plasmatis - INP Greifswald

FOrSchUngSSchWErPUnKt - SchADStOFFABBAU
Behandlung von Dieselabgasen
Problemstellung
Stickoxide tragen maßgeblich zur Eutrophierung und versauerung
der Meere bei, daher werden dieselmotorische
Emissionen von Stickoxiden durch zukünftige gesetzgebungen,
wie schon an der zunehmenden Ausweisung von emissionskontrollierten
Seegebieten ersichtlich, streng limitiert.
Da die innermotorischen Möglichkeiten an ihre Grenzen
stoßen, rücken Abgasnachbehandlungsmethoden in den
Fokus, die das Problem der reduzierung von Stickoxiden bei
Schiffsdieselabgasen möglichst über den gesamten Lastbereich
der Aggregate lösen sollen.
Lösungsansatz
Eine Möglichkeit der verringerung der Stickoxid-Emissionen
ist die Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid
mit nachfolgender reduktion zu Stickstoff und Sauerstoff,
unter Ausnutzung der heterogenen Katalyse in beiden Prozessen.
Da Oxidationskatalysatoren bei niedrigen temperaturen
inaktiv sind, soll die oxidative Wirkung nicht-thermischer
Plasmen in Form von Ac-getriebenen dielektrisch
behinderten Atmosphärendruckentladungen bei niedrigen
temperaturen ergänzt durch geeignetes Katalysatormaterial
genutzt werden. Eine weitere Prozessoptimierung wird
durch die verwendung eines zusätzlichen Oxidationsmittels
auf Kohlenwasserstoffbasis und die Nachschaltung eines
plasmafreien reduktionskatalysators nach dem Prinzip der
kohlenwasserstoffunterstüzten selektiven katalytischen reduktion
erreicht. Effizienz und Selektivität dieses Prozesses
sind von entscheidender Bedeutung für die Applizierung eines
solchen Systems, deshalb werden zunächst synthetische
Gasmischungen, wie sie von Schiffsdieselmotoren emittiert
werden, im labor behandelt, um ein komplettes Filtersystem
zu entwickeln, das letztlich im Bypass eines Schiffsdieselmotors
zum Einsatz kommt.
Technologischer Nutzen
Der technologische nutzen liegt in der Bereitstellung einer
Filtertechnik für Schiffsdieselmotoren, die eine deutliche
reduzierung der Stickoxidemissionen entsprechend den
zukünftigen Anforderungen zum Schutz der Umwelt und
des Menschen möglichst kostengünstig und energiesparend
gewährleistet.
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Wissenschaftliche Ergebnisse 2010/2011
Es wurden die experimentellen voraussetzungen für die
Laboruntersuchungen geschaffen, drei verschiedene Entladungsgeometrien
auf ihre Verwendbarkeit getestet und
die favorisierte Anordnung beruhend auf einer Akkumulation
von ebenen Plasmalagen hinsichtlich Gasdurchsatz und
Einsatztemperatur konzipiert und konstruiert. Mit diesem
laborreaktor wurde die Plasmawirkung im synthetischen
Abgas in Abhängigkeit von der in das Plasma dissipierten
Energie, der Abgastemperatur, der Wirkung von einzelnen
Abgaskomponenten und hier insbesondere Propen als zusätzlichem
Oxidationsmittel untersucht. Es erfolgte die Identifikation
einer gruppe aussichtsreicher Katalysatoren. Die
Kandidaten wurden präpariert im Labor, getestet hinsichtlich
Effizienz und Selektivität, um die Favoriten nach weiterer
Auswahl für die Integration ins Plasmasystem vorzubereiten.
Im rahmen der begleitenden Simulation der zu erwartenden
plasmakatalytischen, chemischen reaktionen wurden
das Basismodell aufgestellt und die Experimente zur Bestimmung
der jeweiligen reaktionskonstanten aufgestellt.
∆ NO [%]
0
-20
-40
-60
[C 3 H 6 ] = 825 ppm
120°C
160°C
210°C
300°C
400°C
0.0 0.5 10 100
ohne C H 3 6
SED [J/L]
Wirkung des Plasmas auf die NO-Konzentration im 0%-Last-Gemisch bei
unterschiedlichen Temperaturen
Konzentrationen [ppm]
1000
800
600
400
200
0
NO
NO 2
NOx XNO 150 200 250 300
T [°C]
350 400 450
NO-Oxidation mit basiertem Katalysator, 59% NO-Wandlung bei ca.
390°C
100
80
60
40
20
0
NO-Wandlung [%]