Tech Talk

U wilt voorop lopen in de markt. Groen varen is de toekomst, maar tegelijkertijd is het een zeer ruim begrip. Als u groen wilt varen is het van belang te weten waarom u groen wilt varen en aan welke emissie-eisen de uitlaatgassen vervolgens moeten voldoen. Er zijn een aantal redenen waarom groen varen voor u interessant kan zijn:

1. Financiers (banken) en overheden stimuleren groen varen omdat zij zien dat op deze wijze de binnenvaart haar voorsprong ten opzichte van het wegtransport kan behouden of vergroten. De overheid stimuleert deze investeringen door fiscale aftrekmaatregelen als de MIA en VAMIL. Banken kunnen hierbij soms gunstigere financieringen aanbieden. Ook overheden zijn regelmatig bereid om subsidies te verstrekken voor Milieumaatregelen.

2. Grote marktpartijen zien graag dat de binnenvaart vergroent. Het vergroenen van de logistieke keten is immers gunstig voor het imago en geeft een invulling van het Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen.

3. De lokale havenbedrijven stimuleren groen varen. Denk hierbij aan de Green Award en kortingen op havengeld wanneer de emissies aanzienlijk gereduceerd worden. Vanuit deze korting kan (een deel) van de exploitatiekosten worden gedekt.

4. De gezondheid van uzelf en uw bemanning. Met name de reductie van fijnstof (roet) en koolwaterstoffen levert u veel profijt op. Wanneer de wind op het achterschip staat of u in een sluis ligt ademt u met een roetfiltersysteem praktisch geen schadelijke gassen meer in.

5. Vervuiling door roetaanslag. Iedere schipper kant de zwarte aanslag op de spiegel, het roefdek of zelfs in de machinekamer. Bij luxe jachten is dit zelfs de belangrijkste reden om een roetfilter te monteren.

Wij adviseren u graag welke regelgeving er is als het gaat over emissies en groen varen. Daarnaast zijn we op de hoogte van stimuleringsmaatregelen en subsidiemogelijkheden in binnen en buitenland.

Solfic is een ingenieursbureau. Al onze systemen zijn in eigen huis ontwikkeld en getest. We verkopen dus geen systemen van andere leveranciers. Verder hebben we expertise in huis op het gebied van geluidsdemping, roetfilter- en SCR-technologie zodat we deze in één systeem kunnen combineren. Niet eerder geleverde uitvoeringen worden door onze engineers vooraf met speciale software doorgerekend zodat de juiste werking gegarandeerd is. Indien nodig bereken wij de drukval van het hele uitlaatsysteem en voeren we thermische en/of sterkte-berekeningen uit. Ook zijn wij op de hoogte van de regelgeving op het gebied van emissies, veiligheid etc. U koopt bij ons dus een systeem waarvan de werking en levensduur vooraf vast staat. 

Solfic systemen onderscheiden zich doordat ze specifiek zijn afgestemd op de toepassing. Onze systemen zijn exact afgestemd op het type motor, het belastingsprofiel van de motor, brandstofsoort, de inbouwruimte en de specifieke eisen die de gebruiker stelt. Dit is de reden dat we een grote diversiteit aan systemen leveren, in plaats van één standaardsysteem voor meerdere toepassingen aan te bieden. Een nabehandelingssysteem voor de luxe jachtbouw is om die reden dan ook afwijkend van een systeem voor binnenvaartschepen.

De componenten die we gebruiken zijn van industriële kwaliteit. Wij zijn wellicht in de aanschaf niet de goedkoopste, maar op de langere termijn verdient u dit ruimschoots terug door de lage exploitatie- en vervangingskosten. 

Hoewel de meeste systemen die in de markt verkrijgbaar zijn op basis van dezelfde werkingsprincipes functioneren bestaan er grote onderlinge verschillen. Wij adviseren u vooral goed naar de specificaties van de systemen te kijken en te vragen naar referentieprojecten. De onderlinge verschillen zitten onder andere in de volgende zaken:

Levensduur waarvoor het systeem ontworpen is: Systemen die zijn gebaseerd op componenten die in het wegtransport of mobiele werktuigen worden toegepast zijn ontworpen voor een commerciële levensduur van een vrachtwagen. Daarentegen zijn systemen die gebaseerd zijn op industriële componenten voor een veel langere levensduur ontworpen. Solfic systemen zijn ontworpen om in de basis een motorleven lang mee te gaan.

Afmetingen: In het algemeen geldt dat een compacter systeem minder geluidsdemping geeft, een hogere tegendruk geeft en een korter onderhoudsinterval van de roetfilters heeft dan een groter uitgevoerd systeem. Systemen die op vrachtwagens of mobiele werktuigen worden gebruikt zijn compacter omdat deze motoren meer tegendruk mogen hebben en er lagere eisen worden gesteld aan de geluidsdemping. Solfic systemen zijn ontworpen voor de gewenste geluidsdemping, een lang onderhoudsinterval en levensduur.

