Bachelorprojekt Frichs energi – Horsens

Reduktion af emissioner, alternativ brændstof og marked herfor.

Frichs generatorsæt, Frichs, 2008

Af Patrick Matulewski Dyrby, 9. semester, Efterår 2015

2

Titelblad

Titel: Reduktion af emissioner, alternativ brændstof og marked herfor.

Rapporttype: Bachelorrapport

Uddannelse: Maskinmester

Uddannelsesinstitution: Århus maskinmesterskole

Inge Lehmanns Gade 10

8000 Aarhus C.

Praktiksted: Frichs energi A/S

Sverigesvej 16

8700 Horsens

Vejledere: Per Hessellund, Lektor, Maskinmester, AAMS

Palle Andersen, Maskinmester, Frichs

Lars Thomsen, Maskinmester, AAMS

Jens Vinter, Diplomingeniør, AAMS

Antal sider: 50 Sider total

26,58 Normalsider á 2400 anslag inkl. mellemrum

Bilag: 2

Afleveringsdato og tid: Mandag d. 14/12 – 2015 kl. 12:00

Udarbejdet af: Patrick Matulewski Dyrby, 9. semester

Studienummer F12634

Underskrift: d. / -

3

Abstract This report is summarizing the project work during 9th semester at Aarhus Maskinmesterskole 2015 and is a part of the curriculum of the Bachelor semester. The project is based upon an engine model of Frichs energy, which is a company that produces, innovates and services their own engines and engines from other manufacturers such as Niigata. The engines are used onboard ships as both main engines and together with a generators, but they are also used on shore in connection with generators, to produce electricity and central heat, but during my time at Frichs, as a trainee, I became familiar with the fact, that the engines do not meet the emissions regulations of today, which is a problem in several aspects, because the customers of these engines will have to pay higher emission fees, etc. and furthermore there is a high risk that the engine will be considered too unmodern by customers, whom are looking for engines in this size category and price range, which will take away valuable income for Frichs. So based upon this, I have made a problem statement where this is included and what Frichs would have to do, to reduce the emissions of this engine, which includes using technologies to reduce the exhaust emissions and thus bringing the engine platform up to modern standards in regards to the emissions regulation and technical performance, furthermore the problem statement and final project also discusses the possibilities for Frichs energy to look for alternative fuel technologies that can be used instead of, or as a supplement, to the traditional fossil fuels. So in total, this report discusses the subjects: Combustion theory, Politics in regards to emissions, Technology used for the reduction of emissions and Alternative fuel oils. The reason why I chose to include the chapter about alternative fuels is because the use of fossil fuels in the future will be challenged, by increased fuel prices and greenhouse gas emission fees and legislations and as the world's population and industrialization increases, there will also be an increased consumption of fossil fuels, resulting in increased emissions of pollutants, both from production and consumption, these substances are harmful to health and environment and are not just getting into the air we breathe, but also into the land and marine environment which have already caused a lot of changes such as the global warming increasing. Furthermore the pollutants are also causing diseases, which lowers the life quality of a lot of people around the globe. Furthermore the strive for a future world that is not using fossil fuels but only relies upon green and renewable energy sources also demands for renewable and green fuels for the combustion engines as well, and thus also the need for technology that will be used in the biofuel industry to produce these biofuels. As the situation is of today, the use of green and renewable energy sources is getting more and more prevalent because of the political plans as stated previously, but also because of tax incentives, which also is included in this report. As well as good things, the use of biofuels also brings some potential bad things with it too. Namely that the production of these fuels, in a lot of cases, are not sustainable, thus leading to pollution by deforestation, damage to the biodiversity and loss of habitat to animals, which can be seen in the Asian regions. Other regions of the world, undergoes prolonged periods of drought, and here there is a risk, that the poor farmers could switch over from farming crops used for food, to farming crops aimed at the production of biofuels, in such cases, the result could end up in a more widespread famine than the one of today. To combat this risk, scientists are experimenting with developing crops through gene modifying, so that they can be farmed, with better yield than of today, on land that is not suitable for farming food crops. All this could, in the coming years, result in such regions being self-sufficient with fuel and better food availability plus an income, thus expanding the market of engines that can run on biofuel. And by the expanding market, the technologies necessary to both produce and consume the biofuels will also expand and advance, resulting in a solid income for those, who choose to join in on the development.

4

Indholdsfortegnelse

Titelblad ............................................................................................................................................................. 2

Abstract ............................................................................................................................................................. 3

Forord ................................................................................................................................................................ 6

Læsevejledning .................................................................................................................................................. 7

Afsnitsdisposition .......................................................................................................................................... 7

Bilagsdisposition ............................................................................................................................................ 7

Tidsdisposition ............................................................................................................................................... 7

Formål ................................................................................................................................................................ 8

Indledning .......................................................................................................................................................... 9

Problemformulering ........................................................................................................................................ 10

Afgrænsning ................................................................................................................................................ 10

Metode ........................................................................................................................................................ 10

Kildekritik ................................................................................................................................................. 10

Hvad er emissioner? ........................................................................................................................................ 12

Forbrænding ................................................................................................................................................ 12

Kemisk forløb ved forbrænding ............................................................................................................... 13

Emissioners indvirkning på jordens klima og befolkningens helbred ......................................................... 17

Svovloxid (SOx) ......................................................................................................................................... 17

Nitrogenoxid (NOx) .................................................................................................................................. 17

Kulbrinter (HC) og Flygtige organiske forbindelser (VOC) ....................................................................... 19

CO og CO2 ................................................................................................................................................ 19

Dioxin ....................................................................................................................................................... 20

Sod og støv .............................................................................................................................................. 20

Delkonklusion .............................................................................................................................................. 20

Klimapolitik ...................................................................................................................................................... 21

Afgifter ......................................................................................................................................................... 25

NOx ........................................................................................................................................................... 25

SOx ........................................................................................................................................................... 25

CO2 ........................................................................................................................................................... 26

Delkonklusion .............................................................................................................................................. 26

Teknologi til reduktion af emissioner .............................................................................................................. 26

Primære metoder ........................................................................................................................................ 26

5

NOx ........................................................................................................................................................... 27

VOC og uforbrændte kulbrinter .............................................................................................................. 32

Sekundære metoder .................................................................................................................................... 33

Katalysatorer (DOC) ................................................................................................................................. 33

Selective Catalytic Reduction (SCR) ......................................................................................................... 33

Filtre (DPF) ............................................................................................................................................... 34

Scrubbing ................................................................................................................................................. 34

Alternative brændselsolier .............................................................................................................................. 35

Fordele og ulemper ved produktion af biobrændsler - markedspotentiale ............................................... 37

Delkonklusion .......................................................................................................................................... 38

Konklusion ....................................................................................................................................................... 39

Perspektivering ................................................................................................................................................ 40

Nomenklaturliste ............................................................................................................................................. 41

Litteraturliste ................................................................................................................................................... 42

Figur- og tabelliste ........................................................................................................................................... 46

Bilag ................................................................................................................................................................. 47

Bilag 1 .......................................................................................................................................................... 47

Bilag 2 .......................................................................................................................................................... 50

6

Forord Denne rapport er skrevet som den afsluttende del af Bachelorsemestret af maskinmesteruddannelsen på Århus Maskinmesterskole og omhandler klimapolitik, teknologi til reduktion af emissioner samt alternative brændstoffer og markedet herfor. Projektrapportens indhold er foranlediget af at det i min praktikperiode hos Frichs blev mig bekendt at deres motoranlæg ikke overholdte gældende emissionskrav, hvilket ledte til en problemformulering hvor dette er blevet behandlet. Projektet som indgår i undervisningsplanen for niende semester afsluttes med en mundtlig eksamination på Århus Maskinmesterskole. En stor tak til eksterne vejledere for deres ekspertise og rådgivning under dette forløb: Palle Andersen, Maskinmester, Frichs En stor tak skal også lyde til min processvejleder Per Hessellund samt Lars Thomsen og Jens Vinter for

vejledning under forløbet.

-Patrick Matulewski Dyrby, MFU, Århus Maskinmesterskole, december 2015.

7

Læsevejledning Denne rapport er skrevet således at lægmand med interesse for de i rapporten indeholdte emner, såvel

som personer med kendskab og viden inden for de behandlede emner finder indholdet udbytterigt.

Kildehenvisninger, kilderefereringer samt litteraturlister er udformet efter Harvardmetoden og fodnoter

anvendes til korte uddybende forklaringer, for længere, uddybende forklaringer, herunder beregninger,

henvises til bilag som findes i kapitlet ”Bilag” samt originale materialer hvor webdestination og

litteraturdata er at finde i kapitlet ”Litteraturliste”.

Der er i rapporten anvendt diverse forkortelser, disse er dog uddybet i nomenklaturlisten.

Århus maskinmesterskole har meddelt at der fra og med dette semester er indført elektronisk håndtering

af alle eksamener via platformen ”Wiseflow”, på baggrund af dette vil denne rapport, inklusiv bilag,

udelukkende være tilgængelig elektronisk i filformatet ”.pdf”.

Afsnitsdisposition Rapportens hoveddel er opdelt i fire hovedemner, hvori der yderligere er en række underkapitler.

De fire overordnede emner der er behandlet i denne rapport er:

- Forbrændingsteori

- Politik vedrørende emissioner

- Teknologi til reduktion af emissioner

- Alternative brændselsolier

Bilagsdisposition Rapportens bilag er struktureret på nedenstående måde:

- 1. Forbrændingsteori – afbalancering af reaktionsligninger

- 2. Data for Frichsmotor

Tidsdisposition Det blev bestemt af forfatteren at problemformuleringen skulle ligge klar inden starten på rapportfasen

således at informationssøgning og arbejdet med rapporten hurtigt kunne igangsættes, for på denne måde

at skabe et tilstrækkeligt tidsrum til at læse korrektur og til finpudsning af rapporten inden aflevering.

Måden hvorpå tiden blev fordelt var ved at udarbejde det nedenfor illustrerede Gantt chart med deadlines

for hvornår de forskellige emner af rapporten skulle være afsluttet og derefter arbejde hårdt og

disciplineret på at nå målene til den afsatte tid.

Gannt chartet er udformet efter kalenderuger og ikke undervisningsuger.

8

Fig. 1 Gantt chart, Eget arkiv, 2015

Formål Denne rapport er en del af Bachelorsemestret og vægtes med 15 ECTS point.

Rapporten er skabt på baggrund af observationer, gjort under praktikperioden hos Frichs energi og skal

tjene som eksaminationsmateriale ved den afsluttende Bacheloreksamen på maskinmesterstudiet.

Formålet med rapportens indhold er blandt andet at belyse de politiske aspekter vedrørende emissioner

udledt ved forbrænding af konventionelle fossile brændselsolier i dieselforbrændingsmotorer, beskrive

teknologi til reduktion af emissioner og beskrive mulighederne i alternative brændselsolier og således

bidrage med information og inspiration til i hvilken retning Frichs energi kan arbejde med udviklingen af

deres motorteknologi og således hvordan Frichs energi kan komme til at opfylde gældende emissionskrav

samt hvordan Frichs energi kan sikre deres motoranlæg mht. den fremtidige udfasning af fossilt

brændselsolie.

9

Indledning Som verdens befolkning og industrialisering stiger, er der også et øget forbrug af fossile brændsler, hvilket

resulterer i øget udledning af miljø- og sundhedsmæssigt skadelige stoffer.

Emissionerne havner ikke kun til den luft vi indånder, men også i land- og havmiljøet.

Dette har historisk ført til mindre og større konsekvenser i disse miljøer, herunder er den globale

opvarmning steget, hvilket fører til at isen ved Grønland og i det Arktiske hav, smelter i et alarmerende

tempo.

Af andre påvirkninger kan nævnes øget udbrud af sygdomme og nedsat levetid.

Det øgede forbrug af fossile brændsler betyder, at efterspørgslen stiger og dermed stiger også

produktionen af disse, hvilket betyder yderligere stigning i udledningen af skadelige gasser, smog og udslip

af kemikalier og stigende forekomst af forskellige ulykker, såsom olie- og kemikalieudslip samt

naturkatastrofer som tørke og i andre regioner, mudderskred og oversvømmelse grundet den øgede

mængde nedbør på kort tid.

Hertil kommer, at verdens depoter af fossile brændstoffer ikke er uendelige, og en dag vil være udtømte,

derfor vil verden blive tvunget til at bruge andre former for brændstof i fremtiden og hvis teknologierne

ikke er udviklet tilstrækkeligt til denne tid, står verden over for enorme vanskeligheder.

Et af de store emner indenfor politik er derfor hvordan man kan bremse den negative klimaudvikling som

foregår og derfor indføres bl.a. regulativer om reduktion af emissioner og der diskuteres ligeledes

overgangen til alternative energiformer samt brændstoffer.

Der forskes på grundlag af dette, intensivt i at finde bæredygtige og miljøvenlige alternativer til den fossile

olie og i at udvikle teknologi der kan udvinde og anvende dem som brændstof.

Rapporten er skrevet af Patrick Matulewski Dyrby som det endelige element i maskinmesterstudiet i

forbindelse med praktikperioden hos Frichs energi i Horsens, hvor jeg blev bekendt med at deres

motoranlæg ikke overholdte gældende emissionskrav.

