AdBlue - Sistemul de tratare a emisiilor de NOx (SCR)

    Motoarele diesel, comparativ cu motoarele pe benzină, datorită specificului arderii amestecului aer-combustibil, produc emisii mai mari de oxizi de azot și de particule. Acestea sunt emisii poluante cu efect nociv asupra mediului înconjurător și a omului.

    Normele de poluare au scopul de a reduce emisiile poluante ale autovehiculelor. În Uniunea Europeană norma de poluare Euro 6 va intra în vigoare de la 1 Ianuarie 2015, pentru noile modele de automobile.

Limita de emisii de NOx pentru automobile cu motoare diesel (g/km)

Foto: Limita de emisii de NOx pentru automobile cu motoare diesel (g/km)

    O caracteristică importantă a normei de poluare Euro 6 pentru motoare diesel de automobile este reducerea limitei de NOx de la 0.18 la 0.08 g/km. Pentru a îndeplini această normă motoarele diesel curente de automobile au nevoie de sisteme adiționale de post-tratare a gazelor de evacuare. Momentan sunt identificate două tehnologii care pot fi aplicate motoarelor diesel Euro 6:

  1. catalizator/filtru de NOx (en: NOx trap)
  2. sistem de injecție de uree în evacuare (AdBlue)

    Prima metodă, catalizatorul de NOx, se aplică în general motoarelor diesel de cilindree mică și medie, cu capacitatea cilindrică mai mică de 2 litri. Mai departe vom discuta despre sistemul de injecție de uree în circuitul de evacuare (AdBlue). Acest sistem se poate utiliza pe orice motor diesel, dar fiind mai costisitor, se pretează mai mult la motoarele cu cilindree mare. De reținut că acestă tehnologie se utilizează deja în industria autovehiculelor de transport.

    Procesul de reducere a oxizilor de azot din gazele de evacuare, utilizând o soluție pe bază de uree, se numește reducere catalitică selectivă. Denumirea consacrată a sistemul de injecție de AdBlue este SCR – Selective Catalityc Reduction.

Automobil cu sistem AdBlue

Foto: Automobil cu sistem AdBlue
Sursa: Bosch

    Într-un sistem de injecție de uree (SCR) amoniacul este utilizat pentru reducerea oxizilor de azot (NOx). În stare liberă amoniacul (NH3) este toxic. Din acest motiv se utilizează o soluție pe bază de apă și uree (CO(NH2)2), conținutul de uree fiind de aproximativ 32.5%. Acestă soluție este stabilă din punct de vedere chimic, punctul de îngheț fiind la -11 °C. Denumirea comercială, în Europa, a acestei soluții cu uree este AdBlue.

AdBlue – soluție ce conține uree utilizată pentru reducerea emisiilor de NOx la motoarele diesel

Foto: AdBlue – soluție ce conține uree utilizată pentru reducerea emisiilor de NOx la motoarele diesel

    Ureea CO(NH2)2 se obține prin procedee industriale, prin combinarea bioxidului de carbon (CO2) și a amoniacului (NH3) la temperaturi și presiuni îmalte (150 °C, 50 bari). Substanța rezultată, ureea, este solidă, sub formă de cristale incolore, solubile în apă (H2O).

    Sistemul de injecție cu uree este relativ complex și implică costuri adiționale relativ mari. Acest sistem conține un rezervor de uree, sistem de alimentare cu pompă electrică, modul electronic de control (calculator), injector și catalizator. Adițional sistemul mai poate fi prevăzut și cu un senzor de oxizi de azot după catalizator, care măsoară rata de conversie a catalizatorului.

Componentele principale ale sistemului de injecție de AdBlue (SCR)

Foto: Componentele principale ale sistemului de injecție de AdBlue (SCR)
Sursa: Mazda

  1. injector uree
  2. catalizator SCR
  3. modul electronic de control (calculator)
  4. rezervor de uree

    Rezervorul de uree este prevăzut cu un senzor de nivel pentru a alerta conducătorul auto în privința necesității alimentării cu uree. De asemenea, datorită temperaturii de înghețare a soluției AdBlue (aprox. -11 °C) rezervorul mai este prevăzut și cu o rezistență de încălzire. Comanda rezistenței de încălzire se face de către modului electronic de control pe baza informației primite de la senzorul de temperatură din rezervor.

