Diesel doodgemarteld

Dr. Manfred Fortnagel is verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de dieselmotoren die in Mercedessen worden ingebouwd, dus hij probeert opgewekt te kijken. Jarenlang gingen zijn troetelkinderen door voor de kampioenen in zuinigheid en emissies. Ze verstookten veel minder brandstof en produceerden veel minder onverbrande koolwaterstoffen (HC) en koolmonoxyde (CO) dan de benzinemotor. Wel iets meer stikstofoxyden (NOx), maar dat viel eerst niet zo op. Nu is Fortnagel een geplaagd man. De katalysator heeft de benzinemotor schoon gemaakt en daarom zeurt nu iedereen behalve over die NOx ook over de deeltjes-emissie van diesels. Kleine stukjes roet die op zichzelf niet zo schadelijk zijn, maar waarin zich een heel scala van verbindingen bevindt die ervan worden verdacht kankerverwekkend te zijn. De vrachtwagens hadden weinig te lijden van die ongunstige tijdingen - iedereen begreep dat ze voorlopig niet gemist kunnen worden.

Voor de personendiesel is er echter een steeds schoner wordend alternatief: de auto met benzinemotor. Vandaar dat de verkoop van de Mercedes personendiesels in de Bondsrepubliek met zo'n 25 procent naar beneden tuimelde (van 97.000 stuks in 1988 naar 73.500 in 1989). In Nederland, waar de Mercedes diesel door een legioen handelsreizigers aan het hart wordt gedrukt (in ons land is 65 procent van de verkochte Mercedessen een diesel) was de teruggang slechts 6 procent (van 8150 naar 7650). Maar dat in ons land de Raad voor Verkeer en Waterstaat vorig jaar in een advies tot de conclusie kwam dat de personendiesel maar beter verboden kon worden, deed de dieselzaak geen goed. Ook het rijverbod voor diesels bij smog in de Bondsrepubliek was niet erg gunstig voor het dieselimago. Zoals de Duitser het zo kernachtig formuleert: der einstige Saubermann ist zum Buhmann geworden.

Fortnagel is in de ontwikkelingsafdeling van de fabriek in Stuttgart gaarne bereid uit te leggen dat het met die vuile diesels best meevalt. 'Onze nieuwe diesels voldoen aan de strengste milieu-eisen. En dat gebeurt doordat wij het probleem bij de bron hebben aangepakt, in de motor.'

Hij laat een tekening zien van de voorkamer van de nieuwe Diesel'89-generatie. Doordat de verstuiver er scheef in is gemonteerd, komt er een betere werveling tot stand en dat is gunstig voor een zo volledig mogelijke verbranding.

Een ander verbetering in de '89-serie is een dieselpomp met automatische hoogtecorrectie. In de bergen is het zuurstofgehalte van de lucht geringer en het hoogtecorrectie-apparaat vermindert dan het aandeel van debrandstof in het mengsel. De metingen bevestigen dat deze maatregelen effectief zijn: 40 procent minder deeltjes dan de vorige versies, en ook minder uitstoot van HC en CO, maar ja, dat was al zo weinig. De NOx-emissie bleef op hetzelfde niveau.

Daarmee voldoen de Mercedessen aan de EG-eisen en met enige aanpassingen kunnen ze ook nog net aan de strenge Amerikaanse, Zwitserse en Oostenrijkse normen voldoen. Maar het lijkt er op dat de grens nu dicht benaderd is. In Californie, waar de normen nog strenger zijn, is de personendiesel inmiddels verboden. De personendiesel staat met de rug tegen de muur.

Het belangrijkste verschil tussen een diesel en een benzinemotor is dat de eerste geen bougies heeft; het mengsel ontsteekt vanzelf. De zuiger van een dieselmotor perst op zijn reis omhoog alleen maar lucht samen. Op het moment dat de zuiger bijna in zijn bovenste punt staat, de lucht tot eentwintigste van zijn volume is teruggebracht en zeer heet is geworden, spuit een verstuiver onder hoge druk een dunne straal dieselolie in de kleine ruimte die nog over is. Door de hoge temperatuur die inmiddels is bereikt, ontbrandt de dieselnevel en wordt de zuiger door de expansie van het brandende gas teruggeduwd. In de grote dieselmotoren van vrachtwagens wordt er meestal direct in de cilinder ingespoten, vlak boven de aanstormende zuiger. Dat is het zuinigst, maar door de effectieve verbranding ook het lawaaiigst. Bovendien geeft dat nog meer NOx. In personenwagens wordt vrijwel altijd indirect ingespoten. Er is daartoe een voorkamer gebouwd, een kleine holle ruimte die via een klein kanaaltje met de cilinder in verbinding staat. De lucht die de zuiger door dat kanaaltje perst, brengt een mooie werveling tot stand, een gunstige voorwaarde voor de vermenging van lucht en de dieselnevel die op dat moment wordt ingespoten. Meteen begint het mengsel te onsteken. In de voorkamer loopt de druk zeer snel op en het al half brandende mengsel wordt de cilinder in geperst. Daar vermengt het zich met de overige lucht en de verbranding wordt nu met kracht voortgezet.

