Zijn waterstofverbrandingsmotoren eindelijk ultrazuiver?

Het probleem met verbrandingsmotoren zijn de schadelijke uitlaatgassen. Maar wetenschappers van de Universiteit van Riverside hebben nu een baanbrekende, simpele oplossing gevonden die de uitstoot van stikstofoxiden volledig naar nul brengt. Is dit de toekomst?

Al jaren draait het bij verbrandingsmotoren om het terugdringen van vervuiling. Sinds de invoering van de Euronormen zijn de emissie-eisen steeds strenger geworden, wat het voor de industrie soms lastig maakt om eraan te beantwoorden. Deze normen maken onze moderne auto's duurder door de benodigde technologieën zoals katalysatoren, NOx-filters, roetfilters en EGR-kleppen, al is dit vanuit het oogpunt van volksgezondheid perfect te verdedigen. Naast CO₂, dat bijdraagt aan de opwarming van de aarde, veroorzaakt luchtvervuiling veel sterfgevallen door ademhalingsproblemen en hart- en vaatziekten. Dat kan niemand ontkennen.

Terwijl Europa de elektrische auto op batterijen als (bijna) de enige oplossing voor een koolstofarme toekomst ziet, denken veel specialisten en fabrikanten daar anders over. Zij geloven in een toekomst voor de waterstofmotor, niet via een brandstofcel, maar op basis van het huidige model van de verbrandingsmotor. Hierbij wordt waterstof direct in de cilinders geïnjecteerd, net als bij een benzine- of dieselmotor.

Voordelen

Het idee van een waterstofinjectiemotor is niet nieuw en stamt al uit de jaren 70. Het voordeel van waterstofverbranding in plaats van benzine of diesel ligt in de stoichiometrische eigenschappen van waterstof, die mengverhoudingen tussen 4 en 75% van het luchtvolume toestaat. Hierdoor verbrandt waterstof zeer snel en efficiënt, vooral in ‘magere' mengsels (met een overschot aan zuurstof) die de productie van stikstofoxiden (NOx) beperken. Kortom, waterstof biedt een schonere verbranding en levert meer vermogen op.

Door de hoge verbrandsnelheid van waterstof (enkele honderden meters per seconde) moesten ontwikkelaars een manier vinden om terugstroming in het spruitstuk en zelfontbranding te voorkomen. Daarom wordt nu directe injectie onder hoge druk toegepast, waarbij waterstof tijdens de hele compressiefase wordt geïnjecteerd. Dat is de kern van de technologie.

Straks nieuwe motoren?

Het voordeel van waterstofmotoren gebaseerd op de verbrandingsmotor is dat ze goedkoper achteraf kunnen worden ingebouwd dan een elektrische retrofit met batterij of brandstofcel. Een ander voordeel is de aanzienlijk lagere uitstoot. Maar er is een kanttekening: hoewel waterstofinjectiemotoren geen koolstof uitstoten, produceren ze wel behoorlijk veel stikstofoxiden. Er zijn katalysatoren om deze op te vangen, maar hun effectiviteit blijft voorlopig beperkt.

Tot nu toe was dit een probleem, maar een team onder leiding van professor Fudong Liu van de Universiteit van Riverside in Californië heeft ontdekt dat het toevoegen van Y-zeolieten aan platina in katalysatorfilters NOx aanzienlijk kan verminderen. Zeolieten zetten namelijk NOx om in onschadelijke stikstof en waterdamp. Wat is een zeoliet? Dit microporeuze aluminosilicaatmineraal bevat kationen en watermoleculen, wat ionenuitwisseling en omkeerbare, gedeeltelijke dehydratie mogelijk maakt. In dit geval kan het water worden vervangen door NOx, dat vervolgens geneutraliseerd wordt.

Het onderzoek van de onderzoekers is interessant omdat het aantoont dat, in vergelijking met een traditionele katalysator, de hoeveelheid uitgestoten stikstofoxiden met factor vier of vijf werd verminderd dankzij de toevoeging van dit zeoliet. En het goede nieuws is dat dit nieuwe systeem om vervuiling tegen te gaan niet onbetaalbaar duur zal zijn, want zeoliet is goedkoop. Er is dus goede hoop dat deze katalysatoren, zodra de patentaanvraag is ingediend, snel commerciële toepassingen zullen vinden. En dat de waterstofinjectiemotor echt van de grond zal komen.

Bron www.gocar.be