MANAGEMENTSAMENVATTING Zware dieselvoertuigen hebben relatief hoge NOx- en PM-emissies. De verstrenging van de Europese emissiereglementering moet leiden tot een vermindering van deze emissies voor nieuwe voertuigen en is bovendien de drijvende kracht achter de ontwikkeling van uitlaatgasnabehandelingstechnieken. Deze laatste kunnen ook bijdragen tot de vergroening van bestaande wagenparken via retrofit. In 2001 startte De Lijn met een demonstratieproject om de PM-emissies van bestaande bussen te reduceren. In een testfase werden 18 bussen uitgerust met een continu regenererende roetfilter (CRT). Een van deze bussen werd door Vito geëvalueerd in reëel verkeer in opdracht van Aminal. Deze evaluatie gebeurde in het kader van een ruimere studie ‘Wetenschappelijke beoordeling van roetnabehandelingssystemen voor voertuigen’. De CRT’s zorgen voor een aanzienlijke reductie van PM (>90%) maar hebben geen invloed op de NOx-emissies. NOx-emissies, welke o.a. bijdragen tot de vorming van fotochemische smog, blijven relatief hoog. In deze studie wordt daarom het gebruik van NOx-reducerende strategieën onderzocht. Bij de Lijn is beslist om enkele gecombineerde uitlaatgasnabehandelingstechnieken te testen die zowel NOx als PM reduceren. Twee systemen worden in het kader van deze studie geëvalueerd in reële omstandigheden. Dit rapport bevat de resultaten van het tweede systeem gemeten onder reële condities. Bij De Lijn is een Euro2 bus uitgerust met een gecombineerd Filter + SCR systeem van Clean Air Power. SCR staat voor Selective Catalytic Reduction en maakt gebruik van ammoniak uit ureum als reductans om NOx in de uitlaat om te zetten in N2. Metingen op deze bus zijn uitgevoerd met VOEMLaag (Vito’s op-de-weg Emissie- en energie meetsysteem voor Lage-emissievoertuigen). De performantie is gemeten op circuit over 3 cycli (Fige, SORT en DUBDC) en in reële omstandigheden (Lijn 77 in Gent). De gemeten reducties bedragen 59-62% voor CO, 90-93% voor KWS en 70-88% voor NOx. PM emissies worden slechts gereduceerd aan maximum 20%. Ammoniakconcentraties in de uitlaat zijn gemeten met een tunable diode laser, gemonteerd op een verlengde van de uitlaat. Gemeten ammoniakemissies bedragen gemiddeld 3-37 ppm over de testcycli en 7 ppm in reëel verkeer. Ammoniakpieken tot 265 ppm zijn gemeten. Het systeem is een prototype en wordt aangepast door de fabrikant om de prestaties te verbeteren. Bij de vergelijking van beide gemeten PM/NOx systemen presteert de eerst gemeten bus met CRT+SCR systeem beter. De NOx emissiereducties van 83-86% tegen 70-88% zijn hoger of gelijk bij gemiddelde NH3 emissies die met 5-12ppm wel licht hoger zijn dan 37ppm maar bij de Fige cyclus met 10 tegen 37ppm veel lager. De KWS reductie van 9798% tegen 90-93% en vooral de CO reductie van 89-93% tegen 59-62% is eveneens beter. Bus 1 heeft een deeltjesemissie beneden 0,02 g/km en reduceert daarbij meer dan 90% van zijn uitstoot. Bus 2 reduceert slechts maximum 20%. Beide systemen worden door hun fabrikanten geoptimaliseerd en tijdens opvolgmetingen geherëvalueerd.
INHOUD Managementsamenvatting .......................................................................................................1 Inhoud ......................................................................................................................................2 1 Inleiding ...........................................................................................................................3 2 Evaluatie van tweede PM/NOx uitlaatgas-nabehandelingstechniek bestaande uit Filter + SCR op een de Lijn bus in reëel verkeer ..............................................................................3 3 Vergelijking tussen beide PM/NOx uitlaatgas-nabehandelingstechnieken .....................4 Afkortingen ..............................................................................................................................7 APPENDIX A: Report on first measurement campaign on Euro 2 bus before retrofitting with Clean Air Power system APPENDIX B: Report on measurement campaign on Euro 2 bus retrofitted with Clean Air Power system
2
1
INLEIDING
Deze opdracht omvat een literatuurstudie en de experimentele evaluatie van 2 PM/NOxuitlaatgas-nabehandelingssystemen. In deze studie ligt de nadruk op het gebruik van SCR als NOx-reductiestrategie. De meeste Europese voertuigconstructeurs hebben besloten SCR aan te wenden om te voldoen aan de toekomstige emissiereglementering (Euro4/5). Dit rapport bevat de resultaten van Deel B van deze studie, met name de evaluatie op een bus van De Lijn van een tweede gecombineerde PM/NOx uitlaatgasnabehandelingstechniek in reële condities. Deel A van deze studie omvatte de literatuurstudie en de evaluatie van een eerste systeem op een De Lijn bus. In dit rapport wordt ook een vergelijking gemaakt tussen beide PM/NOx uitlaatgasnabehandelingstechnieken.
