Narzędzia Clean Fleet / Narzędzie 11

Podstawowe dostępne technologie kontroli emisji obejmują:

Technologie te ograniczają ilość cząstek stałych (PM), węglowodorów (HC) oraz tlenku węgla (CO). Redukcja tlenków azotu (NOx) w silniku diesla jest bardziej złożona; obecnie są dostępne pewne nowe technologie:

Technologie kontroli emisji w nowych pojazdach: Wkrótce mają wejść w życie nowsze, bardziej surowe przepisy dotyczące emisji w kilku uprzemysłowionych krajach i regionach  – np. przepisy Tier II w Stanach Zjednoczonych czy normy Euro V w Unii Europejskiej.  Wymagają one zastosowania zaawansowanych technologii kontroli emisji w nowych pojazdach z silnikami diesla.

Niektóre z samochodów osobowych z silnikami diesla już są standardowo wyposażone w filtry DPF. Firma Peugeot była pierwszym producentem samochodów oferującym filtry DPF w wyposażeniu standardowym jednego z modeli w 2005 r.  Obecnie zarówno Mercedes, Citroen jak i Audi oferują samochody z silnikami diesla wyposażone w filtry DPF. Nie jest podany dodatkowy koszt, ale zakłada się, że wynosi on ok. 500 USD na samochód osobowy, co równa się cenie 3-funkcyjnych katalizatorów 12 lat temu (w Europie), kiedy ich stosowanie w pojazdach z silnikami diesla stało się obowiązkowe. W wielu krajach europejskich oferowane są ulgi podatkowe na pojazdy z silnikami diesla wyposażone w filtry cząstek stałych, ponieważ są one zaliczane do kategorii „samochodów ekologicznych”.

W przypadku samochodów ciężarowych stosowanie filtrów PDF stanie się wkrótce obowiązkowe jako wynik ostrzejszych przepisów w USA. W Unii Europejskiej filtry PDF są coraz częściej montowane w nowych samochodach ciężarowych i autobusach poruszających się po wrażliwych obszarach, takich jak centra miast.  Przepisy, które zostaną wkrótce wprowadzone, również zwiększą wymagania dotyczące technologii zapewniających niską zawartość NOx, takich jak recyrkulacja spalin (ERG) i selektywna redukcja katalityczna (SCR). Systemy EGR już są powszechnie stosowane w nowych samochodach ciężarowych w USA i UE. Systemy SCR są wprowadzane do samochodów ciężarowych na obszarze UE jako wynik przepisów Euro V, które wkrótce zostaną wprowadzone.

 

Instalowanie technologii kontroli emisji w starszych pojazdach – doposażenie. Niektóre z technologii kontroli emisji stosuje się nie tylko w nowych pojazdach, ale można za rozsądną cenę instalować lub też „doposażyć” w nie starsze, eksploatowane samochody.

 

Instalowanie technologii kontroli emisji w starszych pojazdach – doposażenie. Niektóre z technologii kontroli emisji stosuje się nie tylko w nowych pojazdach, ale można za rozsądną cenę instalować lub też „doposażyć” w nie starsze, eksploatowane samochody.

 

Doposażenie jest odpowiednim rozwiązaniem dla ciężkich samochodów ciężarowych, ponieważ są one intensywnie eksploatowane, okres ich użytkowania jest długi i powodują one wysokie emisje. Doposażenie prowadzi się też w przypadku wielu samochodów ciężarowych i autobusów poruszających się po centrach miast. Dobry kontakt z dostawcami paliwa i dostawcami technologii wykorzystywanych przy doposażeniu pojazdów jest pomocny przed rozpoczęciem programu doposażenia starszych samochodów lub zakupu nowych pojazdów już wyposażonych w technologie kontroli emisji.

 

Arkusz Działanie - pojazdy eksploatowane w Inwentarz i Opcje (Zakładka 18) pozwoli na oszacowanie redukcji emisji w przypadku doposażenia eksploatowanych pojazdów.

 

Więcej informacji na temat technologii obniżających emisje dalej lub na www.meca.org

 

Dalsze punkty zawierają podstawowe informacje na temat technologii kontroli spalin w pojazdach z silnikami diesla. Większość z nich można z powodzeniem wykorzystywać przy doposażeniu starszych pojazdów.

 

Katalizatory utleniające dla silników diesla (DOC)

Katalizatory DOC służą do utleniania węglowodorów (HC), tlenku węgla (CO) i organicznej frakcji rozpuszczalnej cząstek stałych (PM). Katalizatory DOC mogą działać, gdy poziom zawartości siarki przekracza 500 ppm, ale istnieje ryzyko, że siarka zawarta w paliwie również będzie się utleniać tworząc siarczany, zwiększając w ten sposób w rzeczywistości łączne emisje cząstek stałych. Im mniejszy poziom siarki w paliwie, tym skuteczniejsze działanie katalizatora DOC. Zmniejszenie emisji w wyniku stosowania katalizatora DOC szacuje się na ok. 20-50% w przypadku cząstek stałych i 60-90% w przypadku HC i CO.

