Schoon schip

Strenge milieu-eisen dwingen rederijen in noordelijke landen de dieselmotoren van hun schepen aan te passen. De kortgeleden te water gelaten Birka Princess is inmiddels uitgerust met een speciale katalysator.

ALS EEN flatgebouw, zo torent de voorsteven van de Birka Princess uit boven de kade van de scheepswerf in Bremerhaven. Alles is klaar: het schilderwerk, de verlichting, het reinigen van de tapijten. En, het belangrijkste: de revisie van de 4 Wärtsilä dieselmotoren van 4.400 kilowatt. De motoren zijn voorzien van katalysatoren waardoor ze beduidend minder schadelijke stoffen uitstoten. De 150 meter lange Birka Princess is juist vanwege deze revisie naar Bremerhaven gevaren. Inmiddels is de veerboot weer te water gelaten.

Aanleiding voor de revisie vormt het besluit van de international marine organisation. Volgens dat besluit moet de uitstoot van stikstofoxiden van scheepsmotoren vanaf het jaar 2000 dertig procent lager liggen dan het niveau van 1992. Maar in het geval van de uit 1986 daterende Birka Princess speelt ook een rol dat de Zweedse overheid de hoogte van de te betalen havengelden sinds 1 januari 1998 laat afhangen van de emissie van stikstofoxiden. In de Zweedse havens komt driekwart van alle scheepvaartbewegingen op rekening van de binnen- en buitenlandse veerponten. In 1995 ging het in totaal om 120 schepen, die 170.000 keer in en uit de havens voeren. Tachtig procent van deze veerboten vaart tussen Helsingbor, Malmö, Trelleborg, Götenborg en Stockholm, reden genoeg voor de Zweedse overheid om de overlast van de stinkende dieselschepen te willen beperken. Ook in andere landen rond de Oostzee speelt de discussie rond de vervuiling door dieselschepen. ``De emissies van Noorse schepen zijn verantwoordelijk voor 35 procent van de totale uitstoot aan stikstofoxiden in het land'', zo motiveerde de voormalige minister van Milieu Thorbjorn Bernsten zijn besluit tot invoer van een ecotax voor dieselschepen. Volgend jaar wordt deze van kracht.

KANAALTJES

De aanpassing van de motoren van de Birka Princess oogt weinig spectaculair. De vier uitlaatpijpen hebben over een lengte van zes meter een verdikking gekregen van ruim twee meter diameter. Meer zie je niet. In die verdikking blijken vier Siemens-katalysatoren schuil te gaan. Het zijn rechthoekige, langwerpige buizen van keramisch materiaal, voorzien van enkele honderden kanaaltjes. Aan de ingang van de honingraatkatalysatoren krijgen de uitlaatgassen een injectie van een met water verdunde oplossing van ureum. Door dit ureum reageert het aanwezige stikstofoxide tot stikstof en waterstof. ``Ureum heeft het voordeel dat het totaal probleemloos is tijdens gebruik, transport of opslag'', benadrukt S. Eidloth van Siemens. Hij wijst erop dat het om een `selectieve' reactie gaat, waarbij ongewenste nevenreacties, zoals de oxidatie van zwaveldioxide tot zwaveltrioxide, niet voorkomen. Het proces werkt tussen 300 en 450 graden Celsius. De reductie is aanzienlijk: in plaats van de gebruikelijke uitstoot van 12 gram stikstofoxiden per kilowattuur (kWh) is de emissie gedaald tot 2 gram/kWh. Ook de uitstoot van zwaveldioxide gaat dankzij de katalytische reactie omlaag. Bijkomstig voordeel is dat de geluidshinder van de motoren door de katalysatoren vermindert.

Een driewegkatalysator, die bij personenauto's onder meer de stikstofoxiden helpt afbreken, zou bij dieselmotoren niet werken. Voor een driewegkatalysator is de samenstelling van de uitlaatgassen van groot belang. Als er een tekort is aan koolmonoxiden, is deze niet in staat om stikstofoxiden om te zetten. Maar een diesel werkt met een overdaad aan zuurstof, met als gevolg dat het meeste van de koolstofmonoxide uit het brandstofmengsel al in de verbrandingskamer geoxideerd is.

Dieselmotoren zijn lastig schoon te krijgen. Het gebruik van een hogere compressiegraad of de injectie van water brengt weliswaar enige verbeteringen aan, maar verder dan een 50 procent reductie van de uitstoot aan stikstofoxiden leveren deze maatregelen niet op. Dieselmotoren hebben te kampen met het zogeheten dieseldilemma: hoe zuiniger de motor is afgesteld, des te hoger ligt de uitstoot van de stikstofoxiden. Met andere woorden, wanneer de vermindering van stikstof centraal staat, gaat het brandstofverbruik, en daarmee de uitstoot van koolstofdioxide, omhoog. Alleen door het gebruik van katalysatoren kunnen de motoren zowel zuinig als schoon verbranden.

BAKKERIJ

De fabricage van de Siemens katalysatoren geschiedt in de Keramik- und Porzellanwerk KPW in het zuidelijk gelegen Duitse Redwitz. Wie in de fabriek rondwandelt waant zich eerder in een bakkerij dan in een fabriek van katalysatoren. Als eerste valt een enorme mengmachine op, die, zo is van bovenaf te zien, in een enorme bak een witgekleurd soort `deeg' aan het kneden is. De ingrediënten van het deeg blijken uit een mengsel van metaaloxiden te bestaan, voornamelijk titaanoxiden, aangevuld met onder meer wolfraam- en vanadiumoxiden. Het deeg komt na het kneden in een extrusiepers terecht, die er langwerpige rechthoeken van 15 bij 15 centimeter doorsnee van maakt, met lengtes die kunnen variëren van 35 tot 100 centimeter. De `broden' krijgen vervolgens in een volgend extrusieproces over de gehele lengte een honingraatstructuur met 20 bij 20 kanaaltjes. Daarna moeten de katalysatoren drogen, iets wat niet te snel mag gebeuren wegens de kans op scheurvorming. De katalysatoren zijn niet alleen geschikt voor scheepsmotoren, maar ook voor dieseltreinen, personenauto's, elektriciteitscentrales en vrachtauto's. Wat betreft de laatste toepassing verwacht Siemens binnenkort met een katalysator op de markt te komen, die de uitstoot van stikstofoxiden bij dieseltrucks met meer dan 60 procent zal terugdringen.

Siemens is in 1984 met de productie van katalysatoren begonnen, toen de Duitse regering besloot dat binnen vijf jaar de uitstoot van stikstofoxiden van kolengestookte elektriciteitscentrales met een vermogen van meer dan 50 MW, beneden de 200 mg per kubieke meter rookgas moet komen te liggen. Eén van de methoden om dat te bereiken is het gebruik van katalysatoren in het rookgaskanaal van de afvalgassen. Naast de honingraatkatalysator heeft het bedrijf ook een plaatkatalysator ontwikkeld. Deze is extremere omstandigheden geschikt, zoals bij rookgassen die veel stof of eroderende gassen bevatten.

De katalyserende keramische stoffen bevinden zich bij de plaatkatalysator op een plaat van edelmetaal. De platen komen op kleine afstand van elkaar gestapeld in een draagconstructie, die dezelfde buitenomvang heeft als de draagconstructie van de honingraatkatalysatoren. Een nadeel van de plaatkatalysator is dat het specifieke oppervlak slechts 250 tot 500 vierkante meter per kubieke meter is, aanmerkelijk lager dan bij de honingraatkatalysator, die tot circa 900 vierkante meter per kubieke meter komt.