Roetbakken moeten dringend worden aangepakt. Dr. John Neeft van de Scheikunde-sectie industriële katalyse, een onderdeel van de vakgroep chemische procestechnologie, onderzocht de mogelijkheid om het roet met een katalysator te oxyderen.
Delen
br />
Roet uit dieselmotoren laat zijn sporen na. Witte kalkstenen kathedralen kennen een grauwsluier die zich slecht laat wegwassen. Erger nog is dat het zwavelzuur uit het roet diep in de specie penetreert waardoor monumenten langzaam maar zeker afbrokkelen. Elke binnenstad heeft zwaar te lijden onder de roetbrakende bussen, vrachtwagens en personenauto’s.
Roet is bovendien schadelijk voor de gezondheid van de mens. In de winter vormen ze het hoofdbestanddeel van smog. De kleine deeltjes irriteren de luchtwegen. Ten tijde van hevige wintersmog hebben verzwakte ouderen een verhoogde sterftekans. Roetdeeltjes zijn klein en kunnen daardoor diep de longen binnendringen. Roet is een van de stoffen uit de chemie die een sterk zwaan-kleef-aan-gedrag aan de dag leggen. Allerhande rommel adsorbeert aan de kleine koolstofkernen: zwavel bijvoorbeeld, maar ook onverbrande koolwaterstoffen, waaronder de grote familie van de polycyclische aromatische koolwaterstoffen (pak’s), liften op die manier mee de longen in. Een tiental telgen van pak’s-familie zijn carcinogeen en recente studies laten zien dat vermoedelijk ook de koolstof-kernen van de roetdeeltjes zelf kankerverwekkend zijn.
Alle reden dus om de roetuitstoot aan te pakken. Een geregelde driewegkatalysator, die de emissies van het benzineverkeer al een flink eind aan banden legde, biedt voor dieseltjes geen soelaas. ,,In een gewone auto oxideert de katalysator koolmonoxyde en koolwaterstoffen, terwijl tegelijkertijd stikstofoxyden worden gereduceerd. Dieselmotoren werken echter met een overmaat lucht. Gelijktijdige reductie van stikstofoxyden en oxydatie van roet werkt dan niet”, legt John Neeft uit. Neeft promoveerde deze week op onderzoek om het roetprobleem onder de knie te krijgen.
De Europese Unie verordonneert een drastische vermindering van de roetuitworp. In 1999 mag de roetemissie nog maar eenderde bedragen van die van 1995. ,,Met motortechnische verbeteringen zoals een hogere inspuitdruk valt met enige moeite nog wel te voldoen aan de Europese normen van 1996. Autofabrikanten beseffen echter al te goed dat er op termijn meer fundamentele oplossingen voor het roetprobleem gevonden moet worden”, aldus Neeft. Vandaar dat busmaatschappijen naar hartelust experimenteren met geheel andere, schonere brandstoffen als methanol, ethanol en aardgas.
Dioxine
Een meer conventionele oplossing is de dieselauto’s tevoorzien van een filter waarin de roetdeeltjes worden weggevangen. Probleem daarbij is dat het filter na verloop van tijd dichtslibt. ,,Je kunt zo’n filter wel weer schoonblazen met lucht of het roet uit het filter verbranden met een gloeidraad of brandertje”, zegt Neeft. In de praktijk stuit dat volgens hem op grote problemen. Het roet verbrandt slechts ten dele, en, als de temperatuur daarbij te hoog oploopt, is het hele filter naar de filistijnen.
Neeft toog daarom in opdracht van VROM aan het werk met een meer elegante oplossing. ,,Met behulp van een katalysator moet het mogelijk zijn om de activiteit van de roetdeeltjes te verhogen. Als een huwelijksmakelaar brengt de katalysator het roet in contact met zuurstof. Daardoor verbrandt het roet bij veel lagere temperaturen, mogelijk zelfs al op uitlaatgastemperatuur. Dan blijft het filter gespaard”, zo redeneerde Neeft.
Om de reactiesnelheid van de roetdeeltjes te verhogen, liggen de katalysatoren op basis van metaaloxyden het meest voor de hand. Maalde Neeft de roetdeeltjes met een groot aantal metaaloxyden, dan ontstond een stevig gebonden mengsel, dat uitstekend reageerde. Neeft: ,,In de dieselmotor is echter meer sprake van ‘los contact’ tussen katalysator en roet. En in dat geval geeft alleen antimoon, lood, molybdeen, zilver en koper een bevredigend resultaat en wordt het roet omgezet in CO2. Antimoon en lood zijn overigens natuurlijk niet de meest gewenste stoffen.”