Denoxtronic – sistem de tratare a emisiilor de NOx prin injecție de AdBlue

Foto: Denoxtronic – sistem de tratare a emisiilor de NOx prin injecție de AdBlue
Sursa: Bosch

  1. sistem de alimentare (pompă AdBlue)
  2. rezervor AdBlue
  3. filtru
  4. senzor de temperatură gaze de evacuare
  5. senzor de nivel soluție AdBlue
  6. modul electronic de control (DCU)
  7. ieșiri modul electronic de control (comandă injector, activare rezistență de încălzire, etc.)
  8. intrări modul electronic de control (senzor de temperatură, nivel AdBlue, senzori temperatură gaze de evacuare, senzor de NOx, etc.)
  9. comunicare protocol CAN
  10. diagnoză protocol CAN
  11. injector AdBlue
  12. senzor de NOx
  13. catalizator de oxidare (DOC)
  14. catalizator de reducere NOx (SCR)
  15. catalizator de oxidare (neutralizare amoniac)

    Bosch comercializează către producătorii de automobile sisteme complete de injecție de AdBlue numite Denoxtronic. Modulul electronic de control (DCU) comunică prin intermediul magistralei CAN cu restul calculatoarelor de pe automobil (injecție, ABS/ESP, BCM, etc.). In funcție de punctul de funcționare al motorului termic și pe baza informațiilor primite de la senzori, modulul electronic de control (DCU) comandă injecția de AdBlue în sistemul de evacuare.

Modul electronic de control injecție AdBlue (DCU) Injector AdBlue
Foto: Modul electronic de control injecție AdBlue (DCU) Foto: Injector AdBlue
Sistem de alimentare AdBlue (pompă, filtru)
Foto: Sistem de alimentare AdBlue (pompă, filtru)

Sursa: Bosch

    Utilizând amoniacul (NH3) ca agent de reducere, sistemele SCR reduc semnificativ oxizii de azot din gazele de evacuare. În general, un motor diesel Euro 6 pentru a putea atinge limitele impuse emisiilor poluante, conține următoarele sistemel de post-tratare a gazelor de evacuare:

  • catalizator de oxidare (reducere CO, HC, NO, conversie NO)
  • filtru de particule (reducere PM)
  • catalizator SCR (reducere NO, NO2)
  • catalizator de oxidare amoniac (reducere NH3 rezidual)

Reacțiile chimice complete ale unui sistem de injecție AdBlue (SCR)

Foto: Reacțiile chimice complete ale unui sistem de injecție AdBlue (SCR)

    În figura de mai sus filtrul de particule este omis deoarece, din punct de vedere chimic, nu are impact asupra componenței gazelor de evacuare.

    În catalizatorul de oxidare (DOC) au loc reacțiile de reducere a hidrocarburilor (HC), monoxidului de carbon (CO) și a oxizilor de azot (NO).

2NO + O2 → 2NO2 monoxidul de azot (NO) combinat cu oxigenul (O2) este convertit în bioxid de azot (NO2)
2CO + O2 → 2CO2 monoxidul de carbon (CO) combinat cu oxigenul (O2) este convertit bioxid de carbon (CO2)
4HC + 3O2 → 2CO2 + 2H2O hidrocarburile nearse (HC) în prezența oxigenului (O2) sunt convertite în bioxid de carbon (CO2) și apă (H2O)

    După catalizatorul de oxidare are loc injecția de Adblue (uree). După injector, gazele și soluția AdBlue trec printr-un mixer (sită metalică care are rolul de a omogeniza amestecul) și intră în catalizatorul de hidroliză. Acesta are rolul de a extrage amoniacul (NH3) din soluția AdBlue.

    Amoniacul (NH3) se obține prin două reacții, una de piroliză și a doua de hidroliză:

CO(NH2)2 → NH3 + HNCO (piroliză) ureea (CO(NH2)2) este descompusă în amoniac (NH3) și acid izocianic (HNCO)
HNCO + H2O → NH3 + CO2 (hidroliză) acidul izocianic (HNCO) rezultat în urma reacției de piroliză, prin combinație cu apa (H2O), formează amoniac (NH3) și bioxid de carbon (CO2)

    Catalizatorul SCR conține metale, în special cupru (Cu) și fier (Fe), în prezența cărora au loc reacțiile de reducere a oxizilor de azot (NO și NO2), cu ajutorul amoniacului (NH3). În urma reacțiilor produsele rezultante sunt apa (H2O) și azotul (N2).

