Katalysatoren si oppgåve er å omdanne uønskte biprodukt som CO, drivstoff og NOx som ikkje er forbrent – om til CO2, vatn og N2. Illfoto: Colourbox

Korleis verkar katalysatoren i bilen din?

Den reduserer utslepp av forureinande gassar, og har forbetra luftkvalitet i byar over heile verda i fleire tiår. Men korleis verkar ein bilkatalysator?

Ein bilkatalysator er eit materiale som skal redusere utslepp av miljøskadelege stoff frå motoren så mykje som mogleg.

Korleis fungerer den?

Når vi brenn noko (til dømes bensin, diesel eller ved), har vi mykje karbon (i form av hydrokarbon), luft (nitrogen og oksygen) og varme som reagerer saman. Av dette får vi for det meste CO2 og vatn, men også ei rekke biprodukt.

Ei gruppe av desse biprodukta er NOx, som eigentleg er ei forkorting for NO og NO2. NOx oppstår når luft er utsatt for veldig høg temperatur. I forbrenningsmotorar får vi derfor danna ein viss del NOx, uansett kva drivstoff vi nyttar.

Ole Håvik Bjørkedal viser fram ein såkalla bærestruktur for katalysatorar, lik det som brukes i bilmotorar. På grunn av dei rørforma kanalane har bærestrukturen stor overflate. Denne overflata er dekka av katalysatormateriala. Stor overflate er viktig for at mest mogleg skal komme i kontakt med katalysatoren. Foto: per Henning/NTNU

Ole Håvik Bjørkedal viser fram ein såkalla bærestruktur for katalysatorar, lik det som brukes i bilmotorar. På grunn av dei rørforma kanalane har bærestrukturen stor overflate. Denne overflata er dekka av katalysatormateriala. Stor overflate er viktig for at mest mogleg skal komme i kontakt med katalysatoren. Foto: per Henning/NTNU

Katalysatoren si oppgåve er å omdanne uønskte biprodukt som CO, ubrent drivstoff og NOx, om til CO2, vatn og N2.

Ulike typar bilkatalysatorar

Dei vanligaste typane er trevegs-katalysatoren og SCR-katalysatorar, og den største skilnaden mellom desse er korleis dei handterer NOx-fjerning.

Trevegs-katalysatoren er den vi finn i dei aller fleste bensinbilar, der motoren kan fungere relativt effektivt utan eit overskot av luft. Denne katalysatoren er rekna som ein av dei store suksessane innan katalyse, og er ein godt fungerande teknologi.

SCR står for «Selective Catalytic Reduction», og er ein type katalysator som er vanligare i dieselbilar. I desse bilane er det gjerne ein fordel å ha eit overskot av luft for at motoren skal gå effektivt. Då er det også ein høgare konsentrasjon O2 i eksosen, som igjen gjer at det blir vanskeleg å få NOx til å reagere. Den vil helst fortsette å vere NOx.

For å løyse dette tek vi i bruk eit reduksjonsmedel – eit eige stoff som vi tilsett eksosen. Dette reagerer med NOx på katalysatoren, og vi ender opp med H2O og N2.

NOx-utslepp er rekna for å vere eit større problem for dieselmotorar enn bensinmotorar. Dette kjem ikkje av at SCR-katalysatoren ikkje verkar. Problemet oppstår ofte av at forholda som gir optimal motoreffekt ikkje gir optimal effekt for SCR-systemet, og omvendt. Ofte må ein gjere kompromiss mellom desse ytterpunkta, eller prøve å regulere seg til ei slags mellomløysing. For ein personbil med variabelt køyremønster kan dette bli vanskelig og dyrt.

Kva forskar ein på innan slike katalysatorar i dag, og kvifor?

Ved Senter for Forskningsdriven innovasjon ( iCSI) og katalysegruppa ved Institutt for kjemisk prosessteknologi ved NTNU, arbeider vi med å utvekle katalysatorar som er effektive på endå lågare eksostemperatur og høgare oksygenkonsentrasjon enn vi har i dag. Vi ser at motorar vert stadig meir effektive, noko som senkar temperaturen på avgassane.

Saken fortsetter under bildet.

Effektiviteten til ein katalysator avhenger av overflata til materialet, og korleis den samhandlar med ulike gassar. For å få eit godt bilete av eigenskapane til ein katalysator, gjerast ei rekkje forsøk. Foto: Per Henning/NTNU

Effektiviteten til ein katalysator avhenger av overflata til materialet, og korleis den samhandlar med ulike gassar. For å få eit godt bilete av eigenskapane til ein katalysator, gjerast ei rekkje forsøk. Foto: Per Henning/NTNU

Samtidig vert også krav for utslepp strengare. Spesielt  for maritimt maskineri ser det ut til å vere ein del å hente. Skip som ligg til kai kan vere ei stor kjelde til ureining for folk som bur i havnebyar og i kystnære strøk. Døme på dette ser vi i Bergen på kalde vinterdagar, og når det ligg mange cruisebåtar i Geirangerfjorden på stille sommardagar.

Ein måte å minske denne ureininga på kan vere å bytte drivstoff frå maritim diesel til flytande naturgass (LNG). Då vil ein få ein reinare eksos utan t.d. svovel eller dieselpartiklar, men ein må framleis måtte fjerne NOx. Difor forskar vi på katalysatorar som kan vere effektive for slike skip.

Ole Håvik Bjørkedal (26) har mastergrad i kjemisk prosessteknologi frå NTNU og er i dag doktorgradsstipendiat ved Institutt for kjemisk prosessteknologi ved NTNU Trondheim. Her forskar han på NOx reinsing, og arbeidar med å utvikle nye SCR-katalysatorar for skip med LNG-drift.