Je leest:

Kunstmestkatalysator

Kunstmestkatalysator

Auteur: | 1 september 2001

Als het aan autofabrikant DAF ligt, tanken vrachtwagens voortaan naast diesel ook ureum.

In combinatie met een speciale katalysator dringt dit de uitstoot van verzurende stikstofoxides flink terug.

Een testvrachtwagen van DAF, uitgerust met een tank voor 55 liter ureumoplossing, en het nieuwe katalysatorsysteem, rijdt al ruim een half jaar rond in dienst van een Nederlands vervoersbedrijf. ``De stikstofoxides gaan met 70 procent terug’, zegt Jan Kruithof, hoofd motorenonderzoek bij DAF, dat het gesubsidieerde onderzoek aan de ureumtruck uitvoert samen met TNO wegtransportmiddelen en katalysatorproducent Engelhard.

Een dergelijke reductie is goed genoeg om te voldoen aan de strenge EU-emissienorm Euro V die in 2008 hoogstwaarschijnlijk van kracht wordt. Die stelt dat trucks niet meer dan 2 gram per kilowattuur stikstofoxiden uit mogen stoten. Nu is dat nog 5 gram. De stikstofoxiden, stikstofmonoxide en stikstofdioxide, zijn belangrijke veroorzakers van verzuring van het milieu en smogvorming. Verkeer is een van de belangrijkste bronnen.

In benzinemotoren zijn deze aangepakt met de geregelde driewegkatalysator. Daarin reageren schadelijke koolmonoxide en koolwaterstoffen die in de motor niet zijn verbrand met stikstofoxiden. Met behulp van de `lambda-sonde’, die de samenstelling van de uitlaatgassen meet, is het toegevoerde brandstofmengsel zo in te stellen, dat de reactie tussen de schadelijke bestanddelen nagenoeg quitte draait: er blijven vrijwel alleen onschuldig water en stikstof, en koolstofdioxide over.

Bij een dieselmotor gaat het niet zo eenvoudig. ``Een diesel draait nou eenmaal op een overmaat aan zuurstof’, zegt Kruithof. Dit is nodig om tijdens de verbranding de vorming van te veel roet te voorkomen, samenklonteringen van niet-verbrande koolstofdeeltjes. Achteraf stikstofoxide reduceren in een katalysator werkt dan niet, omdat die stof moet opboksen tegen een grote hoeveelheid van het veel reactievere zuurstof.

``Dus moet je een derde stof gebruiken om de stikstofoxide weg te vangen’, concludeert Kruithof. Bij de zogeheten `selectieve katalytische reductie’ van DAF en TNO is die stof eigenlijk ammoniak, dat met stikstofoxide kan reageren tot stikstofgas, kooldioxide en water. ``Maar ammoniak is een heel vervelend goedje’, vindt Kruithof. Het gas is giftig, dient in cilinders vervoerd te worden en stinkt bovendien behoorlijk.

Het alternatief is een stof die gemakkelijk ontleedt tot ammoniak: ureum, dat zijn naam dankt aan urine waaruit het voor het eerst gezuiverd werd. Tegenwoordig is de stof beter bekend als kunstmest en ook als voedingssupplement, maar een nieuwe toepassing als dieselkatalysator ligt in het verschiet. ``We gebruiken een oplossing van 32,5 procent ureum in water’, zegt Kruithof. Dat is goedkoop, niet giftig, en gemakkelijk te vervoeren. In de katalysator valt ureum met water uiteen in ammoniak en koolstofdioxide, onder invloed van de temperatuur van honderden graden in de uitlaat. De katalysator, gemaakt van vanadiumoxide met titaanoxide, bevordert vervolgens de reactie tussen ammoniak met de stikstofoxiden. Ook de eliminatie van koolmonoxide en koolwaterstoffen wordt gekatalyseerd. Daarnaast breekt het ook roetdeeltjes af, onverbrande koolstof die een belangrijke vervuiler is bij dieselmotoren. ``De typische vettige diesellucht verdwijnt’, zegt Ruud Verbeek van het wegtransport-lab van onderzoeksorganisatie TNO, ``je krijgt een soort zoetig-zuur luchtje terug, een beetje als sommige gasbranders.’

