Aangezien het reductiepotentieel van motortechnologie alsmaar beperkter wordt, is men voor verdere verbeteringen genoodzaakt om in de uitlaat nog enkele zuiveringsprocessen in te voeren, die de uitlaatgassen opvangen en omzetten in onschadelijke gassen.

Deze processen noemt men end-of-pipe technologie: zij zijn van cruciaal belang geweest in het terugdringen van vervuilende emissies van voertuigen.

De katalysator

Om te voldoen aan de Euro-1 norm (1992), werd het noodzakelijk om achter de motor een zuivering van de uitlaatgassen in te lassen: de katalysator. De term katalysator betekent in feite een stof die een reactie gemakkelijker maakt, zonder zelf te reageren. De katalysatorpot bevindt zich tussen de motor en de uitlaat van de wagen. Hij is opgebouwd uit twee delen: de reductiekatalysator en de oxidatiekatalysator (zie figuur). Beiden bestaan uit een honingraatstructuur, waarvan het oppervlak bekleed is met katalysatormateriaal (platina, rhodium en palladium worden veel gebruikt).

In de reductiekatalysator wordt NOx op dit oppervlak gevangen en omgezet in N2 (stikstofgas) en O2 (zuurstofgas), beiden onschadelijk. De O2 komt vervolgens samen met de rest van de uitlaatgassen en eventueel toegevoegde lucht in de oxidatiekatalysator, waar hij reageert met CH en CO, met de vorming van CO2 en H2O tot gevolg.

Voor een goede katalysatorwerking is het nodig dat zo weinig mogelijk zuurstof de eerste katalysatorstap binnenkomt, met andere woorden dat de motor net genoeg zuurstof krijgt om de brandstof te verbranden. Wanneer te veel zuurstof overblijft na verbranding, komt de werking van de reductiekatalysator in het gedrang. Voor dieselmotoren, die werken bij een overmaat aan zuurstof in de verbranding, is het dus niet mogelijk om de NOx-uitstoot aan te pakken met deze katalysatoren; dieselkatalysatoren hebben dan ook geen reductiegedeelte.

Door de combinatie van katalysator en steeds stijgende motorefficiëntie konden de emissies van voertuigen sterk verminderd worden. Maar het verhogen van die efficiëntie, door verbeterd design en afstelling van de motor, wordt steeds duurder met steeds minder effect.

Nieuwe technologieën moesten dan ook ontwikkeld worden om aan de steeds strengere normen te kunnen voldoen, vooral op vlak van NOx en fijn stof voor dieselmotoren.

Reduceren van NOx: Exhaust Gas Recirculation (EGR)

Exhaust Gas Recirculation (EGR) is gebaseerd op een zeer eenvoudig principe: een deel van de uitlaatgassen wordt in de uitlaat opgevangen, gekoeld en opnieuw vermengd met de inlaatlucht, die in de cilinders gaat.

Dit vermindert de NOx-uitstoot op twee manieren: ten eerste is minder zuurstof aanwezig in de cilinder om te reageren met stikstof; ten tweede heeft het nieuwe mengsel een hogere warmtecapaciteit, wat betekent dat het meer energie nodig heeft om tot eenzelfde temperatuur op te warmen. De temperatuur in de verbrandingskamer wordt dus minder hoog, wat ook leidt tot minder NOx-vorming.

Hoewel de EGR-technologie de NOx-vorming nooit tot nul zal herleiden, kunnen toch belangrijke reducties bereikt worden. Een groot voordeel is dat de nodige aanpassingen aan het voertuig eerder kleine ingrepen zijn.

Reduceren van NOx: Selective Catalytic Reduction (SCR)

Selectieve Katalytische Reductie (SCR) vormt een andere manier om de NOx-uitstoot aan de uitlaat te verminderen. Waar EGR de vorming van NOx tegengaat, is SCR gebaseerd op het verwijderen van NOx uit de uitlaatgassen.

In de uitlaatgassen wordt een extra stof geïnjecteerd, het reductans (urea of ammoniak bij wijze van voorbeeld12). Deze stof komt samen met de NOx aan een katalysatoroppervlak (veelal vanadium of zeoliet) waar ze samen reageren met vorming van onschadelijke stoffen (N2, H2O) tot gevolg. De dosering van het reductans is hierbij van groot belang: indien te weinig, dan wordt niet al de NOX uit de uitlaatgassen van het voertuig verwijderd; indien te veel, dan bevatten de emissies nog hoeveelheden reductans, die ook schadelijk kunnen zijn. Een goed afgestelde
elektronische sturing is noodzakelijk voor de toepassing van deze technologie. Ook de noodzaak voor een extra tank, die regelmatig moet gevuld worden (AdBlue kan nu al getankt worden in de vrachtwagenafdeling van veel tankstations), vormt een rem op de introductie van deze
technologie. Het is met deze technologie echter wel mogelijk om de uitstoot van NOX sterk terug te dringen, in theorie tot quasi 0.