Rapporten er derfor udarbejdet på baggrund af dette og har til formål at beskrive relevante politiske

aspekter vedrørende emissioner og reduktion af disse, med hensyn til den landbaserede energisektor,

beskrive teknologi til reduktion af emissioner og beskrive mulighederne i alternative brændselsolier.

I rapporten har jeg benyttet mig af viden som jeg har indhentet både internt hos Frichs samt eksternt hos

mine vejledere, internettet og bøger.

10

Problemformulering

Baggrund: Frichs nuværende motoranlæg overholder ikke gældende emissionskrav.

Problemformulering: Hvad foretages der indenfor klimapolitik mht. udledning af emissioner og hvordan

kan Frichs komme til at overholde gældende emissionskrav, samt hvordan kan Frichs sikre deres

motoranlæg mht. den fremtidige udfasning af fossile brændselsolier?

Afgrænsning Da det er en teoretisk opgave vil der ikke blive taget hensyn til eventuelle afvigelser fra teori til praksis. Ej heller vil det blive taget i betragtning om der er fysisk plads til eventuelle konstruktionsændringer og tilføjelser på motoranlægget, eller dele og komponenter heraf. Det fastslås at der er plads til det som skal installeres på motoranlægget. I rapporten er udelukkende behandlet relevante politiske aspekter vedrørende emissioner og reduktion af

disse med hensyn til forbrændingsmotorer i den landbaserede energisektor, dog er der både behandlet

landbaseret teknologi til reduktion af emissioner samt teknologier som anvendes offshore, denne opdeling

er truffet på baggrund af at rapporten skal fokusere på onshore sektoren da det hovedsageligt er i denne

sektor Frichs opererer innovativt i dag.

Der ses desuden bort fra vedtagelser, truffet ved det netop nu foregående COP21.

Ydermere vil rapporten ikke omhandle information omkring samtlige alternative brændselsolier på

markedet i dag, men et udpluk heraf.

Metode Der vil i forbindelse med projektet, rettes henvendelse til relevante leverandører og producenter for at

indsamle data omkring relevante teknologier. Løbende vil der være direkte kontakt med min

Bachelorvejleder, relevante fagvejledere og kontaktpersoner hos Frichs.

Indhentning af informationer vil ydermere ske via internettet, internt fra Frichs samt bøger og anden

relevant litteratur.

På baggrund af ovenstående er rapporten overvejende baseret på positivistiske data, heraf både kvalitative

som kvantitative.

Kildekritik

Samtlige informationer som er tilgået via eksterne internetkilder vil blive mødt med en vis kildekritik mht.

kildens validitet. Denne kildekritik af webinformation udføres på baggrund af viden opnået gennem

maskinmesterstudiets undervisning, helhedsindtrykket af kilden herunder hvornår websiden sidst er

opdateret og hvem forfatteren er. Desuden sammenholdes information på websider parallelt med

hinanden og parallelt med lærebøger for at afdække eventuelle uoverensstemmelser i materialets rigtighed

således at informationer i denne rapport vil være så optimale og sande som muligt. Ydermere vil der, hvis

forfatteren til en benyttet kilde, selv har benyttet en kilde, men hvor denne ikke har været mulig at

fremskaffe, f.eks pga. den tidsmæssige faktor, kildehenvises i henhold til http://plagiattjek.dk/typer-af-

plagiat/ , efter formen: Mikkelsen, Tobias (2010), [Berlingske Tidende]

11

Problemstillingen med at Frichsmotoren ikke overholder de i dag gældende emissionskrav er en udtalelse

fra Frichs selv og som de ikke har noget understøttende data for, f.eks. i form af emissionsmålinger. Derfor

er understøttelsen for Frichs udtalelse i denne rapport baseret på Frichs autoritet, samt analyseres

emissions-trendkurver samt Tier-normernes udvikling for at illustrere reduktionen gennem tiden, hvilket er

omhandlet i kapitlet ”Klimapolitik”.

12

Hvad er emissioner?

Der er mange kilder til emissioner, både naturligt forekomne og menneskeskabte.

Af naturlige emissionskilder kan nævnes skovbrande, naturlige processer som forrådnelse og vulkansk

aktivitet samt jorderosion.

De tre største kilder til menneskeskabte emissioner er industri, transport og energisektoren. Emissioner er

biprodukter af en bearbejdningsproces og som udledes til omgivelserne, disse er forurenende elementer

som kan være i flydende, gas eller fast form, så som, syrer og dampe heraf, diverse kemikalier og dampe

heraf, støvpartikler og tungmetaller samt radioaktivt affald. (Nielsen, 2011, s. 65, 66)

I denne rapport er termen ”emissioner” brugt i forbindelse med afbrænding af brændstoffer i motorer,

disse emissioner er biprodukter som dannes når motoren forbrænder brændstoffet, både ufuldstændigt

som fuldstændigt, hvilket er beskrevet i det efterfølgende kapitel ”Forbrænding”

Forbrænding Ved en ufuldstændig forbrænding forstås at forbrændingen ikke er foregået optimalt, dvs. under

ikkeoptimale forhold hvilket resulterer i at ikke alle brændstoffets bestanddele når at forbrænde, dette

skyldes på et velfungerende motoranlæg, primært at motorcyklussen foregår ved en sådan hastighed at

brændstofblandingen får ringe tid i motorens brændkammer før den ledes ud som røggas. (Dietrich, 2011)

Andre faktorer som har indvirkning på emissionsværdierne er bl.a. hvis forbrændingen ikke er forløbet ved

støkiometri hvilket betyder at blandingsforholdet mellem ilt, O2, dvs. oxidanten, og den indsprøjtede

brændselsoliemængde har været forholdsmæssigt ukorrekt, forbrændingen kan også foregå ukontrolleret

f.eks. ved antændelse på forkert tidspunkt grundet fejl i motorstyringsparametre, defekter på

reguleringsudstyr såsom diverse sensorer, samt utætheder, for høj driftstemperatur samt overdreven

slidtage i motoren som kan medføre at der trækkes smøreolie og kølevand med ind i

forbrændingskammeret hvorved der dannes en utilsigtet brændstofblanding med en anderledes

sammensætning og brændværdi end den som motoren oprindeligt er designet til at køre på, hvilket

bevirker at emissionsværdierne vil afvige fra normen da disse ”ukendte blandinger” ofte kræver en eller

flere ændringer såsom en anden forbrændingstemperatur, et andet kompressionsforhold, justering af

motorens indeks samt en række ændringer af motorens parametre generelt for at den korrekte

forbrænding atter opnås. (Siwertsen, 2008, s. 6)

Imidlertid kan energibalancen for en velfungerende og fejlfri motor optegnes på følgende måde: (Lauritsen,

2012, s. 220)

Fig. 2 Energibalance, Eget arkiv, 2015

13

På ovenstående billede ses det at der til brændkammeret tilføres luft og brændstof som i motoren

udsættes for varme under kompressionen, hvorefter der sker en kemisk reaktion hvor den tilførte O2 fra

luften reagerer med en række bestanddele i brændstoffet herunder hovedsageligt hydrogen, H, og

kuldstof, C. Ved denne reaktion omdannes de kemiske forbindelser i brændstoffet til andre stoffer og

frigiver den i brændslet bundne energi og denne energi udnyttes til at drive motorens stempler gennem

ekspansion, desuden genererer denne kemiske reaktion også varme hvoraf en andel mistes ved konvektion

mens en stor andel kan anvendes som nyttevarme til diverse opvarmningsformål, såsom forvarmning af

brændstof, frostsikring og til fjernvarme. (Lauritsen, 2012, s. 219, 220)

Som tidligere nævnt sker der under forbrænding af et brændstof nogle kemiske ændringer af stoffet

hvorved der dannes nogle andre stoffer, og for at forstå denne proces bedre vil der derfor i det

efterfølgende blive beskrevet hvordan den kemiske reaktion ved oxidation forløber og som eksempel

herfor beskrives processen mht. fossilt dieselolie.

Kemisk forløb ved forbrænding

Diesel kan produceres af en række forskellige råmaterialer, heraf er den mest kendte og udbredte på basis

af petroleum.

Petroleum diesel, også kaldet petrodiesel, eller fossilt diesel, produceres via fraktionel destillation

af råolie ved temperaturspandet 200 °C - 350 °C og ved atmosfærisk tryk. Destilleringen resulterer herved i

en blanding som består af kulstofforbindelser der hovedsageligt består af hydrogen og kulstof og som

typisk indeholder mellem 8 og 21 kulstofatomer per molekyle og har den gennemsnitlige kemiske formular

C12H23, med udsving der spænder fra C10H20 til C15H28. (Gupta, 2010, s. 125), (Collins, 2007, s. 100)

Dvs. Et dieselmolekyle består af 12 kulstofatomer og 23 hydrogenatomer generelt og er derfor en kulbrinte.

Der er to former for forbrænding, hvilke er:

- Fuldstændig forbrænding

- Ufuldstændig forbrænding

En fuldstændig forbrænding af kulbrinter, dvs. en forbrænding som foregår ved optimale betingelser og

med tilstrækkeligt ilt til rådighed, altså som tidligere nævnt ved støkiometri, forløber teoretisk således at

der udelukkende bliver dannet CO2 og H2O samt varme (Bruun, 1999, s. 160, 161), dette er illustreret

nedenfor:

C12H23(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) + varme

Hvor:

Venstre side af reaktionspilen = Reaktanter

Højre side af reaktionspilen = Resulterende produkter

(g) = Gastilstand, (Education, 2014)

Som ovenstående reaktionsligning er stillet op, kaldes denne for en ”skelet ligning” da den ikke oplyser om

mængderne af de omhandlede stoffer. Ifølge den 1. kemiske grundlov - loven om massens bevarelse, er

14

den samlede masse af stofferne der dannes ved en kemisk reaktion, lig med den samlede masse af stoffer

som var til stede før reaktionen indtraf. (Vistrup1, 2015), (Ucdsb, 2015)

Det er derfor nødvendigt at afbalancere ligningerne, for at finde mængden af både reaktanterne samt de

resulterede produkter, dette er gjort nedenfor1:

4C12H23(g) +71O2(g) → 48CO2(g) + 46H2O(g) + varme

Hvis den ”teoretiske” ufuldstændige forbrænding af kulbrinter grundet utilstrækkelig tilførsel af ilt, og

derfor ustøkiometrisk, stilles op, ser den ud som nedenstående, hvor der enten genereres CO + H2O +

varme eller C + H2O + varme og oftest en form for blanding af disse, som der ses af den nederste ligning

(Bruun, 1999, s. 160, 161), (Crawford, 2015), (Snyder, 2010, slide 6):

C12H23(g) +O2(g) → CO(g) + H2O(g) + varme

Eller

C12H23(g) +O2(g) → C(s) + H2O(g) + varme

Og oftest en blanding:

C12H23(g) +O2(g) → C(s) + CO(g) + CO2(g) + H2O(g) + varme

Hvor:

(s)= Solid – På fast form, (Education, 2014)

Når ovenstående ligning indeholdende CO som resulterende produkt afstemmes vil den se således ud:

4C12H23(g) +47O2(g) →48CO(g) + 46H2O(g) + varme

Når ovenstående ligning indeholdende C som resulterende produkt afstemmes vil den se således ud:

4C12H23(g) +23O2(g) →48C(s) + 46H2O(g) + varme

Når ovenstående ligning indeholdende blandingen som resulterende produkter afstemmes vil den se således ud:

4C12H23(g) +47O2(g) → 16C(s) +16 CO(g) +16 CO2(g) + 46H2O(g) + varme

Når man har afbalanceret ligningen ses forholdet hvorved reaktanterne så at sige doseres for at få den givne reaktion, denne dosering er som tidligere nævnt kendt som ”støkiometri”. I dette tilfælde er det støkiometriske forhold for fuldstændig forbrænding 4:71, dvs. 4 mol diesel til 71 mol

oxygen, mens det ses at forholdet ved ufuldstændig forbrænding er hhv. 4:47 for CO dannelsen og 4:23 for

C dannelsen samt 4:47 for blandingen.

Dette bekræfter derfor teorien om at ufuldstændig forbrænding er forårsaget af utilstrækkelig lufttilførsel

og derfor udenfor den optimale støkiometri.