Regeneratiemethode van de roetfilters: Vraag na of het roetfilter systeem geschikt is om langere tijd bij lage motorbelastingen te functioneren. Verder zitten er verschillen in het meerverbruik van diesel voor de regeneratie. Meer informatie vindt u in de paragrafen over roetfiltertechniek. Solfic systemen worden altijd afgestemd op het belastingprofiel van uw motor.

Vervangingskosten: Vraag na wat de kosten zijn voor vervanging van roetfilters en katalysatoren en wat het vervangingstermijn is. Solfic systemen zijn ontworpen met het doel de kosten over een lange periode zo laag mogelijk te houden.  

Een Solfic MPAT systeem, bestaande uit SCR katalysator al dan niet gecombineerd met een roetfilter is afgestemd op de motor. Hierbij houden we rekening met de toelaatbare tegendruk. Een katalysator kan normaliter niet verstopt raken, zodat de tegendruk na verloop van tijd gelijk blijft. Een roetfilter daarentegen zou verstopt kunnen raken bij een onverhoopte storing. Dit kan zijn omdat er een component defect raakt waardoor de actieve regeneratie niet functioneert, maar het kan ook zijn dat een defecte injector, of overmatig smeerolieverbruik van de motor, letterlijk roet in het eten gooit. Bij een motor zonder roetfilter zie je wanneer er een probleem met de motor is, maar met een roetfilter wordt alle roet opgevangen en merk je het probleem pas wanneer de tegendruk te hoog oploopt. Dit kan leiden tot schade aan de motor. Alle Solfic roetfilter systemen zijn om deze reden uitgevoerd met een veiligheids- bypass klep. Deze opent wanneer de tegendruk te hoog wordt en sluit ook weer automatisch. De klep opent zo ver als noodzakelijk om de juiste druk te handhaven, hierdoor worden er niet meer uitlaatgassen ge-bypassed dan nodig is.

Het openen en sluiten van de bypass klep wordt in de alarmhistorie opgeslagen. Een te hoge tegendruk zorgt uiteraard voor een alarmmelding.

Low Saps staat voor “Low Sulphated Ash and Phosphor” wat zoveel betekent als smeerolie met een verminderde hoeveelheid zwavelhoudende asresten, fosfor en zwavel. Speciaal voor roetfiltersystemen heeft dit type smeerolie als voordeel dat het onderhoudsinterval verlengd kan worden. Daarnaast wordt de levensduur van oxidatiekatalysatoren en gecoate roetfilters verlengd. Bij een Solfic SCR systeem zonder roetfilters kan met een kwalitatief goede smeerolie gedraaid worden. 

Raadpleeg altijd uw motor- en smeerolieleverancier voor de juiste type smeerolie voor uw motor.

GTL staat voor Gas-to-Liquid. Dit is een op synthetische wijze vanuit aardgas vervaardigde brandstof. Deze brandstof is dus zeer zuiver. Onze ervaring is dat het gebruik van GTL een duidelijk positieve invloed heeft op de roetemissie en een enigszins positieve invloed heeft op de NOx emissie. Deze brandstof laat zich prima met onze roetfilter en SCR-systemen gebruiken. Voor meer details over deze brandstof verwijzen we naar de informatie van de  leveranciers van GTL.

De overstap van EN590 naar GTL alleen is niet voldoende om aan strengere emissie-eisen als de EU Stage V of IMO III te voldoen. Hiervoor blijft nabehandeling in de vorm van een SCR katalysator en/of roetfilter noodzakelijk. Met een combinatie van GTL en een SCR systeem kan het daarentegen wel mogelijk zijn om een pre-CCR of een CCR1 motor aan de huidige CCR2 emissie-eisen te laten voldoen. Wij geven u hierover graag advies.

LNG staat voor Liquified Natural Gas, ofwel: Vloeibaar (gemaakt) aardgas. Aardgas wordt vloeibaar bij temperaturen beneden de -162°C. Het grote voordeel is dat vloeibaar gas een veel lager volume heeft voor dezelfde energie-inhoud. Zo is 1 m3 LNG gelijk aan 600 m3 gasvormig aardgas. 

Om de temperatuur van het gas zo laag te houden wordt LNG in zogenaamde cryogene tanks opgeslagen en getransporteerd. Cryogene tanks bestaan uit een dubbele wand waarbij de ruimte tussen de binnen- en buitentank vacuüm is gemaakt en is voorzien van speciaal isolatiemateriaal.