 

Katalizatory DOC to najbardziej powszechna technologia kontroli emisji z silników diesla dostępna dla potrzeb doposażenia. Katalizatory te zostały już zainstalowane w ponad 20 tys. autobusach i samochodach ciężarowych do przewozów dalekobieżnych w USA i UE.

Katalizator DOC montuje się zamiast tłumika (są tej samej wielkości i mają tę samą wagę), co zajmuje około dwóch godzin. Montaż jest prosty, ponieważ nie wymaga wprowadzenia żadnych zmian – poza wymianą tłumika. Koszt doposażenia w katalizator DOC waha się w przedziale od 600 – 1500 USD dla samochodów ciężarowych o dużej nośności.

 

Filtry cząstek stałych (DPF)

Filtr DPF ma za zadanie wychwytywać cząstki stałe i utleniać (tzn. spalać) je. Istnieją dwa rodzaje filtrów PDF, które różnią się sposobem utleniania cząstek stałych. W filtrze pasywnym zastosowany jest katalizator, który obniża temperaturę potrzebną do utlenienia cząstek stałych przez spaliny. W układzie aktywnym cząstki stałe są utleniane przez ciepło po napełnieniu się filtra. Ciepło jest dostarczane przez źródła zewnętrzne, np. ogrzewacz elektryczny. Obecnie popularny model łączy w pakiecie katalizator DOC z filtrem DPF. Filtry DPF (w szczególności układ pasywny) zwykle wymagają bardzo niskich poziomów siarki (<15 ppm), aby zapobiec zanieczyszczeniu siarką. Jednak opracowywane są pewne nowsze filtry DPF z układami aktywnej regeneracji, które tolerują poziomy siarki do 500 ppm.  Filtr DPF z katalizatorem utleniającym (układ pasywny) może obniżyć poziom HC, CO i PM o 90%. Zwykle w przypadku tego filtra należy wcześniej wykonać pomiar temperatury spalin, aby stwierdzić, czy można zastosować filtr aktywny czy pasywny.

 

Filtry DPF są bardziej złożone niż katalizatory DOC, ale można je wykorzystywać do doposażenia starszych pojazdów z elektronicznymi układami wtrysku (zwykle oznacza to samochody ciężarowe wyprodukowane po roku 1994).  W Szwecji od roku 1996 użyto ponad 7000 pasywnych filtrów DPF do doposażenia pojazdów. W USA filtry DPF wykorzystuje się do doposażenia pojazdów od początku lat 90-tych XX w.  Na przykład przedsiębiorstwo New York City Transit doposażyło w filtry DPF ponad 2000 autobusów. Proces doposażenia wymaga dokonania pomiaru temperatur spalin w celu doboru właściwego filtra. Wymiana na filtr DPF zabiera 5-6 godzin, a co za tym idzie jest droższa. Koszt wyposażenia samochodu ciężarowego w filtr DPF szacuje się na 1000 – 8000 USD, w zależności od wielkości samochodu oraz tego, czy filtr montuje się w nowym pojeździe czy doposaża się starszy. Mimo że montaż lub doposażenie pojazdu w filtr DPF wydaje się kosztowne, należałoby je porównać z kosztem nowego samochodu ciężarowego. Przewiduje się również, że ceny będą spadać w związku z postępami w rozwoju technologii i bardziej surowymi przepisami.

W USA filtry DPF staną się obowiązkowe od roku 2007, aby spełnić nowe przepisy; podobna sytuacja występuje w EU w związku z ograniczeniami narzuconymi przez wchodzącą w życie normę Euro V. Strategiczne znaczenie ma przyjęcie proaktywnej postawy wobec tej kwestii – zainwestowanie w te technologie i/lub pojazdy wyposażone w te technologie, które wykraczają poza obecne przepisy, ponieważ wiele miast wprowadziło ograniczenia dla samochodów ciężarowych, wjeżdżających na gęsto zaludnione tereny miejskie.  

 

Filtry FTP to stosunkowo nowa technologia służąca do obniżania emisji PM z silników diesla. W przeciwieństwie do filtrów DPF – w których przez elementy filtra mogą przechodzić wyłącznie gazy – filtry FTF nie „wyłapują” fizycznie i nie gromadzą PM. Zamiast tego przepływ spalin następuje przez materiał filtracyjny (np. siatkę metalową) o dużej gęstości, która przerywa kanały przepływu stwarzając warunki przepływu burzliwego. 

Wydajność filtrowania filtra FTF jest mniejsza niż filtra DPF, ale istnieje mniejsze prawdopodobieństwo jego zapchania w niekorzystnych warunkach (np. wysokie emisje PM, niskie temperatury spalin i nagłe przypadki). W rezultacie filtr FTF ma szanse być wykorzystywany w zastosowaniach, które nie pozwalają na użycie filtrów DPF. Koszt doposażenia w filtr FTP szacuje się w przedziale od 3500 – 5000 USD.