De hoge compressie (1: 20) van de lucht geeft een expansie die daar mee in overeenstemming is. Het rendement van een diesel is daardoor aanzienlijk hoger dan dat van een benzinemotor (34 procent tegen 27 procent). Voor dezelfde prestatie is minder brandstof nodig. Dieselaars brengen daarom graag het CO-argument in stelling: een dieselauto verbrandt per kilometer minder fossiele brandstof, produceert dus minder kooldioxyde en draagt dus minder bij aan het broeikas-effect. Dat argument laat na veel indruk te maken. Het broeikas-effect staat nog geenszins vast en de bijdrage van de auto daaraan is in ieder geval bescheiden. Bovendien wordt het CO-argument weggevaagd door de NOx- en deeltjesproblematiek. De keerzijde van de effectieve verbranding en de hoge temperatuur in de diesel is een aanzienlijke NOx-uitstoot. Bij directe inspuiting is dat nog erger en het moet daarom worden betwijfeld of de enige direct ingespoten personenauto, de Fiat Croma, veel toekomst heeft.

Aan de NOx-uitstoot is heel weinig te doen. Het enige dat Fortnagel en zijn collega's konden verzinnen, was het terugvoeren van een gedeelte van de uitlaatgassen in het inlaatkanaal. De verbranding wordt daarmee zo verslechterd, dat de NOx-uitstoot daalt. Alleen op die manier kon de personendiesel aan de strenge eisen in de VS, Oostenrijk en Zwitserland voldoen. De technicus gruwt ervan. 'Het is een noodgreep', geeft Fortnagel toe. 'Het verbruik stijgt en de HC- en CO-emissies nemen weer toe, maar blijven nog onder de norm. Misschien dat we in de toekomst de NOx nog iets kunnen terugdringen, maar veel zal het niet zijn.'

Ook aan het deeltjesfront zijn de vorderingen niet spectaculair. Met de nieuwe dieselgeneratie blijven de Mercedessen dan wel onder de Amerikaanseeisen, er zijn al weer nieuwe in de maak. In Californie, waar de strengste eisen gelden, is de personendiesel totaal verbannen. Aanvankelijk konden de Mercedessen er wel aan voldoen. Ze waren uitgerust met een keramisch roetfilter dat door de warmte van de uitlaatgassen vanzelf schoonbrandde. Helaas was dit succes van korte duur. Na korte of langere tijd vielen er gaten in het keramische materiaal en ook Mercedes moest zijn diesels terugtrekken. Voor vrachtwagens is er nu wel een werkend type roetfilter. Het wordt automatisch - met een vloeistof - geregenereerd als de tegendruk in het uitlaatsysteem een bepaalde waarde overschrijdt maar het is groot (melkbusformaat), duur (f. 25.000) en gaat maar 100.000 kilometer mee. In Nederland loopt een experiment met stadsbussen die met een dergelijk roetfilter zijn uitgerust. Een poging om dit systeem ook voor personenwagens te bouwen leed schipbreuk toen bleek dat in de Finse kou de regeneratie niet optrad en het filter toch dichtslibde.

Volkswagen ziet het meest in een andere filtertactiek. Aan de brandstof wordt in petroleum opgelost ijzeroxyde toegevoegd en dat zet zich na de verbranding af in de roetlaag in het filter. Het ijzeroxyde verlaagt de ontstekingstemperatuur van het roet, zodat het ook bij lagere bedrijfstemperaturen wordt afgebrand. In een experimentele vloot van 70 VW Polo's gaat de fabriek dit filter beproeven. Serieproduktie is nog ver weg.

Fortnagel: 'We blijven aan roetfilters voor personenauto's werken, maar ik zie voorlopig nog geen licht.' En de katalysator? Kan dat wonderinstrument niet ook de diesel schoonmaken? Maar zeer ten dele. Een katalysator kan in een benzinemotor zijn heilzame werk verrichten doordat de brandstof/luchtverhouding in de motor door middel van een uitgekiend elektronisch systeem precies op lambda=1 gehouden kan worden. Het mengsel is dan voortdurend op het theoretisch juiste niveau van 1 liter benzine op 15 kilogram lucht. Een diesel werkt echter met een 'overmaat aan lucht'. Dat is een van de redenen van zijn zuinigheid, maar ook de reden dat de drieweg-katalysatorreactie, waarbij NOx, HC en CO met elkaar reageren en onschadelijk worden gemaakt, niet kan gebeuren. Toch heeft Volkswagen onlangs een diesel met katalysator uitgebracht (de 'milieudiesel'). De VW-katalysator wordt gebruikt in combinatie met een turbo, een luchtpomp die voor extra lucht in het mengsel zorgt en daardoor de roetvorming bijna halveert. VW past een simpele oxydatiekatalysator toe, die alleen de koolwaterstoffen en koolmonoxyde aanpakt. De typische dieselstank is daardoor zo goed als verdwenen, maar de de uitstoot van NOx neemt weer toe. De verbranding geschiedt namelijk bij nog hogere temperatuur.

Fortnagel is niet zo onder de indruk van de resultaten van de VW-diesel. 'Wij halen ongeveer dezelfde waarden zonder katalysator', gromt hij, 'maar ze hebben er wel een publicitair voordeel mee behaald. Misschien moeten wij ook aan een katalysator gaan denken.'

Hij verwacht meer van een verbetering van de kwaliteit van de brandstof. Tussen de Europese diesel en de Amerikaanse bestaan grote verschillen in oktaangetal, zwavelgehalte en aromaten en dat kan betekenen dat met de Amerikaanse 40 procent meer deeltjes worden geemitteerd. 'Wij zijn geen oliemaatschappij', zegt Fortnagel, 'dus ik zal me er daar niet te veel mee bemoeien. Maar dit zijn toch wel sprekende verschillen. En met dieselolie die we zelf in ons laboratorium hebben gemaakt, zijn nog weer veel betere resultaten behaald.' Het is duidelijk. De dieselmotor is bijna doodgemarteld, nu is de brandstof aan de beurt.

    • Warna Oosterbaan