Omdat de isolatiewaarde van de tank nooit oneindig hoog kan zijn zal er een geringe warmtetoevoer van buiten naar binnen zijn. Hierdoor zal er continu een kleine hoeveelheid LNG verdampen. Wanneer er geen afname van gas is voor de motor ontstaat er een zogenaamde “blow-off” gas. Bij voorkeur wordt deze blow-off gebruikt om bijvoorbeeld een generator aan te drijven zodat er geen aardgas naar de atmosfeer wordt afgeblazen.

Om LNG te kunnen gebruiken moet het eerst verdampt worden waarbij het naar gasvormig aardgas wordt omgezet. Er zijn twee type motoren die op LNG kunnen draaien.  

In bijvoorbeeld WKK installaties wordt met gasmotoren gewerkt. Deze motoren hebben een bougie-ontsteking. Voordeel is dat deze motoren volledig op gas zijn afgestemd qua compressie, ontsteking, kleptiming etc. Nadeel is dat deze motoren in de regel een slechter dynamisch gedrag vertonen.

Het is ook mogelijk een dieselmotor om te bouwen naar een dual-fuel motor. Bij deze motoren wordt het aardgas vóór de turbo in de verbrandingslucht ingespoten. Om het gas/lucht mengsel te ontsteken wordt er een geringe hoeveelheid diesel in de verbrandingsruimte ingespoten. In de regel draaien deze motoren op 5 tot 20% diesel en 80-95% aardgas. 

De emissie van NOx en fijnstof ligt bij een gasmotor en een dual-fuel motor een stuk lager dan bij een 100% diesel motor. Er word echter nog steeds NOx en fijnstof uitgestoten. Afhankelijk van de motor, de toepassing en de geldende regelgeving kan het nodig zijn dat voor toekomstige regelgeving er nog steeds een SCR en/of roetfiltersysteem nodig zal zijn. 

Een hybride aandrijving van een schip kenmerkt zich doordat er een combinatie wordt gemaakt tussen een conventionele directe aandrijving en een elektrische aandrijving. De schroefas wordt hierbij in de basis direct aangedreven door een voorstuwingsmotor. Daarnaast wordt de voorstuwingsmotor ondersteund door een elektrische motor die direct op de schroefas wordt geplaatst ofwel via een tandwielkast wordt gekoppeld. De elektrische motor dient weer te worden gevoed door een generator. Afhankelijk van het gevraagde schroefasvermogen wordt de schroefas met de elektromotor/generator, met de hoofdmotoren of met beide motoren aangedreven. Hierbij worden de ingeschakelde motoren gunstig (lees: boven de 50%) belast en wordt voorkomen dat er motoren onderin het belastinggebied draaien, waar zij het meest vervuilend zijn en relatief meer brandstof verbruiken.

Omdat in het traject generator naar elektromotor energie verloren gaat dient voor hybride-aandrijving het belastings- of vaarprofiel goed te worden geanalyseerd. In het algemeen kan gezegd worden dat deze methode vooral effectief is wanneer er grote verschillen zitten tussen normale belasting en piekbelasting. Sleepboten en rondvaartboten zijn hiervan voorbeelden.

Er zijn ook combinaties te maken met een accu-pakket om piekbelastingen op te vangen (peak-shaving). Daardoor kan er een kleinere generator geselecteerd worden en kan er kortstondig volledig elektrisch gevaren worden.  

Omdat de relatieve motorbelasting van de ingeschakelde motoren hoog is, is dit gunstig voor de combinatie met nageschakelde technieken. Vaak is hierdoor op de generator geen actieve regeneratie van de roetfilters nodig.

Bij dieselelektrische aandrijving wordt de schroefas alleen door een elektromotor aangedreven. Het benodigde elektrische vermogen wordt met twee of meer generatoren opgewekt die afhankelijk van de vermogensvraag ingeschakeld worden.  

Omdat in het traject van generator naar elektromotor energie verloren gaat dient voor deze wijze van aandrijving het belastings- of vaarprofiel goed te worden geanalyseerd. In het algemeen kan gezegd worden dat deze methode vooral effectief is wanneer er grote verschillen zitten tussen de normale belasting en piekbelasting. Sleepboten en rondvaartboten zijn hiervan voorbeelden.

Er zijn ook combinaties te maken met een accu-pakket om piekbelastingen op te vangen (peak-shaving). Daardoor kan er met een kleinere generator geselecteerd worden en er kan tijdelijk volledig elektrisch gevaren worden.  

Omdat de relatieve motorbelasting van de ingeschakelde motoren hoog is, is dit gunstig voor de combinatie met nageschakelde technieken. Vaak is hierdoor op de generatoren geen actieve regeneratie van roetfilters nodig. 

Solfic biedt de mogelijkheid om bijvoorbeeld twee generatoren (< 600 kW) op één MPAT systeem aan te sluiten. Dit spaart kosten en ruimte.

