Selektywna redukcja katalityczna
Selektywna redukcja katalityczna (ang. selective catalytic reduction – SCR) – technologia stosowana m.in. w silnikach Diesla, której główną zasadą jest zredukowanie w gazach wylotowych emisji cząstek stałych (PM) i redukcja zwiększonej emisji tlenków azotu (NOx).
Przebieg procesu
Technologia SCR polega na przekształcaniu (redukowaniu) tlenków azotu w nietoksyczny azot i parę wodną w katalizatorze wykorzystującym amoniak jako reduktor. Ponieważ amoniak jest substancją niebezpieczną, zakres jego stosowania w transporcie drogowym jest ograniczony, a w pojazdach użytkowych stosuje się nietoksyczny, bezwonny 32,5% wodny roztwór mocznika (AdBlue). Pod kontrolą układu sterowania silnikiem roztwór mocznika, przechowywany w odrębnym zbiorniku, jest dozowany w pożądanych ilościach do strumienia gorących spalin. Pod wpływem wysokiej temperatury gazów wydechowych roztwór mocznika rozkłada się na amoniak i dwutlenek węgla. Amoniak reaguje następnie z tlenkami azotu tworząc wolny azot i parę wodną.
Zastosowanie
SCR w oparciu o amoniak jest wykorzystywana w przemyśle energetycznym, w stacjonarnych silnikach dieslowskich oraz na statkach[1]. Proces SCR na bazie mocznika lub jego wodnego roztworu o różnych stężeniach[2] jest stosowany m.in. w samochodowych silnikach Diesla[3][4]. Pierwsze zastosowania SCR na większą skalę miały miejsce w latach 70. w Japonii przez firmę IHI.
Wytyczne UE ws. emisji spalin przez pojazdy
Jednym z istotnych problemów dotyczących zanieczyszczeń powietrza jest m.in. emisja NOx (czyli NO i NO2)[5]. Tlenki azotu NO i NO2 jako składniki spalin i gazów wydechowych są zagrożeniem dla środowiska naturalnego. Unia Europejska wypracowała szczegółowe normy określające możliwy poziom emisji spalin (w tym NOx), w zależności od typu pojazdu i silnika. W latach 2008–2013 na terenie UE obowiązywał europejski standard emisji spalin Euro V (dla samochodów o masie nieprzekraczającej 2610 kg z możliwością rozszerzenia tego zakresu na wniosek producenta do masy 2840 kg). Jej podstawowe założenia ws. dopuszczalnych emisji:
Pojazdy wyposażone w silniki Diesla:
- tlenek węgla 500 mg/km,
- cząstki stałe: 5 mg/km,
- tlenki azotu (NOx): 180 mg/km,
- łączna masa węglowodorów i tlenków azotu: 230 mg/km.
Pojazdy zasilane benzyną, gazem ziemnym lub gazem płynnym:
- tlenek węgla: 1000 mg/km,
- węglowodory niemetanowe: 68 mg/km,
- suma węglowodorów: 100 mg/km,
- tlenki azotu (NOx): 60 mg/km,
- cząstki stałe (jedynie dla pojazdów wyposażonych w silniki z wtryskiem bezpośrednim): 5 mg/km[6].
Z dniem 1 stycznia 2014 r. weszły w życie nowe normy emisji spalin Euro VI dla samochodów ciężarowych. Parlament Europejski ustanawia coraz ostrzejsze przepisy prawne, jeśli chodzi o dopuszczalne emisje spalin.
| Norma emisji | Data wprowadzenia | Dopuszczalny poziom NOx (mg/kWh) |
|---|---|---|
| Euro III | 2000 | 5000 |
| Euro IV | 2005 | 3500 |
| Euro V | 2008 | 2000 |
| Euro VI | 2014 | 400 |
Kolejne regulacje wymagają sukcesywnej redukcji ilości tlenków azotu (NOx) i cząstek stałych (PM) oraz węglowodorów. Dzięki normie Euro VI układ oczyszczania spalin powinien działać prawidłowo przez okres 7 lat lub przez 700 tys. km.; większa powinna być też trwałość i skuteczność urządzeń nadzorujących emisję zanieczyszczeń.