Reduceren van PM: de roetfilter

De roetfilter, die gebruikt wordt om de uitstoot van fijn stof te verminderen, bestaat in feite uit een materiaal met fijne openingen. Wanneer een deeltje
met afmetingen groter dan de opening de filter bereikt, wordt het opgevangen. Hoe meer deeltjes op de filter terechtkomen, hoe meer openingen van de filter verstopt raken en hoe hoger de tegendruk die de filter levert op de motor. Dit kan schade toebrengen aan de motor, zodat het verwijderen van de opgevangen deeltjes noodzakelijk wordt.

Dit verwijderen noemt men het regenereren van de filter. Het kan op verschillende manieren gebeuren. De eenvoudigste is externe regeneratie: de filter wordt, na een bepaalde hoeveelheid deeltjes te hebben opgevangen, verwijderd en extern gezuiverd. Dit vereist echter frequent onderhoud (bijna maandelijks bij normaal gebruik van de wagen), waardoor het geen ideale oplossing is. De regeneratie kan ook intern gebeuren. Meestal gebeurt dit door het injecteren van een kleine hoeveelheid brandstof in de uitlaatgassen, die ontsteekt ter hoogte van de filter en zo de deeltjes
die op de filter aanwezig zijn, wegbrandt. Het verbranden van de deeltjes kan ook gebeuren door externe (elektrische) verhitting van de filter.
Om schade aan de motor door tegendruk te vermijden, is een goede afstelling van de regeneratiecyclus nodig. Deze is erg afhankelijk van de werking van de motor.

Wanneer een roetfilter niet door de originele constructeur geleverd wordt, maar achteraf gemonteerd (de zogenaamde retrofit roetfilters), is deze afstelling vaak niet mogelijk. Retrofit roetfilters zijn daarom dan ook vrijwel altijd open filters, wat wil zeggen dat de uitlaat in twee parallelle buizen gesplitst wordt: een met de roetfilter en een gewone buis zonder obstakels. Dit betekent dat een deel van de uitlaatgassen niet door de filter gaat. Naarmate de filter meer verstopt raakt, gaan meer en meer uitlaatgassen door het andere deel van de uitlaat en komen dus ongezuiverd uit de uitlaat.

Door het regeneratieproces en de tegendruk die zij leveren op de motor, doen roetfilters het verbruik en dus de CO2-uitstoot van het voertuig licht stijgen. De uitstoot van fijn stof wordt echter sterk verminderd (meer dan 90% voor gesloten roetfilters, ongeveer 30 tot 50% voor open systemen).

 

Hoewel via end-of-pipe technologie vergaande reducties kunnen bereikt worden, moet men toch rekening houden met enkele beperkingen. De prijs
van deze technologieën, alsook de plaats die zij innemen in het voertuig, zijn belangrijke obstakels. Bovendien beperken zij weliswaar de uitstoot
van vervuilende emissies, maar verhogen zij in de meeste gevallen de CO2-uitstoot van het voertuig.

Het invoeren van deze technologieën in het voertuig is complexer dan ze gewoon in de uitlaatpijp inlassen. Hun afmetingen en werking zijn afhankelijk
van de eigenschappen van de motor. De motor op zijn beurt (en soms ook de brandstof) dient goed afgesteld om een goede werking van het end-of-pipe zuiveringsproces te garanderen.

Toch zullen deze technologieën, naarmate zij geperfectioneerd en goedkoper worden, in de toekomst een belangrijke rol blijven spelen in de emissiereductie, zeker wanneer de meerprijs die zij met zich meebrengen, wordt gecompenseerd met financiële maatregelen om hun invoering te bevorderen. Hierbij moet men echter wel opletten de resultaten te belonen, niet de technologie waarmee zij bereikt werden. Enkel technologieneutrale maatregelen stimuleren de creativiteit en het onderzoek naar verschillende mogelijkheden en verzekeren dat ook in de toekomst de meest efficiënte reductietechnologie zal worden toegepast.