8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O (1)
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (2)
2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O (3)

    Reacția (2) are loc la temperaturi joase, sub 300 °C iar reacțiile (1) și (2) la temperaturi mai înalte, de peste  550 °C.

    Catalizatorul de oxidare a amoniacului are rolul de a neutraliza, prin oxidare, amoniacul (NH3) care nu a reacționat în interiorul catalizatorului SCR. Altfel acesta ar fi fost eliberat în atmosferă cu impact toxic asupra mediului înconjurător.

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

Sistem de postratare a gazelor de evacuare motor diesel (pretabil Euro 6)

Foto: Sistem de postratare a gazelor de evacuare motor diesel (pretabil Euro 6)
Sursa: Johnson Matthey

  1. catalizator de oxidare (DOC)
  2. filtru de particule
  3. catalizator hidroliză
  4. catalizator SCR + oxidare amoniac

    Componența chimică a gazelor de evacuare:

a – PM, CO, HC, NOx
b – PM, NOx
c – NOx
d – CO(NH2)2
e – N2, CO2, H2O

Legenda:
PM – particule, CO – monoxid de carbon, HC – hidrocarburi, NOx – oxizi de azot, CO(NH2)2 – uree, N2 – azot, CO2 – bioxid de carbon, H2O – apă.

Sistem de postratare a gazelor de evacuare motor diesel (pretabil Euro 6)

Foto: Sistem de postratare a gazelor de evacuare motor diesel (pretabil Euro 6)
Sursa: Eberspacher

  1. catalizator de oxidare (DOC)
  2. filtru de particule
  3. injector AdBlue (uree)
  4. catalizator SCR
  5. amortizor de zgomot

    Avantajul injecție de AdBlue pentru tratarea oxizilor de azot este rata de conversie foarte mare, de aproximativ 95%. Dezavantajul acestui sistem este complexitatea și costul ridicat. Din acest motiv, pentru îndeplinirea normelor de poluare Euro 6, constructori vor echipa automobilele cu preț de fabricație mai mic doar cu motoare pe benzină. O altă soluție mai ieftină, comparativ cu sistemul SCR, este utilizarea catalizatoarelor/filtrelor de NOx (en: NOx trap), dar despre acestea într-un articol viitor.

Animație - modul de funcționare al sistemului de injecție AdBlue (SCR)

Sursa: Johnson Matthey

Video - modul de funcționare al sistemului de injecție AdBlue (Bosch - Denoxtronic)

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

kent09
Sâmbătă, 06 August 2016 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
mary
Marți, 12 Iulie 2016 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Foarte multe informatii -mod de functionare, componente, reactii chimice - toate explicate excelent ;)

Raportează comentariul
bbogdanmircea
Joi, 03 Aprilie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Am o curiozitate despre functionare sistemului SCR.
Din cat stiu eu, senzorii de NOX folositi au nevoie de timp pentru a ajunge in regimul in care pot fi folositi, deoarece la pornirea motorului exista apa in evacuare care ar dauna senzorului, deci trebuie ca sa treaca cateva minute pana apa din evacuare este eliminata.
Avand in vedere acest lucru, cum este facut controlul injectiei de uree la pornirea motorului totusi ?
Pe ce baza injecteaza uree ?

Raportează comentariul
Laurentiu Cancel
Marți, 06 August 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
@bbogdanmircea

Automobilele cu motorizari diesel si AdBlue sunt momentan prezente predominant in SUA. Normele de poluare americane pentru motoare diesel sunt mult mai restrictive decat cele europene.

Pentru normele Euro 5 (in vigoare in UE) sistemele AdBlue nu sunt absolut necesare, doar poate pentru motoarele cu cilindree mare, peste 3 litri. Incepand cu Euro 6 producatorii vor fi nevoiti sa implementeze ori NOx trap sau SCR.

Automobile care au deja SCR:
Mercedes-Benz ML320 BlueTec
Mazda CX-7 2.2 litri
Volkswagen Passat TDI

Raportează comentariul
bbogdanmircea
Marți, 06 August 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Foarte interesanta prezentarea reactiilor chimice de reducere a gazelor NOx in special.
Pe ce masini de serie este implementata aceasta tehnologie deja?

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului