Weerbarstige stikstofoxides

Weerbarstige stikstofoxides

Weerbarstige stikstofoxides

Hoe lastig is het om een schone diesel te maken?

Elf miljoen dieselauto's van Volkswagen komen superschoon uit de test, maar zijn supervuil op de weg. Dan stoten ze tot wel veertig keer méér stikstofoxides uit dan is toegestaan. 's Werelds grootste autofabrikant heeft vanwege 'dieselgate' het boetekleed moeten aantrekken. Maar wat is precies de achtergrond van deze ferme stikstofemissie? Daarvoor duiken we de chemie in.

Schone diesel, lastige lucht

Bij de verbranding van diesel of benzine zijn stikstofoxides een lastig bijproduct. Dat is niet omdat die brandstoffen niet schoon zouden zijn. Het probleem zit 'm in de lucht hier op aarde. Die bevat gratis zuurstof die de verbranding mogelijk maakt. Alleen zit er in lucht voor elke liter zuurstof ook bijna vier liter stikstof. Dat is nauwelijks reactief en dat is maar goed ook, anders zouden we niet kunnen ademhalen. Maar omdat in automotoren de temperatuur behoorlijk hoog is, reageert daar altijd wel een klein beetje stikstof met zuurstof. Het resultaat van die reactie zijn stikstofoxides.

Er zijn allerlei soorten stikstofoxides maar de meest relevante zijn NO, NO2 en NO3. Chemici duiden die aan met NOx en dat spreken ze uit als 'en-oo-iks'. Maar je hoort op radio en tv ook vaak 'noks' zeggen. 

Stikstofoxides zijn veel reactiever dan stikstof zelf en dat kan bijvoorbeeld in stedelijke gebieden met druk verkeer tot gezondheidsproblemen leiden. Daarom moeten autofabrikanten ze onschadelijk maken. Dat gebeurt in de uitlaat van de auto, door de katalysator. Met behulp van edelmetalen als platina, palladium en rhodium verwijdert dit chemisch technologische hoogstandje niet alleen de stikstofoxides, maar ook koolmonoxide en bepaalde koolwaterstoffen uit het uitlaatgas.

Extra maatregelen

Niets aan de hand dus, zou je zeggen. Voor wat betreft benzine-auto's klopt dat. Maar dieselmotoren werken bij hogere temperatuur en druk. Daardoor reageert in een dieselmotor méér stikstof met zuurstof en produceert deze dus meer NOx dan een benzinemotor. Om de NOx emissie van dieselauto's op het niveau van benzine-auto's te brengen, zijn extra technische maatregelen nodig. De overheid dwingt autofabrikanten daartoe met steeds strengere emissielimieten.

Onder druk van die emissieregels zijn inmiddels speciale 'deNox' katalysatorsystemen ontwikkeld voor dieselmotoren. Sommige slaan stikstofoxides tijdelijk op om ze later weer 'weg te branden' met behulp van wat extra brandstof. Andere systemen vergroten de capaciteit van stikstofverwijdering met een ureum-oplossing. Die ontleedt in het uitlaatsysteem tot ammoniak en dat helpt de stikstofoxides onschadelijk te maken. Het is dus in principe mogelijk een dieselauto te produceren met minimale emissie van stikstofoxides.

Gissen

Het is gissen waarom Volkswagen elf miljoen TDI's wel heeft uitrust met een deNOx systeem, maar dit met behulp van een softwaretruc alleen inschakelt om goed uit emissietests te komen. Bij normaal autorijden blijft het uitgeschakeld. Veel media veronderstellen dat Volkswagen dit doet om te verbloemen dat de deNOx systemen ten koste gaan van het vermogen en het brandstofverbruik.

Maar misschien is er ook iets anders aan de hand, speculeert een Amerikaanse chemieblogger, die tamelijk goed is ingevoerd in katalysetechnologie. Het zou wel eens zo kunnen zijn dat de deNOx technologie van Volkswagen nog niet voldoende uitontwikkeld is. De katalysatorsystemen zouden onvoldoende stabiel zijn, niet lang genoeg meegaan, of, erger nog, in extra motorslijtage resulteren. Daardoor zouden ze niet geschikt zijn voor intensief en langdurig gebruik, maar wel goed genoeg om de Volkswagens te laten slagen voor de emissietest. 

In onderstaande video licht professor Martyn Poliakoff van Periodic Videos de problematiek rond stikstofoxides toe. Hij heeft het vooral over deNOx technologie voor dieselmotoren gebaseerd op een ureumoplossing, maar dit is niet de technologie die Volkswagen heeft toegepast in de TDI's  die nu in opspraak zijn.

Foto's:
VW TDI motor: Flickr, Miles Continental.
Druk stadsverkeer: Flickr, LingarajGJ.
Autotest: Flickr, Argonne National Laboratory

 

 

Terug naar overzicht