Fremtidens luftemissioner fra nye grønne brændsler til forbrændingsmotorer

De fastsatte klimamål kræver, at vi finder nye og grønnere brændsler til forbrændingsmotorer. Men hvilke udstødningsgasser forventes fra de nye brændsler? Og kan vi fjerne de nye luftemissioner?

Sundhed og klima står højt på agendaen i den grønne omstilling

For at sikre at temperaturen ikke stiger mere end de fastsatte mål, skal vi ændre betydeligt på fremtidens energikilder. CO₂ er den primære drivhusgas, og introduktionen af CO₂-frie energikilder er et centralt mål i den grønne omstilling.

Sundhed i nærmiljøet er ligeledes en vigtig faktor i den grønne omstilling, og ved at anvende nye, grønne brændstoffer kan udledningen af partikler (PM) og svovlforbindelser reduceres, så WHO’s anbefalede grænseværdier overholdes [2].

Hovedparten af den energi, der anvendes i verden inden for transport og industri, stammer fra fossile kilder såsom olie, gas og kul. I 2018 blev det anslået, at den fossile andel i transportsektoren og industrien udgjorde henholdsvis 90 og 75 % af det samlede energiforbrug [1].

For at øge andelen af klimaneutrale brændstoffer er det afgørende, at produktionskapaciteten i de kommende år opskaleres væsentligt, og at prisen på de grønne brændsler samtidig holdes nede.

Figur 1. Overgang fra fossile brændsler med kendte emissioner til kommende grønne brændsler med nye emissioner.

Nye typer af grønne brændsler til forbrændingsmotorer

Feltet af grønne brændsler, der kan anvendes i forbrændingsmotorer, er meget bredt, se figur 2. På transportområdet er brændsler som ethanol og biodiesel allerede indfaset i et vist omfang.

Andre grønne brændsler er i testfasen og afventer en produktions- og distributionskæde for at kunne gøre sig gældende i markedet. Nye krav til sikkerhed og certificering vil i de kommende år desuden være afgørende for indfasningen af nye brændsler.

De nye typer brændsler skal tilpasses de enkelte branchers behov. For eksempel forventes ammoniak primært at blive anvendt til forbrændingsmotorer på det maritime område. Det samme gælder brændsler, der iblandes vand. Derimod er HVO (Hydrotreated Vegetable Oils) et eksempel på en biodiesel, der i højere grad retter sig mod vejgående trafik.

Figur 2. Eksempler på nye og kendte grønne brændsler til forbrændingsmotorer.

Metanol har også fået stor opmærksomhed inden for de senere år. Metanol kan anvendes både i benzindrevne motorer og som brændsel på kompressionsmotorer. Anvendelse af metanol til forbrænding kræver dog typisk brug af et støttebrændsel (dual-fuel princip) som fx (bio)diesel, brint eller lignede.

Eksempler på ændrede emissionsmønstre med nye grønne brændsler

Nye typer af brændstoffer vil give ændrede emissionsmønstre og parametre. Eksempelvis kan anvendelse af metanol give anledning til øgede udledninger af formaldehyd og andre kulbrinter, såfremt forbrændingen ikke er optimal.

Emissioner fra forbrænding af ammoniak risikerer at indeholde højere emissioner af lattergas (N₂O), NO_X og uforbrændt ammoniak. Fokus er her især på N₂O, som er en drivhusgas, der er ca. 300 gange stærkere end CO₂. Desuden vil vandindholdet i afgangsgassen fra forbrænding af ammoniak være væsentlig højere, end hvad der udledes fra kedler eller dieselmotorer ved brug af traditionelle fossile brændstoffer. Dette vil ikke være et sundhedsmæssigt problem, men det stiller øgede krav til indretning af motor og efterbehandlingssystemer til røggassen. Til gengæld forventes det, at udledningen af svovl og PM reduceres.

Blandinger af biodiesel og konventionel diesel har været anvendt igennem et stykke tid, hvor fx B7 diesel, der findes på de fleste tankstationer indeholder 7 % FAME. En øget andel af biodiesel i konventionel diesel eller brugen af ren biodiesel vil ikke nødvendigvis føre til en væsentlig reduktion af NO_X.

Uanset hvilket brændsel der anvendes, vil en forbrændingsmotor stadig skulle anvende smøreolie. Derfor vil der for alle typer grønne brændsler stadig være risiko for større eller mindre udslip af partikler, der består af delvist forbrændte eller uforbrændte smøreolier. Dette gælder ikke mindst for de gasformige brændsler som fx hydrogen.

Teststand på Danmarks Tekniske Universitet (DTU), til test af ammoniak som brændstof i en forbrændingsmotor — Figur 3. Teststand på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) til test af ammoniak som brændstof i en forbrændingsmotor.

Teknologier til at nedbringe emissioner

Der anvendes i dag en række teknologier til at nedbringe emissioner fra forbrændingsmotorer, herunder SCR-systemer, scrubbere og partikelfiltre.

SCR-systemer (Selective Catalytic Reduction) anvendes til at reducere udledningen af blandt andet NO_X. Systemerne anvendes ofte i kombination med oxidations- og ammoniakslip katalysatorer, så man også reducerer udslippet af uforbrændte kulbrinter (HC) og ammoniak. Dette gøres for at sikre, at emissionskravene overholdes for landbaserede køretøjer og på visse typer skibsmotorer. Det må forventes, at SCR-systemer i kombination med oxidations- og ammoniakslip-katalysatorer fortsat vil være en væsentlig del af den teknologi, der skal anvendes sammen med fremtidens grønne brændsler.

Scrubbere på marine motorer, der anvender fossile brændsler som HFO (Heavy Fuel Oil), nedbringer udledningen af svovloxider (SO_X). Scrubbere fungerer ved at lede røggassen gennem et scrubbertårn, hvor en vandig opløsning overrisler røggassen. I forhold til fossile brændsler som HFO indeholder hovedparten af de grønne brændsler kun små mængder svovl, og derfor må behovet for scrubbere til skibsmotorer i fremtiden forventes at blive mindre.

Partikelfiltre anvendes bredt inden for den vejgående trafik til at reducere udledningen af partikler til omgivelserne. Partikelfiltrene er opbygget af et keramisk porøst materiale, der tillader røggassen at passere igennem gennem filteret uden for stort tryktab. Partiklerne fanges i filtret, der renses/regenereres efter behov. Ved brugen af biodiesel i forbrændingsmotorer må det forventes, at partikelfiltre fortsat vil udgøre en vigtig teknologi.

Projektet ”Emissioner i den grønne omstilling”

FORCE Technology startede i januar 2021 med støtte fra Uddannelses- og Forskningsministeriet det 4-årige projekt ”Emissioner i den Grønne Omstilling”. Projektet har fokus på udledninger til luften fra nye typer grønne brændsler i transportsektoren og industrien.

Formålet med dette projekt er at udvikle serviceydelser, der kan dokumentere og reducere emissioner fra fremtidens nye grønne teknologier. Projektet skal understøtte indfasningen af grønne brændsler og teknologier med lavt miljøaftryk. Dette gøres i projektet ved at udvikle metoder til at forudsige og dokumentere emissioner ved hjælp af simuleringsmodeller og målinger.