Быстрый путь к получению чистого выхлопа дизельного двигателя

выхлоп

Многие страны пытаются получить больше электромобилей и гибридных автомобилей на дорогах. Тем не менее, автомобили с двигателем внутреннего сгорания все еще будут доминировать в движении в течение многих лет.

Дизельные двигатели являются самым дешёвым решением для транспортных средств, особенно двигатели для тракторов. Однако необходимо сокращать выбросы вредных веществ от работы таких двигателей. Для этих целей используются катализаторы.

Катализатор — это устройство, в котором происходит химический процесс, снижающий токсичность выхлопа. Существуют четыре основные группы проблемных веществ в выхлопе дизеля: частицы сажи, углеводороды (дизель, который не сгорел в двигателе), оксид азота (NOx) и оксид углерода (CO). При обработке отработанного дыма необходимо снизить выбросы всех четырех групп практически одинаково в течение очень короткого времени и при ограниченном доступном пространстве.

Пэр Габриэльссон — директор по исследованиям и технологиям в компании Umicore, занимающейся катализом. Umicore подписала пятилетнее соглашение о сотрудничестве между Haldor Topse и DTU Chemical Engineering. Пэр Габриэльссон объясняет, что за катализаторами и каталитическими нейтрализаторами, разработанными Haldor Topse и купленными Umicore, лежит альтернативный подход:

«Автомобильная промышленность традиционно основывала свою работу на так называемом картографировании. Это означает, что проводятся всесторонние испытания двигателя, после чего результаты преобразуются в таблицы, где вы можете посмотреть состояние выбросов при определенных условиях. Вместо этого мы выбрали метод технической химии, в котором мы начали с моделирования химических реакций, происходящих в процессе очистки».

Экономит месяцы разработки

Это означает возможность рассчитать время реакции и количество используемого каталитического материала. На основе этих моделей мы можем предсказать, как изменение системы, рассматриваемое автомобильным заводом, повлияет на выбросы. По-прежнему необходимо проводить практическое тестирование для проверки расчетов, но очень широкие измерительные кампании больше не нужны.

«Это означает, что производители автомобилей — наши клиенты — могут получить ответы на свои вопросы в течение нескольких дней, а не месяцев. Это, очевидно, им очень понравится, и это в большой степени объясняет то, как нам удалось обосноваться в совершенно новой для нас сфере бизнеса », — говорит Пэр Габриэльссон.

Проект сотрудничества с DTU Chemical Engineering получил название NEXT (Технологии очистки выхлопных газов следующего поколения для дизельных транспортных средств).

В дополнение к обучению исследователей и выпускников, программа дала ряд результатов исследований. «Исследователи DTU смоделировали взаимодействие между различными каталитическими слоями и то, как пористости на поверхностях слоев влияют на эффективность катализатора. Моему коллеге Тоннесу Янссенсу удалось внедрить модели в наше собственное программное обеспечение на ранней стадии », — говорит Пэр Габриэльссон.

Частицы могут стать слишком маленькими

Другой важный результат относится к размеру частиц платины, катализирующих удаление NOx. Платина является дорогим материалом, который необходимо оптимально использовать. Как правило, хорошо иметь очень маленькие частицы, так как это создаст большую площадь поверхности по сравнению с количеством каталитического материала. Однако существует предел того, насколько маленькими должны быть частицы.

«Когда частица настолько мала, что состоит только из нескольких атомов, это может привести к неожиданным нежелательным последствиям. Во-первых, геометрия изменяется таким образом, что уменьшается количество активных «участников», то есть будет меньше атомов платины, доступных для катализа реакции. Во-вторых, существует риск того, что частица будет полностью окислена. Это заблокирует катализ », — говорит Пэр Габриэльссон.

Следующее тестирование проекта показало, что идеальный размер частиц платины составляет от двух до пяти нанометров.

«Это замечательный результат, над реализацией которого мы сейчас работаем. Нам еще предстоит найти точный рецепт, который может дать нам оптимальное распределение частиц по размерам, но теперь мы знаем цель, к которой мы должны стремиться », — говорит Пэр Габриэльссон.

 

________________________________________________________________________

 

Написать ответ