Přísnější normy na obsah oxidů dusíku ve výfukových plynech nákladních vozů a autobusů přinutí řidiče tankovat roztok močoviny.
Nejen naftu, ale také AdBlue
AdBlue je zatím málo známé slovo. Jde o obchodní označení velmi čistého vodného roztoku močoviny o koncentraci 32,5 procenta. Používá se jako přísada do katalyzátorů, které odstraňují z automobilových výfukových plynů oxidy dusíku. Jak se blíží termín platnosti nové sady evropských automobilových emisních norem, bude o AdBlue slyšet čím dál častěji.
NORMA EURO V (řeč je pouze o nákladních vozech a autobusech, u norem pro osobní vozy se pro odlišení používají arabské číslice), která by měla platit od října 2009 (resp. 2008 pro nově homologované vozy), předepisuje oproti stávající normě 43% pokles povolených zplodin oxidů dusíku (NOx). Konkrétně: podle Euro IV, která platí od října 2005, byl strop 3,5 gramu NOx na jednu kilowatthodinu práce motoru, podle Euro V to budou jen dva gramy.
Budoucí norma Euro VI, která by měla platit někdy po roce 2012, je právě teď předmětem dalšího kola konzultací. Evropská komise předložila čtyři možné scénáře, jak by emisní norma měla vypadat. Scénáře se obecně liší náročností, hlavně co se týče oxidů dusíku. Ten nejagresivnější počítá s limitem ve výši 0,2 g NOx/kWh - tedy na pouhou desetinu oproti normě Euro V (!). Daní za takto přísný limit by však bylo související zvýšení spotřeby paliva, a tedy nárůst emisí CO2, a to o 5 až 6 procent. Zbývající scénáře počítají s limitem NOx 0,4, 0,5, resp. 1,0 g/kWh. (I nejbenevolentnější scénář by tedy znamenal snížení na polovinu.)
JAK NA TO? Aby dosáhli snížení emisí NOx, konstruktéři se snaží upravovat motory: hlavní cestou je recyklace výfukových plynů (viz Ekonom č. 9/2007) a ve stadiu výzkumu jsou systémy, které v reálném čase sledují podmínky v jednotlivých válcích (např. program Clean Diesel Combustion, sponzorovaný americkou vládní agenturou EPA). Cílem těchto snah je omezit emise NOx natolik, že by pak k jejich stlačení na požadovanou úroveň stačil běžný katalytický proces. Má to však háček: pro splnění aktuálně hrozící normy Euro V tyto technologie ještě nejsou zralé - a převažuje názor, že ke splnění budoucích daleko přísnějších norem (Euro VII a dál) jakékoli myslitelné úpravy motorů stejně nebudou stačit a že jedinou cestou je tzv. selektivní katalytická úprava výfukových plynů. Tato technologie, známá pod zkratkou SCR (z angl. Selective Catalytic Reduction), totiž umožní snížit obsah oxidů dusíku až někam k jedné desetině gramu na kilowatthodinu.
SELEKTIVNÍ KATALYTICKÁ REDUKCE oxidů dusíku je reakce, při níž oxidy dusíku reagují v přítomnosti katalyzátoru s amoniakem (NH3) za vzniku plynného dusíku a vody. Kouzelné na této reakci je, že obě vznikající látky jsou neškodné pro životní prostředí.
Jako zdroj amoniaku se pro účely čistění výfukových plynů používá močovina, která má chemický vzorec (NH2) 2CO. Samotný amoniak je totiž jedovatý a korozivní, což by zvyšovalo nároky na bezpečnost celého logistického řetězce.
Odstraňování oxidů dusíku metodou SCR probíhá v čisticí jednotce, která je zařazena na samotný konec systému pro čistění výfukových plynů. Do výfukových plynů se rozprašuje roztok močoviny, která se okamžitě rozkládá na oxid uhličitý a amoniak. Ten na speciálním katalyzátoru reaguje s oxidy dusíku.