Solfic levert diverse soorten Roetfilter en Katalysator systemen. Onze kracht zit in het slim combineren van beide systemen waarbij ook de geluidsreductie niet vergeten wordt. Zo leveren wij SCR-katalysatoren met geïntegreerde geluidsdemping van 35 of 45 dB(A). Ook onze MPAT systemen zijn zo ontworpen dat zij een dempingswaarde hebben die tussen de 40 en 45 dB(A) ligt. Roetfilter en katalysatoren hebben van nature al een redelijk hoge geluidsdemping. De demping ligt echter vooral in het midden en hogere frequentiespectrum. Om voldoende demping te bereiken op de (lagere) ontsteekfrequentie en de zogenoemde eerste harmonische is de reactorbehuizing op specifieke wijze ontworpen. Geluidsdemping van lagere frequenties kost echter altijd volume. 

Wij leveren ook systemen die vanwege hun compactheid een lagere dempingswaarde hebben. Deze worden dan gecombineerd met een nat uitlaatsysteem of een standaard na-demper. 

Bij demper-vervangende systemen zoals het Solfic MPAT systeem is de lengte van het systeem niet of weinig groter dan een reguliere geluidsdemper. Omdat de behuizing rechthoekig is uitgevoerd is het totale uitwendige oppervlak echter groter. Bij een refit project zal bij een identiek isolatiemateriaal de warmteafgifte daarom toenemen. Wanneer met de huidige demper de machinekamerventilatie net toereikend is adviseren wij een thermische isolatie met een hogere isolatiewaarde. Het type isolatie en de isolatiewaarde kunnen wij in overleg met u bepalen.

Solfic heeft een uniek Multi Engine Valve (MEV) systeem ontwikkeld waarmee twee of meer motoren op één MPAT uitlaatgasnabehandelingssysteem kunnen worden aangesloten. Dit systeem zorgt ervoor dat op veilige wijze de uitlaatgasleiding van een uitgeschakelde motor wordt afgesloten om te voorkomen dat er uitlaatgassen van de draaiende motor kunnen terugstromen. Het systeem is vooral interessant bij motoren met een vermogen beneden de 600 kW per stuk, bijvoorbeeld bij dieselelektrische aandrijvingen. Het combineren van meerdere motoren op één MPAT systeem scheelt ruimte en kosten. Ook is het mogelijk om bij een binnenvaartschip de generator op het systeem aan te sluiten. U heeft dan geen last meer van de roet van de generator en u vaart volledig groen.

Er zijn intussen meerdere schepen met dit systeem uitgerust. Wij adviseren u graag of deze oplossing voor u interessant is.

Stikstofoxiden ontstaan door verbranding of oxidatie van het in de lucht aanwezige stikstof. Onze omgevingslucht bestaat voor 79% uit stikstof. Bij zeer hoge temperaturen reageert stikstof (N₂) met zuurstof (O2) en ontstaan stikstofmonoxide NO en stikstofdioxide NO₂. Deze twee moleculen samen worden NOx genoemd. In een verbrandingsmotor zijn de temperaturen zodanig hoog dat er NOx gevormd wordt. Hierbij wordt voornamelijk NO gevormd (tussen de 95 en 98%) en in mindere mate NO₂ (2-5%). In de atmosfeer wordt een groot deel van de NO alsnog omgezet in NO₂ en ontstaat onder invloed van zonlicht een complexe balans met koolwaterstoffen, zuurstof en ozon. Al deze stoffen tezamen zijn de veroorzakers van de beruchte “smog”. In combinatie met water kunnen er tevens zuren worden gevormd wat dan weer leidt tot “zure regen”. Bij inademing kan schade aan het menselijk lichaam ontstaan, met name aan de luchtwegen.

Op advies van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) is er door de overheid limiet gesteld voor de toelaatbare NO₂ waarden in de omgeving. In het dichtbevolkte Nederland vormt de transportsector een belangrijke schakel in de economie. Samen met de uitstoot van andere bronnen zoals de industrie leidt dit er toe dat op veel plaatsen de omgevingswaarden dicht bij deze limiet zitten, of er soms zelfs overheen gaan. Dit is de reden dat de Nederlands overheid maatregelen ondersteunt om de NOx uitstoot te verminderen.

Een SCR DeNox systeem is de meest effectieve methode om NOx te reduceren. Reducties tot boven de 95% zijn mogelijk. Dit is meestal meer dan de regelgeving vraagt.

Een SCR systeem reduceert schadelijke stikstofoxiden (NOx) met behulp van ammoniak (NH3) en een katalysator. De term SCR staat voor Selective Catalytic Reduction, wat betekent dat onder invloed van het katalysatormateriaal de ammoniak alleen met de stikstofoxiden reageert en dus niet met andere stoffen in de uitlaatgassen. 