 

NOx i diesel

Ponieważ w silnikach diesla stosuje się mieszankę o innym stężeniu powietrzno-paliwowym niż w silnikach benzynowych, w silnikach tych nie działa 3-funkcyjny reaktor katalityczny. Silniki diesla pracują z nadmiarem powietrza (spalanie mieszanki ubogiej), co powoduje, że redukcja NOx jest trudniejsza. Zamiast tego opracowano nowsze techniki i katalizatory dla silników diesla nastawione na NOx, takie jak recyrkulacja spalin (EGR), selektywna redukcja katalityczna (SCR), emulsja oleju napędowego, katalizatory procesu redukcji NOx i absorbery NOx.

 

Recyrkulacja spalin (EGR)

EGR jest stosowana główne do redukcji emisji NOx. Ponieważ tworzenie się NOx jest mocno uzależnione od temperatury, EGR działa poprzez kierowanie obiegu 5-10% spalin z powrotem do wlotu powietrza do silnika, aby obniżyć temperaturę spalania (kilkaset stopni), a co za tym idzie emisje. Układy EGR mogą być układami wysoko lub niskociśnieniowymi. Układy niskociśnieniowe można stosować do doposażenia pojazdów, ponieważ nie wymagają żadnych modyfikacji w silniku. Filtry DPF są integralną częścią każdego układu niskociśnieniowego uniemożliwiając zawracanie cząstek stałych z powrotem do silnika.  EGR może zmniejszyć poziom NOx o około 40-50%.
EGR zainstalowano w wielu nowych samochodach ciężarowych w celu zmniejszenia emisji NOx. Dodatkowe koszty montażu nie są ujawnione, a układ jest mocno zintegrowany z ogólną konstrukcją silnika, przez co trudno jest oszacować koszty. Koszty doposażenia starszego samochodu ciężarowego w niskociśnieniowy układ EGR szacuje się w przedziale 13.000 – 17.000 USD. Wprowadzono go w bardzo niewielu przypadkach.

 

Selektywna redukcja katalityczna (SCR)

SCR działa bardzo podobnie jak DOC, ale wykorzystuje zewnętrzny czynnik do katalizowania i redukowania NOx do nieszkodliwego azotu i wody. SCR wykorzystuje amoniak (w formie mocznika), który jest dostarczany w małych dawkach. To wymaga systemu starannego monitoringu, ponieważ należy ściśle dopasować ilość mocznika do ilości NOx. Jeżeli nie jest to właściwie monitorowane, dochodzi do emisji nadmiaru amoniaku, który jest substancją toksyczną. Mocznik dostarczany jest ze zbiornika w pojeździe, który należy co jakiś czas napełniać. SCR zmniejsza poziom NOx o 75-90%.

Katalizatory procesu redukcji NOx

Katalizatory procesu redukcji NOx działają podobnie jak SCR, tzn. wykorzystują czynnik zewnętrzny do rozłożenia NOx na azot i wodę. Katalizatory procesu redukcji NOx wykorzystują dodatkowy wtrysk paliwa diesla do katalizatora. Zaletą jest to, że olej napędowy i tak jest wykorzystywany w pojeździe; chociaż zmniejsza to oszczędność paliwa i wymaga stosowania zaawansowanych systemów monitoringu. Katalizatory procesu redukcji NOx zmniejszają poziom NOx o około 30% i do 50% w odpowiednich warunkach.

 

Absorber NOx

Absorber NOx magazynuje NOx w warunkach spalania ubogiej mieszanki, a po wykorzystaniu pojemności magazynowej NOx jest rozkładany katalitycznie na azot i wodę. Absorbery NOx okazały się skuteczne w połączeniu z filtrami DPF. Absorbery NOx są podatne na zatrucie siarką i dlatego wymagają stosowania oleju napędowego o ultra niskiej zawartości siarki (<10ppm). Absorbery NOx NIE mogą być wykorzystywane do doposażenia.  Absorbery NOx znacznie zmniejszają poziom NOx (o ponad 90%), ale są bardzo wrażliwe na zatrucie siarką. Ta technologia jest nadal w fazie rozwoju.
SCR, katalizatory procesu redukcji NOx oraz absorbery NOx nie były jeszcze stosowane na dużą skalę. Niemniej jednak, przy coraz bardziej surowych przepisach dotyczących emisji, przewiduje się ich wprowadzenie na rynek komercyjny w ciągu następnych 2 -5 lat. Również dlatego, że zastosowanie jest nowe i nadal w fazie rozwoju, trudno jest oszacować koszty. Jednak wstępne szacunki mówią o kosztach rzędu ok. 6.000 – 10.000 USD na samochód ciężarowy. Przewiduje się, że koszty te będą szybko spadać, gdy technologie staną się obowiązkowe.