Karbamido panaudojimas dyzeliniuose varikliuose

Šiuolaikiniai aplinkosaugos teisės aktai nustato griežtas dyzelinio variklio išmetamosiose dujose išmetamų teršalų vertes. Tai verčia inžinierius ieškoti naujų sprendimų, kurie atitiktų standartus. Vienas iš jų buvo karbamido naudojimas dyzeliniam kurui SCR (selektyvaus katalizinio redukcijos) išmetamųjų dujų papildomo apdorojimo sistemoje. Daimler varikliai, naudojantys šią technologiją, vadinami Bluetec.

Kas yra SCR sistema

Euro 6 aplinkosaugos protokolas nuo 28 metų galioja 2015 ES šalyse. Pagal naują standartą dyzelinių automobilių gamintojams keliami griežti reikalavimai, nes dyzeliniai varikliai daro didžiulę žalą aplinkai ir žmonių sveikatai, į atmosferą išmesdami suodžių ir azoto oksidų.

Benzininio variklio išmetamosioms dujoms valyti pakanka naudoti trijų krypčių katalizatorių, o dyzeliniam varikliui reikalingas sudėtingesnis toksinių junginių išmetamosiose dujose neutralizavimo įrenginys. CO (anglies monoksido), CH (angliavandenilių) ir suodžių dalelių iš dyzelinio variklio išmetamųjų dujų valymo efektyvumas didėja esant aukštai degimo temperatūrai, o NOx, atvirkščiai, mažėja. Šios problemos sprendimas buvo SCR katalizatoriaus įvedimas į išmetimo sistemą, kuris naudoja dyzelino karbamidą kaip pagrindą toksiškiems azoto oksido (NOx) junginiams skaidyti.

Siekdami sumažinti kenksmingų emisijų kiekį, inžinieriai sukūrė specialią dyzelino valymo sistemą – Bluetec. Kompleksą sudaro trys išbaigtos sistemos, kurių kiekviena filtruoja toksiškus junginius ir skaido kenksmingus cheminius junginius:

• Katalizatorius – neutralizuoja CO ir CH.
• Kietųjų dalelių filtras – sulaiko suodžių daleles.
• SCR katalizinis konverteris – sumažina NOx emisiją naudojant karbamidą.

Pirmoji valymo sistema buvo panaudota Mercedes-Benz sunkvežimiuose ir lengvuosiuose automobiliuose. Šiandien daugelis gamintojų keičia savo transporto priemones į naują valymo sistemą ir naudoja karbamidą dyzeliniuose varikliuose, kad atitiktų griežtus aplinkosaugos kontrolės reikalavimus.

Techninis karbamidas AdBlue

Galutinis žinduolių metabolizmo produktas – karbamidas – žinomas nuo XIX a. Anglies rūgšties diomidas yra sintetinamas iš neorganinių junginių ir plačiai naudojamas žemės ūkyje. Automobilių pramonėje Adblue techninio skysčio tirpalas kaip veiklioji medžiaga nuodingų išmetamųjų dujų iš azoto oksidų valymui.

Adblue yra 40% karbamido ir 60% distiliuoto vandens. Kompozicija įpurškiama į SCR sistemą per purkštuką, per kurį praeina išmetamosios dujos. Vyksta skilimo reakcija, kurios metu azoto oksidas skyla į nekenksmingas azoto ir vandens molekules.

Techninis karbamidas dyzelinui – Adblue neturi nieko bendra su karbamido karbamidu, kuris naudojamas žemės ūkio pramonės sektoriuje ir farmakologijoje.

Edblue dyzeliniame variklyje

Skystų išmetamųjų dujų papildomo apdorojimo sistema arba SCR keitiklis yra uždara sistema, per kurią teka be suodžių dyzelino išmetamosios dujos. Adblue skystis pilamas į autonominį baką ir išmatuota doze įpurškiamas į išmetimo vamzdį prieš patenkant į keitiklį.