Het SCR proces is complex. Zo zijn er meerdere reacties die uiteindelijk allen resulteren dat het schadelijke NOx wordt omgezet in onschadelijk stikstof (N2) en water (H2O).

Standaard SCR reactie 

Snelle SCR reactie

Wanneer er voor een SCR katalysator een oxidatiekatalysator wordt geplaatst wordt een deel van de NO in NO₂ omgezet. Deze NO + NO₂ zorgt voor een extra snelle reactie met NH3 die al bij lage temperatuur optreedt. Bij een te hoge omzetting van NO naar NO₂ is er zou er meer ureum nodig zijn om de NOx te reduceren. In Solfic systemen is de concentratie NO₂ echter altijd lager dan de NO concentratie zodat er nooit meer dan de noodzakelijke hoeveelheid ureum benodigd is.

Voor de SCR DeNox systemen die wij toepassen wordt een ureum-oplossing in de hete uitlaatgassen geïnjecteerd. Ureum is een verbinding tussen koolstof en ammonia. De chemische samenstelling is CO(NH₂)₂

Boven de 200°C komt de gebonden ammoniak vrij. Deze ammoniak wordt gebruikt voor de reductie van de schadelijke stikstofoxiden.

Ureum is ook bekend als basisstof voor bijvoorbeeld kunstmest. Ook komt het van nature bijvoorbeeld in urine voor. De ureum die in SCR systemen gebruikt wordt is opgelost in water. Een gangbare oplossing is 32,5% ureum in water. Onder de bekende merknaam Adblue wordt deze oplossing voor wegtransport gebruikt. De reden hiervoor is dat deze oplossing het laagste vriespunt heeft, namelijk -11°C. Bij deze temperatuur kristalliseert het ureum en kunnen verstoppingen in de injectoren en leidingen ontstaan.

Een andere benaming voor de 32,5% oplossing is ook wel AUS32 of DEF (Diesel Emission Fluid)

In de industrie en zeevaart is een oplossing van 40% gangbaar. Het voordeel hiervan is dat er minder water getransporteerd hoeft te worden voor dezelfde hoeveelheid ureum. Het is wel belangrijk dat de opslagtank niet onder het vries- of kristallisatiepunt van 0°C komt.

Solfic SCR systemen functioneren met zowel een 32,5 als 40% ureum oplossing.

Ureum molecuul in 3D weergave en als chemische formule 

Een ureumoplossing heeft geen bijzondere gevarenclassificatie. Als vloeistof is het helder en te vergelijken met een zoutoplossing. Het ruikt licht naar ammoniak. Wel is het licht corrosief en het wordt aangeraden passende beschermingsmaatregelen te treffen. Voor meer informatie verwijzen we naar de productinformatie van de diverse leveranciers van ureum. 

Ureum dient te worden opgeslagen boven de -11°C (bij 32,5% oplossing) of boven de 0°C (40% oplossing). Indien er twijfel is over deze temperatuur (bijvoorbeeld bij installatie van de tank op het dek) dan kan een verwarmingselement in de tank worden gemonteerd.

Tevens dient de opslagtemperatuur niet te hoog te zijn. Bij hogere temperaturen “veroudert” het ureum en wordt zogenaamd biuret gevormd, een samensmelting van twee ureummoleculen. Het algemeen advies is om ureum beneden de 30°C op te slaan. Het is overigens niet zo dat er direct problemen ontstaan bij hogere temperaturen. Echter boven de 40 - 50°C veroudert de ureumoplossing steeds sneller. Hierbij verwijzen we ook naar de productinformatie van de diverse leveranciers.

Indien er geen afname plaatsvindt is het niet aan te bevelen ureum langer dan een half jaar in de tank te laten zitten. Zeker in een stilstaande tank kan het ureum “uitzakken” waardoor de ureumconcentratie op de bodem van de tank hoger wordt dan bovenin. De SCR systemen van Solfic gebruiken een pomp met een aanvoer- en retourleiding. Hierdoor wordt er tijdens bedrijf continu ureum rondgepompt. Door de circulatie in de tank wordt tijdens bedrijf van het SCR systeem het uitzakken van ureum in de tank hiermee voorkomen, ook als er minder frequent gebunkerd wordt.

Een Solfic SCR systeem heeft geen buffer- of dagtank nodig omdat de pompunit voldoende druk levert om een grote afstand te overbruggen. Hierdoor kan er direct uit de bunkertank ureum aangezogen worden.

Ureum is tegenwoordig bij de meeste bunkerstations verkrijgbaar. Daarnaast kan het op bestelling met een vrachtwagen aangeleverd worden. Ook is het in IBC container of jerrycan leverbaar.

Ureum is licht corrosief. Het moet daarom opgeslagen worden in een RVS of kunststof tank. Ook het leidingwerk zal uit RVS of een geschikte kunststof moeten worden uitgevoerd.

