Catalytic Reduction of NOx on Heavy-Duty Trucks

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling beskriver arbetet med att ta fram ett avgasreningssystem för att minska mängderna kväveoxider, NOx, som lastbilstrafik ger upphov till. Kväveoxid (NO) och kvävedioxid (NO2) i en godtycklig blandning brukar betecknas som NOx. NOx bildas vid i stort sett all förbränning, t.ex. i kraftverk eller fordon, och om avgaserna inte renas följer kväveoxiderna med ut i atmosfären, där de bl.a. kan delta i förstöringen av ozonlagret. De bildar också salpetersyra som i sin tur är den viktigaste beståndsdelen i surt regn. Kväveoxider har även en del andra mer eller mindre negativa effekter på hälsa och miljö. En av de största källorna till NOx-utsläpp är trafik i allmänhet, och där bidrar dieseldrivna lastbilar med en stor andel av utsläppen. På bensindrivna bilar finns sedan 1989 krav på mycket låga utsläppsnivåer, medan stränga krav på lastbilssidan kommer 2005 och 2008. På grund av dieselmotorns konstruktion, som ger en överlägsen bränsleekonomi jämfört med bensinmotorn, kan lastbilar inte utrustas med samma typ av avgasrening som på bilar ger mycket låga utsläpp. Av denna anledning behövs ett helt annorlunda och nytt avgasreningssystem för tunga dieselfordon. Uppgiften att ta fram ett avgasreningssystem för lastbilar är ganska komplicerad med många intressenter. Ett avgassystem måste klara krav inom så vitt skilda områden som akustik, design, hållbarhet, platsåtgång och kostnad utöver de grundläggande kraven för utsläpp av NOx, oförbrända bränslerester, kolmonoxid och partiklar. Även om systemet som redovisas i denna avhandling i princip inriktas på de gasformiga utsläppen krävs stor hänsyn till den slutliga tänkta användningen. Det projekt som denna avhandling är en del av kan därför betraktas som tvärvetenskapligt till en viss grad. Arbetet som redovisas i avhandlingen går ut på att förse avgasröret till en laboratoriemonterad lastbilsmotor med en katalysator. Framför denna katalysator sprutas en liten mängd dieselbränsle in i avgaserna. På katalysatorn reagerar kväveoxiderna med denna diesel och omvandlas till ofarlig kvävgas, som är huvudbeståndsdelen i den luft vi alla andas. De huvudproblem som uppstår med metoden är först och främst att avgöra hur mycket diesel som bör sprutas in framför katalysatorn i varje ögonblick, eftersom mängden kväveoxider i avgaserna varierar mycket alltefter hur motorn körs. Dessutom är det av stor vikt att temperaturen i katalysatorn kan förutsägas. En kall katalysator fungerar nämligen mycket dåligt oavsett hur mycket diesel som sprutas in; då är det bättre att spara dieseln till ett tillfälle när katalysatorn är varm och fungerar bättre. Slutligen har det en stor betydelse dels vilken slags katalysator som används och hur dieselinsprutningen i avgassystemet fungerar, dels hur alla delar placeras i förhållande till varandra. Arbetet har bland annat visat att det går att minska mängden kväveoxider med över 40 % i genomsnitt under verklighetsliknande körförhållanden. Därutöver minskar fordonets utsläpp av oförbrända bränslerester och kolmonoxid med över 90 %. Partikelutsläppen sjunker med 20 % under samma förhållanden, fastän systemet inte är konstruerat för effektiv partikelborttagning. Dessa utsläppsminskningar sker till en kostnad av ca 5 % ökad bränsleförbrukning i form av den diesel som sprutas in i avgassystemet framför katalysatorn. Undersökningar har gjorts som visar hur systemets effektivitet beror på olika faktorer som t.ex. systemets uppbyggnad och konstruktion, hur väl katalysatorns temperatur kan förutsägas och hur insprutningen av diesel sker under körning av motorn. Även experiment som visar hur laboratorieförsökens utförande påverkar resultat och slutledningar har gjorts. Utöver resultat från undersökningar innehåller avhandlingen en genomgång av bakgrundsinformation inom området som är viktig att känna till.