1 Teori og beregninger for reaktionsligningerne er indeholdt i bilag nr. 1

15

Processen med at tilføre oxygen til det i brændstoffet, bundne kulstof og hydrogen, med det formål at få

reaktanterne til at reagere med hinanden og danne kuldioxid og vand samt generere energi er imidlertid en

mere kompleks proces end som så, og kræver en korrekt brændstofblandingsturbulens, tilstrækkelig

aktiveringstemperatur og tid nok til at reaktanterne kan nå at komme i kontakt med hinanden. Hvis ikke

forbrændingen er korrekt kontrolleret, kan høje koncentrationer af uønskede produkter dannes, et

eksempel herpå er dannelsen af kulmonoxid, CO, og sod, som det ses af ovenstående

reaktionsafstemmelser for ufuldstændig forbrænding, dette skyldes dårlig brændstof/luft blanding eller

utilstrækkelig tilførsel af luft. Derudover dannes CO også i tilfælde af overdreven tilførsel af luft udover det

”teoretiske minimum” da for meget overskydende luft kan have den omvendte effekt, fordi at brændstof

og luft ikke længere blandes korrekt, hvilket reducerer kontakttiden mellem oxygen og brændstof og

herved hæmmes en fuldstændig reaktion og desuden sænkes forbrændingstemperaturen

uhensigtsmæssigt. (TSI, 2004, s. 1, 10, 11)

Derudover dannes der andre uønskede produkter, såsom nitrogenoxiderne NO og NO2, i store mængder,

når forbrændingstemperaturen er for høj, og hvis brændselsolien indeholder svovl dannes også svovldioxid,

SO2. Det er derfor ekstremt vigtigt for emissionsværdierne, for motorens ydeevne, brændstofforbruget og

motoranlæggets levetid at tilførslen af luft og brændstof er korrekt afstemt. (TSI, 2004, s. 1, 2)

Principielt er den bedste udnyttelse og dermed den mest omkostningseffektive brug af brændstof, når CO2-

koncentrationen i udstødningsgassen er maksimal. Teoretisk sker dette, når der lige akkurat er

tilstrækkeligt O2 i den tilførte luft til at en komplet reaktion med alle kulstofatomerne i den tilførte

brændstof kan finde sted. Denne mængde af tilført luft benævnes ”teoretisk luft” eller ” 𝐿𝑚𝑖𝑛”. (TSI, 2004,

s. 6)

Den teoretiske minimum-luftmængde som skal være til stede for at støkiometri opnås, udtrykkes ved

nedenstående formel: (Andersen, 2009, s. 45)

𝐿𝑚𝑖𝑛 =1

23(

8

3∗ 𝑐 + 8 ∗ ℎ − 𝑜 + 𝑠) [

𝑘𝑔

𝑘𝑔 𝑜𝑙𝑖𝑒]

Hvor følgende værdier for brændselsolien skal kendes:

c = kulstof

h = Brint

o = Ilt

s = Svovl

Som nævnt er ovenstående den teoretiske tilgang til opnåelse af støkiometri og denne bør da også

medtages i overvejelserne ved indstilling af eksempelvis motorparametre, det er dog sjældent at 𝐿𝑚𝑖𝑛 i

praksis er tilstrækkelig da andre faktorer ligeledes spiller ind, f.eks. hastigheden som en mængde brændstof

anvendes i, f.eks. kilo/time, samt den generelle tilstand af motoren og drifts- og lufttemperaturen. Desuden

anvendes der også luft til skylning af brændkamrene og derfor tilføres der et luftoverskud, som kan ligge på

helt op til det dobbelte af 𝐿𝑚𝑖𝑛 luftoverskuddets størrelse er dog afstemt motortypen samt

forbrændingssystemet herpå. (Kuiken I, 2012, s. 320), (TSI, 2004, s. 6)

16

Luftoverskuddet benævnes lambda ”λ” og defineres ved formlen: (Andersen, 2009, s. 45)

𝜆 =𝑇𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡 𝑙𝑢𝑓𝑡𝑚æ𝑛𝑔𝑑𝑒

𝐿𝑚𝑖𝑛 [−]

På nedenstående billede ses forholdet mellem den tilførte O2 og den dannede CO og CO2.

Det ses heraf at den maksimale dannelse af CO2 og hermed den bedste udnyttelse sker ved støkiometri.

(TSI, 2004, s. 6)

Fig. 3 Røggaskurve, TSI, 2004

Som beskrevet i de forrige kapitler opstår der en række biprodukter i forbrændingsprocessen, via analyse af

biprodukterne, indeholdt i røggassen, kan disse anvendes som retningsviser for hvor optimal

forbrændingen forløber.

Mens biprodukterne er nyttige set i drifts- og optimeringsmæssig sammenhæng, udnyttes desuden også

det meste af den termiske energi som er lagret i røggassen som nyttevarme bl.a. til fjernvarme, for til sidst

at blive ledt ud gennem skorstenen.

Når røggassen kommer ud af skorstenen indeholder den stadig en andel af disse biprodukter, på trods af at

den kan være renset i et renseanlæg forinden endeligt udslip til atmosfæren.

Biprodukterne er uønskede i miljøet da de her har en række uønskede indvirkninger, dette vil blive

beskrevet i det kommende kapitel.

17

Emissioners indvirkning på jordens klima og befolkningens helbred

Den gasformige forurening består ofte af mange forskellige bestanddele, hvoraf de væsentligste kan

inddeles i følgende hovedgrupper: (Nielsen, 2011, s. 66)

1. Svovlholdige gasser, f.eks. SO2, SO3 og H2S

2. Nitrogenholdige gasser, f.eks. NO, NO2,NH3

3. Halogenholdige gasser, f.eks. CFC gasser og HCL

4. Kulbrinter, f.eks. CH4 og forskellige opløsningsmidler (VOC)

5. Kuloxider CO og CO2

6. Giftstoffer f.eks. dioxin

Disse kemiske forbindelser og partikler har forskellig indvirkning på miljøet samt liv på jorden, hvilket er

beskrevet i det nedenstående.

Svovloxid (SOx)

Svovldioxid, SO2, dannes ved fuldstændig forbrænding og reagerer med vanddampen i røggassen og danner

svovlsyredampe, H2SO4. Yderligere dannes der ved fuldstændig forbrænding også svovltrioxid, SO3.

Luftbåren svovlsyre er skadeligt, da det ophobes i den naturlige vandtåge samt smog og regn, hvorved der

dannes syreregn og sne der medfører skader på vegetation og forsuring af vandmiljøet. Desuden er SO2

også skadeligt i sig selv, da det er korrosivt og derfor skadeligt for omgivelserne og medfører bl.a. skader på

bygninger, og kan i høje koncentrationer have en direkte sundhedsskadelig indvirkning.

SOx dannes hvis brændselsolien indeholder svovl og dannelsen kan på bedste vis, reduceres ved at skifte til

brændselsolie med et lavere indhold af svovl eller afsvovlet brændselsolie. (TSI, 2004, s. 8), (Nielsen, 2011,

s. 68, 69), (Vistrup2, 2010), (Kuiken II, 2012, s. 145)

Nitrogenoxid (NOx)

Gruppen af nitrogenoxider, hovedsageligt nitrogen monoxid, NO, og nitrogen Dioxid, NO2, er forurenende

gasser der opstår ved forbrændingsprocesser af næsten enhver art og hører ind under gruppebetegnelsen

NOx.

NOx dannes ved høje forbrændingstemperaturer, ca. 1200 °C og derover, peaktemperaturer fra 1400 °C til

1800 °C er ikke uhørt og hvis forbrændingsprodukterne afkøles langsomt omdannes NO til O2 og N2, dette

er imidlertid ikke tilfældet ved en forbrændingsmotor da afkølingen af røggassen her foregår så hurtigt at

NO ikke når at omdannes, men ledes ud i atmosfæren hvor den iltes videre til NO2.

Nedenstående illustration viser sammenhængen mellem temperaturen og dannelsen af NOx. (Kuiken II,

2012, s. 146)

18

Fig. 4 NOx kurve, Kuiken II, 2012

Udover den hurtige afkøling af røggassen, dannes NOx også i omgivelser med tilstrækkeligt ilt, hvilket der er

ved dieselmotorer grundet det store luftoverskud.

Nitrogenoxider er giftige gasser der ved selv lave koncentrationer kan påvirke lungefunktionen hos

mennesker og dyr og bidrager til dannelsen af syreregn som bl.a. medfører skader på bygninger og

forsuring af vand- og havmiljøet, desuden bidrager NOx også til dannelsen af Ozon, O3, og Smog. (TSI, 2004,

s. 8), (Nielsen, 2011, s. 69, 70), (Kuiken II, 2012, s. 146)

Ozon(O3)

Når NOx og kulbrinter påvirkes af sollys, dannes der en række forskellige fotokemiske forbindelser,

heriblandt ozon. Disse fotokemiske forbindelser er medvirkende til at danne en forureningssituation,

benævnt som ”Foto-kemisk-smog”. Foto-kemisk-smog kan opstå i byer med f.eks. tæt trafik og kan

resultere i irritation af øjne og luftveje, skader på planter og bygninger samt forringet sigtbarhed

Derimod vil den ozon som dannes i stratosfæren, se fig. 5 s. 19, have en gavnlig effekt, idet den danner et

skjold mod solens ultraviolette stråler. Denne virkning er desværre kortvarig da ozonlaget nedbrydes af

klorholdige forbindelser, Cl, såsom CFC gasser der i mange år blev anvendt i industrien til opskumning af

plastmaterialer, som drivmiddel i spraydåser og som varmevekslermedie i køleanlæg. (Nielsen, 2011, s. 70)

CFC gasser fungerer ydermere som drivhusgasser, og deres virkning er flere tusinde gange større pr.

molekyle i forhold til virkningen pr. CO2 molekyle. (Johansen, 2007)

Ozon der befinder sig i troposfæren virker desuden, ligeledes som drivhusgas og menes at stå bag en

tredjedel af den globale opvarmning, forårsaget af drivhusgasser, siden den industrielle revolution.

(ghgonline, 2006)

19

Fig. 5 Kredsløb, Nielsen, 2011

Kulbrinter (HC) og Flygtige organiske forbindelser (VOC)

Disse organiske bindinger stammer fra en ukomplet forbrænding af fossile brændsler. Kulbrinter indgår

sammen med bl.a. ozon i dannelsen af fotokemisk smog.

En speciel type kulbrinte er de polyaromatiske, PAH, som især udledes af bl.a. dieselmotorer og afbrænding

af halm og træ. PAH formodes at være kræftfremkaldende og yderligere har dampe af flygtige organiske

opløsningsmidler også en anden negativ indvirkning på det menneskelige helbred, navnlig hjerneskaden der

defineres som ”malersyndrom”. (Nielsen, 2011, s. 70) (USGS, 2015)

Kulbrinter, HC, og flygtige organiske forbindelser, VOC, reduceres nemmest ved opretholdelse af korrekt

luft/brændselsblanding, dvs. støkiometri. (TSI, 2004, s. 8)

CO og CO2

Kulmonoxid (CO) dannes ved ufuldstændig forbrænding af fossile brændsler og skyldes bl.a. dårlig

brændstof/luft blanding samt utilstrækkelig tilførsel af luft. Derudover dannes CO også ved overdreven

tilførsel af luft udover det ”teoretiske minimum”, (læs mere herom i kapitlet ”Kemisk forløb ved

forbrænding”). (Nielsen, 2011, s. 70, 71)

CO er en giftig gas, som selv i lave koncentrationer kan være skadelig og kan i høje koncentrationer endda

være dødelig, da CO binder sig til hæmoglobinet i blodet (røde blodlegemer) og erstatter den bundne ilt.

Dette skyldes at ilt bindes langt svagere til hæmoglobin end CO gør, hvilket bevirker at der er mindre ilt til

20

rådig i blodet, som kroppens celler kan benytte sig af, dette vil på sigt resultere i iltmangel, og kan medføre

bevidstløshed og som nævnt tidligere, i værste tilfælde døden. (docbrown, 2015)

Kuldioxid (CO2) dannes ved fuldstændig forbrænding og er ved lave koncentrationer uskadeligt for

mennesker og dyr, udslippet er dog imidlertid så stort at det gennem drivhuseffekten kan ændre jordens

varmebalance. CO2 fungerer som drivhusgas ved at opfange og returnere infrarød varmestråling fra jorden

hvilket kan være medvirkende til den globale temperaturstigning og kan få en enorm betydning for livet på

jorden. Reduktion af CO2 emissionen fra dieselmotorer kan kun ske ved at skifte til lettere brændselsolier

da disse indeholder mindre kulstof og mere brint, eller ved optimering samt generelt vedligehold af

motoren således at et mindre brændstofforbrug opnås.(Nielsen, 2011, s. 71), (Kuiken II, 2012, s. 145)

Dioxin

Dioxiner er en gruppe af klorholdige gasser som kan dannes ved bl.a. ufuldstændig forbrænding af fossile

brændsler.

Disse gasser er kræftfremkaldende og kan påvirke forplantningsevnen og immunforsvaret hos mennesker.

Hos forsøgsdyr er der ved selv små mængder, registreret forgiftninger som blev udtrykt i form af

appetitmangel, vægttab, lever-, kar- og fosterskader samt skader på det mandlige reproduktionssystem og

død.

Forureningen med dioxin der udledes ved forbrænding af fossile brændsler kan reduceres ved at indføre

røggasrensning der fanger en del af dioxinen. (Vistrup3, 2011)

Sod og støv

Sod er den sorte røg som ofte ses fra udstødningen på dieselmotorer, og dannes ved afbrænding af alle

typer brændsel. Overdreven sod er uønsket fordi det indikerer en dårlig forbrænding og sætter sig på

varmeflader i f.eks. røggasvarmegenvindingssystemer, hvor den hæmmer en god varmeoverførsel. Sod er

primært uforbrændt kulstof, C, og dannes på samme grundlag som CO, nemlig utilstrækkelig

forbrændingsluft, (læs mere herom i kapitlet ”Kemisk forløb ved forbrænding”), dårlig

brændsel/luftblanding og for lav forbrændingstemperatur. Soddannelse er ligesom CO, næsten umulig at

eliminere og kan have store indvirkninger på det menneskelige helbred bl.a. kronisk bronchitis og silikose,

som er arvævsdannelse i lunger og leder til åndenød samt asbestose der ligeledes er arvævsdannelse i

lungevæv med åndenød til følge.

Desuden er sod også kræftfremkaldende da den indeholder de såkaldte polyaromatiske kulbrinter, PAH.

