Huidige roetfilters ongeschikt voor nieuwe generatie diesels /4 reacties

Huidige roetfilters ongeschikt voor nieuwe generatie diesels

Open roetfilters zijn niet geschikt voor de schonere, nieuwe synthetische diesels, zoals V-Power van Shell. De roetdeeltjes die ze uitstoten zijn bovendien kleiner en daardoor zeer schadelijk voor de gezondheid. Dat blijkt uit experimenten van de TU-Delft, uitgevoerd door Michiel Makkee van de sectie Reactor en Catalysis Engineering.

De experimenten laten zien dat het roet van nieuwe generaties dieselbrandstoffen in open roetfilters een hogere verbrandingstemperatuur nodig hebben dan de klassieke fossiele diesel. Makkee vindt het “niet verstandig” om de huidige roetfilters in combinatie met de nieuwe brandstoffen te gebruiken. Toxicoloog Paul Scheepers van de Radboud Universiteit ziet een gevaar voor de volksgezondheid. “Juist de kleine roetdeeltjes zijn zeer reactief en kunnen eiwit- en DNA-schade veroorzaken”.

Open roetfilters zijn roetfilters die gemonteerd worden op bestaande auto’s. De overheid propageert en subsidieert het gebruik en de aanschaf van dergelijke filters.

Labaratoriumopstelling

Roet?

Roet ontstaat in een verbrandingskamer als gevolg van zuurstofarme omstandigheden en hoge temperaturen. In dieselmotoren vindt de menging van brandstof en zuurstof pas plaats in de verbrandingskamer, daardoor is de verbranding niet altijd optimaal. Om de vermenging te verbeteren wordt in moderne dieselmotoren de brandstof onder steeds hogere druk in de verbrandingskamer gespoten. Zo ontstaan brandstofnevels die beter mengen maar ook het risico vergroten dat kleinere restfracties ontstaan.

Daarnaast bevatten de nieuwe synthetische dieselbrandstoffen tot wel tien procent meer organische stof en soms ook ingebouwde zuurstof. Dit verbetert in principe het verbrandingsproces en de prestaties van de motor, maar verhoogt de kans op het ontstaan van onvolledig verbrande deeltjes, de zogeheten roetdeeltjes.

Makkee deed zijn experimenten met gestandaardiseerde protocollen en een dieselmotor in een laboratoriumopstelling. Hij vergeleek de karakteristieken van de verbranding van de nieuwe generatie brandstoffen met oudere brandstoffen. Hij gebruikte daarvoor Shell V Power, maar benadrukt dat het elke willekeurige synthetische diesel had kunnen zijn.
De oude brandstoffen verbranden roet bij respectievelijk 426 graden en 495 graden Celsius. Voor de nieuwe generatie dieselbrandstoffen, werd een temperatuur van 570 ° C gemeten. Dat is fors hoger. “Nieuwere brandstoffen doorlopen het verbrandingsproces met andere karakteristieken,” zegt Makkee. “Dat heb ik gemeten, maar dat weten we ook uit karakteriseringen in ander onderzoek. Het gevolg is dat het opgehoopte roet in de gesloten filters die in 2009 wettelijk worden voorgeschreven, niet verbrandt waardoor ze niet of in ieder geval minder goed functioneren.”

Nadruk over verminderde uitstoot

Door de hogere regeneratie temperatuur wordt het filter telkens niet helemaal schoon gebrand. De motor loopt daardoor minder goed en het roetfilter kan kapot gaan. “Het ontwerp en de praktische toepassing van gesloten roetfilters zal voor de synthetische brandstoffen moeten worden aangepast,” denkt Makkee.

Makkee vindt het jammer dat in de vele onderzoeken die worden uitgevoerd, zowel van autofabrikanten als de oliemaatschappijen en de fabrikanten van alternatieve dieselbrandstof, de nadruk ligt op de verminderde uitstoot van het roet, maar niet op de karakteristieken. “Zoals aantal deeltjes, de deeltjesgrootte verdeling, toxiciteit van het roet en de verbrandingseigenschappen.”

Deeltjesgrootte

Niet alleen Shell, maar ook BP en andere dieselfabrikanten maken dergelijke laagzwavelige, brandstoffen.Makkee gebruikte voor zijn onderzoek V-Power van Shell. Maar dat had evengoed een product kunnen zijn van een andere fabrikant, wil hij benadrukken. Ook BP en andere dieselfabrikanten maken vergelijkbare, laagzwavelige, brandstoffen.

Als Shell eind 2006 wordt geconfronteerd met het onderzoek van de TU-Delft laat het bedrijf met een formele verklaring onder meer weten: “Shell is in contact met Michiel Makkee en is zeer geïnteresseerd in zijn bevindingen. Het onderzoek van Makkee richt zich op een beperkt aantal en zeer specifieke zaken die samenhangen met het gebruik van nieuwe generaties brandstoffen.”
Technisch wil het bedrijf nog niet oordelen of Makkee’s bevindingen een aanpassing in hun productieproces of anderszins veranderingen vergt. Shell: “Uit de praktijk blijkt dat vele factoren van invloed zijn op de prestaties van brandstoffen. Het gaat uiteindelijk om het totaalbeeld en niet om deelaspecten.”