2
EVALUATIE VAN TWEEDE PM/NOX UITLAATGASNABEHANDELINGSTECHNIEK BESTAANDE UIT FILTER + SCR OP EEN DE LIJN BUS IN REËEL VERKEER
De emissies en het verbruik van de bus zijn gemeten voor en na retrofit. In eerste instantie wordt de bus gemeten voor ze uitgerust wordt met de nabehandelingstechniek om de basisemissies te kennen. Vervolgens wordt ze uitgerust en worden de emissie voor en na de nabehandelingstechniek simultaan gemeten. De gemeten emissies zijn CO, KWS, NOx, CO2 en PM. Gegeven het SCR systeem wordt eveneens NH3 gemeten. Daarnaast worden nog andere voertuig- en motorparameters gemeten en relevante parameters (vb. T) voor de goede werking van de nabehandelingstechniek. De gebruikte brandstof is zwavelarme diesel (< 50 ppm) die algemeen verkrijgbaar is in België. De emissies en het brandstofverbruik van de Euro 2 bus standaard en geretrofit met een Clean Air Power systeem bestaande uit een flow through deeltjesfilter en SCR zijn gemeten op circuit en in werkelijk verkeer. De gemeten reducties bedragen 59-62% voor CO, 9093% voor KWS en 70-88% voor NOx. PM emissies worden slechts gereduceerd aan maximum 20%. De ammoniakemissies bedragen gemiddeld 3 – 37 ppm over de testcycli en 7 ppm in reëel verkeer. Ammoniakpieken tot 265 ppm zijn gemeten. De fabrikant heeft ondertussen het systeem aangepast om de NOx efficiëntie te verbeteren en de ammoniakemissies te verlagen. De geplande opvolgmeting zal het systeem herevalueren. De uitlaatgastemperatuur werd gemeten voor en na en toonde aan dat -op één rit in Gent nahet temperatuursprofiel van deze toepassing voldoet aan de voorwaarden zoals door de fabrikant vooropgesteld. Een uitgebreid verslag van de eerste en tweede meetcampagne uitgevoerd op deze bus is toegevoegd in Appendix A en B. Beide rapporten zijn opgesteld in het Engels zodat ze ook door de buitenlandse leveranciers van het systeem begrepen worden.
3
3
VERGELIJKING TUSSEN BEIDE NABEHANDELINGSTECHNIEKEN
PM/NOX
UITLAATGAS-
Hieronder worden beide PM/NOx nabehandelingstechnieken aan elkaar vergeleken. Daar ze gemonteerd zijn op éénzelfde bustype en volgens dezelfde testcycli gemeten zijn, is dit goed mogelijk. Bus 1 is uitgerust met een ‘CRT+SCR’ van Eminox/Haldor Topsoe/Grundfos en Bus 2 met een flow through ‘Filter+SCR’ van Clean Air Power/Haldor Topsoe/Grundfos. De SCR van beide systemen is vergelijkbaar. De vergelijking naar emissies is gepresenteerd in Tabel 1 en 2 en in Figuren 1 tot 4. Bus 1 presteert beter over het grootste gedeelte. De NOx emissiereducties zijn hoger of gelijk bij NH3 emissies die wel licht hoger zijn maar bij de Fige cyclus veel lager. Bus 1 is in zijn NOx en NH3 emissies stabieler. De KWS reductie en vooral de CO reductie is eveneens beter. Tabel 1: Emissiereductie in % van Bus1 ‘CRT+SCR’ en Bus2 ‘Filter+SCR’ voor NOx, KWS, CO en PM gemeten over verschillende testcycli en in werkelijk verkeer (Gent, Lijn 77)
Bus1 / 2 NOx KWS CO PM
Fige
DUBDC
SORT
Lijn 77
85 / 88 98 / 90 89 / 59 >90 / <20
83 / 80 98 / 92 90 / 61 >90 / <20
84 / 70 98 / 91 93 / 59 >90 / <20
86 / 78 97 / 93 93 / 62 >90 / <20
NOx vergelijking 100 90
7,51- 0,88 6,43- 0,96
13,2- 1,8
13,5- 2,2 16,0- 3,2
80
NOx reductie (%)
14,8- 2,5
14,5- 4,1 14,6- 4,4
70 60
Bus 1 CRT+SCR Bus 2 Filter+SCR
50 40 30 20 10 0 Fige
DUBDC
SORT
Lijn 77
testcyclus