(TSI, 2004, s. 8), (docbrown, 2015), (Nielsen, 2011, s. 72), (sundhed1, 2011), (sundhed2, 2009)

Delkonklusion Støvpartikler og uønskede produkter skabt ved forbrænding af fossilt brændselsolie og som især, dannes

ved forbrændinger der foregår under ikkeoptimale forhold så som hvis brændstofblandingen er

ustøkiometrisk, er giftige stoffer som ikke ønskes udledt til omgivelserne da de har stor indvirkning på både

klimaet og livet på jorden.

21

Dog dannes de uønskede produkter også ved en fejlfri motor bl.a. fordi motorcyklussens hastighed ikke gør

det muligt for brændslet at nå at oxidere fuldt ud før det ledes ud af forbrændingskammeret igen.

For at reducere og bremse de i dette kapitel nævnte udviklinger som disse giftige emissioner forårsager,

arbejder verdens politikkere derfor med at indføre love og tiltag for at reducere disse emissioner, hvilket

omhandles i næste kapitel.

Klimapolitik Som resultat af den globale opvarmning, ændres klimaet overalt på Jorden, hvilket har medvirket at

vejreekstremer bliver mere udbredt rundt om i verden, hvor der i nogle regioner opleves mere tørke hvilket

leder til øgede dannelser af ørken, skovbrande, vandmangel og høst som slår fejl, hvilket leder til bl.a.

hungersnød som der ses i store dele af Afrika. Andre steder udsættes for voldsommere storme og

oversvømmelser. Desuden smelter isen i bjergene samt ved Nordpolen og ved Sydpolen, hvilket leder til at

vandstanden i havene er begyndt at stige, og vil fortsætte med dette i flere hundrede år frem, hvilket er

medvirkende til at kysterne eroderes og at lavtliggende områder efterhånden bliver ubeboelige, og

medfører at mange planter og dyrearter, både på landjorden og i havene bliver truet og risikerer at uddø,

da de ikke er i stand til at tilpasse sig de nye forhold. Klimapolitik rykker derfor højere op på den politiske

dagsorden og man er blevet mere opmærksom på luftforureningen og dens mange skadevirkninger som

der pådrages både jordens klima samt livet på jorden, hvilket har medført en kraftig indsats for bl.a. at

bremse denne negative udvikling.

Dengang, den i denne rapport omhandlede motorplatform blev designet af Frichs, for over 30 år siden, var

det indtil slutningen af 1970’erne normal kutyme at udlede de forurenende stoffer direkte til atmosfæren i

en sådan højde at emissionerne blev tilstrækkelig fortyndet inden de blev deponeret, hvilket har været en

af hovedårsagerne til den globale opvarmning og til de forandringer som jorden nu udsættes for. Men

allerede i slutningen af 1960’erne blev man bekendt med at SO2 er et forureningselement med mange

negative indvirkninger på helbred samt klima, hvilket medførte at man i 1972 begyndte at regulere

svovlindholdet i brændstoffer, anvendt i Danmark og for Danmarks vedkommende, blev det i 1974

bestemt, gennem den danske miljøbeskyttelseslov, at emissioner fra bl.a. industri og energisektoren skulle

begrænses, hvilket der siden er blevet arbejdet på med både kortsigtede samt langsigtede mål. (Sønderiis,

2013), (Nielsen, 2011, s. 72, 73), (Hertel, 2015, s. 13)

I det følgende, vises hvordan reduktionen af emissioner har udviklet sig i tiden efter Frichs stoppede med

udviklingen af den, i rapporten omhandlede, motorvariant i 1970’erne og det kan herved med god

sikkerhed konstateres at udtalelsen holder stik, og at motorvarianten derfor ikke opfylder de i dag

gældende emissionskrav, i hvert fald mht. EU og IMO’s Tier-normer når man ser på reduktionsudviklingen i

de følgende EU trendkurver (Fig. 6 og Fig. 9), samt de opsatte Tier-normer (Fig. 7 og Fig. 8).

22

Fig. 6 Emissioner og mål, EEA, 2015

Da motoren er bygget i 1970, hvilket er i perioden hvor Tier 0 var gældende, og motorvarianten ej siden har

undergået emissionsnedsættende udvikling, overholder den ikke Tier I normerne som i dag er gældende,

ifølge Tier II/III - bilag VI, for stationære dieselmotorer som ikke benyttes til transportformål og som er

bygget før år 2000. Desuden skal motorer som er bygget før 2007 og som har en cylindervolumen under 10

liter pr. cylinder2, ligeledes overholde Tier I emissionsnormerne, som er markeret med blåt i nedenstående

skema og heraf ses at PM reduktionen fra Tier 0 til Tier 1 er reduceret med 0,27 g/bkWh3, hvilket

Frichsmotoren antages ikke at overholde, grundet den udeblivende udvikling. (dieselnet1, 2015),

(dieselnet2, 2015), (dieselnet3, 2015), (metrovancouver, 2015, s.1, 2)

2 Frichsmotoren har cylindervol./ cylinder = 6,98 liter

(𝑅2 ∗ 𝐻ø𝑗𝑑𝑒 ∗ 𝑃𝑖) ∗ 10−6 → (92,52𝑚𝑚 ∗ 260𝑚𝑚 ∗ 3,14) ∗ 10−6 = 6,98 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 NB. 10−6 er omregningsfaktor for 𝑚𝑚3 til liter (Endmemo, 2015) og data for radius og højde ses på bilag nr. 2 3 𝑃𝑀𝑇𝑖𝑒𝑟0 − 𝑃𝑀𝑇𝑖𝑒𝑟1 → 0,81 − 0,54 = 0,27

23

Fig. 7 Emissionsstandarter, dieselnet3, 2015, metrovancouver, 2015

Det skal dog nævnes at opgradering til en nyere Tier-norm end Tier I, er tilladt, hvilket vil give

afgiftslettelser, men hvis motorvarianten skal indgå i en motorpark, kræves det at motoren overholder de

nye og strengere Tier 4i reglementer, dette er kun muligt at opnå ved en kombination af både primære

samt sekundære reduktionsmetoder, læs mere om reduktionsmetoder i kapitlet ”Teknologi til reduktion af

emissioner”. (Natekar, 2015, s. 2), (metrovancouver, 2015, s. 1)

Nedenfor ses Tier 4 normerne. (dieselnet3, 2015)

Fig. 8 Tier 4, dieselnet3, 2015

24

Da klimapolitikken, som bekendt, ikke kun er styret nationalt men også internationalt er der en række krav

der skal overholdes og som bl.a. er skabt af EU- medlemslandene, disse krav er minimumskrav og dikterer

at der skal ske en reduktion på 20 % i emissionerne af drivhusgasser i forhold til niveauet i 1990, andelen af

energiproduktionen skal bestå af 20 % vedvarende energi samt at der skal være foretaget en

energieffektivisering på 20 % ved indgangen til 2020. (Hertel, 2015, s. 19)

I en rapport fra 2014, udarbejdet af FN’s klimapanel, hvori der gøres status på klimaændringerne, er det

desuden nævnt at CO2-emissionerne skal reduceres med 40-70 % mellem årene 2010 og 2050 (Sønderiis,

2015)

Gennem Kyoto perioden fra 2008 - 2012, forpligtede Danmark sig til at reducere udslippet af drivhusgasser

med 21 % i forhold til 1990, dette mål blev da også nået og Danmark forventes endda at overgå de tidligere

nævnte 2020 minimumskrav. Danmarks plan er, at energi- og transportsektorerne skal være forsynet af 100

% vedvarende energi ved år 2050 og dette mål skal nås via en række mellemliggende delmål som blev

besluttet i 2012 og som dikterer at, ved 2020 skal 35 % af det totale energiforbrug, stamme fra vedvarende

energi produktion og hvoraf 50 % af elektriciteten er genereret af vindenergi, herunder vindmøller,

bruttoenergiforbruget skal reduceres med 7,6 % i forhold til niveauet i 2010, og udledningen af

drivhusgasser skal reduceres med 34 % i forhold til niveauet i 1990. Disse mellemliggende delmål er godt på

vej til at blive realiseret indenfor den estimerede tidsramme da andelen af vedvarende energi, indenfor den

danske energisektor allerede steg fra 0 % i 1970 til 26 % af bruttoforbruget i 2012 samt er andelen af

elektricitet som er genereret via vindenergi steget fra 2 % i 1970 til 29 % i 2012. (Hertel, 2015, s. 19)

Nedenstående illustration viser emissionsniveauerne som de så ud for EEA-324 landende i perioden fra

1990 til 2008 (EEA1, 2012), (EEA2, 2011)

Fig. 9 Emissioner, EEA, 2011

4 EEA-32 lande: Østrig, Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Tyskland, Grækenland, Irland, Italien, Luxembourg,

Holland, Portugal, Spanien, Sverige, Storbritannien, Bulgarien, Tjekkiet, Estland, Ungarn, Letland, Litauen, Polen, Slovakiet, Slovenien, Rumænien, Tyrkiet, Island, Liechtenstein, Norge, Malta, Cypern og Schweiz (EEA, 2012)

25

Som det ses af ovenstående illustration, er EEA-32 landendes gennemsnitlige emissionsniveauer for CO2,

SO2 samt NOx, faldet i perioden fra 1990 til 2008, hvor man ser at faldet i udledninger er specielt

bemærkelsesværdigt mht. SO2 og NOx. Faldene sker endda på trods af en stigning i elektricitets- og

varmeproduktion på 33,8 % i perioden, og skyldes at der i medlemslandene er anvendt teknologi til

rensning af røggassen og at man dels er overgået til brug af brændstoffer med et lavere svovlindhold og

dels har skåret i brugen af kul og olie, for i stedet at anvende naturgas. Ydermere er der foretaget

energieffektiviseringer og som et yderligere resultat af at EU pålagde direktivet om anvendelsen af den

bedste tilgængelige teknologi, det såkaldte ”BAT” i forbindelse med forebyggelse og bekæmpelse af

forurening, er implementeringen af brændere af ”LO-NOx” teknologien blevet mere udbredt på

medlemslandenes kraftvarmeværker. Faldet i emissionerne skyldes også at anvendelsen af grøn energi så

som, vind- sol- og vandenergi er steget markant i 2008 i forhold til tidligere, samt at brugen af biomasse, gik

fra ca. 180 tusind TJ i 1990 til 1,1 million i 2008 samt at andelen af biomasse som fandtes i brændstoffer der

anvendtes til el- og varmeproduktion i samme periode, steg fra 1,1 % til 6,5 %. (ENER02, 2015, s. 5), (EEA2,

2011), (EU GHG opgørelsen for 2010, 2010, [EEA2, 2011]), (Hertel, 2015, s. 13)

Yderligere skal det nævnes at klimapolitikken for de rige industrialiserede lande ikke er den samme som for

de fattige lande, da det i de rige industrialiserede lande overordnet handler om hvordan man reducerer

emissioner, handler det overordnet i de fattige lande om hvordan man bedst muligt tilpasser sig

klimaændringerne og her har man derfor ikke det store fokus på at reducere emissioner. Dog har visse

banker, som eksempelvis World Bank, opstillet en række miljøkrav som skal følges, hvis man ønsker at låne

kapital til etablering af nye kraftværker. Kravene World bank stiller er lignende IMO’s og følger desuden

WHO’s retningslinjer for luft kvalitet. (Sønderiis, 2015), (Kuiken II, 2012, s. 153, 154), (ifc, 2015, s. 4)

Afgifter Initiativerne i Danmark mht. reduktion af emissionerne fra kraftværker, herunder indføringen af

miljøafgifter for svovldioxid og kvælstoftveilte, er blevet indført gradvist, hvilket bl.a. har medført at

koncentrationen af svovldioxid i Danmark, i dag er 20 gange lavere end i 1982. (Hertel, 2015, s. 13)

I det følgende beskrives satserne for udledning af NOx, SOx samt CO2.

NOx

I 2010 blev der indført en miljøafgift på NOx, udledt ved forbrænding af fossile brændstoffer. Da afgiften

blev introduceret, lød den på 5 DKK/kg udledt NOx. Denne afgift er i år (2015) steget yderligere til 26,4

DKK/kg. Afgiften er ment som en motivation for forbrugerne af de fossile brændstoffer, herunder

hovedsageligt industrien og energisektoren, til yderligere at reducere emissionerne. (Hertel, 2015, s. 25, 26)

SOx

Ifølge LBK nr. 335 af 18/03/2015 - Bekendtgørelse af lov om afgift af svovl, skal der betales afgift på

indholdet af svovl i brændstoffet, såfremt indholdet overskrider 0,05 pct. Jf. §1 og afgiftssatsen lyder, jf. §2,

på 23kr/kg svovl i brændstoffet, denne afgift kan dog ændres, jf. §2, skt. 2, til 11,5kr/kg SO2 udledt til luften,

hvis virksomheden ansøgninger herom hos told- og skatteforvaltningen. (Retsinformation1, 2015, §1, §2,

§2, stk. 2)

26

CO2

Ifølge LBK nr. 321 af 04/04/2011 - Bekendtgørelse af lov om kuldioxidafgift af visse energiprodukter, §2, stk.

