SCR, a modern katalizátor
Egy korábbi cikkünkben kifejtettük, hogy milyen dolgok található a belső égésű motorok kipufogógázaiban, és hogy hogyan kezdte el az ipar a környezetre kevésbé károssá tenni azt. Ez a folyamat azóta sem állt meg, mert bár a benzin és a gázolaj közúti közlekedés során történő elégetése leszállóágban van, a különböző katalizátor megoldásokon mai is dolgoznak a fejlesztők.
Az egyik ilyen előrehaladott vívmány a területen az SCR katalizátor, mely akkora áttörésnek bizonyult, hogy ma már széles körben elterjedt, állandó szereplőnek számít.
Történeti áttekintés
A 2000-es években elérkezett a pillanat, amikor új ötletekre volt szükség a belső égésű motorok égéstermékeinek környezetbaráttá tételére. Ennek az volt az oka, hogy az emissziós normák világszerte szigorodtak, így félő volt, hogy a klasszikus kivitel már nem fog kellően hatékonynak bizonyulni.
Noha Japán autóiparát gyakran éri az a kritika, hogy feltalált dolgok továbbfejlesztésében jártasabbak, mint az abszolút innovativitásban, az SCR katalizátort (Selective Catalytic Reduction) először a Nissan Diesel Corporation alkalmazta, mégpedig teherautókon. Az első ilyen járművet 2004-ben mutatták be saját országukban, Nissan Diesel Quon néven.
Hozzá kell tennünk ugyanakkor, hogy maga az ötlet jóval régebbre nyúlik vissza. Az első ide vonatkozó szabadalom az amerikai Engelhard Corporation nevéhez fűződik 1957-ből, azonban viszonylag hamar leálltak a kutatással, mivel képtelenek voltak a gyakorlatban felhasználni; a japánok viszont folytatták a munkát, és így is fél évszázad kellett hozzá, hogy kereskedelemben is kapható járműbe kerüljön az eszköz.
Noha az európai szabványok (Euro6) éllovasnak számítottak, az USA környezetvédelmi ügynöksége (EPA) követni kívánta a törekvést, így az SCR katalizátorra gyakorlatilag globális igény keletkezett.
Az eszköz célja
A dízelmotorok felbukkanása nem véletlen. A kipufogógázokban az élő szervezetekre legártalmasabb égéstermék kétséget kizáróan a nitrogén-oxidok családja. Ezek közül néhány kifejezetten erős méreg, így kritikus fontosságú a semlegesítése, mielőtt az autóból a környezetbe kerül.
A dízelmotorok azért élveznek kitüntetett figyelmet ebben a témakörben, mert a benzinnel működtetett motorokkal ellentétben minőségi szabályzásúak, azaz mindig valamilyen mértékű légfelesleggel működnek.
Ebből az következik, hogy minden munkaütemben több levegő, ezáltal több nitrogén kerül a hengertérbe, mint amennyi az ideális égéshez indokolt lenne, ráadásul a gázolaj egy alapvetően gyengébb minőségű hajtóanyag, így az égés eleve nem lehet tökéletes. A folyamat legvégén tehát az Otto-motorokkal összehasonlítva jelentősen nagyobb mennyiségű nitrogén-oxid keletkezik a dízelmotorokban, melyet a klasszikus katalizátorok nem kielégítő mennyiségben semlegesítenek.
Az eszköz elsődleges feladata ezen vegyületek redukálása.
Felépítés, működés
Az SCR katalizátor a redukciós folyamatokhoz külső segítséget használ. Azokban a járművekben, ahol ilyen eszköz megtalálható, az üzemanyagtartály mellett létezik egy másik tank is, melyben az ún. AdBlue folyadék tárolódik. Ez nem más, mint karbamid (H2N-CO-NH2) 32,5%-os vizes oldata. A tartály szintérzékelővel, fűtőbetéttel és hőmérséklet-szenzorral is el van látva.
A tartályból egy elektromosan vezérelt adagolóegység juttatja el fűtőspirálon és szűrőkön keresztül a befecskendezőbe az anyagot, amely aztán a megfelelő mennyiséget a katalizátorba porlasztja.
A befecskendezőben egy elektromágneses szelep található. A nyitást és a zárást a DCU (Dosing Control Unit) irányítja, azaz a már korábban említett adagoló – impulzusszélesség-vezérlésű villamos jel teremti meg a kommunikációt közöttük.
Az egységet fémház veszi körbe, és ezt a keringetett AdBlue folyadék hűti.
A hőmérsékletet nagyon sok helyen figyeli a rendszer, és ez nem véletlen: a karbamid megfelelő hőmérsékleten tartva bomlásnak indul, és ammónia (NH3) keletkezik. Ezt a katalizátorba fecskendezve a nitrogén-oxidokkal megtörténik a redukció:
A fő reakciók mellett számos másodlagos reakció is lejátszódik, ezek közül kiemelünk néhányat:
A redukciós hatékonyság elképesztően magas: akár 85% feletti is lehet, így a nitrogén-oxidok jelentős része egyáltalán nem találkozik a kipufogó végével.
Ugyanakkor tény, hogy az AdBlue folyadék külön adagolórendszert és külön vezérlőelektronikát igényel, nem szólva arról, hogy ez a folyadék nem visszaalakítható: ugyanúgy tankolni kell, mint a gázolajat, csak jóval kisebb mértékben. Általánosságban elmondható, hogy az elfogyasztott gázolajmennyiség 4-6%-át használja fel az SCR katalizátor, ám fontos kitétel, hogy ezzel együtt a fogyasztás is csökken nagyjából 5%-kal átlagosan.
Az SCR külön dízeloxidációs katalizátorral rendelkezik (DOC), melynek működése nagyban hasonlatos a klasszikus oxidációs katalizátorral (szintén főként az el nem égett szénhidrogének és a szén-monoxid átalakítását végzi szén-dioxiddá és vízzé), leszámítva, hogy a komplett rendszer, köztük ez az alegység is jelentős részecskeszűrő képességgel rendelkezik. A dízelmotoroknál általános probléma a koromképződés a már korábban említett tökéletlen égésnek köszönhetően – az SCR katalizátor mellett ma már külön részecskeszűrő (DPF) is segíti a folyamatot, melyben a kritikus koromrészecskék kijutását akadályozza meg a rendszer.
Elterjedés, alkalmazások
Bár a külön tartályban lévő AdBlue miatt komoly kétségeket ébresztett a rendszer működőképessége, végül a szigorodó normák és a kompetensebb ötletek hiánya okán hatalmas piacot szerzett magának az SCR katalizátor. Bár nem kötelező tartozéka a járműveknek, ma már a legtöbb dízelmotor képtelen megfelelni a kibocsátási előírásoknak nélküle.
A személyautók szegmense mellett a haszonjárművekre vonatkozó előírások is szigorodtak, így a közúti szállítmányozás, a mezőgazdaság és szinte az összes többi terület járműveinél legalább akkora sikert aratott a technológia, mint az autóknál.
Bár eltelt húsz év, és számos új ötlet került napvilágra, a mai napig piacvezetőnek számít a dízelmotorok körében, és egyelőre nem látszik, hogy a közeljövőben bármi leválthatná az SCR katalizátort.