Sumaišytos dujos patenka į SCR neutralizavimo bloką, kur vyksta cheminė reakcija, suskaidant azoto oksidą karbamido amoniako sąskaita. Kartu su azoto oksidu amoniako molekulės suskaido jį į žmonėms ir aplinkai nekenksmingus komponentus.

Po pilno valymo ciklo į atmosferą išmetamas minimalus teršalų kiekis, emisijos parametras atitinka Euro-5 ir Euro-6 protokolus.

Dyzelino išmetamųjų dujų valymo sistemos veikimo principas

Visą dyzelinio variklio papildomo apdorojimo sistemą sudaro katalizatorius, kietųjų dalelių filtras ir SCR sistema. Valymo etapais principas:

1. Išmetamosios dujos patenka į katalizatorių ir kietųjų dalelių filtrą. Suodžiai filtruojami, sudeginamos kuro dalelės, pašalinamas anglies monoksidas ir angliavandeniliai.
2. Purkštukas naudojamas tam tikram AdBlue kiekiui įpurkšti į jungtį tarp dyzelino kietųjų dalelių filtro ir SCR katalizinio konverterio. Karbamido molekulės skyla į amoniaką ir izociano rūgštį.
3. Amoniakas jungiasi su azoto oksidu, kenksmingiausiu naudojamo dyzelinio kuro komponentu. Molekulės suskaidomos, todėl susidaro vanduo ir azotas. Į atmosferą išmetamos nekenksmingos išmetamosios dujos.

Dyzelino karbamido sudėtis

Nepaisant akivaizdaus dyzelinio variklio skysčio paprastumo, neįmanoma savarankiškai paruošti karbamido naudojant organines trąšas. Karbamido molekulės (NH2) 2CO formulė yra fiziškai bekvapis baltas kristalas, tirpus vandenyje ir poliniuose tirpikliuose (skystame amoniake, metanolyje, chloroforme ir kt.).

Europos rinkai skystis gaminamas kontroliuojant VDA (Vokietijos automobilių pramonės asociacija), kuri išduoda licencijas gamybos įmonėms, kurių dalis tiekia skysčius vidaus rinkai.

Rusijoje padirbinėjama su „AdBlue“ prekės ženklu daugiau nei 50 proc. Taigi, pirkdami karbamidą Rusijoje pagamintam dyzeliniam varikliui, turite vadovautis ženklu „ISO 22241-2-2009 atitiktis“.

Privalumai ir trūkumai

Karbamido naudojimo privalumai akivaizdūs – tik su šiuo reagentu SCR dyzelinio variklio išmetamųjų dujų apdorojimo sistema gali pilnai funkcionuoti ir atitikti Euro 6 standarto reikalavimus.

Be aplinkos apsaugos, karbamido valymo pranašumai yra šie:

• jo suvartojimas automobiliams yra tik 100 g 1000 km;
• SCR sistema integruota į šiuolaikines dyzelines transporto priemones;
• kai kuriose šalyse transporto priemonės naudojimo mokestis sumažinamas, jei įrengiama karbamido valymo sistema, ir negresia bauda.

Deja, sistema turi ir trūkumų:

• karbamido užšalimo temperatūra yra apie -11 °C;
• būtinybė reguliariai papildyti degalus;
• padidėja automobilio kaina;
• didelis kiekis netikro Adblue skysčio;
• padidėję reikalavimai degalų kokybei;
• brangus sistemos komponentų remontas.

Integruota karbamido šveitimo sistema, įmontuota į dyzelinius automobilius, išlieka vieninteliu būdu sumažinti toksines emisijas. Eksploatacijos sunkumai, didelės sunkvežimių reagentų kainos, prastos kokybės skystis ir dyzelinis kuras lemia, kad daugelis vairuotojų nusprendžia išjungti sistemą ir įdiegti emuliatorius.

Tačiau svarbu suprasti, kad karbamidas išlieka vienintele dyzelino chemine medžiaga, neleidžiančia į aplinką patekti azoto oksidui, kuris gali sukelti vėžį.