1, skal der betales afgift på gas- og dieselolie forlydende på 45,1 øre/liter, mens afgiftssatsen for diesel som

er beriget med 6,8 pct. biobrændstoffer lyder på 42 øre/liter. (Retsinformation2, 2011, §2, stk. 1)

Delkonklusion Der er gennem de seneste årtier arbejdet engageret med at nedbringe udledninger fra forbrænding af

fossile brændsler på verdensplan, og navnligt for de rige industrilandes vedkommende som gennem

klimaaftaler, forpligter sig til procentvise reduktioner inden for en fastsat tidsramme. Disse reduktioner

sker som følge af bl.a. effektiviseringer af gamle kraftværker hvorpå bl.a. optimering af forbrænding og

varmeudnyttelse finder sted, hvilket er nogle af resultaterne som er skabt gennem indførelsen af BAT

direktivet.

BAT direktivet går i sin helhed ud på at udnytte den bedste tilgængelige teknik, hvilket der mht.

motoroptimering er omhandlet i det kommende kapitel.

Teknologi til reduktion af emissioner

Da Frichs motormodellen som denne rapport omhandler, er en firetakts medium speed heavy duty

dieselmotor med 6 cylindre som både anvendes indenfor offshore og onshore sektorer, vil valget af de

anvendte metoder samt typen af teknologi til reduktion af emissioner være baseret på denne faktor, derfor

vil der i dette kapitel være omhandlet teknologier fra begge sektorer.

Indenfor teknologi til reduktion af emissioner skelnes mellem to overordnede metoder, hvilke er:

- Primære metoder

- Sekundære metoder

(Kuiken II, 2012, s. 154)

Primære metoder I dette kapitel vil de primære teknikker som kan benyttes til at reducere emissionerne være omhandlet.

Primære reduktionsmetoder begrænser sig til motorens forbrændingskamre, hvor der her bl.a. fokuseres

på at forbedre forbrændingen samt sænke peaktemperaturerne. Dette gøres gennem ændringer, foretaget

på faktorer der har direkte forbindelse med forbrændingen, så som forbrændingstemperatur,

skyllelufttemperatur og skylleluftstryk, justering af ventiler, indsprøjtningstidspunkt samt indeks,

kompressionsforhold, etc. (Kuiken II, 2012, s. 154)

De primære reduktionsmetoder vil være et godt sted at bruge ressourcer på i første omgang, da der her

kan opnås store reduktioner af emissioner ved diverse modificeringer og justeringer, hvilket er behandlet i

dette kapitel, og disse tekniske ændringer og justeringer vil resultere i optimeringer af selve

grundmotorplatformen, hvilket har den fordel at motorplatformens potentiale vil være udnyttet til fulde og

samtidigt, være forberedt bedre i forhold til de stigende emissionskrav både nu og i fremtiden.

27

NOx

Når det kommer til reduktion af NOx er de primære reduktionsmetoder et vigtigt sted at fokusere da

mængden af NOx hænger sammen med forbrændingstemperaturen, dvs. at hvis

forbrændingstemperaturen sænkes, så mindskes NOx dannelsen ligeledes. Dog kan en sænkning af

forbrændingstemperaturen have indvirkning på den totale virkningsgrad, som risikerer at falde, og dermed

brændselsforbruget, som risikerer at stige.

Af nedenstående illustration ses hvordan forskellige teknologier og metoder har indflydelse på

emissionerne af NOx samt brændselsforbruget, BSFC. (Kuiken II, 2012, s. 154, 155)

Fig. 10 Reduktionsmetoder vs. Indvirkning, Kuiken II, 2012

Væske

Som tidligere nævnt kan en af de primære måder hvorpå NOx dannelsen kan sænkes, være ved at sænke

forbrændingstemperaturen, faktisk er der store resultater at opnå ved denne metode, og kan gøres på flere

måder, bl.a. ved anvendelse af vand, enten ved at blande en smule vand i brændstoffet og lave en såkaldt

”emulsion”, eller at øge fugtigheden af skylleluften, eller ved direkte indsprøjtning af vand i

brændkammeret. (Kuiken II, 2012, s. 154)

I praksis anvendes skylleluft med øget fugtighed ikke, da der er risiko for at den smørende oliefilm på

cylindervæggene bliver påvirket i negativ retning, hvilket utvivlsomt vil have indflydelse på motorens

levetid samt formåen. Desuden er der på store motoranlæg installeret fugtudskilleranlæg specielt til at

fjerne fugten fra luften inden den ledes videre ind i motoren. (Kuiken II, 2012, s. 157)

Dog finder der en udbredt anvendelse sted for de to andre metoder, heriblandt emulsionerne. Et eksempel

på en sådan emulsion er et produkt som tilbydes af firmaet ”Alternative Petroleum Technologies” og som

består af vand (6 % – 16 %) og diesel plus en marginal andel af additiver (2 %). Denne såkaldte ”DOE” er et

godt alternativ til den konventionelle diesel og kræver hverken modifikation af motoren eller dens

hjælpesystemer, og anvendelsen giver imidlertid en række fordele på mange planer, bl.a. på det

28

økonomiske plan i form af afgiftslettelser og en nedsættelse af brændstofforbruget på op til 10 %. Tests har

også vist at anvendelsen af emulsionerne forlænger motorens levetid, idet kulbelægninger fjernes og

forebygges, hvilket automatisk leder til reducerede vedligeholdsomkostninger og øget oppetid. (APT, 2013)

Desuden er der også en betydelig reduktion af emissioner forbundet med brugen af emulsionerne og tests

har vist at NOx reduktioner der ligger mellem 10 % og 30 % og for andre producenter helt op til 50 %, CO

reduktioner på 10 % - 60 %, CO2 reduktioner på 2 % - 4 % samt reduktioner af støv på 60 % samt en

eleminering at røgdannelse, er ganske opnåelige. (APT, 2013), (Kuiken II, 2012, s. 158)

Den anden nævnte metode til sænkning af forbrændingstemperaturen er ved direkte indsprøjtning af vand

i forbrændingskamrene og kan gøres via en dyse med kombineret brændsels- og vandindsprøjtning, som

det ses af nedenstående illustration, eller via en separat dyse. For at optimale resultater opnås er det

vigtigt at vandindsprøjtningen sker præcist mht. mængde og tidspunkt og derfor bygger man styrekredsene

som styrer hhv. vandindsprøjtningen og brændselsindsprøjtningen separate, således at hver kreds fungerer

selvstændigt, på denne måde forebygges interferens mellem styringer samt indsprøjtningsmønstre og

penetreringsdybder i brændkammeret. (Kuiken II, 2012, s. 157, 158), (Majewski, 2002)

Illustrationerne nedenfor viser dysen med den kombinerede vand- (venstre) og brændselsindsprøjtning

(højre), samt måder hvorpå vandet kan introduceres til cylinderen. (Kuiken II, 2012, s. 158), (Majewski,

2002)

Fig. 11 Dyse + introduktionsmetoder, Kuiken II, 2012, Majewski 2002

Grunden til at styringerne er separate er fordi at vandindsprøjtningen ikke foregår på samme tidspunkt som

for brændselsolien. Vandet indsprøjtes nemlig 60 grader før top-dødpunktet ”TDC” mens brændselsolien

indsprøjtes ca. 20 grader før TDC. (Kuiken II, 2012, s. 158)

Vandet sprøjtes ind så længe før brændselsolien, fordi man ønsker at sænke temperaturen på den

komprimerede luft så meget som muligt, inden indsprøjtningen af brændselsolie finder sted, således at

vandet er i brændkammeret under hele temperaturudviklingen, fra kompression af skylleluft, til

indsprøjtning og forbrænding, således at vandet omdannes til damp hvilket øger volumen af den

29

komprimerede gas som herved fortrænger noget af den ilt som ellers skulle have været i cylinderen, hvilket

reducerer luftoverskuddet og derfor reaktionen mellem kvælstof og ilt. Samtidigt har vand også en større

varmekapacitet end luft, hvilket vil bidrage til at reducere peaktemperaturen gennem hele forløbet. (Kuiken

II, 2012, s. 159)

Vandindsprøjtning hæver desuden også kompressionen i brændkammeret en smule, hvilket i teorien også

vil bidrage en smule til NOx reduktion. Ca. 2 % kan opnås alene ved hævelse af kompressionen. (Kuiken II,

2012, s. 156)

Skylleluft

Ved sænkning af skylleluftens temperatur kan opnås 1 % reduktion i NOx dannelsen, for hver 3 °C som

temperaturen sænkes. Sænkning af skylleluftstemperaturen kan ske gennem installation/ optimering af

intercoolersystemet. (Kuiken II, 2012, s. 155)

En anden måde at sænke skylleluftstemperaturen på, i en firetakts dieselmotor, er via den såkaldte ”Miller-

proces” som i sin helhed går ud på at sænke skylleluftens temperatur ved at lukke indsugningsventilen

mens stemplet stadig har 20 % vandring til bund-dødpunktet, BDC, dette sikrer at den skylleluft som er i

cylinderen på dette tidspunkt ekspanderer og afkøles yderligere, hvilket vil resultere i en køligere

forbrænding som kan give reduktioner fra 15 % optil 30 %, dog skal der yderligere foretages optimeringer i

form af trykøgning mht. turbosystemet for at opnå den tilstrækkelige mængde luft til forbrændingen, da

indsugningstiden er afkortet grundet indsugningsventilens tidligere lukning. Ydermere skal der foretages

ændringer på knastakslen således at Miller timingen kan deaktiveres i opstartsfasen for at lette denne,

samt for at reducere soddannelse i scenarier med delvis belastning. (Kuiken II, 2012, s. 155, 156, 168, 169)

Betydelige reduktioner i NOx dannelsen kan også opnås via nedjustering af skylleluftstrykket samt justering

af udstødningsventilerne sådan at disse lukker tidligere, hvilket vil lede til et øget kompressionstryk grundet

forbrændingstrykket, og når dette kombineres med et mindre luftoverskud, kan reduceringer i NOx

dannelsen op til 15 % opnås. (Kuiken II, 2012, s. 156)

Indsprøjtning

En af de nemmeste måder hvorpå NOx dannelsen kan reduceres, er ved at forsinke

indsprøjtningstidspunktet. Denne ændring af indsprøjtningstidspunktet kan dog indebære en mindre

forøgelse i motorens brændselsforbrug, da der ved et senere indsprøjtningstidspunkt følger et lavere

forbrændingstryk, da efterkompressionen af forbrændingsgasser, bliver mindre.

Princippet bag denne justering er at efterkompressionen af forbrændingsgassen øger temperaturen af

gassen yderligere, hvilket leder til øget dannelse af NOx, så hvis trykket af denne efterkompression sænkes,

vil dette lede til at temperaturen ligeledes sænkes og dermed lavere NOx dannelse.

Som et eksempel kan nævnes at ved en forsinkelse af indsprøjtningstidspunktet på to krumtapsgrader, på

en Wärtsilä Sulzer RTA totaktsmotor, opnås en reduktion af NOx dannelsen på 10 % og en sænkning af

forbrændingstrykket på 10 bar, hvilket leder til at brændselsforbruget stiger med 3 g/kWh.

Forsinket indsprøjtning kan bidrage med en NOx reduktion på op til 25 %.

30

Illustrationerne nedenfor viser sammenhængen mellem krumtapsgrader og indsprøjtningstidspunkt og det

ses herved at en senere indsprøjtning kombineret med et øget kompressionsforhold giver den mindste NOx

dannelse i forhold til standardkonfigurationen, uden at gå på kompromis med motorydelsen. (Kuiken II,

2012, s. 156)

Fig. 12 Sammenhænge, Kuiken II, 2012

En anden mulighed er at øge indsprøjtningstrykket samt indsprøjtningstiden, hvilket vil have en positiv

indflydelse på forstøvningen, penetreringsdybden, samt blandingsturbulensen i brændkamrene, dog er der

ikke ret meget at hente ved denne justering da undersøgelser har vist at der i bedste fald kun er en NOx

reduktion på 5 % at hente ved en forøgelse af indsprøjtningstiden på 10 % (Kuiken II, 2012, s. 157)

Af illustrationen nedenfor ses hvordan implementeringen af såkaldte ”Low NOx” dyser, vandindsprøjtning samt en reduktionen af forbrændingstrykket, påvirker dannelsen af NOx samt hvilken effekt det har på brændselsforbruget (BSFC) og det ses tydeligt heraf hvor stor en effekt vandindsprøjtning har.

Fig. 13 Metoder + indvirkning, Kuiken II, 2012

Low NOx dyser er dog ikke relevante for Frichsmotoren, som denne rapport omhandler, da motoren er

firetakt og Low NOx dyser bruges på totaktsmotorer. (Kuiken II, 2012, s. 157)

Exhaust gas recirculation (EGR)

Reduktion af NOx ved anvendelse af denne metode er yderst effektiv og fungerer i teorien efter to

reduktionsprincipper der allerede er beskrevet tidligere, nemlig sænkning af peaktemperaturen og

reducering af tilstedeværende ilt. Disse to trin gøres simultant idet der ledes en procentdel af røggassen

tilbage til forbrændingskamrene. Røggassen som, indeholder CO2 og vand sænker peaktemperaturen da

disse bestanddele absorberer mere varme end atmosfærisk luft gør, hvilket leder til at den samlede ilt-

røggas-brændselsblanding har en højere varmekapacitet. Derudover sker der både en reducering af

31

luftoverskuddet samt en forøgelse i den gasmængde der skal opvarmes under kompressionen, hvilket både

bidrager til at peaktemperaturen sænkes samt at reaktionen mellem kvælstof, N, og ilt mindskes, hvilket

derfor reducerer dannelsen af NOx.