Vervolgens stond de promovendus voor de keuze om de katalysator in vluchtige verbindingen te gebruiken of de katalysator als een vloeistoffilm op het filter aan te brengen. Hij koos voor de eerste optie, met een koperverbinding als katalysator. Dat hielp het roet effectief om zeep. ,,Helaas was ik na enige uren mijn katalysator kwijt. Via de uitlaat, hup, de straat op”, vertelt Neeft. Niet effectief, en gevaarlijk bovendien. Doordat de koperkatalysator namelijk ook enig chloor bleek te bevatten, zou mogelijk ook het gevreesde dioxine kunnen ontstaan.
Inriganten
Ondanks deze teleurstelling zegt de promovendus het katalysatoronderzoek verder gebracht te hebben. Ook mislukkingen hebben immers wetenschappelijke waarde. In een vervolgonderzoek wordt nu de vloeistofoptie uitgewerkt. Daarnaast werkte Neeft nog aan een andere ontwikkeling, namelijk de katalysator niet in het filter bij de uitlaat aan te brengen, maar reeds in de dieselbrandstof te mengen. Deze ‘dopes’ worden dan meeverbrand in de motor, en blijken zich als ware intriganten slim over de roetdeeltjes te verspreiden.
Doordat de huwelijksmakelaar in innig contact met het roet staat, blijkt de oxydatiesnelheid met sprongen omhoog te schieten, en verbrandt het roet reeds bij lage temperatuur. Ook hier verdwijnt de katalysator echter deels door de uitlaat. Minder dramatisch als eerder, maar toch verlaten enkele procenten ongehinderd de uitlaat. Neeft: ,,Over deschadelijke effecten van deze zeer kleine koper-roetdeeltjes is nog niet veel bekend. De hoeveelheid koper die wordt uitgestoten ligt wel lager dan de achtergrondconcentratie van koper in de stad. Toch wordt deze vinding waarschijnlijk niet toegepast, voordat dit probleem is opgelost.’
Mocht een van de katalysatortoepassingen zich tot Ei van Columbus ontpoppen, dan is het roetprobleem opgelost. Neeft ziet dat pas op de lange termijn gebeuren. ,,Het is een enorme operatie. Oliemaatschappijen moeten hun distributienet uitbreiden en de autofabrikanten moeten elke diesel uitrusten met een filter en katalysator die tweemaal zo groot is als de cylinderinhoud.”
Figuur 1 Neeft: Ook mislukkingen hebben wetenschappelijke waarde
Roetbakken moeten dringend worden aangepakt. Dr. John Neeft van de Scheikunde-sectie industriële katalyse, een onderdeel van de vakgroep chemische procestechnologie, onderzocht de mogelijkheid om het roet met een katalysator te oxyderen.
Roet uit dieselmotoren laat zijn sporen na. Witte kalkstenen kathedralen kennen een grauwsluier die zich slecht laat wegwassen. Erger nog is dat het zwavelzuur uit het roet diep in de specie penetreert waardoor monumenten langzaam maar zeker afbrokkelen. Elke binnenstad heeft zwaar te lijden onder de roetbrakende bussen, vrachtwagens en personenauto’s.
Roet is bovendien schadelijk voor de gezondheid van de mens. In de winter vormen ze het hoofdbestanddeel van smog. De kleine deeltjes irriteren de luchtwegen. Ten tijde van hevige wintersmog hebben verzwakte ouderen een verhoogde sterftekans. Roetdeeltjes zijn klein en kunnen daardoor diep de longen binnendringen. Roet is een van de stoffen uit de chemie die een sterk zwaan-kleef-aan-gedrag aan de dag leggen. Allerhande rommel adsorbeert aan de kleine koolstofkernen: zwavel bijvoorbeeld, maar ook onverbrande koolwaterstoffen, waaronder de grote familie van de polycyclische aromatische koolwaterstoffen (pak’s), liften op die manier mee de longen in. Een tiental telgen van pak’s-familie zijn carcinogeen en recente studies laten zien dat vermoedelijk ook de koolstof-kernen van de roetdeeltjes zelf kankerverwekkend zijn.
Alle reden dus om de roetuitstoot aan te pakken. Een geregelde driewegkatalysator, die de emissies van het benzineverkeer al een flink eind aan banden legde, biedt voor dieseltjes geen soelaas. ,,In een gewone auto oxideert de katalysator koolmonoxyde en koolwaterstoffen, terwijl tegelijkertijd stikstofoxyden worden gereduceerd. Dieselmotoren werken echter met een overmaat lucht. Gelijktijdige reductie van stikstofoxyden en oxydatie van roet werkt dan niet”, legt John Neeft uit. Neeft promoveerde deze week op onderzoek om het roetprobleem onder de knie te krijgen.
