Urea og Nox i diesel motorer.

[Kusco]

Er lige faldet over noget der fangede interessen.

Grundfos har en nebengeschaeft hvor de laver et pumpedoseringssystem der indsprøjter Urea i udstødning på store Diesel motorer. De indsprøjter det før en katalysator det skulle så gøre ... ja hvad ved NO_x ?

[Morten Jødal]

Den proces har jeg skrevet Ph.D. om! Dog ikke anvendt i dieselmotorer, men i kraftværker - men grundlæggende er det den samme kemi.

Grundprocessen er:
4 NH₃ + 4 NO + O₂ -> 4 N₂ + 6 H₂O

NO er jo den "varme" form for NO_x og er giftig, hvorimod N₂ er aldeles ugiftig og udgør 78% af atmosfæren, og H₂O er vanddamp. Så man mindsker "kvælstofudledningen" på den måde (dette ord omfatter i miljødebatten normalt ikke fri nitrogen, men kun kemiske forbindelser af N).

Processen kaldes SNCR (Selektive NonCatalytic Reduction) og virker ved optimalt 950°. Alternativt kan man bruge en katalysator. Processen kaldes da SCR ("non" er borte) og virker ved ca. 350°.
Både katalysatoren og det anlæg, der skal huse den, er ret dyre sager, men den katalytiske proces er den mest effektive, så i nye store kedler foretrækkes den.
Derimod er den nonkatalytiske proces meget billig at installere i enten bestående eller mindre forbrændingsanlæg, herunder dieselmotorer. Så den har også en niche.

Hvor kommer så urea ind?
Jo, urea er kemisk set NH₂CONH₂ og nedbrydes termisk til bl.a. NH₃ (ammoniak).
Urea og ureaopløsninger kan håndteres uden problemer, modsat ammoniak, så i alle mindre anlæg foretrækkes det. Dog forudsat, at man har mulighed for at skaffe en lidt højere temperatur (1000-1050°) og en lidt længere reaktionstid, fordi nedbrydningen til ammoniak først skal foregå inden den egentlige proces.

P.S. I min iver så jeg først bagefter, at der stod "før en katalysator" i det oprindelige spørgsmål. Så det er altså den katalytiske proces, Grundfos er gået ind i. Udstyret må være blevet billigere siden jeg beskæftigede mig med emnet.

[Kusco]

Takker for uddybende svar.
Jeg fik ikke helt fat i hvad bliver NOx til ? ..N₂ ?
(Jeg er ikke stiv i kemi og foregiver det heller ikke.)

Noget andet jeg heller ikke helt forstår er at Urea, som jeg kender fra min ungdom som bondemands medhjælp det et granulat nærmest som salt.
Det var det også jeg år senere så det brugt som erstatning for vejsalt.

Den er her:
http://net.grundfos.com/doc/webnet/nonox/int/index.html

De kalder også selv processen for SCR.

[harbst]

Nu vi er ved emnet , kan du så forklare hvorfor man ikke kan rense udstødningsgassen fra bil dieselmotorer med en katalysator, på samme måde som man gør fra bil ottomotorer med benzin ?

[Morten Jødal]

NOx er en fælles betegnelse for NO og NO₂ - som er de kvælstofforbindelser, der bl.a. opstår ved forbrænding. I praksis er kun NO stabil ved høj temperatur, så det er altid den der dannes umiddelbart - men ved lavere temperatur optager NO ilt fra luften og omdannes til NO₂ - som igen senere reagerer med mere ilt og vand og kan regne ned som salpetersyre. Men allerede som NO₂ er gassen ret ubehagelig for folk med svage lunger. Derfor bekæmpes NOx.

N betyder kemisk set nitrogen - også kaldet kvælstof. Grundstoffet danner molekyler med to atomer, N₂, og udgør 78% af atmosfæren. I den form er det absolut ugiftigt.
O betyder kemisk set oxygen - også kaldet ilt. Dette grundstof danner som bekendt det meste af resten af atmosfæren, også som toatomige molekyler.
NO er en kemisk forbindelse af disse to grundstoffer - og den er giftig. NO₂ er endnu mere giftig.

Den anførte kemiske proces omdanner N fra NO til N₂. O fra NO indgår i H₂O. For at gennemføre processen skal der altså tilføres H (hydrogen, brint), men ikke nødvendigvis som grundstof, derimod i en kemisk forbindelse.
Den smarte proces, som er opfundet af R. Lyon i 1975, består i at NH₃ (ammoniak) afleverer et N til NO, hvorefter de to N-atomer kombineres til N₂. Ammoniak indeholder også H, som reagerer med O fra NO. Men da processen ikke går helt op med antal atomer, bruger den også en smule ilt (O₂) fra røggassen.
Som kort sammenfatning kan man sige, at NOx "skæres i stykker" og afleveres i to ugiftige produkter - kvælstof og vanddamp.

Med hensyn til urea, så er det ganske rigtigt et fast krystallinsk stof, som er letopløseligt i vand, så det doseres normalt i form af en 20-40% opløsning. Urea indeholder også de ønskede grundstoffer N og H, men derudover C og O. De sidste er slet ikke noget problem i en forbrændingsproces - de brænder blot til CO₂. Og den korte forklaring er som nævnt, at når urea opvarmes, nedbrydes stoffet til bl.a. NH₃, som var den ønkede reaktant i hovedprocessen.
I virkeligheden indgår der mere end 200 delreaktioner - men det fører vist for vidt at anføre dem!

Mht. katalysatorer og biler, så ved jeg ikke noget præcist, men dieselrøg har jo en ganske anden sammensætning end benzinrøg. For det første er udbrændingen bedre i dieselmotoren, for det andet er de uforbrændte rester i højere grad fast C (sodpartikler).
"Trevejs"katalysatoren, der anvendes i ottomotoren, har som forudsætning, at uforbrændte gasformige kulbrinter bruges til at reducere NOx. Disse findes ikke i samme grad i dieselrøg, så det er vel derfor den samme katalysator ikke virker?
Som det efterhånden er blevet almindeligt kendt, så er dieselmotorens største miljøproblem netop de ganske små partikler, og de fjernes naturligvis bedst i et mekanisk virkende filter, ikke i en katalysator.
Der har dog været lavet mange - også vellykkede - fosøg med katalytisk rensning af dieselrøggas, men dem jeg har kendskab til, har tilsat katalysatoren som additiv til olien. Den er da oftest baseret på ferrocen, som er et organisk molekyle med et jernatom, der virker katalytisk under forbrændingen og hjælper til at reducere soddannelsen. Disse forsøg kender jeg dog kun fra store skibsdieselmotorer, hvor jeg til gengæld har været i intim forbindelse med dem, idet jeg har kravlet rundt mellem hedefladerne i flere skibskedler for at udtage sodprøver.

[SuperClaus]

Fandt lige denne her gode animation der viser hvad der sker i en katalysator til en dieselmaskine.

http://www.dcl-inc.com/catdiesel.cfm?lg=EN&gclid=CKzTx9_7iZICFQweQgodERrPDA

Morten er vist inde på noget af det helt rigtige. 

Det er vist synd at sammenligne det med hvad der sker i en katalysator til en benzinmaskine, ud over at de begge gør udstødningen mere miljøvenlig, i forhold til indåndingsluften i byerne.