Som det ses af nedenstående illustration så bidrager EGR, udover NOx reduktion, også til reduktion af

uforbrændte kulbrinter, HC. Det ses dog også at der ved øgede recirkuleringsprocenter sker et øget forbrug

af brændsel (BSFC) samt en stigning i CO dannelsen. Dette skyldes at der sker en reduktion i motorydelsen

grundet manglen på ilt, hvilket leder til at forbrændingen ryger ud af støkiometri og der foregår derfor ikke

en fuldstændig forbrændig (Læs mere om fuldstændig forbrænding og støkiometri, i kapitlet ”Kemisk forløb

ved forbrænding”).

Fig. 14 EGR, Kuiken II, 2012

Dette system er både et effektivt og kompakt system der generelt ikke fylder ret meget og er meget

udbredt i bilindustrien. (Kuiken II, 2012, s. 159)

Nedenstående illustration viser hvordan et EGR system kan være opbygget. (doosan, 2015)

Fig. 15 EGR system, Doosan, 2015

32

Som bekendt er de ovenstående teknologier velegnede metoder til reduktion af NOx, dog er der en risiko for at reduktion af NOx kan medføre et øget brændselsforbrug, dette kan blandt andre faktorer, skyldes et mindre forbrændingstryk, som det er tilfældet ved anvendelse af forsinket brændselsindsprøjtning (Læs mere herom i punktet ”Indsprøjtning”) eller ved brug af visse emulsioner, dog findes der på markedet også emulsioner som endda kan mindske brændselsforbruget (Læs mere herom i punktet ”Væske”).(Kuiken II, 2012, s. 158)

VOC og uforbrændte kulbrinter

Disse uforbrændte kulbrinter fremkommer hovedsageligt i røggassen pga. motorens forbrug af smøreolie

samt fordampning af overskydende brændselsolie i dyserne. Uforbrændte kulbrinter kan reduceres ved at

mindske ”lommevolumenen” efter dysenålen som det ses af nedenstående billeder. (Kuiken II, 2012, s.

160)

Fig. 16 Lommestørrelser, Kuiken II, 2012, MAN, 2006

En mindskning af dyselommen vil udover reducering af uforbrændte kulbrinter også have en positiv effekt

på reduceringen af sod og andre partikler, hvilket ses af kurverne for en MAN motor, model 12K90MC

nedenfor. (MAN, 2006 s. 3)

Fig. 17 Reduktioner, MAN, 2006

33

Hvis emissionskravene ikke kan overholdes udelukkende ved implementering af primære metoder, af f.eks.

konstruktionsmæssige- og/ eller økonomiske årsager, bliver man nødt til at benytte sig af sekundære

reduktionsmetoder der efterbehandler røggassen.

Sekundære metoder

Katalysatorer (DOC)

Dieseloxidationskatalysatoren og varianter heraf, omdanner røggassens indhold af CO til CO2 samt oxiderer

de i røggassen resterende kulbrinter så disse omdannes til CO2 og vand. Disse katalysatorer installeres i

udstødningssystemet, og opererer med virkningsgrader på op til 90 %, og eliminerer stort set

forbrændingslugten samt bidrager til reduktion af sod. Der findes også katalysatorer på markedet som

erstatter den originale lyddæmper med en katalysatorlyddæmper. (catalyticconverters, 2015),

(catalyticexhaust1, 2015)

Illustrationen nedenfor beskriver virkemåden af oxidationskatalysatoren samt dens formåen.

(cleanemissions, 2012)

Fig. 18 Oxidationskatalysator, cleanemissions, 2012

Selective Catalytic Reduction (SCR)

Denne katalysatorteknologi anvendes til reduktion af NOx ved hjælp af Ammoniak. I dette system

omdannes NOx gennem en kemisk reaktion med ammoniakken og danner kvælstof og vand. (Kuiken II,

2012, s. 160)

NOx reduktioner på mellem 75 – 95 % ved brug af disse anlæg, er almindelige. (diesel service, 2013)

Det skal dog nævnes at der på markedet findes SCR systemer som fungerer uden brug af ammoniak og som

ydermere kan fungere som DOC systemet, som tidligere er beskrevet. Et sådan produkt er SCR

34

katalysatoren fra firmaet ”Clean Emissions Products Inc.” og er illustreret nedenfor. (cleanemissions1,

2012)

Fig. 19 SCR, cleanemissions1, 2012

Filtre (DPF)

Et dieselpartikelfilter reducerer emissionerne af en lang række faste stoffer og vil eliminere sodemission

(sort røg). (catalyticexhaust2, 2015)

Filtrene fungerer via elektrostatisk filtrering og opfanger partikler i størrelsen 0.0001 – 0.001mm, hvor de

efterfølgende bliver vasket ud af filtret.

Tests har vist en kombination af et elektrostatisk filter og en cyklon kan fjerne over 60 % af partiklerne i

røggassen. (Kuiken II, 2012, s. 160, 165)

Scrubbing

Scrubbingsystemer anvendes til reduktion af SO2 og kan fungere via væskeblandinger indeholdende

kalkforbindelserne, CaCO3, CaO eller Ca(OH)2.

I scrubbere der fungerer efter væskepricippet, vaskes svovlforbindelserne, SOx, ud af røggassen og filtreres

derefter ud af scrubbingvæsken via filtersystemer og efterlader kun gips som biprodukt, mens der i tør-

scrubbingsystemer, der fungerer uden kalkholdige væsker men i stedet, ved brug af

natriumbicarbonat, NaHCO3, dannes natriumsulfat, Na2SO4. (bwsc, 2015)

Illustrationen nedenfor viser en scrubber og princippet hvorved denne fungerer. (Nielsen, 2011, s. 90)

35

Fig. 20 Scrubber, Nielsen, 2011

Udover teknologier og metoder til reduktion af emissionerne fra forbrændingen af fossile brændselsolier,

er der også den mulighed at benytte sig af alternativer til den fossile olie, med dette menes bio-olier.

Alternative brændselsolier

Anvendelsen af biobrændsler har en række fordele i forhold til de fossile brændsler, idet de er fornylige og

CO2 neutrale, dvs. at nå de forbrændes, dannes kun den CO2 som alligevel ville blive dannet ved naturlig

afvikling af materialet, eksempelvis ved forrådnelse. Ydermere reduceres de uforbrændte kulbrinter i

forbindelse med forbrænding af biodiesel med 56 %, hvilket leder til at dannelsen af sod og CO

nævneværdigt reduceres i forhold til dannelsen ved forbrænding af petroleumdiesel. Desuden elimineres

udledningerne af SOx og Sulfat da biodiesel er fri for disse. Dette giver en økonomisk gevinst idet udgifterne

til miljøafgifter sænkes og grundet de tidligere beskrevne klimamål med bl.a. nedtrapning af forbruget af

fossile brændsler samt stigende emissionskrav, sikrer sit motoranlæg lang tid fremefter. Derfor er det en

god investering i fremtiden, at forberede motorplatformen til brug af disse biobrændselsolier, da man

herved stiller sig i en stærkere position mht. den nuværende samt fremtidige kundekreds og ydermere

styrkes firmaprofilen til at fremstå som en miljøorienteret samt teknisk avancerende virksomhed. (Nielsen,

2011, s. 143), (eere, 2003, s. 2)

Biobrændsler kan produceres af mange forskellige biomaterialer og gennem forskellige processer så som

gennem kemiske reaktioner og forgasning af råmaterialer som afgrøder og tørstoffer, heraf både

konventionelle fødevareafgrøder samt dedikerede energiafgrøder, animalsk fedt, træmateriale,

landbrugsprodukter samt en lang række olieprodukter fra soja, palmeolie, kokosolie, Jatrophaolie og raps.

Ydermere kan biobrændsler også produceres på affald og olier fra industrien og fødevaresektoren.

Da der findes forskellige typer af biobrændsel til brug i forbrændingsmotorer, vil de relevante typer af

biobrændsel mht. denne rapport være biodiesel og gas.

Biodisel kan blandes med fossilt diesel eller anvendes rent og har nogenlunde samme brændværdi som

fossilt dieselolie, ca. 88 – 95 % og studier har vist at en B305 biodieselblanding kan

reducere CO emissionerne med omkring 83 % og partikelmateriale med ca. 33 % og foruden den

5 B30 = 30 % biodiesel og 70 % petroleumdiesel

36

emissionsnedsættende virkning har biodiesel også bedre smøreegenskaber end petroleumdiesel.

(greenfacts, 2015), (Sam, Yoon Ki (2014), [Wikipedia]), (eere, 2003)

Ydermere kan dieselmotorer også modificeres til såkaldte ”Dual-fuel” motorer, således at de kører på en

gas-olieblanding hvor gassen tilføres cylinderen via en gasventil der kan sidde i indsugningsmanifolden.

Foruden gasventilen, sidder stadig den konventionelle brændselsoliedyse og yderligere en micro-dyse i

topstykket, som ligeledes er til brændselsolie. Denne kombination giver motoren to driftsmuligheder,

nemlig drift på konventionel brændselsolie samt drift på dual-fuel. Micro-dysen er en nødvendighed for

tilførslen af diesel når motoren driftes på dual-fuel, fordi den konventionelle brændselsoliedyse ikke kan

præstere at levere brændselsolie i en så lille mængde som det kræver for at kunne overholde IMO Tier 3

kravet om 80 % reduktion af NOx, hvilket kræver at andelen af diesel i gas-oliebalandingen reduceres til 2

%. (Ohashi, 2015)

Nedenfor ses en snittegning af dual-fuel opsætningen.

Fig. 21 Dual-fuel, Ohashi, 2015

En opsætning som denne vil være i stand til at reducere emissionerne af CO2 med 25 %, dog afhænger

emissionsværdierne, og derfor også reduktionsprocenten, af blandingsforholdet mellem brændselsolie og

gas samt brændstoffernes kemiske sammensætning. Udover CO2 reduktioner, giver dual-fuel opsætningen

også en reduktion i dannelsen af NOx, denne reduktion er dog betinget af forbrændingstemperaturen,

hvilken kan sænkes, ved at sænke mængden af brændselsolie som tilsættes gas-olieblandingen.

Af illustrationen nedenfor ses sammenhængen for gas-olieblandingsforholdet, hvor det ses at jo højere gas-

oliens andel af diesel er, des højere bliver dannelsen af NOx samt CO2.

37

Fig. 22 Blandingsforhold, Ohashi, 2015

Fordele og ulemper ved produktion af biobrændsler - markedspotentiale

I bestræbelserne på at reducere brugen af fossile brændstoffer og emissioner fra disse, er brugen af

biobrændsler stigende og mange lande beskæftiger sig derfor inden for denne industri med udvikling af

teknologier samt produktion af disse biobrændsler, både til eget forbrug men også til eksport, og selvom

der er mange fordele ved brugen af biobrændstoffer, er der dog også ulemper. Blandt andet er

produktionen af råmaterialet som bruges til produktionen af biodiesel, forbundet med diverse

miljøbelastninger, heriblandt ubæredygtig skovrydning og forurening, samt har det negative indvirkninger

på biodiversiteten og livet i og omkring de berørte skove. Disse problematikker ses specielt i tropiske egne

som Malaysia og Indonesien, hvor plantager til produktion af palmeolie etableres samt udvides i stigende

omfang for at kunne følge med den stigende efterspørgsel i Europa samt det øvrige verdensmarked.

Derudover er der også problematikken med at biodieselplantager, kan bidrage til hungersnød i de fattige

lande, idet man risikerer at bønder, af økonomiske årsager, fravælger landbrug med henblik på

fødevareproduktion og i stedet begynder at drive landbrug rettet mod biodiesel eftersom det meste af den

biodiesel der produceres i dag stammer fra spiselige råvarer. Dette kan dog undgås ved at drive

biobrændsellandbrug, som består af uspiselige afgrøder og på jorde der dårligt egner sig til landbrug for

fødevarer. Sådanne jorde er imidlertid, meget udbredte i store dele af bl.a. Afrika og disse kan udnyttes til

beplantning af den uspiselige Jatrophaplante, hvis frø er meget olieholdige. Camelinaplanten er også

velegnet i disse regioner, da den ligesom Jatropha kan overleve under hårde forhold med meget lidt vand i

længere perioder, derudover egner det overskydende tørstof fra presningen af planternes frø sig godt som

gødning og for Camelinas vedkommende også som dyrefoder og da der konstant forskes i genmodificering

af navnligt Jathropa for opnåelse af øget udbytte, vil fattige samfund i stigende grad kunne forsyne sig med

brændstof samt dyrefoder og en indtægtskilde, hvilket automatisk vil lede til at efterspørgslen for motorer

der kan køre på biobrændstoffer vil stige i også disse regioner af verden, og indenfor et bredt spektre af

brancher såsom transport og energisektorerne. (Wilcove, David. S, et. al. (2010), [Wikipedia]), (Sorda, G. et

al. (2010), [Wikipedia]), (altenergy, 2015), (susoils, 2009), (biodiesel, 2015, s. 1), (Jaliliannosrati, 2012, s.