De Europese Unie verordonneert een drastische vermindering van de roetuitworp. In 1999 mag de roetemissie nog maar eenderde bedragen van die van 1995. ,,Met motortechnische verbeteringen zoals een hogere inspuitdruk valt met enige moeite nog wel te voldoen aan de Europese normen van 1996. Autofabrikanten beseffen echter al te goed dat er op termijn meer fundamentele oplossingen voor het roetprobleem gevonden moet worden”, aldus Neeft. Vandaar dat busmaatschappijen naar hartelust experimenteren met geheel andere, schonere brandstoffen als methanol, ethanol en aardgas.
Dioxine
Een meer conventionele oplossing is de dieselauto’s tevoorzien van een filter waarin de roetdeeltjes worden weggevangen. Probleem daarbij is dat het filter na verloop van tijd dichtslibt. ,,Je kunt zo’n filter wel weer schoonblazen met lucht of het roet uit het filter verbranden met een gloeidraad of brandertje”, zegt Neeft. In de praktijk stuit dat volgens hem op grote problemen. Het roet verbrandt slechts ten dele, en, als de temperatuur daarbij te hoog oploopt, is het hele filter naar de filistijnen.
Neeft toog daarom in opdracht van VROM aan het werk met een meer elegante oplossing. ,,Met behulp van een katalysator moet het mogelijk zijn om de activiteit van de roetdeeltjes te verhogen. Als een huwelijksmakelaar brengt de katalysator het roet in contact met zuurstof. Daardoor verbrandt het roet bij veel lagere temperaturen, mogelijk zelfs al op uitlaatgastemperatuur. Dan blijft het filter gespaard”, zo redeneerde Neeft.
Om de reactiesnelheid van de roetdeeltjes te verhogen, liggen de katalysatoren op basis van metaaloxyden het meest voor de hand. Maalde Neeft de roetdeeltjes met een groot aantal metaaloxyden, dan ontstond een stevig gebonden mengsel, dat uitstekend reageerde. Neeft: ,,In de dieselmotor is echter meer sprake van ‘los contact’ tussen katalysator en roet. En in dat geval geeft alleen antimoon, lood, molybdeen, zilver en koper een bevredigend resultaat en wordt het roet omgezet in CO2. Antimoon en lood zijn overigens natuurlijk niet de meest gewenste stoffen.”
Vervolgens stond de promovendus voor de keuze om de katalysator in vluchtige verbindingen te gebruiken of de katalysator als een vloeistoffilm op het filter aan te brengen. Hij koos voor de eerste optie, met een koperverbinding als katalysator. Dat hielp het roet effectief om zeep. ,,Helaas was ik na enige uren mijn katalysator kwijt. Via de uitlaat, hup, de straat op”, vertelt Neeft. Niet effectief, en gevaarlijk bovendien. Doordat de koperkatalysator namelijk ook enig chloor bleek te bevatten, zou mogelijk ook het gevreesde dioxine kunnen ontstaan.
Inriganten
Ondanks deze teleurstelling zegt de promovendus het katalysatoronderzoek verder gebracht te hebben. Ook mislukkingen hebben immers wetenschappelijke waarde. In een vervolgonderzoek wordt nu de vloeistofoptie uitgewerkt. Daarnaast werkte Neeft nog aan een andere ontwikkeling, namelijk de katalysator niet in het filter bij de uitlaat aan te brengen, maar reeds in de dieselbrandstof te mengen. Deze ‘dopes’ worden dan meeverbrand in de motor, en blijken zich als ware intriganten slim over de roetdeeltjes te verspreiden.
Doordat de huwelijksmakelaar in innig contact met het roet staat, blijkt de oxydatiesnelheid met sprongen omhoog te schieten, en verbrandt het roet reeds bij lage temperatuur. Ook hier verdwijnt de katalysator echter deels door de uitlaat. Minder dramatisch als eerder, maar toch verlaten enkele procenten ongehinderd de uitlaat. Neeft: ,,Over deschadelijke effecten van deze zeer kleine koper-roetdeeltjes is nog niet veel bekend. De hoeveelheid koper die wordt uitgestoten ligt wel lager dan de achtergrondconcentratie van koper in de stad. Toch wordt deze vinding waarschijnlijk niet toegepast, voordat dit probleem is opgelost.’
Mocht een van de katalysatortoepassingen zich tot Ei van Columbus ontpoppen, dan is het roetprobleem opgelost. Neeft ziet dat pas op de lange termijn gebeuren. ,,Het is een enorme operatie. Oliemaatschappijen moeten hun distributienet uitbreiden en de autofabrikanten moeten elke diesel uitrusten met een filter en katalysator die tweemaal zo groot is als de cylinderinhoud.”
Figuur 1 Neeft: Ook mislukkingen hebben wetenschappelijke waarde
Comments are closed.