Biobränsleoptimerad oxidationskatalys för framtidens avgasefterbehandling

Transkript

1 Biobränsleoptimerad oxidationskatalys för framtidens avgasefterbehandling September 2013 hösten 2017 FFI Energi och miljö, stödsumma: 6,55 MSEK KTH ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY

2 Agenda Bakgrund Projektets mål Metodik Uppnådda framsteg och resultat JONAS GRANESTRAND 2

3 Drivmedel förr JONAS GRANESTRAND 3

4 Drivmedel i framtiden JONAS GRANESTRAND 4

5 Hur kan bränslesubstitution påverka oxidationskatalysatorn? DOC:n kommer närmast efter motorn Utsätts för obehandlade, smutsiga, avgaser Påverkar komponenter downstream Förändrad avgassammansättning Spårämnen i avgaserna som kan förgifta katalysatorn FAME innehåller höga halter av K, Na, P Andra kolväten i avgaserna (än vid dieseldrift) kan påverka prestanda Annan light-off för själva kolvätet Konkurrerande adsorption mellan olika reaktanter JONAS GRANESTRAND 5

6 Tre huvudområden att förstå Bränslen Katalytiska material Hur hänger de samman? Gifter JONAS GRANESTRAND 6

7 Bränslen Diesel Biodiesel/FAME FT-diesel ED95 DME Biogas HVO Produktionsprocesser Kinetik Katalytisk aktivitet Temperatur Avgassammansättning Hysteres Avgassammansättning Katalytiska material Olika aktiva metaller Olika bärarmaterial Olika promotorer Karakterisering Deaktivering Termisk deaktivering Förgiftning Gifter Svavel Fosfor Alkalimetaller Kolväten JONAS GRANESTRAND 7

8 Projektets mål Sammanställning av gifter och inhibitorer i avgaser från olika bränslen Karta över avgaskomponenters förgiftningsindex, inklusive synergieffekter Identifiera strukturella faktorer hos katalysatormaterialet som påverkar reaktiviteten för konventionella Pt, Pd och PtPd-baserade katalysatorer Utveckling av alternativ katalysatorformulering optimerad för biodieseldrift JONAS GRANESTRAND 8

9 Olika metoder att accelerera kemisk åldring av katalysatorer Höj halten av gifter i bränsle eller olja som används i motor Mest realistiska metoden Kräver mer utrustning (en motor) Impregnera katalysatorn med gift Snabbaste och enklaste metoden Hög repeterbarhet Ger jämn fördelning av gift i washcoat. Inte så realistiskt Adsorption av gifter från aerosol i gasfas Gifterna måste diffundera genom washcoat Ger en mer realistisk ojämn fördelning av gift i washcoat JONAS GRANESTRAND 9

10 Åldringsrigg Samspelseffekter vid deaktivering av efterbehandlingskatalysatorer för biobränsledrift JONAS GRANESTRAND 12

11 Prestandarigg JONAS GRANESTRAND 13

12 Gasinjektionssystem NAP-XPS Analyskammare med reaktionscell Differentiell pumpning och analysator Tryck upp till 20 Torr möjliga I reaktioscellen Trycket vid elektronanalysatorn är Torr JONAS GRANESTRAND 14

13 Försök utförda med NAP-XPS NAP-XPS tillåter XPS-analys av en katalysator under det att reaktion fortgår Färsk Pt/Al 2 O 3 studerades under NO-oxidation Propenoxidation vakuum En av de första studierna med NAP-XPS med verklig katalysator Frågeställning: Påverkas oxidationstalet hos Pt under oxidationsreaktioner? JONAS GRANESTRAND 15

14 Varför vill vi veta oxidationstalet för Pt under reaktion? Tidigare studier har spekulerat i att omvänd hysteres vid oxidation av NO kan förklaras av att oxidationstalet ändras under reaktionen W. Hauptmann, M. Votsmeier, J. Gieshoff, A. Drochner, H. Vogel, Inverse hysteresis during the NO oxidation on Pt under lean conditions, Applied Catalysis B: Environmental 93 (2009) JONAS GRANESTRAND 16

15 Oxidationstal ändras under oxidation av NO Pt-topp skiftar till högre energi under reaktion Oxidationstal för Pt höjs Pt verkar oxideras av NO 2 /O 2? Förklaring till omvänd hysteres för oxidation av NO? JONAS GRANESTRAND 17

16 Al 2 O 3 under reaktion jämfört med vakuum Ingen förflyttning av topparna. Al 2 O 3 verkar inte interagera med reaktionsblandningen JONAS GRANESTRAND 18

17 Slutsatser av försök med NAP-XPS Ändringar av oxidationstal hos Pt observerades Toppar för stödmaterialet Al 2 O 3 var dock oförändrade Observerade ändringar hos Pt berodde ej på uppladdning Tidigare studier har spekulerat i att reversibla ändringar hos oxidationstalet i Pt under NO-oxidation påverkar aktiviteten. Dessa resultat verkar bekräfta detta Proof of concept: Ändringar av oxidationstal hos Pt kan observeras Framtida försök: Påverkas oxidation av Pt av gifter? Mer information: Presentation på Nordic Symposium on Catalysis juni JONAS GRANESTRAND 19

18 Tack Tack till Scania Energimyndigheten FFI Fordonsstrategisk Forskning och Innovation Princeton University National University of Singapore Romans fond JONAS GRANESTRAND 20