144, 147)

38

Delkonklusion

Der er mange forskellige metoder til reduktion af emissionerne, og markedet for disse teknologier udvikler

sig hele tiden, ligeledes gør effektiviteten af disse teknologier. Derudover forskes der i alternativer til den

fossile diesel, heriblandt drift på dual-fuel gasolie-blandinger samt biodiesel som både kan anvendes rent

eller som blandinger af forskellig koncentration. Tilsammen har de en række fælles egenskaber, bl.a. at de

nedbringer emissionerne af uønskede forbrændingsprodukter samt reducerer brugen af fossile

brændstoffer, derudover kan biodiesel samtidig være en god mulighed for at styrke verdens fattige

samfund, hvis produktion af råmaterialer foregår bæredygtigt. Det vil derfor være fornuftigt at følge med i

denne udvikling og investere ressourcer i udvikling af kompatibelt teknologi.

39

Konklusion Bevidstheden omkring emissionerne fra forbrændingen af fossile brændstoffer og deres negative

indvirkning på miljøet samt livet på jorden, herunder den globale opvarmning samt udvikling af

forureningsrelaterede sygdomme, har ikke altid været til stede men er først noget som man begyndte at

beskæftige sig med i slutningen 1960’erne. Dette har siden ledt til at der indenfor både national og

international politik diskuteres og træffes både kortsigtede og langsigtede beslutninger om at reducere

både brugen af fossile brændsler samt udslippet af de skadelige forbrændingsstoffer til naturen. En af

måderne, hvorpå man reducerer disse uønskede emissioner, er ved indførelsen af BAT-direktivet som går

ud på at benytte den bedste tilgængelige teknologi. Dette gøres mht. forbrændingsmotorer ved først og

fremmest at forstå de teoretiske aspekter af forbrændingen, dvs. hvordan og hvorfor emissionerne dannes,

for herefter at benytte denne viden til reduktion af emissionerne ved bl.a. at anvende primære- og

sekundære metoder, således at man optimerer forbrændingsprocessen og efterbehandler røggassen. En

anden måde at reducere emissionerne på er ved at benytte biobrændsel og blandinger heraf, hvilket også

støtter klimapolitikkens stræben efter vedvarende og miljøvenlig energi. Biobrændsler åbner dog op for

både gode og potentielt negative scenarier, hvor der blandt gode scenarier kan nævnes at verdens fattige

samfund får bedre muligheder for bl.a. at kunne forsyne sig selv med brændstof og tjene penge via eksport

af biobrænsel, hvilket vil udvide markedet for udvikling, produktion og salg af biobrændselteknologi, til i

stigende grad også at inkludere disse regioner af verden. Et af de negative aspekter af

biobrændselproduktion er dog at denne, i dele af verden, ikke foregår bæredygtigt, og dette leder bl.a. til

forurening, og skader på biodiversiteten. I fattige lande risikeres det også at bønder, af økonomiske grunde,

fravælger landbrug som er rettet mod fødevareprodukter og i stedet overgår til landbrug, rettet mod

produktion af biobrændsel, hvilket vil lede til øget hungersnød. I sådanne regioner skyldes dette ofte at

jorden er meget ufrugtbar, grundet, eksempelvis, lange perioder med tørke, derfor forskes der i denne tid i

at udvikle planter som under sådanne forhold, kan give et godt udbytte og som kan plantes på ufrugtbare

jorde, således at fødevarejorde ikke overgår til biobrændseljorde. Udviklingen af sådanne planter vil

fremme produktionen af både fødevarer og biobrændselsafgrøder, og således fremme væksten i disse

fattige lande, samt fremgangen mod et verdenssamfund der er fri for fossile brændstoffer.

Af disse grunde spås det at der, i den kommende tid, vil være et godt markedspotentiale i

biobrændselteknologi, herunder biobrændselkompatible motorsystemer, som naturligvis overholder

gældende emissionsnormer. Det vil derfor være nødvendigt for Frichs at få nedbragt emissionerne for

motoren, hvilket bedst kan gøres via en kombination af, de i denne rapport beskrevne metoder og

teknologier, samt at udforske mulighederne for kompatibilitet med biobrændsel, for stadig at kunne være

med på markedet i fremtiden.

40

Perspektivering Da klimapolitikkens stramninger bliver mere og mere strikse som tiden går og at man i Danmark har

planlagt at overgå til 100 % brug af grøn og vedvarende energi allerede i 2050, er der indenfor

motorindustrien behov for at udvikling finder sted inden for en række af områder, bl.a. udvikling af

teknologi til produktion af biobrændstof, herunder ikke alene bio-olier men også biogasser som kan bruges

i dual-fuel motorer. På denne måde vil forbrugeren af bioanlægget være i stand til at drifte motoren på

dual-fuel som er baseret på 100 % biomasse, hvilket vil give den mest optimale udnyttelse af biomassen.

Derudover vil der ved forgasningen af biomaterialet opstå yderligere varme, der sammen med varmen fra

motoren og røggassen, kan bruges til opvarmningsformål, produktion af elektricitet eller til videre

produktion af biobrændstof. Alt dette vil være noget som der vil blive forsket omfattende i, i de næste

mange år og jo før man overgår fra brugen af fossile brændstoffer, til grøn og vedvarende energi, jo før får

man bremset de negative følgevirkninger som man oplever ved brugen af fossile brændsler i dag, det

betyder også at jo tidligere man begynder på udvikling og forskning indenfor disse teknologier des stærkere

står man mht. knowhow og dermed også på markedet.

41

Nomenklaturliste

Definition Navn

BAT Best Available Technique

BDC Buttom Dead Centre – Bund-dødpunkt

BSFC Brake Specific Fuel Consumption - Specifik brændstof forbrug (ecomodder, 2015)

C12H23 Petrodiesel – Fossilt diesel (kulbrinteforbindelse)

CH4 Methan

CFC ChlorFluorCarboner, Kommercielt navn - Freon (Vistrup, 2013)

CO2 Kuldioxid

CO Carbonmonoxid, Kulilte

C Kulstof, Sod

CL Klor

DOE Diesel Oil Emulsion – Blanding af vand, diesel og div. additiver

EEA-32 European Environment Agency – Bestående af 32 medlemslande inkl. Danmark. EEA = EØS

H Hydrogen, Brint

HC Kulbrinte

HCL Hydrogenklorid, Saltsyre

H2O Dihydrogen-monooxid, Vand

H2S Hydrogen sulfid, Svovlbrinte

H2SO4 Svovlsyre

Oxidant Ilt, O2

O2 Dioxygen, Ilt

O3 Ozon

NO Nitrogen-monoxid, Kvælstofoxid

N2 Nitrogen, Kvælstof

NO2 Nitrogen-dioxid, Kvælstoftveilte

NOx Nitrogenoxider, Gruppe af kvælstofilter

NH3 Ammoniak

PAH Polyaromatiske kulbrinter

PM Particulate matter - Støvpartikler

Reaktant Stof som reagerer med andre stoffer, venstre side af reaktionsligningen

SOx Svovloxider (Gruppe)

SO2 Svovldioxid

SO3 Svovltrioxid

TDC Top Dead Center – Top- dødpunkt

VOC Volatile Organic Compounds, Flygtige organiske forbindelser

Lmin Minimum teoretisk luftmængde

λ Luftoverskudskoefficeient, Lambda

42

Litteraturliste Andersen, H, et al. (2009) Formelsamling For Maskinmesteruddannelsen, 17. udgave, 2. oplag,

Danmark: Bogfondens forlag

Bruun, K, et al. (1999) Isis Kemi C, 1. udgave, 2. oplag, Danmark: Systime

Collins, D, C. (2007) Phytoremediation, USA: Humana Press

Gupta, B, R. et al. (2010) Gasoline, Diesel, and Ethanol Biofuels from Grasses and Plants, USA: Cambridge University Press

Hertel, O, et al. (2015) Clean Air in Denmark – Dedicated eff orts since 1970 – Challenges, Solutions and Results, Danmark: Aarhus Universitet, et al. [Online] Tilgængelig via: http://dce.au.dk/fileadmin/dce.au.dk/Udgivelser/Oevrige_udgivelser/Clean_Air_web.pdf [Tilgået 26.11.2015]

Jaliliannosrati, H, et al. (2012) Comparison of Bioethanol and Biodiesel Feedstock with Futuristic- Look at Biofuel, Vol. 33, Singapore: IACSIT Press [Online] Tilgængelig via: http://www.ipcbee.com/vol33/029-ICEEB2012-B10025.pdf [Tilgået 10.12.2015]

Johansen, E, B. The relationship of Ozone Depletion and the Greenhouse Effect [Online] Tilgængelig via: http://www.ratical.org/ratville/ozoneDepletion.html [Tilgået 10.11.2015]

Kuiken I, K. (2012) Diesel Engines I & II, Target Global Energy Training, 2. udgave, Holland: Epospress

Kuiken II, K. (2012) Diesel Engines I & II, Target Global Energy Training, 2. udgave, Holland: Epospress

Lauritsen, B, A. et al. (2012) Termodynamik, 3. udgave, 1. oplag, Danmark: Nyt Teknisk Forlag

Nielsen, J. (2011) Miljøteknik, 5. udgave, 7. oplag, Danmark: G.E.C Gads Forlag

Siwertsen, M. (2008) Kondenserende teknik, 1. udgave, Danmark: EUC syd Tønder [Online] Tilgængelig via: https://materialeplatform.emu.dk/materialer/public_downloadfile.do?mat=1132541&id=1132537 [Tilgået 09.11.2015]

TSI, (2004) Combustion Analysis Basics [Online] Tilgængelig via: http://www.tsi.com/uploadedFiles/_Site_Root/Products/Literature/Handbooks/CA-basic-2980175.pdf [Tilgået 10.11.2015]

Altenergy (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.altenergy.org/renewables/jatropha-biodiesel.html [Tilgået 10.12.2015]

APT (2013) [Online] Tilgængelig via: http://www.altpetrol.com/en/2b-pd-doe.html [Tilgået 29.11.2015]

Bwsc (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.bwsc.com/Emission-abatement-systems.aspx?ID=98 [Tilgået 08.12.2015]

Biodiesel (2015) [Online] Tilgængelig via: http://biodiesel.org/docs/default-source/ffs-basics/biodiesel---natures-fuel.pdf?sfvrsn=6 [Tilgået 10.12.2015]

Catalyticconverters (2015) [Online] Tilgængelig via: https://www.catalyticconverters.com/types/ [Tilgået 07.12.2015]

Catalyticexhaust1 (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.catalyticexhaust.ca/product/diesel-oxidation-catalysts [Tilgået 07.12.2015]

Catalyticexhaust2 (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.catalyticexhaust.ca/product/diesel-particulate-filters [Tilgået 08.12.2015]

Cleanemissions (2012) [Online] Tilgængelig via: http://www.cleanemissions.com/our-technology/oxidation-catalyst/ [Tilgået 07.12.2015]

Cleanemissions1 (2012) [Online] Tilgængelig via: http://www.cleanemissions.com/our-technology/scr-catalyst/ [Tilgået 08.12.2015]

43

Crawford, N. (2015) [Online] Tilgængelig via:

https://www.google.dk/search?q=combustion+of+hydrocarbon+equation&biw=1366&bih=667&so

urce=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiEqKS0gL7JAhXEkSwKHeXsAX4Q_AUIBigB#imgrc=k2Pwb

7nq2JEDdM%3A [Tilgået 09.11.2015]

Docbrown (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.docbrown.info/page04/OilProducts04.htm

[Tilgået 11.11.2015]

Dietrich, O. (2011) Forbrændingsmotor [Online] Tilgængelig via:

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Energi,_varme_og_k%C3%B8letekni

k/Forbr%C3%A6ndingsmotorer,_damp-_og_vandkraft/forbr%C3%A6ndingsmotor [Tilgået

09.11.2015]

Diesel service (2013) [Online] Tilgængelig via:

http://www.dieselserviceandsupply.com/Diesel_Generator_Advancements.aspx [Tilgået

08.12.2015]

Dieselnet1 (2015) [Online] Tilgængelig via:

https://www.dieselnet.com/standards/us/stationary.php [Tilgået 11.12.2015]

Dieselnet2 (2015) [Online] Tilgængelig via:

https://www.dieselnet.com/standards/us/nonroad.php#tier3 [Tilgået 11.12.2015]

Dieselnet3 (2015) [Online] Tilgængelig via: https://www.dieselnet.com/standards/us/nonroad.php

[Tilgået 11.12.2015]

Doosan (2015) [Online] Tilgængelig via:

http://www.doosaninfracore.com/en/intro/rnd/tier4/tier4_tech.do [Tilgået 07.12.2015)

Eere (2003) [Online] Tilgængelig via:

http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/basics/jtb_biodiesel.pdf [Tilgået 10.12.2015]

Endmemo (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.endmemo.com/sconvert/mm3l.php [Tilgået

11.12.2015]

Epa (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www2.epa.gov/energy/ghg-equivalencies-calculator-

calculations-and-references [Tilgået 01.12.2015]

Education, G. (2014) Combustion and Incomplete combustion [Online] Tilgængelig via:

https://www.youtube.com/watch?v=Nl0bipxyuyk [Tilgået 09.11.2015]

EEA (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.eea.europa.eu/soer-2015/synthesis/report/4-

resourceefficiency [Tilgået 01.12.2015]

EEA1 (2012) [Online] Tilgængelig via: http://www.eea.europa.eu/data-and-

maps/figures/greenhouse-gas-emissions-in-eea-1 [Tilgået 24.11.2015]