Verder is het mogelijk om een bestaande stalen tank van een speciale epoxy coating te voorzien. De tank moet hierbij als een drinkwatertank worden voor-behandeld. Tevens is periodieke inspectie van de coating nodig zodat er tijdig kan worden ingegrepen zodra er scheurtjes ontstaan. Indien er een loze tank in de machinekamer beschikbaar is kan deze optie gunstig zijn omdat zo een extra losse tank voorkomen wordt.

Er zijn vele type katalysatoren. De gangbare SCR katalysatoren bestaan uit een combinatie van titaanoxide met een zeer kleine hoeveelheid gebonden vanadiumoxide als actieve stof. Binnen deze groep zijn er vele variaties. Zo zijn er vol-extrudaat katalysatoren. Deze bestaan volledig uit actief keramisch materiaal. En er zijn katalysatoren met metaalsubstraat als basis. Daarnaast zijn er thermisch-gestabiliseerde varianten die weer op hogere temperaturen kunnen worden toegepast. Elke keuze heeft zijn keerzijde. Katalysatoren die voor lage temperaturen geschikt zijn geven een slechtere NOx reductie bij hoge temperuren en andersom. De standaard SCR katalysatoren die wij voor EN590 brandstof in de binnenvaart toepassen, voldoen in het temperatuurgebied tussen de 220 en 520 °C.

Een katalysator versnelt een bepaalde chemische reactie zonder dat het katalysatormateriaal zelf verbruikt wordt. Theoretisch zou een katalysator dus oneindig lang mee moeten gaan. Het oppervlakte van de katalysator is, als je dit onder een microscoop bekijkt, erg poreus. De NOx en de ammoniak moleculen stromen als het ware door dit sponsachtige oppervlak heen en reageren daar met elkaar. Nu is het echter zo dat onder invloed van temperatuur en verontreinigingen in de uitlaatgassen de katalysator verouderd. In feite raakt de spons verstopt en wordt het oppervlakte steeds gladder. De activiteit neemt dus af. De katalysatoren die Solfic gebruikt zijn geschikt voor langdurig gebruik en hebben een veel langere levensduur dan in bijvoorbeeld het wegtransport. Wij vertellen u graag meer over de verwachte levensduur van de katalysatoren.

Een Solfic SCR systeem is ontworpen om vele jaren mee te gaan en heeft weinig onderhoud nodig. Alle componenten kunnen afzonderlijk vervangen of, indien nodig, gereviseerd worden. Wij vertellen u graag meer over de verwachte onderhoudskosten.

Roet, ook wel aangeduid als fijnstof, is een verzameling van koolstofdeeltjes, koolwaterstoffen, asresten vanuit de smeerolie, brandstof en slijtagedeeltjes vanuit de motor. Afhankelijk van de grootte van deze deeltjes dringen deze deeltjes bij inademing in de longen door, en zeer kleine deeltjes zelfs tot in de bloedbaan. De zeer kleine deeltjes zijn daarom het schadelijkst. 

Roet wordt gedefinieerd als PM10. Dit wil zeggen dat grootte van de gemeten gemiddelde roetdeeltjes 10 micrometer is. Tegenwoordig zie je ook de term PM2.5 waarbij gekeken wordt naar de roetdeeltjes van 2.5 micrometer. Zoals bij Euro 6 vrachtwagens het geval is zal ook bij de Stage V voor binnenvaartmotoren er een limiet komen op het deeltjes-aantal.  Hiermee wordt dus een limiet gezet op de zeer kleine deeltjes die weinig massa hebben, maar wel schadelijk zijn.

Roetsamenstelling (Bron: Twigg & Phillips 2009)

De op deze website vermelde Solfic roetfiltersystemen maken gebruik van hoogwaardige en robuuste Silicium Carbide filterelementen. Deze elementen bestaan uit een poreus keramisch materiaal waarbij de kanaaltjes om-en-om aan één zijde zijn afgedicht. Op deze wijze wordt een zeer goede filtering van de uitlaatgassen verkregen. In de kanaaltjes wordt een dun laagje afgezet dat bestaat uit roet en as. Dit dunne laagje zorgt voor de uiteindelijke fijne filtering van de roetdeeltjes. 

De as is afkomstig uit de brandstof en smeerolie en blijft achter in de kanaaltjes terwijl de roet verbrandt. Dit proces wordt regenereren genoemd.

