Blir bilarna miljövänliga? - Katalysatorn är ett tveeggat svärd

av Bjarne Nyman Forum 1990-15, sida 26-27, 11.10.1990

Taggar: Teman: bilar

Blir bilarna miljövänliga?

Katalysatorn är ett tveeggat svärd

Text: Bjarne Nyman

Avgaskatalysatorn ger samhället och bilindustrin extra betänketid för ett antal år framåt, men är ingen lösning på trafikens öproblem. Men den är nödvändig för att utvecklingen inom trafiken över huvud taget skall kunna forkgå i nuvarande omfattning.

— Katalysatorn är ett tveeggat svärd, den ger en lösning nu, men skjuter fram de stora problem bilismen står inför. Trots det har vi ingen orsak att avstå från denna reningsteknik, säger DI Juhani Lavrikko vid VTT:s bränsletekniska laboratorium.

VTT:s experimentlastbil drivs antingen med gasol eller naturgas, som uppbevaras i tankar betydligt större än normalt. Problemet med gasdrift är att bilen måste tankas ofta — och att det inte finns ett nät av gasstationer.

2 atalysatorerna avlägsnar i bästa K: upp till 90 procent av kolmooxid, kväveoxider och oförbrända kolväten i bilavgaserna. Kvar blir naturligtvis koldioxiden, som det inte går att komma ifrån, eftersom alla kända och utnyttjade motorbränslen innehåller kol. Där ligger den moderna bilismens tidsbomb.

Det var i bilismens förlovade land — USA — där bilarnas avgasproblem började anta sådana dimensioner att man blev tvungen att göra något. Redan på 70-talet utvecklades primitiva former av reningsteknik, men det stora genombrottet over there kom i och med de avgasbestämmelser som trädde i kraft 1983. De var så pass stränga att de i praktiken krävde katalysatorrening av avgaserna.

Bestämmelserna ställde inte upp gränser i enlighet med motorstorleken i bilarna såsom tidigare, utan alla drogs över en kam. En stor bil fick inte förorena mer än en liten. Denna nya filosofi gav tillverkarna av dollargrin eld under fötterna.

De utsläppsbegränsningar som hos oss träder i kraft 1992 för nya bilar, ligger på samma nivå som USA:s snart 10 år gamla normer. Alltså behövs det katalysatorer för att kunna rena avgaserna.

Bilindustrin nu mogen

Trots att bilindustrin ofta kännetecknas av konservatism, när det gäller ny teknik, nya leverantörer, o s v har uppmärksamheten kring avgasfrågan, prognosticeringar om kommande bestämmelser — och kanske den ökade allmänna miljömedvetenheten — bidragit till att alla biltillverkare med marknadsandelar i vårt land har eller kommer att ha katalysatorbilar på programmet år 1992.

Det enda undantaget utgörs av ryska Lada, som enligt ingånget avtal med General Motors kommer med fabriksmonterad katalysator på sina bilar först år 1993. (Exporterade Ladabilar med eftermonterade katalysatorer finns det givetvis redan nu, t ex i USA och Sverige.)

Också intresset bland bilisterna för katalysatorversionerna har vuxit kraftigt. Till och med så kraftigt att många biltillverkare blivit tagna på sängen, när efterfrågan har överskridit utbudet. Men de som rätt kunnat prognosticera utvecklingen och dessutom varit aktiva på den amerikanska marknaden hänger bra med.

I (f d) Västtyskland har man med framgång skapat ökat intresse för katalysatorbilarna genom skattelättnader. Hos oss verkar det snarare som om myndigheter och bilbranschen vill skapa status: Den som kör med kata 15/1990 FORUN lysatorbil är miljömedveten, och har dessutom råd att göra det. Två argument som ligger i tiden.

Katalysatorer är business

Med den enorma volym, som bilindustrin har idag, är det klart att katalysatorer är business. Tillverkningen är uppdelad på fyra parter, av vilka bilindustrin, som sätter ihop åkdonen, anger takt och ton i form av specifikationer. Matriserna i keram eller metall tillverkas av speciella firmor, och beläggningen av matriserna med aluminiumoxid och katalysatormetallerna platina och rodium (eller palladium) handhas av den tredje parten. Den fjärde parten är ett par hundra firmor inom metallindustrin, som ”packar in” katalysatorn i plåt.

I dagens läge finns det två stora matristillverkare, en i USA och en i Japan. De kemiföretag, som sysslar med beläggningen av katalysatorer kan räknas på en hand.

En katalysatortillverkare, som skiljer sig från mängden är Kermira, som gör alla arbetsskeden i egen regi — och dessutom i omvänd ordning, jämfört med den övriga katalysatorindustrin. Hos Kemira börjar man med att belägga ett band med Al-oxid och kat-metaller, och rullar sedan ihop bandet till stomme. På detta sätt får man enligt Kemira ett jämnare aktivt skikt i katalysatorn.

Bilindustrins konservatism gör att det är svårt för nya företag att kila in sig på katalysatormarknaden. Men hos Kemira har man dock inga problem; fabriken i Vihtavuori rullar med full kapacitet. En stor del av Kemira ÅN — Lagstiftningsvägen avkräver man bilindustrin fem års funktionsgaranti för katalysatorer, säger DI Juhani Laurikko vid VTT.