SCR je elegantní technické řešení - až na několik nepříjemných detailů. Především systém vyžaduje neustálé doplňování močoviny. Ta musí být velmi čistá; hlavně nesmí obsahovat ani stopy látek, které by zničily katalyzátor. Bohužel mezi tzv. katalytickými jedy jsou v tomto případě například měď nebo hliník. Jsou to běžně se vyskytující látky a je proto problém zajistit, aby používaná močovina jimi nebyla kontaminovaná. Dále, provoz SCR jednotky musí být velmi přesně řízen. Proces odstraňování oxidů dusíku je citlivý na teplotu, a ta musí být udržována ve velmi úzkém rozmezí. Dávkování močoviny také musí být velmi přesné: její nedostatek by omezil účinnost odstraňování NOx a naopak přebytek by vedl k úniku jedovatého amoniaku. A konečně, roztok AdBlue tuhne při 11 stupních pod nulou, takže systém musí být vyhříván.
ADBLUE. Vývoj technologií založených na metodě SCR je velmi náročný. Konsorcium výrobců (jak z automobilového, tak z chemického průmyslu) proto vypracovalo standard, podle něhož se bude jednotně používat 32,5procentní vodný roztok močoviny, a nechalo si pro něj zaregistrovat ochrannou známku AdBlue. Bez standardu by se mohlo stát, že by na trhu soupeřilo několik různých systémů a každý by vyžadoval jinou koncentraci močoviny, což by nesmírně zkomplikovalo logistiku a ve výsledku znamenalo vyšší náklady pro motoristy. Ty se pohybují mezi 2-3,5 procenta z ceny spotřebované nafty. Spotřeba AdBlue pro splnění normy Euro V se totiž pohybuje okolo 4-7 procent spotřeby nafty a její cena je v porovnání s naftou zhruba poloviční.
Čistění výfukových plynů metodou SCR se zatím bude vztahovat pouze na nákladní vozy a autobusy - alespoň v Evropě. To výrazně snižuje nároky na distribuci AdBlue, protože jeho doplňování bude probíhat hlavně v garážích a depech provozovatelů.
Přestože řada států provozovatele vozidel, kteří již teď splňují normu Euro V, všemožně zvýhodňuje, vozidel vybavených jednotkou SCR je zatím málo. Tak například DaimlerChrysler Truck Group, která je největším světovým výrobcem nákladních a užitkových vozidel (prodej divize Chrysler Group dosud nebyl uzavřen), oznámila začátkem července, že od roku 2005 prodala na 80 tisíc vozů v provedení Blue-Tec, tedy vybavených SCR katalyzátorem na AdBlue. A že má objednávky na dalších 20 tisíc vozů. Problém je, že jde jen o malou část produkce: DCTG totiž loni prodala celkem 537 tisíc vozidel...
..A KDY OSOBNÍ VOZY? O tom, že se budou systémy pro katalytickou redukci oxidů dusíku montovat i do osobních vozů, pochybuje málokdo. Jen je otázka, kdy to bude. V USA, kde v některých státech platí přísnější limity pro oxidy dusíku, než jaké Evropa zvažuje pro příští dekádu, budou osobní diesely - Mercedesy řady GL - se SCR jednotkami na trhu již příští rok.
Zavedení SCR jednotek do výbavy osobních vozů bude politicky hůř průchodné než u těžkých užitkových vozidel. Instalace SCR jednotky zvýší výrobní náklady odhadem nejméně o 50 tisíc korun. Instalace do kamionu nebo autobusu je samozřejmě dražší, ale v poměru k ceně vozidla nejde o významnou položku. U osobních vozů bude i větší problém s kontrolou funkčnosti SCR systému (viz dále Nedůvěřuj, prověřuj). A konečně: zatímco nyní je AdBlue v celém Česku k dostání u pár čerpacích stanic, osobní vozy by ho musely mít k dispozici u každé pumpy. Složitá logistika navíc podstatně zvedne jeho cenu.
AUTOR: Petr Blažek
Časté nedorozumění
Panuje rozšířená představa, že močovina (v praxi většinou AdBlue) se přidává k palivu. Není tomu tak: odstraňování oxidů dusíku metodou selektivní katalytické redukce je proces, jímž se čistí výfukové plyny.
