3.3.2016. Autor: Matko Jović

Dossier AdBlue: Dodatak gorivu u borbi protiv NOx-a

Pomaže u radu SRC-a, ali što je to SRC i što je EGR? Pročitajte...

Krenimo od abecede. Za razliku od benzinskog motora, kod kojeg se smjesa zraka i goriva pali svjećicom, dizelski motor radi na principu samozapaljenja goriva. To, i čest rad s viškom kisika koncepcijske su bitne razlike prema benzinskom motoru, zbog čega nastaju opasni nusprodukti izgaranja, oko kojih se sve više 'lome koplja'. Dizelski motori u prvom taktu usisavaju zrak, čiji tlak u drugom (kompresija) raste i iznad 50 bara, a temperatura i do 700°C. U tako stlačen i užaren zrak ubrizgava se gorivo koje trenutno isparava i detonira, pričem tlak raste do 250 bara, a temperature lokalno i do 2500°C.  

Osim porasta tlaka i temperature, glavnih posljedica izgaranja, pojavljuju se i složeni produkti - stotine kemijskih spojeva i krute čestice čađi. Gorivo je ugljikovodik, pa izgaranjem nastaju oksidi ugljika (CO, CO2), vodena para (H2O) te određena količina neizgorenih ugljikovodika (HC) i kancerogenih dušikovih oksida (NOx). Ovisno o kvaliteti goriva mogu se pojaviti i sumporni oksidi. Gotovo su svi produkti izgaranja, nastali u cilindru motora, osim vodene pare, otrovni, kancerogeni ili ekološki neprihvatljivi. Rudolf Diesel je 'samopaljivi' motor po kojem se proslavio konstruirao 1893., a njegov ispuh te posljedice na ljude i prirodu predmet su zakonskih regulativa tek od 1990.


Kako nastaje NOx? Usisani zrak sadrži 79% dušika, koji se pri visokim temperaturama spaja s kisikom stvarajući okside za koje je utvrđeno da izazivaju rak

Europska ekonomska zajednica je 1988. usvojila je direktivu 88/77/EEC i postavila norme Euro 0 i Euro 1, u kojima se po prvi put definiraju količine najvažnijih produkata izgaranja: ugljičnog monoksida (CO), neizgorjelih ugljikovodika (HC), dušikovih oksida (NOx) te krutih čestica, odnosno čađe (PM). Dizelski se motori neprestano usavršavaju već više od 100 godina, radi povećanja učinkovitosti i smanjenja potrošnje, što je istodobno utjecalo i na poboljšanje kvalitete ispušnih plinova. Uvođenje sve kvalitetnijih metoda ubrizgavanja, koje gorivo uštrcavaju pod visokim tlakom  i kvalitetno ga raspršuju u cilindru ...

... te sve naprednija izvedba bitnih sklopova (turbopunjač, komore izgaranja, brizgaljke...), omogućavali su kvalitetnije izgaranje, uz manje količine štetnih plinova. Istodobno se smanjivala i potrošnja. Kako su se norme pooštravale i zahvati na motoru postajali su sve zahtjevniji. To je iniciralo uvođenje turbopunjača sa zakretnim usisnim krilcima, odnosno uređaja za povrat ispušnih plinova u cilindre (EGR). Ipak, uskoro su iscrpljene mogućnosti postizanja propisanih limita štetnih tvari samo zahvatima na motoru pa su se trebali dograditi uređaji za naknadnu obradu ispušnih plinova, poput oksidacijskih katalizatora i filtara čestica. 


Tri katalizatora, jedan filtar: Složeni sustav obrade ispušnih plinova Euro 6 dizelskih motora sastoji se od oksidacijskog katalizatora, filtara krutih čestica, SCR katalizatora i katalizatora kojim se eliminira preostali amonijak

Uvođenje norme Euro 5 u rujnu 2009. bila je prekretnica. Drastično pooštravanje normi iniciralo je uvođenje tehnologije SCR, najprije kod teških vozila. Približavanjem uvođenja norme Euro 6 (rujan 2014.) iskristalizirala su se dva osnovna načina na koji su proizvođači postizali tražene standarde: EGR i SCR. EGR (exhaust gas recirculation) je tehnologija kojom se izgorjeli plinovi vraćaju u cilindre, gdje 'glume' inertni plin. Razlog za povrat ispušnih plinova je u činjenici da dizelski motor pretežito radi s 'pretičkom zraka', odnosno s dvostrukom masom zraka od nužne za izgaranje cjelokupnog goriva, koja iznosi 14,5:1. 

