High-tech hulp voor vuile diesels

Achter een bus of vrachtwagen rijden die stinkende uitlaatgassen uitbraakt, is genoeg om iedereen ervan te overtuigen dat de uitstoot van dieselmotoren moet worden opgeruimd. Maar terwijl fabrikanten van benzinemotoren de schadelijke uitstoot van hun nieuwe voertuigen de afgelopen 25 jaar met zo'n 90 procent hebben verminderd, zijn fabrikanten van dieselmotoren er tot nu toe in geslaagd de schadelijke uitlaatgassen met slechts ongeveer de helft van dat percentage te verminderen.

Nu ontwikkelen onderzoekers van de Universiteit van Zuid-Californië echter een apparaat dat hoogenergetische elektronen gebruikt om schadelijke dieseluitlaatgassen te zappen, waardoor het wordt gereduceerd tot waterdamp, koolstofdioxide en lucht. Binnen enkele jaren kan de techniek een kosteneffectieve manier blijken te zijn om dieselmotoren aan de steeds strengere emissienormen te laten voldoen.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 1997

• Zie de rest van het probleem
• Abonneren

Volgens de Environmental Protection Agency (EPA) produceren zware dieselmotoren 25 procent van alle door voertuigen gegenereerde stikstofoxiden (NOx), de bron van salpeterzuur (HNO3), een hoofdbestanddeel van zure regen en een belangrijke bron van stedelijke smog. Hoewel de eerste uitgebreide federale regelgeving die de uitstoot van gemotoriseerde voertuigen regelt, werd ingevoerd onder de Clean Air Act van 1970, werden de eerste NOx-normen specifiek voor dieselemissies pas in 1984 van kracht. Toen, toen de luchtkwaliteit bleef verslechteren door het toegenomen verkeer, Het congres keurde de Clean Air Act van 1990 goed, die fabrikanten van vrachtwagens en bussen dwong om de NOx-uitstoot met 50 procent te verminderen ten opzichte van de norm uit 1984. Ten slotte heeft de EPA in 1995, in overleg met de California Air Resources Board en producenten van zware motoren, een beginselverklaring opgesteld die de EPA ertoe bracht de nieuwste normen vast te stellen om de NOx-emissies van diesel tegen 2004 met nog eens 50 procent te verminderen.

Dieselingenieurs hebben tot dusver de uitstoot grotendeels verminderd door mechanische luchtinlaat- en brandstoftoevoerregelingen te vervangen door effectievere elektronische systemen. Nu onderzoeken onderzoekers, waaronder Martin Gundersen en Victor Puchkarev, een paar elektrotechnici aan de Universiteit van Zuid-Californië, uitlaatgasnabehandelingssystemen. Gebaseerd op een elektronisch circuit met pulserend vermogen dat zijn oorsprong vond in de jaren 1950 en werd verfijnd tijdens het werk aan het Strategic Defense Initiative in de jaren 1980, gebruikt hun apparaat korte uitbarstingen van hoogenergetische elektronen om NOx en andere roetdeeltjes in dieseluitlaatgassen af ​​te breken voordat ze hun weg naar de atmosfeer vinden.

De USC-groep heeft een kamer ontwikkeld die kan worden ingebouwd in een dieseluitlaatsysteem, net zoals een katalysator wordt gebruikt in voertuigen met benzinemotor. In de kamer produceert een speciale elektronische schakelaar een korte elektrische puls, zoals de burst van de elektronische flitser van een camera, met een snelheid van duizenden elektrische ontladingen per seconde. Wanneer energetische elektronen van deze snel vurende hoogspanningsvonken in de uitlaatstroom worden geïnjecteerd, vergelijkbaar met de manier waarop een elektronenstraal in een TL-buis wordt afgevuurd, treffen ze lucht- en waterdampmoleculen die in de uitlaat aanwezig zijn. De botsingen creëren een ionenplasma - een assortiment van elektronen en geladen deeltjes stikstof, zuurstof en hydroxide - dat op zijn beurt reageert met NOx en deeltjesvormige koolwaterstoffen om koolstofdioxide, lucht en waterdamp te produceren.

Vroege prototypes bewezen het concept, maar waren inefficiënt en vereisten maar liefst 50 procent van het motorvermogen voor hun werking. Gundersen beweert echter dat het team onlangs de efficiëntie van het apparaat met een orde van grootte heeft verbeterd, waardoor het in een bereik komt dat fabrikanten van dieselaangedreven voertuigen aantrekkelijk zouden vinden.

Om de dramatische verbetering te bereiken, zegt Gundersen dat zijn team het apparaat heeft aangepast om de duur van elke puls te verkorten van ongeveer 200 nanoseconden (miljardste van een seconde) tot ongeveer 50 nanoseconden. Omdat elektronenversnelling alleen optreedt in de beginfasen van de puls, verhoogde het verkorten van de bursts de energie van de elektronen in het plasma, terwijl in totaal veel minder energie werd verbruikt.

Volgens Bernard M. Penetrante, een fysicus die aan het hoofd staat van de Environmental Plasma Technologies-groep in het Lawrence Livermore National Laboratory, zijn een tiental of meer groepen wereldwijd nu bezig met soortgelijk R&D-werk dat uiteindelijk zou kunnen strijden om een ​​aandeel in een enorme potentiële markt. De EPA schat dat er nu ongeveer 5 miljoen zware en 2 miljoen lichte dieselvoertuigen over de Amerikaanse wegen rijden en dat er elk jaar enkele honderdduizenden nieuwe dieselvoertuigen in het land worden verkocht.

Gundersen schat dat een nabehandelingsapparaat met pulserend vermogen ongeveer $ 1.000 zou kosten. Als dat het geval blijkt te zijn, kan de markt gemakkelijk enkele miljarden dollars waard zijn. En de markt mag zich niet beperken tot dieselmotoren. Penetrante merkt op dat elk apparaat dat NOx kan reduceren tot goedaardige producten in een dieseluitlaatpijp ook kan worden toegepast op benzinemotoren. Hij legt uit dat vergelijkbare omstandigheden bestaan ​​in nieuwe magere benzinemotoren (hoge lucht-brandstofverhouding) en dat nieuwe technologieën zoals gepulseerd vermogen van cruciaal belang zullen zijn om ervoor te zorgen dat de voertuigen van de volgende generatie aan steeds strengere emissie-eisen kunnen voldoen.

zich verstoppen