Er zijn twee methodes om de in het filter opgeslagen roet te regenereren:

De eerste methode is de combinatie van oxidatie katalysator (DOC) te combineren met een niet-gecoat roetfilter. Deze methode wordt zeer veel in de automobielindustrie en het wegtransport toegepast. De oxidatiekatalysator is voorzien van edelmetaal zoals platina of palladium en zet een deel van de stikstofmonoxide (NO) die zich in de uitlaatgassen bevindt om in stikstofdioxide (NO₂). Deze stikstofdioxide wordt normaliter pas in de atmosfeer gevormd. De stikstofdioxide is een reactieve stof die de in het roetfilter opgeslagen roet (koolstof en koolwaterstoffen) oxideert (verbrandt) tot kooldioxide (CO₂) en water (H₂O). Het ontwerp van de oxidatiekatalysator dient zorgvuldig op de motor te worden afgestemd om te voorkomen dat er zich teveel stikstofdioxide vormt. Dit kan in bepaalde situaties leiden tot een geel/bruine verkleuring van de uitlaatgassen. Om die reden wordt deze methode van regeneratie meestal gecombineerd met een SCR systeem om de overtollige stikstofoxiden te reduceren. 

Een groot voordeel van deze methode is dat de regeneratie van de roetfilters reeds bij lage temperaturen plaatsvindt (tussen 250-400°C) en als het ware continu regenereren. Een belangrijk pluspunt is dat de vervangings- en exploitatiekosten beduidend lager dan bij de tweede methode.

Een beperking is dat de oxidatiekatalysator alleen toegepast kan worden met ultra-laagzwavelige brandstof zoals EN590. Bij zwavelhoudende brandstof zoals DMA of DMX zou de oxidatiekatalysator voortijdig zijn werking verliezen doordat de zwavel zich aan het edelmetaal hecht.

Chemische reacties NO₂ regeneratie roetfilter

De tweede methode voor het regenereren van de roetfilters is door de roetfilters te voorzien van een katalytisch laagje of coating. Dit laagje zorgt voor een verlaging van de oxidatie- of verbrandingstemperatuur van het in het filter opgeslagen roet. Zonder deze coating zou roet pas vanaf circa 600°C verbranden. Met het katalytische “hulpje” kan de oxidatietemperatuur tot circa 350 - 400°C worden verlaagd. Omdat deze temperatuur hoger ligt dan bij de eerste methode is in de meeste gevallen een vorm van actieve regeneratie nodig waarbij periodiek de temperatuur van de uitlaatgassen met een brander of elektrisch verwarmingselement tot boven de 500°C wordt verhoogd.   

Voordeel van deze methode is dat bepaalde types gecoate roetfilters (cDPF genoemd) redelijk bestand zijn tegen zwavel. De hoge regeneratietemperaturen zorgen er tevens voor dat de zwavel oxideert en niet in het filter achterblijft.

Een nadeel is dat de coating relatief snel verouderd en uiteindelijk de complete roetfilters zullen moeten worden vervangen. Naast het gegeven dat er frequenter actief en op een hogere temperatuur geregenereerd moet worden zijn de exploitatiekosten bij deze methode hoger dat bij de eerste methode. 

Chemische reacties O₂ regeneratie roetfilter 

Roetfilters zijn zeer effectief. Het roetfilter zelf filtert meer dan 97% van het roetdeeltjes uit de uitlaatgassen. Omdat er altijd een geringe interne lekkage is tussen de roetfilterblokken houden wij een praktische reductie aan van 95%. Interessant om te weten is dat een nieuw roetfilter slechts een filtratiegraad heeft van circa 50%. Na een aantal uren vormt zich een dun laagje aan de binnenkant van het filter dat bestaat uit as- en roet, de zogenaamde “soot cake” Dit dunne laagje zorgt voor de feitelijke filtratie van de kleinste roetdeeltjes. Afhankelijk van de regeneratiemethode duurt het acht tot wel veertig uur totdat de maximale filtratie bereikt is. Om die reden dienen roetmetingen nooit direct na plaatsing van nieuwe filters te worden uitgevoerd. 

Indien er een oxidatiekatalysator is gemonteerd worden de koolwaterstoffen en koolmonoxide tot 90% gereduceerd. De bekende diesellucht is daarmee verdwenen.

 Doorsnede kanaaltje in roetfilter met asbelading en sootcake (Bron. www.cchem.ch)

Zoals in het vorige onderwerp besproken is de levensduur afhankelijk van het type roetfilter. Roetfilters die voorzien zijn van een katalytische coating gaan beduidend minder lang mee dan filters zonder deze coating.

De levensduur van een katalytisch gecoat roetfilter wordt beïnvloed door de brandstofkwaliteit, (zwavelgehalte), smeeroliekwaliteit, uitlaatgastemperatuur, regeneratietemperatuur en mechanische schade tijdens onderhoud (spoelen). Afhankelijk van uw motor brengen wij graag advies uit over de te verwachten levensduur.

Bij een niet-gecoat filter is de invloed van brandstof- en smeeroliekwaliteit minder. Verder is het filter niet gevoelig voor uitlaatgastemperatuur en regeneratietemperatuur. Voor EN590 binnenvaarttoepassingen ligt de verwachte levensduur boven de 40.000 uur.