O oxidech dusíku
Oxidy dusíku poškozují dýchací cesty živočichů; pro životní prostředí jsou dále škodlivé jednak tím, že přispívají k tvorbě tzv. kyselých dešťů, jednak se podílejí na vzniku přízemního ozonu - a oxid dusný je agresivním skleníkovým plynem. Oxidy dusíku vznikají ve spalovacím prostoru motoru, a to hlavně v případě těch dieselových, v nichž jsou podstatně vyšší teploty a přebytek kyslíku. Vznikají však i v benzinových motorech, hlavně když se kvůli zvýšení účinnosti používá tzv. chudá spalovací směs. Znamená to, že poměr vzduchu a paliva ve směsi je větší, než kolik je tzv. stechiometrický poměr.
Nedůvěřuj, prověřuj
Bez průběžné kontroly dodržování emisních limitů při provozu vozidla by byla nová evropská norma úplně bezzubá. Katalytické čištění výfukových plynů totiž představuje velkou změnu v celé filozofii regulace emisí.
Až dosud byly předmětem regulace vlastnosti motorů. S tím, že se předpokládalo, že motor, který vykazuje uspokojivé parametry v testovacím cyklu, bude ekologický i v běžném provozu. (Ponechme stranou, že ani tento předpoklad příliš nefunguje - viz Ekonom č. 9 / 2007.)
Počínaje emisní normou Euro V však vyvstává problém: aby vozidlo vůbec mohlo vykázat požadované parametry, musí být jeho SCR jednotka funkční. Jinými slovy, je třeba uhlídat řidiče a provozovatele vozidel, aby různými triky nesnižovali spotřebu AdBlue. A pokušení je velké: SCR jednotka ve vozidle nemá žádnou jinou funkci než čistit zplodiny...
Jednoduché metody hlídání přitom nepřicházejí v úvahu. Hlídat naplnění nádržky s AdBlue? Tam se dá lít i destilovaná voda... Nebo kontrolovat útratu za AdBlue a porovnávat ji s množstvím spálené nafty? To se přece nedá uhlídat...
Všechny nové vozy prodávané v Evropě (benzinové od modelového roku 2001, dieselové o dva roky později) sice musejí mít na základě Evropské směrnice z roku 1998 povinně palubní diagnostickou jednotku, ale ta neumí zjišťovat složení výfukových plynů. To umí nová generace palubních jednotek, jimiž budou muset být od letošního října vybaveny všechny nově registrované nákladní vozy. Tyto palubní jednotky v případě překročení limitu pro obsah škodlivin ve výfukových plynech automaticky sníží výkon motoru a jeho kroutící moment, a to až o čtyřicet procent.
NORMA EURO V (řeč je pouze o nákladních vozech a autobusech, u norem pro osobní vozy se pro odlišení používají arabské číslice), která by měla platit od října 2009 (resp. 2008 pro nově homologované vozy), předepisuje oproti stávající normě 43% pokles povolených zplodin oxidů dusíku (NOx). Konkrétně: podle Euro IV, která platí od října 2005, byl strop 3,5 gramu NOx na jednu kilowatthodinu práce motoru, podle Euro V to budou jen dva gramy.
Budoucí norma Euro VI, která by měla platit někdy po roce 2012, je právě teď předmětem dalšího kola konzultací. Evropská komise předložila čtyři možné scénáře, jak by emisní norma měla vypadat. Scénáře se obecně liší náročností, hlavně co se týče oxidů dusíku. Ten nejagresivnější počítá s limitem ve výši 0,2 g NOx/kWh - tedy na pouhou desetinu oproti normě Euro V (!). Daní za takto přísný limit by však bylo související zvýšení spotřeby paliva, a tedy nárůst emisí CO2, a to o 5 až 6 procent. Zbývající scénáře počítají s limitem NOx 0,4, 0,5, resp. 1,0 g/kWh. (I nejbenevolentnější scénář by tedy znamenal snížení na polovinu.)
JAK NA TO? Aby dosáhli snížení emisí NOx, konstruktéři se snaží upravovat motory: hlavní cestou je recyklace výfukových plynů (viz Ekonom č. 9/2007) a ve stadiu výzkumu jsou systémy, které v reálném čase sledují podmínky v jednotlivých válcích (např. program Clean Diesel Combustion, sponzorovaný americkou vládní agenturou EPA). Cílem těchto snah je omezit emise NOx natolik, že by pak k jejich stlačení na požadovanou úroveň stačil běžný katalytický proces. Má to však háček: pro splnění aktuálně hrozící normy Euro V tyto technologie ještě nejsou zralé - a převažuje názor, že ke splnění budoucích daleko přísnějších norem (Euro VII a dál) jakékoli myslitelné úpravy motorů stejně nebudou stačit a že jedinou cestou je tzv. selektivní katalytická úprava výfukových plynů. Tato technologie, známá pod zkratkou SCR (z angl. Selective Catalytic Reduction), totiž umožní snížit obsah oxidů dusíku až někam k jedné desetině gramu na kilowatthodinu.