Aby spełnić powyższe normy emisji spalin sektor środków transportu poszedł w kierunki technologii SCR – selektywnej redukcji katalitycznej, która ze względu na oczekiwania producentów silników pozwala na osiągnięcie celu, jakim jest redukcja zanieczyszczeń przy utrzymaniu osiągów silnika. W samochodach ciężarowych został zainstalowany dodatkowy zbiornik na roztwór mocznika 32,5%, który pod wysokim ciśnieniem jest wtryskiwany bezpośrednio do katalizatora gazów spalinowych. W ten sposób następuje redukcja szkodliwych gazów spalinowych powodujących efekt cieplarniany oraz kwaśne deszcze.
Metoda ta jest akceptowana przez producentów silników spalinowych, a jej kombinacja z układem recyrkulacji spalin (EGR, ang. Exhaust Gas Recirculation) ma poparcie producentów samochodów ciężarowych jako spełniająca kolejne, bardziej restrykcyjne, normy emisji spalin.
Dzięki zastosowaniu technologii SCR z użyciem roztworu mocznika 32,5% (AdBlue) tlenki azotu (NOx) zostają rozłożone na azot i wodę. Przyjmuje się, że zużycie roztworu mocznika 32,5% stanowi 4-5% w stosunku do zużycia paliwa, w przypadku normy Euro IV, oraz 6% w przypadku Euro V, czyli na 100 km potrzebne jest około 1,7 litra roztworu mocznika 32,5%.
Wytyczne UE ws. emisji spalin przemysłowych
Aktualna dyrektywa IED[7] ustanawia maksymalny próg emisji NOx na poziomie 200 mg NO2/m³ (6% O2) z instalacji spalających węgiel o mocy cieplnej większej niż 100 MW. Na chwilę obecną kwestie emisji NOx przez obiekty przemysłowe w Polsce są opisane w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z 22 kwietnia 2011 r.[8]. Od 1 stycznia 2016 r. polskie przedsiębiorstwa zostały objęte unijnymi standardami emisji NOx.
Przypisy
- ↑ Andrzej Kojtych: Zastosowanie selektywnej redukcji NOx amoniakiem (NH3-SCR) do pojazdów napędzanych silnikiem z zapłonem samoczynnym. [dostęp 2013-11-17]. [zarchiwizowane z tego adresu (2016-03-04)].
- ↑ PULNOx®, pulawy.com [zarchiwizowane z adresu 2013-03-15].
- ↑ dieselnet.com: Selective Catalytic Reduction (ang.). [dostęp 2013-11-17].
- ↑ NOXy™. pulawy.com. [dostęp 2019-06-02]. [zarchiwizowane z tego adresu (2016-09-21)].
- ↑ eur-lex.europa.eu: Dyrektywa 97/68/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 1997 r. w sprawie zbliżenia ustawodawstw Państw Członkowskich odnoszących się do środków dotyczących ograniczenia emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych z silników spalinowych montowanych w maszynach samojezdnych nieporuszających się po drogach. s. 3. [dostęp 2013-11-17].
- ↑ europa.eu: Redukcja emisji zanieczyszczeń pojazdów lekkich. [dostęp 2013-11-17].
- ↑ europa.eu: Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola) (wersja przekształcona). [dostęp 2013-11-17].
- ↑ Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz.U. z 2011 r. nr 95, poz. 558) ze zmianami: Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz.U. z 2014 r. poz. 1546) i Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 marca 2018 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz.U. z 2018 r. poz. 680) oraz Rozporządzenie Ministra Klimatu z dnia 24 września 2020 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz.U. z 2020 r. poz. 1680).