Foto: Colourbox

En kortere vej til renere dieseludstødning

mandag 10 dec 18
|
af Morten Andersen

Kontakt

Anker Degn Jensen
Professor
DTU Kemiteknik
45 25 28 41

Umicore

Med hovedkvarter i Belgien har Umicore aktiviteter inden for katalyse, genanvendelse, energi samt materialeoverflader. Koncernen har over 10.000 ansatte på verdensplan. Overtagelsen af aktiviteterne hos Haldor Topsøe A/S inden for tung diesel og stationær røgrensningskatalyse omfatter anlæg i Houston (USA), Tianjin (Kina), Joinville (Brasilien) og Frederikssund samt forskning og udvikling i Lyngby. I alt 280 medarbejdere er overført fra Haldor Topsøe til Umicore.
Virksomhed skal levere katalysatorer, der sikrer mindre bilforurening. Forskningssamarbejde er en del af ligningen

Selvom en del lande bestræber sig på at øge andelen af elbiler og hybridbiler, vil forbrændingsmotorer dominere trafikken i lang tid fremover. Især for den tungeste del af trafikken er dieselmotorer i dag den billigste løsning. Men det er nødvendigt at bringe udledningen af miljøfarlige og helbredsskadelige stoffer fra dieselbilerne ned. Her kommer katalyse ind i billedet. En katalysator er et stof, som fremmer en kemisk proces uden selv at blive forbrugt.

Der er fire hovedgrupper af problematiske stoffer i dieseludstødning: sodpartikler, kulbrinter (diesel, som ikke nåede at brænde i motoren), kvælstofoxider (NOx’er) og kulilte (CO). Ved behandlingen af udstødningsrøgen skal man mindske udslippene af alle fire grupper stort set samtidig inden for meget kort tid og med begrænset plads til rådighed.

Pär Gabrielsson er research director i katalysevirksomheden Umicore, der har overtaget Haldor Topsøes aktiviteter inden for bilkatalyse. Med overtagelsen fulgte også et femårigt samarbejde mellem Haldor Topsøe og DTU Kemiteknik. Pär Gabrielsson forklarer, at der ligger en alternativ tilgang bag de katalysatorer og katalytiske systemer, som Haldor Topsøe udviklede, og som Umicore nu har købt:

”Bilindustrien har f.eks. traditionelt baseret sig på såkaldt mapping. Det vil sige, at man udfører omfattende motortests, hvorefter resultaterne bliver omsat til slå-op-tabeller, hvor man kan se, hvordan emissionerne er under givne forhold. Vi har i stedet valgt en kemiteknisk tilgang, hvor vi er begyndt med at modellere de kemiske reaktioner, som finder sted under renseprocessen.”

Sparer måneders udviklingstid

Interessen har især samlet sig om kinetik. Det vil sige at kunne beregne reaktionshastigheder og mængder af katalytisk materiale, som indgår. Med udgangspunkt i modellerne kan man forudsige, hvordan en ændring af systemet, som bilfabrikken overvejer, vil påvirke udledningerne. Det er stadig nødvendigt at foretage praktiske tests for at efterprøve beregningerne, men de meget omfattende målekampagner slipper man for.

”Det betyder, at bilfabrikanterne – vores kunder – kan få svar på deres spørgsmål i løbet af dage, hvor de tidligere måtte vente måneder. Det er de naturligvis glade for, og det er en stor del af forklaringen på, at vi er lykkedes med at etablere os inden for et forretningsområde, der var helt nyt for os,” siger Pär Gabrielsson.

Samarbejdet med DTU Kemiteknik fik navnet NEXT (Next generation exhaust gas cleaning technologies for diesel vehicles). Ud over at uddanne forskere og kandidater har programmet leveret en række forskningsresultater. Virksomheden har allerede taget nogle af resultaterne i brug, mens andre muligvis vil komme i anvendelse senere.

”Forskerne på DTU har modelleret vekselvirkningen mellem de forskellige katalytiske lag, og hvordan porøsiteter i lagenes overflader påvirker katalyttens virkningsgrad. Det lykkedes min kollega Ton Janssens at indarbejde modellerne i vores egen software på et tidligt stadie,” siger Pär Gabrielsson.

Partikler kan blive for små

Et andet vigtigt resultat angår størrelsen af de platinpartikler, som katalyserer fjernelsen af NOx. Platin er et kostbart materiale, som det gælder om at udnytte optimalt. En tommelfingerregel siger, at det er godt at have meget små partikler, for så får man større overfladeareal i forhold til mængden af katalytisk materiale. Imidlertid er der trods alt en grænse for, hvor små partiklerne må være.

”Når partiklen bliver så lille, at den kun består af nogle få atomer, optræder der pludselig uhensigtsmæssige fænomener. For det første ændrer geometrien sig på en måde, hvor der bliver færre aktive ’sites’. Det vil sige færre platinatomer, der er tilgængelige for at katalysere reaktionen. For det andet risikerer man, at partiklen bliver oxideret fuldstændigt. Det vil blokere katalysen,” konstaterer Pär Gabrielsson.

Forsøg i NEXT-projektet har afdækket, at den ideelle størrelse af platinpartiklerne er to-fem nanometer. ”Det er et bemærkelsesværdigt resultat, som vi nu arbejder på at omsætte til praksis. Vi har endnu ikke fundet den præcise opskrift, der kan give os den optimale fordeling af partikelstørrelser, men nu ved vi, hvilket mål vi skal arbejde hen mod,” siger Pär Gabrielsson.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.
https://www.nanolab.dtu.dk/nyheder2/nyhed?id=A0A44AAC-A412-4AE6-80F2-06736DCF94A4&utm_device=web&utm_source=RelatedNews&utm_campaign=148-mio-til-to-nye-grundforskningscentre
16 DECEMBER 2019