De techniek is nog niet vrij van problemen, waarschuwt Kruithof. ``Er bestaat bijvoorbeeld nog geen goedkope sensor die snel stikstofoxideconcentraties in uitlaatgassen kan meten, dus weet je niet precies hoeveel ureum je in moet spuiten.’ Breng je te veel in, dan schiet er ammoniak over, dat rechtstreeks uit de uitlaat verdwijnt. Dat stinkt, en voor het milieu is het nog schadelijker dan stikstofoxiden.

Stikstofoxideuitstoot

Om toch te weten hoeveel ureum er de katalysator in moet, hebben de onderzoekers het gedrag van de motor in kaart gebracht. Bij verschillende toerentallen en belastingen is de uitstoot gemeten. Met deze gegevens in het geheugen voorspelt de boordelektronica de stikstofoxideuitstoot, en dient vervolgens een passende dosis ureum toe. ``Maar niet alle motoren zijn hetzelfde, en ze veranderen vaak ook in de loop van de tijd en met de omstandigheden’, zegt Kruithof. Om toediening van te veel ureum te voorkomen moeten veiligheidsmarges aangehouden worden. Bovendien moet de katalysator voor het ontleden van ureum heet genoeg zijn.’ Al met al zijn we blij dat we 70 procent reductie van de stikstofoxiden halen’, zegt Kruithof. Zo gauw de stikstofoxidesensor er is, kan dat omhoog, verzekert Verbeek.

Een bijkomend voordeel is dat de motor procenten zuiniger kan worden afgesteld, omdat de stikstofoxiden die de motor produceert iets omhoog mogen. DAF mat een besparing van 3,5 procent. ``Dat hebben we nu nog niet zo gemerkt’, zegt de wagenparkbeheerder van het vrachtbedrijf dat rijdt met de testtruck, ``maar zij meten een stuk preciezer dan wij.’ De naam van het bedrijf wil DAF liever niet in de krant. De transporteur is tevreden over de wagen. ``Het systeem valt wel eens uit, maar daar hebben wij weinig last van.’ Alleen het ureum tanken vindt hij soms lastig.

En daarmee legt hij de vinger op de zere plek. ``Je moet overal distributiepunten voor ureum opzetten’, noemt ook Cor van der Bleek, hoogleraar chemische reactorkunde aan de TU Delft, als belangrijkste bezwaar. ``Het proces loopt als een zonnetje, daar ligt het niet aan’, zegt Van der Bleek. ``Het is dan ook heel geschikt als je veel ruimte en een goede toevoer van ureum of ammoniak hebt.’ In dieselmotoren in energiecentrales, op schepen of in de glastuinbouw wordt ureum of ammoniak dan ook al langer gebruikt. Voor auto’s zijn volgens Van der Bleek andere oplossingen praktischer, zoals stikstofoxide-opslag voor latere verwerking of aparte katalysatoren voor reductie van stikstofoxide.

Kruithof en Verbeek onderkennen het distributieprobleem, maar hopen dat de introductie van een distributienet stapsgewijs kan geschieden, onder druk van de komende wetgeving, en misschien met stimulering van de overheid. ``Grote transportbedrijven hebben hun eigen tankstations, daar zou je dan beginnen’, schetst Kruithof. Vervolgens kunnen speciale tankstations voor vrachtwagens aangepakt worden. Terwijl de nieuwe norm nog ver weg is, voeren ureumleveranciers en oliemaatschappijen al overleg over de mogelijkheden van zo’n distributiesysteem.

Pas op het allerlaatst krijgt de gewone automobilist met ureum te maken, voorspelt Verbeek. ``Dan zou het systeem inmiddels helemaal geïntegreerd moeten zijn: brandstof en ureumoplossing tank je dan met één vulpistool.’

Bruno van Wayenburg is wetenschapsjournalist voor oa NRC Handelsblad

Dit artikel is een publicatie van NRC Handelsblad.
© NRC Handelsblad, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 september 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.