SELEKTIVNÍ KATALYTICKÁ REDUKCE oxidů dusíku je reakce, při níž oxidy dusíku reagují v přítomnosti katalyzátoru s amoniakem (NH3) za vzniku plynného dusíku a vody. Kouzelné na této reakci je, že obě vznikající látky jsou neškodné pro životní prostředí.
Jako zdroj amoniaku se pro účely čistění výfukových plynů používá močovina, která má chemický vzorec (NH2) 2CO. Samotný amoniak je totiž jedovatý a korozivní, což by zvyšovalo nároky na bezpečnost celého logistického řetězce.
Odstraňování oxidů dusíku metodou SCR probíhá v čisticí jednotce, která je zařazena na samotný konec systému pro čistění výfukových plynů. Do výfukových plynů se rozprašuje roztok močoviny, která se okamžitě rozkládá na oxid uhličitý a amoniak. Ten na speciálním katalyzátoru reaguje s oxidy dusíku.
SCR je elegantní technické řešení - až na několik nepříjemných detailů. Především systém vyžaduje neustálé doplňování močoviny. Ta musí být velmi čistá; hlavně nesmí obsahovat ani stopy látek, které by zničily katalyzátor. Bohužel mezi tzv. katalytickými jedy jsou v tomto případě například měď nebo hliník. Jsou to běžně se vyskytující látky a je proto problém zajistit, aby používaná močovina jimi nebyla kontaminovaná. Dále, provoz SCR jednotky musí být velmi přesně řízen. Proces odstraňování oxidů dusíku je citlivý na teplotu, a ta musí být udržována ve velmi úzkém rozmezí. Dávkování močoviny také musí být velmi přesné: její nedostatek by omezil účinnost odstraňování NOx a naopak přebytek by vedl k úniku jedovatého amoniaku. A konečně, roztok AdBlue tuhne při 11 stupních pod nulou, takže systém musí být vyhříván.
ADBLUE. Vývoj technologií založených na metodě SCR je velmi náročný. Konsorcium výrobců (jak z automobilového, tak z chemického průmyslu) proto vypracovalo standard, podle něhož se bude jednotně používat 32,5procentní vodný roztok močoviny, a nechalo si pro něj zaregistrovat ochrannou známku AdBlue. Bez standardu by se mohlo stát, že by na trhu soupeřilo několik různých systémů a každý by vyžadoval jinou koncentraci močoviny, což by nesmírně zkomplikovalo logistiku a ve výsledku znamenalo vyšší náklady pro motoristy. Ty se pohybují mezi 2-3,5 procenta z ceny spotřebované nafty. Spotřeba AdBlue pro splnění normy Euro V se totiž pohybuje okolo 4-7 procent spotřeby nafty a její cena je v porovnání s naftou zhruba poloviční.
Čistění výfukových plynů metodou SCR se zatím bude vztahovat pouze na nákladní vozy a autobusy - alespoň v Evropě. To výrazně snižuje nároky na distribuci AdBlue, protože jeho doplňování bude probíhat hlavně v garážích a depech provozovatelů.
Přestože řada států provozovatele vozidel, kteří již teď splňují normu Euro V, všemožně zvýhodňuje, vozidel vybavených jednotkou SCR je zatím málo. Tak například DaimlerChrysler Truck Group, která je největším světovým výrobcem nákladních a užitkových vozidel (prodej divize Chrysler Group dosud nebyl uzavřen), oznámila začátkem července, že od roku 2005 prodala na 80 tisíc vozů v provedení Blue-Tec, tedy vybavených SCR katalyzátorem na AdBlue. A že má objednávky na dalších 20 tisíc vozů. Problém je, že jde jen o malou část produkce: DCTG totiž loni prodala celkem 537 tisíc vozidel...