Figuur 2: NOx emissiereductie in % met bovenaan voor-na emissies in g/km van Bus1 ‘CRT+SCR’ en Bus2 ‘Filter+SCR’ gemeten over verschillende testcycli en in werkelijk verkeer (Gent, Lijn 77)
4
KWS vergelijking 120
100
0,553- 0,010
0,637- 0,016 0,332- 0,033
KWS reductie (%)
0,605- 0,015 0,573- 0,046
0,601- 0,016 0,699- 0,049
0,562- 0,051
80 Bus 1 CRT+SCR Bus 2 Filter+SCR
60
40
20
0 Fige
DUBDC
SORT
Lijn 77
testcyclus
Figuur 3: KWS emissiereductie in % met bovenaan voor-na emissies in g/km van Bus1 ‘CRT+SCR’ en Bus2 ‘Filter+SCR’ gemeten over verschillende testcycli en in werkelijk verkeer (Gent, Lijn 77)
CO vergelijking 100 90
0,86- 0,10
1,39- 0,10
1,60- 0,16
1,36- 0,10
CO reductie (%)
80 70 60
0,93- 0,38
1,47- 0,58
1,43- 0,58
1,53- 0,59
Bus 1 CRT+SCR Bus 2 Filter+SCR
50 40 30 20 10 0 Fige
DUBDC
SORT
Lijn 77
testcyclus
Figuur 4: CO emissiereductie in % met bovenaan voor-na emissies in g/km van Bus1 ‘CRT+SCR’ en Bus2 ‘Filter+SCR’ gemeten over verschillende testcycli en in werkelijk verkeer (Gent, Lijn 77)
5
Tabel 5: Gemiddelde NH3 emissie van Bus1 CRT+SCR en Bus2 Filter+SCR gemeten over verschillende testcycli en in werkelijk verkeer (Gent, Lijn 77)
Bus1 / 2 NH3 (ppm)
Fige
DUBDC
SORT
Lijn 77
10 / 37
9/5
5/3
12 / 7
NH3 vergelijking 40 35
NH3 (ppm)
30 25 Bus 1 CRT+SCR Bus 2 Filter+SCR
20 15 10 5 0 Fige
DUBDC
SORT
Lijn 77
testcyclus
Figuur 6: Gemiddelde NH3 emissie van Bus1 CRT+SCR en Bus2 Filter+SCR gemeten over verschillende testcycli en in werkelijk verkeer (Gent, Lijn 77)
De deeltjesemissie van beide bussen is zeer sterk verschillend. Bus 1 heeft een emissie beneden 0,02 g/km en reduceert daarbij meer dan 90% van zijn uitstoot. Bus 2 heeft een emissie van 0,20 tot 0,30 g/km en reduceert slechts maximum 20%. Dat is een erg lage waarde voor een deeltjesfilter. De vergelijking van de gemeten emissiereductiepercentages met de procentuele reductie van de EU emissiestandaarden van Euro 2 naar Euro 5 (ongeveer 60% voor CO en KWS, 70% voor NOx en 87% voor PM) geeft aan dat voor beide bussen m.b.t. de gasvormige emissies Euro 5 met deze technologie kan gehaald worden vertrekkend van een Euro 2 voertuig. Voor de deeltjesemissie geldt dit enkel voor bus 1. Het brandstofverbruik van beide bussen is tijdens de cycli op circuit duidelijk -met ruwweg 10%- toegenomen in vergelijking met hun standaardmeting. Dit is echter niet enkel te wijten aan de hogere uitlaatgastegendruk veroorzaakt door de nabehandeling maar ook aan het extra gewicht -van één ton: extra batterijen, extra meetsystemen en de nabehandeling zelfin de bussen tijdens de metingen met nabehandeling. Daarenboven is tussen beide metingen aan bus 1 de sturing van de versnellingsbak gewijzigd.
6
Bij de metingen in Gent is voor beide bussen geen significant verschil gemeten naar verbruik. De ritten met uitlaatgasnabehandeling zijn wel trager gereden als gevolg van drukker verkeer. De uitlaatgastegendruk tenslotte is bij de bussen gelijk. De maximale waarden liggen rond 130 hPa.
AFKORTINGEN CO : koolstofmonoxide CO2 : koolstofdioxide CRT : Continuous Regenerating Technology EU0 – EU5: Euro 0 – Euro 5 (Europese limieten voor uitlaatgasemissies van voertuigen) HD : Heavy Duty KWS : koolwaterstoffen NH3 : ammoniak NOx : stikstofoxiden (NO en NO2) PM : Particulate Matter (deeltjes) SCR : Selective Catalytic Reduction
7
