Was ist eine selektive katalytische Reduktion (SCR)?
SCR ist der Sammelbegriff für „Selektive Katalytische Reduktion“ und „Siliziumgesteuerter Gleichrichter“.
Bei Harnstoff-SCR handelt es sich hauptsächlich um das bereits erwähnte Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion – Denitrierung. Die selektive katalytische Reduktions-Denitrierungsmethode ist ein System zur Reinigung von Stickoxiden (NOx), die von Dieselmotoren ausgestoßen werden; ab 2022 verwendet dieses Verfahren hauptsächlich eine Harnstofflösung und wird als SCR-Systeme / Harnstoff-SCR-System bezeichnet.
Siliziumgesteuerte Gleichrichterelemente haben Schaltcharakteristiken und eine dreipolige, vierschichtige Struktur und werden in Leistungsregelkreisen verwendet.
Im Folgenden wird das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion und Denitrierung als SCR-Verfahren abgekürzt.
Anwendungen von selektiver katalytischer Reduktion
Im Jahr 2022 wird Harnstoff-SCR bei der Abgasbehandlung in Fahrzeugen, Schiffen und Wärmekraftwerken eingesetzt. Um 1989 befand es sich jedoch noch in der Forschungsphase bei Dieselfahrzeugen, und ein Versuch, diese Methode bei Dieselfahrzeugen anzuwenden, wurde unternommen.
Die praktische Anwendung in Automobilen erfolgte erst 2004. Im selben Jahr baute Nissan Diesel (heute UD Trucks) als erstes Unternehmen weltweit ein SCR-System mit Harnstoff (Name: FLENDS) in ein Fahrzeug ein und setzte es in der Praxis ein.
Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Harnstoff-SCR weiter steigen wird, was zum Teil auf die am 1. Oktober 2003 in Kraft getretenen Emissionsvorschriften für Dieselfahrzeuge zurückzuführen ist (die Vorschriften basieren auf den neuen Normen vom 1. April 2006).
Funktionsweise von selektiver katalytischer Reduktion
Bei einem SCR-System / Harnstoff-SCR-System werden die Abgase zunächst durch einen Oxidationskatalysator geleitet, wo sie von NO in NO2 umgewandelt werden. Hier werden CO und HC reduziert. Anschließend wird von der Einspritzsteuereinheit Harnstoffwasser in die Abgase vor dem SCR-Katalysator eingespritzt, und das bei der Hydrolyse des Harnstoffs entstehende NH3 wird als Reduktionsmittel verwendet. Das NH3 reagiert dann mit NOx am SCR-Katalysator und wandelt NOx in harmloses N2 um. Schließlich wird das NH3 reduziert, indem es einen Oxidationskatalysator passiert. Der Oxidationskatalysator wird für den Ammoniakschlupf verwendet. Ammoniakschlupf ist ein Phänomen, bei dem Ammoniak bei niedrigen Temperaturen im Abgas verbleibt oder in die freie Luft abgegeben wird.
Hochwertige wässrige Harnstofflösungen sind für Harnstoff-SCR unerlässlich. Denn Verunreinigungen können Ablagerungen verursachen und die normale Reduktion behindern, wenn sie eingemischt werden. Ein Beispiel für eine hochwertige wässrige Harnstofflösung ist AdBlue, eine eingetragene Marke des Verbands der Automobilindustrie (VDA).
Der Rohstoff Harnstoff wird auch zur Herstellung von Harnstoffwasser benötigt. Harnstoff wird im Allgemeinen synthetisiert, indem gasförmiges Ammoniak und Kohlendioxid unter hohen Temperatur- und Druckbedingungen eingesetzt werden. Als alternative Methode gab das Tokyo Institute of Technology im Jahr 2020 bekannt, dass es ihm gelungen ist, Harnstoff aus Ammoniak (Karbonaten) zu synthetisieren, das in Abwässern und anderen Quellen enthalten ist. In den letzten Jahren hat er auch als individueller und stabiler Wasserstoffträger Aufmerksamkeit erregt. Die Studie wurde am 18. Februar 2020 in der Fachzeitschrift Nature Research Scientific Reports unter dem Titel Article title: „Organic bases catalyse the synthesis of urea from ammonium salts derived from wiedergewonnenem Ammoniak aus der Umwelt“ veröffentlicht.
In Anbetracht der obigen Ausführungen muss die Harnstoff-SCR eine stabile Versorgung mit Harnstoffwasser als zukünftige Herausforderung betrachten. Angesichts der laufenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist es jedoch nur eine Frage der Zeit, bis die entsprechende Infrastruktur vorhanden ist.