Deeltjesverdeling

Roetfilter?

Een roetfilter is een poreuze wand die de uitlaatgassen doorlaat, maar roetdeeltjes tegenhoudt. De roetdeeltjes worden afgevangen doordat zij vastkleven aan de wanden van de poriën van het filtermateriaal. De poreuze wand zit een in een metalen omhulsel en kan relatief eenvoudig onder de uitlaat worden gemonteerd. De roetproductie bij dieselvoertuigen is dusdanig groot dat een filter in de regel na 600-1000 kilometer totaal gevuld is met roet. Het opgevangen roet moet verbrand worden, anders verstopt het. Die verbranding vindt pas goed plaats bij een hoge temperatuur van de uitlaatgassen.

Dwarsdoorsnede roetfilter

Woordvoerder Chiel Seinen reageert begin dit jaar wel: “We willen het niet een probleem van Shell maken,” zegt hij. “Naar ons idee is het een probleem van de olie- en auto-industrie gezamenlijk. De wetgeving legt ons regels op zoals de vermindering van zwavel in brandstoffen, die - zonder inhoudelijk op de zaak in te willen gaan - mogelijk verband houden met de bevindingen van Makkee.”

Seinen wil benadrukken dat uit tal van onderzoeken blijkt dat de voordelen van het gebruik van nieuwe generaties, zwavelvrije, brandstoffen vele malen groter zijn dan de nadelen. ‘Verbetering van motoren en brandstoffen is een continue proces, hier wordt door Shell en andere partijen op allerlei manieren aan gewerkt,” aldus Seinen.

PAK’s

Roetdeeltjes bestaan uit koolstof en onvolledig verbrande koolwaterstoffen zoals Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen. Deze PAK’s klonteren gemakkelijk samen tot roetdeeltjes van 15 nanometer en meer. Uit toxicologisch onderzoek is bekend dat roetdeeltjes kleiner dan tachtig nanometer tot diep tot in de longblaasjes kunnen doordringen. Uit dit deel van de longen kunnen ze bijzonder moeilijk door ons lichaam verwijderd worden. Bovendien zijn ze volgens Scheepers gevaarlijk omdat ze zeer reactief zijn en eiwit- en DNA-schade kunnen veroorzaken.

Een visualisatie van PAK moleculen, aaneengesloten ringen van koolstofatomen.“Het langdurig verblijf in de longen brengt een soort ontsteking op gang en zet daarbij de deur open voor de agressieve stoffen die zich in het roet bevinden,” verklaart Paul Scheepers, toxicoloog van de Nijmeegse Radboud Universiteit. Hij maakt zich zorgen. “Dat zijn stoffen als geoxideerde PAK en reactieve tussenproducten als aldehyden. Door de naverbranding in roetfilters die achteraf zijn gemonteerd, neemt de kans toe dat deze stoffen in de uitlaatgassen ontstaan.”

Scheepers heeft dat middels eigen onderzoek waargenomen, maar dit feit is ook bekend uit studies in Duitsland en Zweden, waaronder onderzoek van het Duitse Fraunhofer Institut für Toxikologie und Aerosolforschung (ITA).

Kritieke massa

De doelstellingen van de nieuwe Europese wetgeving voor de kwaliteit van uitlaatgassen gaat waarschijnlijk in 2009 in. De Euro-5 norm die hieruit zal voortkomen legt beperkingen op aan het aantal grammen roetuitstoot per gereden kilometer. Nu is die nog vastgesteld op 25 milligram per kilometer, maar dat wordt waarschijnlijk 5 mg/km. De reden dat nog niet definitief voor de Euro-5 norm is gekozen, is dat er nog geen goede meetmethoden voorhanden zijn om deeltjesmassa per fractie te meten. De twee bestaande methoden, Electrical Low Pressure Impacter (ELPI) en de Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) werken onvoldoende nauwkeurig.

Makkee vindt het gezien de toename van meer kleine deeltjes niet verstandig om in combinatie met nieuwe brandstoffen nog langer gebruik te maken van de zogenaamde open roetfilters (lees: roetfilters die op bestaande auto’s worden geplaatst). Scheepers en zijn collega’s vinden dat voor een goede risicoschattingen van de blootstelling aan dieselroet vooral gekeken moet worden naar deeltjesaantallen en deeltjesoppervlak. “Toxicologen zouden liever zien dat de wetgever grenzen stelt aan aantallen deeltjes en hun gezamenlijk oppervlak in plaats van deeltjesmassa. Op die manier kan worden ondervangen dat moderne motoren weliswaar minder massa uitstoten maar juist meer kleine deeltjes produceren.”

Vervolgonderzoek

Naar aanleiding van Makke’s bevindingen wordt in maart 2007 gestart met nieuwe experimenten. “Zodra daaruit resultaten zijn, gaan we hierover internationaal publiceren”, zegt Makkee.

Reageren via Facebook

Over Marco van Kerkhoven

Marco van Kerkhoven is bioloog, journalist en onderzoeker bij het Kenniscentrum Communicatie en Journalistiek van Hogeschool Utrecht. Hij doet promotieonderzoek naar nieuwe media businessmodellen.