In een goed werkend roetfiltersysteem wordt de opgeslagen roet automatisch “verbrand”. De uit de smeerolie en brandstof afkomstige asresten blijven echter achter. Hierdoor neemt de tegendruk in het filter langzaam toe. Wanneer de maximale tegendruk te hoog wordt dienen de roetfilters te worden gereinigd. Afhankelijke van de combinatie tussen motor en roetfilter kan met een spoelinterval tussen de 5000 en 8000 uur gerekend worden. Bij toepassingen met weinig draaiuren kan uit oogpunt van kosten- en volumebesparing een korter interval worden aangehouden.

Niet-katalytisch gecoate roetfilters kunnen aan boord met een speciaal hulpstuk met water en perslucht gespoeld worden en direct teruggeplaatst worden. Bij dubbelschroevers kan dit eventueel tijdens de vaart plaatsvinden, mits het systeem dat gereinigd moet worden voldoende afgekoeld is. De achtergebleven as kan als “bouwafval” worden afgevoerd.

Katalytisch gecoate filters worden op een externe locatie met speciale apparatuur gereinigd. 

Asopbouw in roetfilter (Bron: Dieselnet) 

Een oxidatie katalysator of Diesel Oxidation Catalyst (DOC) is vervaardigd uit zeer dunne gegolfde laagjes roestvaststaal met daarop een zeer dun laagje met deeltjes edelmetaal zoals Platina en/of Palladium.  

Dit edelmetaal zorgt voor verlaging van de oxidatie (=verbranding) temperatuur van koolwaterstoffen (CH) en koolmonoxide (CO). De diesellucht en vette roet verdwijnt hierdoor. Een oxidatiekatalysator wordt actief vanaf circa 200°C.

Daarnaast zal een deel van het in de uitlaatgassen aanwezige stikstofmonoxide (NO) worden geoxideerd naar stikstofdioxide. Deze laatste stof kan worden gebruikt om de in het roetfilter opgeslagen roet te oxideren (verbranden) naar kooldioxide. Daarnaast zorgt een juiste balans tussen NO en NO2 voor een snelle en zeer hoge NOx omzetting bij relatief lage temperaturen.

In de juiste match tussen DOC en motor zit het “geheim van de smid”. Solfic heeft een jarenlange ervaring met de juiste afstemming hiervan op onze proefstand en in de praktijk. 

Principe oxidatiekatalysator 

De brandersystemen van Solfic zijn resultaat van een jarenlange ontwikkeling en ervaring. De brander en het besturingssysteem zijn goedgekeurd door Lloyd’s Register en zijn maximaal veilig.

Het brandstofverbruik is ook hier weer afhankelijk van het regeneratiesysteem. Bij een roetfilter met voorgeschakelde oxidatiekatalysator zal de brander alleen bij zeer lage motor belastingen inschakelen en is het brandstofverbruik nihil ten opzichte van het verbruik van de motoren. In de praktijk ligt hierbij het extra brandstofverbruik tussen de 0,1 en 0,2% van het totaal.

Bij katalytisch gecoate filters is meestal een frequentere inschakeling nodig en ligt de regeneratietemperatuur hoger. Tevens is de brandtijd langer. Het extra brandstofverbruik kan hierbij oplopen tot 3% bij "vuile" en laag belaste motoren.

Voor de regeneratie van het roetfilter is temperatuur nodig (zie “Hoe werkt een roetfilter”)

Voor binnenvaartsystemen met een voorgeschakelde oxidatiekatalysator is er geen brander nodig wanneer er met voldoende motorbelasting gevaren wordt. Vaart u echter vaak op de kanalen of havengebieden, dan zal een brander nodig zijn. Indien u veel op de grote rivieren vaart zal de motor regelmatig voldoende belast worden en is een brander dus niet altijd nodig. Solfic adviseert u hier graag. Alle Solfic roetfiltersystemen zijn sowieso voorbereid voor een eventuele latere montage van een brandersysteem.

Bij katalytisch gecoate roetfilters (regeneratie door zuurstofoxidatie) is een hogere temperatuur nodig voor de regeneratie van het roetfilter. Tenzij de motor bijna continu hoog belast wordt is hier altijd een brandersysteem nodig.

Mid-speed motoren kunnen in de regel minder tegendruk aan dan een high-speed motor. Omdat het de grootte van een roetfiltersysteem sterk bepaald wordt door de beschikbare tegendruk houdt dit in dat bij een mid-speed motor een roetfilter systeem groter uitvalt dan bij een high-speed motor. Praktisch gezien wordt de installatie dan vaak te groot en te kostbaar. Maar het is dus wel mogelijk.