FÖRUN, 15/199 katalysatorer går till eftermontering på icke-kat-bilar.

Enligt DI Juhani Laurikko vid VTT:s bränsletekniska laboratorium är bilindustrins konservatism i detta fall dock förståelig — Lagstiftningsvägen avkrävs bilindustrin fem års funktionsgaranti — eller 80 000 km på katalysatorn. Om biltillverkaren efter fyra år blir tvungen att på egen kostnad byta ut katalysatorerna i alla under tiden sålda bilar blir det fråga om stora summor.

Nya alternativ till osande diesla Även om personbilar idag är trafikens global miljöhot nummer ett, har även dieseldrivna lastbilar och bussar blivit föremål för forskarnas ambition att minska utsläppen. Det är viktigt speciellt i städer, där kollektivtrafiken i hög utsträckning sker med bussar.

Problemet är att de katalysatorer, som utvecklats för bensindrivna bilar inte fungerar på dieselbilar. Det här beror på att dieselförbränningen sker med stort luftöverskott, som omöjliggör en kemisk reduktion (se ruta).

Men det finns andra vägar att gå. I kraftverken kan man minska utsläppen av kväveoxider med hjälp av ammoniak eller urea. och detta vore i princip möjligt att tillämpa även på dieselfordon — om det bara inte vore så svårt. En dieselmotor drivs ju inte lika jämnt som ett kraftverk.

Motortekniska ingrepp

Det man hittills gjort återfinns på motorteknikens område. Man har till exempel genom ingrepp i motortekniken kunnat ändra på sammansättningen av förbränningsprodukterna, så att NOutsläppen minskar. Detta ger i sin tur ökat utsläpp av stoftpartiklar, som relativt enkelt kan elimineras med filter.

En annan möjlighet är att förse motorerna med gnisttändning — kan de längre kallas dieselmotorer? — och utnyttja alkohol, gasol eller naturgas som bränslen. Då blir det inga stoftpartiklar, och avgaserna kan renas med samma katalysatorteknik som bensindrivna bilar förses med.

Bränsletekniska laboratoriet vid VTT har under många års tid sysslat med alternativa bränslen i bensindrivna personbilar. Nu pågår även ett experiment med den dieseldriven lastbil. Motorn har försetts med gnisttändning och katalysator. Bränslet är naturgas eller gasol.

Gasdrivna före detta dieslar med gnisttändning är dock ingen total raritet. Till exempel trafikverket i Wien har ett 100-tal sådana bussar i daglig drift. I Sverige håller man också på med provdnift av olika varianter.

Katalysatorn i ett nötskal

Katalysatortekniken bygger på att syretillförseln till motorn blixtsnabbt skall kunna regleras för att syrehalten i avgaserna skall vara lämpligt för katalysatoroxidering och -reducering av de förorenande ämnena. Syrehalten efter förbränningen mäts med en sond, som kontinuerligt talar om för styrenheten på insprutningssidan om den skall strypa eller öka luftflödet.

Själva katalysatorn består av en keramisk matris (eller matris i metall), som närmast kan liknas vid en hoprullad — miniatyrgolvmatta, där man lämnat luftrum mellan de olika varven. Mattans yta är belagd med aluminiumoxid med ojämn ytstruktur, som i sin tur belagts med’katalysatormetallerna platina och rodium i olika kombinationer. — Al-oxidens uppgift är att fungera som bindemedel och samtidigt öka den aktiva katalysatorytan.

Kolmonoxiden och de oförbrända koiväteresterna oxideras katalytiskt av syre på platinametallens yta till koldioxid och vatten, medan kväveoxiderna (NOx) reduceras på ytan av rodiummetallen till vanligt kväve. Då alla dessa processer sker inom samma plåthölje har anordningen fått benämningen trevägskatalysator. För att den katalytiska reningen skall fungera krävs en temperatur på 300”C.

Kat-metallerna, som är relativt sällsynta, kan återvinnas när katalysatorn skrotas, eftersom de inte förbrukas under processen. Idag sker dock ingen återvinning — det skulle bli dyrare än att köpa nytt på marknaden. Det finns heller ingen risk för att metallerna tar slut före den bensindrivna eran är över. Man beräknar att de kända reserverna av dessa metaller räcker 300—400 år framåt med dagens användning. BN 0

Ett stort problem utgör dagens infrastruktur, om man vill övergå till gasdrift av tunga fordon: De måste nämligen tankas ofta, därför att bränslet är i gasform eller annars mindre energirikt per volymenhet än dieseloljan.

— I dagens läge kan man omöjligtvis tänka sig gasdrift för andra tillämpningar än stadstrafiken, därför att det inte finns något nät av gasstationer, konstaterar Laurikko.

Enligt Juhani Laurikko är det klart att tekniken på dieselområdet ännu trampar i barnskorna.

— Miljötekniken för dieseldrift ligger minst tio år efter bensinbilarna, säger Laurikko. — Men utvecklingen kommer säkert att snabbas upp tack vare skärpta bestämmelser i Europa.

217