EEA2 (2011) [Online] Tilgængelig via: http://www.eea.europa.eu/data-and-

maps/indicators/emissions-co2-so2-nox-intensity-1/assessment-1 [Tilgået 24.11.2015]

Ecomodder (2015) [Online] Tilgængelig via:

http://ecomodder.com/wiki/index.php/Brake_Specific_Fuel_Consumption_(BSFC)_Maps#Brake_Sp

ecific_Fuel_Consumption_Maps [Tilgået 07.12.2015]

EU GHG opgørelse (2010) [Online] Tilgængelig via:

http://unfccc.int/national_reports/annex_i_ghg_inventories/national_inventories_submissions/ite

ms/5270.php [Tilgået 25.11.2015]

44

ENER02 (2015) [Online] Tilgængelig via: http://forum.eionet.europa.eu/nrc-

energy/library/ener002_co2-

intensity_2011/download/en/1/ENER002_CO2%20intensity_2011%20v3.docx [Tilgået 25.11.2015]

Ghgonline (2006) [Online] Tilgængelig via: http://www.ghgonline.org/otherstropozone.htm [Tilgået

10.11.2015]

Greenfacts (2015) [Online] Tilgængelig via: http://www.greenfacts.org/en/biofuels/l-2/1-

definition.htm [Tilgået 09.12.2015]

Ifc (2015) [Online] Tilgængelig via:

http://www.ifc.org/wps/wcm/connect/532ff4804886583ab4d6f66a6515bb18/1-

1%2BAir%2BEmissions%2Band%2BAmbient%2BAir%2BQuality.pdf?MOD=AJPERES [Tilgået

12.12.2015]

Majewski (2002) [Online] Tilgængelig via:

https://www.dieselnet.com/tech/engine_water.php#intro [Tilgået 07.12.2015]

MAN (2006) [Online] Tilgængelig via:

http://www.fasterfreightcleanerair.com/pdfs/Presentations/FFCACA2006/Kjeld%20Aabo%20-

%20Low%20Emission%20Technology%20Modifications%20to%20Ships.pdf [Tilgået 07.12.2015]

Metrovancouver (2015) [Online] Tilgængelig via:

http://www.metrovancouver.org/services/Permits-regulations-

enforcement/PermitRegulationEnforcementPublications/FACTS-Emissions_Standards.pdf [Tilgået

11.12.2015]

Natekar, A, et al. (2015) [Online] Tilgængelig via:

http://power.cummins.com/sites/default/files/literature/technicalpapers/PT-9010-

Tier4EmissionRegImpact.pdf [Tilgået 11.12.2015]

Ohashi (2015) [Online] Tilgængelig via:

https://www.yanmar.com/global/technology/technical_review/2015/0727_2.html [Tilgået

09.12.2015]

Retsinformation1 (2015) [Online] Tilgængelig via:

https://www.retsinformation.dk/Forms/r0710.aspx?id=167991 [Tilgået 12.12.2015]

Retsinformation2 (2011) [Online] Tilgængelig via:

https://www.retsinformation.dk/forms/R0710.aspx?id=133858 [Tilgået 12.12.2015]

Sam, Y. et al. (2014) Emission, kilde 61 [Online] Tilgængelig via:

https://en.wikipedia.org/wiki/Biodiesel#Emissions [Tilgået 10.12.2015]

Sundhed1 (2011) Silikose [Online] Tilgængelig via: https://www.sundhed.dk/borger/sygdomme-a-

aa/lunger/illustrationer/animationer/silikose/ [Tilgået 11.11.2015]

Sundhed2 (2009) Asbestose [Online] Tilgængelig via: https://www.sundhed.dk/borger/sygdomme-

a-aa/lunger/sygdomme/oevrige-lungesygdomme/asbestose/ [Tilgået 11.11.2015]

Susoils (2009) [Online] Tilgængelig via: http://www.susoils.com/camelina/ [Tilgået 10.12.2015]

Snyder, J. (2010) Alkanes [Online] Tilgængelig via: http://slideplayer.com/slide/223087/# [Tilgået

09.11.2015]

Sønderiis, E., Arrouas, M. (2015) Klimapolitik [Online] Tilgængelig via:

http://www.faktalink.dk/titelliste/klimapolitik/hele-faktalinket-om-klimapolitik [Tilgået 24.11.2015]

45

Sorda, G, et. al. (2010) Global biofuel policies, kilde 112 [Online] Tilgængelig via:

https://en.wikipedia.org/wiki/Biodiesel#Global_biofuel_policies [Tilgået 10.12.2015]

Tershana, E. (2013) Chemistry - Balancing Combustion Reactions - Tutorial 2013 [Online]

Tilgængelig via: https://www.youtube.com/watch?v=3oaiL379g8U [Tilgået 09.11.2015]

Ucdsb (2015) [Online] Tilgængelig via:

http://www2.ucdsb.on.ca/tiss/stretton/CHEM4/APBalancing.html [Tilgået 09.11.2015]

USGS (2015) [Online] Tilgængelig via: http://toxics.usgs.gov/definitions/vocs.html [Tilgået

11.11.2015]

Vistrup, L. (2013), CFC [Online] Tilgængelig via:

http://www.denstoredanske.dk/Natur_og_milj%C3%B8/Milj%C3%B8_og_forurening/Luftforurenin

g/CFC [Tilgået 09.11.2015]

Vistrup1, L. (2015), Kemi [Online] Tilgængelig via:

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Kemi_generelt/kemi [Tilgået

09.11.2015]

Vistrup2, L. (2010) Svovlsyre [Online] Tilgængelig via:

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Uorganisk_stofkemi/svovlsyre

[Tilgået 10.11.2015]

Vistrup3, L. (2011) Dioxin [Online] Tilgængelig via:

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Organisk_kemi_og_stoftyper/

dioxin [Tilgået 10.11.2015]

Wilcove, David. S, et. al. (2010) Efficiency and economic arguments, kilde 106 [Online] Tilgængelig

via: https://en.wikipedia.org/wiki/Biodiesel#Efficiency_and_economic_arguments [Tilgået

10.12.2015]

46

Figur- og tabelliste Figur 1 Gantt chart (Eget arkiv, 2015)………………………………………………………………………………………….……….8

Figur 2 Energibalance (Eget arkiv, 2015)……………………………………………………………………………….…………….12

Figur 3 Røggaskurve (TSI, 2004)………………………………………………………………………………………….……………….16

Figur 4 NOx kurve (Kuiken II, 2012)……………………………………………………………………………………………………..18

Figur 5 Kredsløb (Nielsen, 2011)…………………………………………………………………………………………….……………19

Figur 6 Emissioner og mål (EEA, 2015)……………………………………………………………………………….………………..22

Figur 7 Emissionsstandarter (dieselnet3, 2015, metrovancouver, 2015)……………………………………………..23

Figur 8 Tier 4 (dieselnet3, 2015)………………………………………………………………………………………….…………….…23

Figur 9 Emissioner (EEA, 2011)……………………………………………………………………………………….…………………...24

Figur 10 Reduktionsmetoder vs. Indvirkning (Kuiken II, 2012)…………………………………………….………….……27

Figur 11 Dyse + introduktionsmetoder (Kuiken II, 2012, Majewski 2002)……………………….….…….…….…..28

Figur 12 Sammenhænge (Kuiken II, 2012)…………………………………………………………………………….…….……….30

Figur 13 Metoder + indvirkning (Kuiken II, 2012)……………………………………………………………….………….…….30

Figur 14 EGR (Kuiken II, 2012)…………………………………………………………………………………………….………….……31

Figur 15 EGR system (Doosan, 2015)……………………………………………………………………………………….….………31

Figur 16 Lommestørrelser (Kuiken II, 2012, MAN, 2006)………………………………………………….……….………..32

Figur 17 Reduktioner (MAN, 2006)……………………………………………………………………………………….….………...32

Figur 18 Oxidationskatalysator (cleanemissions, 2012)…………………………………………………….……….………..33

Figur 19 SCR (cleanemissions1, 2012)……………………………………………………………………………….………………..34

Figur 20 Scrubber (Nielsen, 2011)………………………………………………………………………………………….….…………35

Figur 21 Dual-fuel (Ohashi, 2015)………………………………………………………………………………………….…………….36

Figur 22 Blandingsforhold (Ohashi, 2015)……………………………………………………………………………….…………..37

47

Bilag

Bilag 1 Teori

Den generelle kemiske formular for petrodiesel er C12H23. (Date, 2011)

Dvs. Et dieselmolekyle består af 12 kulstofatomer og 23 hydrogenatomer generelt og er derfor en kulbrinte.

Der er to former for forbrænding, hvilke er:

- Fuldstændig forbrænding

- Ufuldstændig forbrænding

En fuldstændig forbrænding af kulbrinter er betinget af at der er optimal temperatur og tilstrækkeligt ilt til

rådighed, og forløber teoretisk således at der udelukkende bliver dannet CO2 og H2O samt varme (Bruun,

1999), dette er illustreret nedenfor:

C12H23(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) + varme

Hvor:

Venstre side af reaktionspilen = Reaktanter

Højre side af reaktionspilen = Resulterende produkter

(g) = Gastilstand, (Education, 2014)

En ufuldstændig forbrænding af kulbrinter forårsages af utilstrækkelig tilførsel af ilt og ser ud som

nedenstående, hvor der enten genereres CO + H2O + varme eller C + H2O + varme og oftest en form for

blanding af disse, som der ses af den nederste ligning (Bruun, 1999, s. 160, 161), (Crawford, 2015), (Snyder,

2010, slide 6):

C12H23(g) +O2(g) → CO(g) + H2O(g) + varme

Eller

C12H23(g) +O2(g) → C(s) + H2O(g) + varme

Og oftest en blanding:

C12H23(g) +O2(g) → C(s) + CO(g) + CO2(g) + H2O(g) + varme

Hvor:

(s)= Solid – På fast form, (Education, 2014)

48

Som ovenstående reaktionsligninger er stillet op, benævnes disse ”skelet ligninger” da de ikke oplyser om

mængderne af de omhandlede stoffer. Ifølge den 1. kemiske grundlov - loven om massens bevarelse, er

den samlede masse af stofferne der dannes ved en kemisk reaktion, lig med den samlede masse af stoffer

som var til stede før reaktionen indtraf. (Vistrup, 2015), (Ucdsb, 2015)

Det er derfor nødvendig at afbalancere ligningerne, og dette gøres ifølge (Tershana, 2013), via

nedenstående fremgangsmåde:

1. Bestem molekylets antal af hydrogenatomer, hvis antallet er

Ulige – Sæt tallet 4 foran molekylet

Lige – Sæt tallet 2 foran molekylet

2. Afbalancer begge sider af ligningen fra venstre mod højre, og startende med afbalancering af

kulstof og dernæst hydrogen.

3. Afbalancer oxygenatomerne, startende på højre side af ligningen ved at addere samtlige

oxygenatomer og dernæst bestemme hvor mange oxygenatomer der skal være på venstre side.

4. Reducer ligningen med en fælles faktor, hvis muligt.

Dvs. afbalanceringen af ligningen for fuldstændig forbrænding ser således ud:

1. Trin – Ulige/ Lige

C12H23(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) + varme

↓

4C12H23(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) + varme

2. Trin - Kulstof

4C12H23(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) + varme

↓

4C12H23(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) + varme

4*12= 48

↓

4C12H23(g) + O2(g) → 48CO2(g) + H2O(g) + varme

2. Trin - Hydrogen

4C12H23(g) + O2(g) → 48CO2(g) + H2O(g) + varme

4*23= 92

↓

4C12H23(g) + O2(g) → 48CO2(g) + 46H2O(g) + varme

49

3. Trin – Oxygen

4C12H23(g) + O2(g) → 48CO2(g) + 46H2O(g) + varme

(48*2)+46=142

↓

4C12H23(g) + 71O2(g) → 48CO2(g) + 46H2O(g) + varme

4. Trin – reducer

Da der ingen fælles faktor findes, kan ligningen ikke reduceres yderligere.

Dvs. den afbalancerede ligning ser således ud:

4C12H23(g) +71O2(g) → 48CO2(g) + 46H2O(g) + varme

Når ligningen for ukomplet forbrænding indeholdende CO som resulterende produkt afbalanceres vil den

se således ud:

4C12H23(g) +47O2(g) →48CO(g) + 46H2O(g) + varme

Når ligningen for ukomplet forbrænding indeholdende C som resulterende produkt afbalanceres vil den se

således ud:

4C12H23(g) +23O2(g) →48C(s) + 46H2O(g) + varme

Når ovenstående ligning indeholdende blandingen som resulterende produkter afstemmes vil den se således ud:

4C12H23(g) +47O2(g) → 16C(s) +16 CO(g) +16 CO2(g) + 46H2O(g) + varme

Når man har afbalanceret ligningen ses forholdet hvorved reaktanterne så at sige doseres for at få den

givne reaktion, denne dosering er også kendt som ”støkiometri”.

I dette tilfælde er det støkiometriske forhold for fuldstændig forbrænding 4:71, dvs. 4 mol diesel til 71 mol

oxygen, mens det ses at forholdet ved ufuldstændig forbrænding er hhv. 4:47 for CO dannelsen og 4:23 for

C dannelsen samt 4:47 for blandingen.

Dette bekræfter derfor teorien om at ufuldstændig forbrænding er forårsaget af utilstrækkelig lufttilførsel

og derfor udenfor den optimale støkiometri.

50

Bilag 2