangedreven. ,,Zo’n ding zie je veel in de bouw, bijvoorbeeld om boormachines aan te sluiten”, weet Hultermans. Aan dit pruttelend geval koppelde de promovendus een aantal weerstanden, waarmee hij de belasting van de motor konverhogen en verlagen. Hultermans ontwikkelde tevens een injectiesysteem om de ureum in de uitlaatgassen te brengen en constateerde dat de nieuwe zeolietkatalysator zich ook bij de hoge temperaturen in de dieselmotor voorbeeldig gedroeg. In de silicium-aluminiumgangetjes van het zeoliet neemt het ureum de verzurende stikstofoxyden stiekum te grazen. ,,Dit systeem zou ongeveer zeventig procent NOx-reductie moeten kunnen halen”, schrijft Hultermans in zijn proefschrift. Daarmee zouden de truckers kunnen voldoen aan de toekomstige wetgeving voor de uitworp van stikstofoxyden.
Futuristisch
De vorming van stikstofoxyden is afhankelijk van de belasting van de motor. Hoe dieper de chauffeur het gaspedaal intrapt, of hoe zwaarder de wagen is beladen, hoe meer verzuring ontstaat. Het injectiesysteem moet hier uiteraard uitgekiend op inspelen. Onder de sterk wisselende omstandigheden moet die toch de juiste hoeveelheid ureum doseren. Een teveel aan ureum zou immers leiden tot een soort strooiwagens voor kunstmest (en daar hebben we er al genoeg van). ,,Toch valt dit regelproces wel te dimensioneren”, gelooft Hultermans.
Ook aan de grootte van de katalysator valt nog wel een mouw te passen. Anders dan in een personenwagen moet de vrachtwagen worden uitgerust met een katalysator die ongeveer een honderd liter beslaat. ,,Zo’n truck is een gevaarte met voldoende plaats voor de katalysator”, denkt Hultermans. En ook een ‘ureumtank’ valt nog wel weg te moffelen. De kosten van ureum zullen hooguit een paar kwartjes per liter bedragen. Op elk liter diesel is ongeveer vijftig milliliter ureum nodig, wat dus een paar cent extra ‘brandstof’ kost.
Het opzetten van een geheel nieuw stelsel van ‘ureumpompen’ langs de snelweg baart Hultermans meer zorg. ,,Gelukkig is dat een probleem voor het ministerie van Milieubeheer dat een groot deel van mijn onderzoek financierde”, aldus Hultermans. ,,Ik heb alleen naar de technische kant van de zaak bekeken.” De promovendus meent dat de vinding gemakkelijker kan worden toegepast in dieselmotoren op schepen en in zware generatoren die op diesel lopen. Het systeem zal verder worden onderzocht in een motor met een inhoud van twee liter, ongeveer vergelijkbaar met een personenauto.
Zweedse, Duitse en Japanse vrachtwagenfabrikanten zoeken volgens Hultermans naar soortgelijke oplossingen voor het NOx-probleem. Behalve ureum bieden mogelijk ook motortechnische maatregelen zoals recirculatie van de uitlaatgassen een uitweg. ,,Als de normen voor NOx worden verscherpt, dan moeten de fabrikanten met oplossingen over de brug komen. Een stelsel van ureumpompen lijkt futuristisch maar wellicht blijkt het tegen die tijd de meest aangewezen maatregel.”
Figuur 1 Met ureum kan ongeveer zeventig procent van de NOx-reductie worden gehaald
Comments are closed.