NO X emissioner fra brændsler. Anne Mette Frey

Transkript

1

2 NO X emissioner fra brændsler Anne Mette Frey

3 Outline Introduktion til NO x Hvad er NO x? Hvordan opstår det? Problemerne med NO x Mulige løsninger på NO x udfordring Fokus på selektiv katalytisk reduktion (SCR) Konklusioner og fremtidsmuligheder for NO x reduktion fra kedler

4 Hvad er NO x? NO x er en fællesbetegnelse for forskellige kemiske forbindelser mellem nitrogen (kvælstof) og oxygen (ilt) Kemiske forbindelser NO, NO 2, N 2 O 4, N 2 O, N 2 O 3, N 2 O 5 Når man taler NO x forurening er det primært NO og en smule NO 2 og N 2 O. Der er tale om gasser.

5 Hvor kommer NO x fra? NO x opstår ved forbrænding af f.eks. kul, benzin, diesel i Mobile enheder Stationære enhed Det vil sige det er et gammelkendt problem for alt hvad der har med forbrænding at gøre og ikke blot et kedelproblem eller ved biomasse/træafbrænding

6 NO x giver luftforurening Problemer med NO x : Oxygen udtømning/mangel Dannelse af smog Syreregn Skader på skov og afgrøder Giftig ved indånding Pârvulescu et al., Catal. Today 46 (1998) 233

7 Lovgivning til at kontrollere NO X Kravene bliver stadig strengere f.eks. for biler: M.P. Walsh, International counsil on clean transportation, 2013

8 NO x lovgivning for kedler? Endnu ikke så vidt udbredt i EU Eksempel: Østrig Tilladt grænseværdi for små kedler 150 mg/mj Tilskudsordninger baseret på lave udledninger af NO x i f.eks. Holland og Tyskland virker som motivation

9 NO x dannelse ved forbrænding NO x dækker normalt over NO, N 2 O, NO 2 Overvejede NO der dannes i forbrændingsmotor NO x kan afhængig af hvordan det opstår/kommer fra, opdeles i Termisk NO x Brændstof NO x Termisk Brændstof

10 Termisk NO x N 2 og O 2 i luft reagerer ved høj temperatur (t>1200 C) N 2 (g) + O 2 (g) 2NO (g) 2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g)

11 Brændstof NO X Organisk nitrogenholdige forbindelser i brændstoffet resulterer i NO x For kul stammer 70% af NO x fra brændstoffet

12 Biomasse og kedler Størstedel af NO x der udledes fra kedler stammer fra brændstoffet NO x kan ikke undgås men må håndteres/omsættes til noget uskadeligt Kemisk sammensætning af forskellige typer biomasse Verhoeff F, et al., Tor Tech, Torrefaction Technology for the production of solid bioenergy carriers from biomass and waste, ECN-E , 2011

13 NO x måling i biomassekedler Opstilling til forsøg til måling af NO x fra kedler Ved måling ses typisk NO x ppm, afhængig af brændsel og øvrige forhold Hao Liu et al, Control of NOx emission of a domestic/small scale biomass pellet boiler by air staging, Fuel, 103, 792, 2013

14 NO x ved forskellige temperaturer

15 Fjernelse af NO x Løsningsmodeller kendt fra andre anvendelser 1. NO X fælde metode lagring og reduktion 2. Selektivt katalytisk reduktion (SCR) 1 2 NO x fælde ikke lovende i EURO6 real life tests SCR lovende i tests

16 Fjernelse af NO x Løsningsmodeller kendt fra andre anvendelser 1. NO X fælde metode lagring og reduktion 2. Selektivt katalytisk reduktion (SCR) 1 2

17 Selektiv Katalytisk Reduktion (SCR) De katalytiske reaktioner det drejer sig om er, med NH 3 som reduktionsmiddel: 4NO + 4NH 3 + O 2 4N 2 + 6H 2 O NO + NO 2 + 2NH 3 2N 2 + 3H 2 O ( Hurtig SCR ) NH 3

18 Anvendelser og status af SCR i dag Stationære anvendelser energi produktion (kulkraftværk, MW) Støv fjernes først ved elektrostatisk filter Vanadaium baseret katalysator er ofte anvendt (aktiv virker C) Direkt dosering af NH 3 er traditional tilgang Dieselbiler SCR begynder at vinde indpas på markedet for dieselbiler Udfordringer for disse mindre enheder er relevante i forhold til udviklingsarbejde inden for kedelfeltet P. Forzatti, Catal. Today 62, 51 (2000) M. Koebel et al., Catal. Today 59, 335 (2000)

19 Optimering af SCR til biler og små enheder Optimering af katalysatoren Bedre Billigere Miljørigtigere Optimering af reduktionsmidlet Ammoniak baserede systemer virker mest lovende Sikkerhed/håndtering må overvejes Trykkar med flydende NH 3 er ikke en sikkerhedsmæssig acceptable løsning

20 Optimering af katalysator Udfordringer med den kendte vanadium katalysator Muligt tab af giftig vanadium Lav katalytisk aktivitet ved lave temperature Lav selektrivitet ved høje temperaturer Katalysatoren er aktiv i oxidation af SO 2 til SO 3 (syreregn) Derfor er det nødvendigt at skræddersy en katalyst for NH 3 -SCR i dieselbiler og mindre enheder som kedler Fe/Cu baseret katalysator som mulighed P. Forzatti, Appl. Catal. A: Gen. 222 (2001) 221; G. Busca et al., Appl. Catal. B: Environ. 18 (1998) 1

21 Optimering af reduktionsmidlet Opløsning af urinstof, (NH 2 ) 2 CO, bruges ofte som NH 3 kilde (AdBlue): Urinstof NH 3 + HNCO ( t > 160 C) HNCO + H 2 O NH 3 + CO 2 (hydrolysis catalyst t > 200 ) Exhaust NO/NO 2 NH 3 source P. Hauck et al., Appl. Cat. B, 70, 91, (2007) Oxidation Particulate filter Hydrolysis cat SCR (Fe-BEA) Slip Cat

22 På vej mod nye mobile/små SCR systemer Indirekte ammoniak lagring i form af f.eks. urinstof Lettere at håndtere Mindre farlig Nye f.eks. jern/kobber baserede katalysatorer Ideelt set mere effektive, billigere og mere miljørigtige Udvikling inden for dieselbiler har givet erfaring, der vil kunne bruges som udgangspunkt i arbejdet med små stationære enheder som en kedel.

23 Status og konklusioner Størstedelen af NOx fra biomassekedler stammer fra brændsel og kan derfor ikke undgås men må håndteres/omdannes til uskadelige stoffer Det er forventeligt at regulering af NOx lovgivningsmæssigt vil blive strammere, hvorfor problematikken må overvejes og udviklingsarbejde der søger løsninger er relevant Selektiv katalytisk reduktion er lovende teknik, med viden fra andre anvendelser der kan bruges som platform til udvikling og optimering til specifikke kedelløsninger. Nødvendigt er det med Effektiv, billig og stabil katalysator ved temperaturer kedler arbejder ved Enkel, sikker og billig måde at håndtere reduktionsmidlet

24 Tak for jeres opmærksomhed Spørgsmål?