To dovodi do situacije u kojoj u cilindru postoje slobodne molekule kisika i dušika iz zraka, kojima visoki tlakovi i temperature omogućuju spajanje (u normalnim se uvjetima to ne događa), čime nastaju nepoželjni dušikovi oksidi (monoksid NO i dioksid NO2), zajedničkog naziva NOx. Povratom plinova izgaranja u cilindru dio zraka se zamjenjuje inertnom 'prljavom' smjesom, čime se smanjuje mogućnost nastanka NOx-a, jer je manje slobodnih kisika i dušika. Povratni plinovi čine do 30, iznimno čak 60% mase usisnih plinova. Neki su se proizvođači za ispunjenje normi Euro 5 služili samo tehnologijom SCR (selective catalytic reduction), dakle bez korištenja EGR-a. 


Gotovo svi produkti izgaranja koji nastaju u cilindru motora, osim vodene pare, su otrovni, kancerogeni ili ekološki neprihvatljivi. Otrovnih i kancerogenih dušikovih oksida i čađe najteže se riješiti

No, što je to AdBlue? Radi se o razmjerno jednostavnom, ali vrlo učinkovitom rješenju ubrizgavanja otopine uree, odnosno mokraće (trgovački naziv AdBlue) u ispuh, od koje nastaje amonijak NH3, koji se veže s NOx, stvarajući neopasni dušik i vodenu paru. No takvo rješenje, osim ugradnje posebnog SCR katalizatora, zahtjeva ugradnju dodatnog spremnika za AdBlue, kojeg treba redovito dopunjavati. Potrošnja dodatka AdBlue je oko 5% potrošnje goriva. Za postizanje iznimno niskih udjela štetnih plinova, koje propisuje norma Euro 6, nužno je kombinirati EGR i SCR. Pomoću EGR-a smanjuje se količina NOx-a, ali ...

... nužno je ugraditi i SCR katalizator, kako bi se NOx potpuno uklonio. Tu je, naravno, i filtar krutih čestica, koji se redovito regenerira, zbog nešto veće količine čađe koju stvara tehnologija EGR (povrat ispušnih plinova). Suvremeni dizelski motori u ispuhu imaju razmjerno malo čestica čađe, no svejedno nužni su filtar čađe te SCR katalizator. Što je veći udio mase ispušnih plinova (EGR-a) treba ubrizgati manje AdBluea radi uklanjanja NOx-a, i obrnuto. U oba je slučaja nužna ugradnja katalizatora, koji 'hvata' ostatke amonijaka preostalog iz SCR procesa. Sve to pokazuje koliko ekološke norme 'zagorčavaju' život konstruktorima, a i kupcima, zbog sve više cijene te zahtjevnijeg i skupljeg održavanja dizelskih motora.


SCR (katalizator selektivne redukcije): U ispuh se ubrizgava AdBlue, koji je u osnovi otopina uree, pa u uvjetima visoke temperature nastaje amonijak NH3, koji reagira s NOx te nastaje dušik i vodena para

U prirodi jedna pojava često izaziva drugu, što vrijedi i za izgaranja. Povratni ispušni plinovi koji se koriste kod EGR-a smanjuju udio NOx-a, istodobno stvaraju novi problem: nekvalitetnije izgaranje s nižim vršnim temperaturama, što povećanja količine čađe u ispuhu. NOx i krute čestice (PM) imaju konfliktne kemijske faktore, pa veći udio EGR-a u usisu znači i veću količinu krutih čestica, zbog kojih postaje nužna ugradnja skupog i zahtjevnog filtara čestica čađe. Također, povećanjem udjela povratnih plinova povećava se i potrošnja goriva, zbog čega postotak povrata, ugradnjom SRC-a, nastoji držati do oko 30 posto, jer potom sve postaje neisplativo. Pogotovo kod većih turaža i opterećenja.

Što  je AdBlue? To je otopina koja sadrži 32,5% uree i 67,5% destilirane vode. Sam naziv AdBlue zaštićeno je ime njemačkog VDA (Verband der Automobilindustrie). Pojavljuje se i naziv AUS32 (Aqueous Urea Solution 32%, odnosno vodeni rastvor uree od 32%) te također i DEF (odnosno Diesel Exhaust Fluid). AdBlue je razmjerno podložan temperaturnim utjecajima, pa ga je nužno skladištiti u odgovarajućim uvjetima kako bi se zadržala tražena kvaliteta: smrzava se na -11,5 stupnjeva, a izloženost temperaturama iznad 30 stupnjeva uzrokovat će hidrolizu. Premda se radi o neškodljivoj kemikaliji, AdBlue je korozivan, što iziskuje ugradnju materijala otpornih na koroziju. Kanistar od 10 litara stoji 13 do 16 eura.

DOBRO JE ZNATI

NEPOTPUNO I NESAVRŠENO izgaranje različito je. U prvom slučaju nastaje velika količina ugljikovodika (HC), ugljičnog monoksida (CO) i čađe, a u drugom nastaju dušikovi oksidi (NOx), kojih se rješavamo povratom ispušnih plinova

1500 EURA skuplji je turbodizelaš Euro 6 u proizvodnji od sličnog turbodizelaša prethodne generacije, zbog zahtjevnih EGR-a, SRC-a i filtra čađe







Vulkal gume

Autowill