..A KDY OSOBNÍ VOZY? O tom, že se budou systémy pro katalytickou redukci oxidů dusíku montovat i do osobních vozů, pochybuje málokdo. Jen je otázka, kdy to bude. V USA, kde v některých státech platí přísnější limity pro oxidy dusíku, než jaké Evropa zvažuje pro příští dekádu, budou osobní diesely - Mercedesy řady GL - se SCR jednotkami na trhu již příští rok.
Zavedení SCR jednotek do výbavy osobních vozů bude politicky hůř průchodné než u těžkých užitkových vozidel. Instalace SCR jednotky zvýší výrobní náklady odhadem nejméně o 50 tisíc korun. Instalace do kamionu nebo autobusu je samozřejmě dražší, ale v poměru k ceně vozidla nejde o významnou položku. U osobních vozů bude i větší problém s kontrolou funkčnosti SCR systému (viz dále Nedůvěřuj, prověřuj). A konečně: zatímco nyní je AdBlue v celém Česku k dostání u pár čerpacích stanic, osobní vozy by ho musely mít k dispozici u každé pumpy. Složitá logistika navíc podstatně zvedne jeho cenu.
AUTOR: Petr Blažek
Časté nedorozumění
Panuje rozšířená představa, že močovina (v praxi většinou AdBlue) se přidává k palivu. Není tomu tak: odstraňování oxidů dusíku metodou selektivní katalytické redukce je proces, jímž se čistí výfukové plyny.
O oxidech dusíku
Oxidy dusíku poškozují dýchací cesty živočichů; pro životní prostředí jsou dále škodlivé jednak tím, že přispívají k tvorbě tzv. kyselých dešťů, jednak se podílejí na vzniku přízemního ozonu - a oxid dusný je agresivním skleníkovým plynem. Oxidy dusíku vznikají ve spalovacím prostoru motoru, a to hlavně v případě těch dieselových, v nichž jsou podstatně vyšší teploty a přebytek kyslíku. Vznikají však i v benzinových motorech, hlavně když se kvůli zvýšení účinnosti používá tzv. chudá spalovací směs. Znamená to, že poměr vzduchu a paliva ve směsi je větší, než kolik je tzv. stechiometrický poměr.
Nedůvěřuj, prověřuj
Bez průběžné kontroly dodržování emisních limitů při provozu vozidla by byla nová evropská norma úplně bezzubá. Katalytické čištění výfukových plynů totiž představuje velkou změnu v celé filozofii regulace emisí.
Až dosud byly předmětem regulace vlastnosti motorů. S tím, že se předpokládalo, že motor, který vykazuje uspokojivé parametry v testovacím cyklu, bude ekologický i v běžném provozu. (Ponechme stranou, že ani tento předpoklad příliš nefunguje - viz Ekonom č. 9 / 2007.)
Počínaje emisní normou Euro V však vyvstává problém: aby vozidlo vůbec mohlo vykázat požadované parametry, musí být jeho SCR jednotka funkční. Jinými slovy, je třeba uhlídat řidiče a provozovatele vozidel, aby různými triky nesnižovali spotřebu AdBlue. A pokušení je velké: SCR jednotka ve vozidle nemá žádnou jinou funkci než čistit zplodiny...
Jednoduché metody hlídání přitom nepřicházejí v úvahu. Hlídat naplnění nádržky s AdBlue? Tam se dá lít i destilovaná voda... Nebo kontrolovat útratu za AdBlue a porovnávat ji s množstvím spálené nafty? To se přece nedá uhlídat...
Všechny nové vozy prodávané v Evropě (benzinové od modelového roku 2001, dieselové o dva roky později) sice musejí mít na základě Evropské směrnice z roku 1998 povinně palubní diagnostickou jednotku, ale ta neumí zjišťovat složení výfukových plynů. To umí nová generace palubních jednotek, jimiž budou muset být od letošního října vybaveny všechny nově registrované nákladní vozy. Tyto palubní jednotky v případě překročení limitu pro obsah škodlivin ve výfukových plynech automaticky sníží výkon motoru a jeho kroutící moment, a to až o čtyřicet procent.
Zdroj:EKONOM
Sdílet článek na sociálních sítích
