Door: Adriaan van Korlaar – XEAMOS
10 juli 2019

Wat is roet?

Roet is een verzameling koolstofdeeltjes, koolwaterstoffen, asresten van smeermiddel, brandstof en slijtdeeltjes afkomstig van de (diesel)motor. Afhankelijk van de grootte van de roetdeeltjes dringen ze bij inademing onze longen binnen. De allerkleinste deeltjes dringen zelfs onze bloedbaan binnen. Dit maakt deze deeltjes het schadelijkst voor onze gezondheid.

Dit soort deeltjes wordt aangeduid als ‘fijnstof’ of ‘PM10’ (Particulate Matter 10). Dit betekent dat de grootte van de gemeten gemiddelde deeltjes 10 micrometer is. Tegenwoordig wordt ook de term PM2.5 gebruikt wanneer deeltjes van 2,5 micrometer worden onderzocht. Er gaat ook een grenswaarde worden vastgesteld met betrekking tot de hoeveelheid fijnstof voor binnenvaartmotoren, zoals ook het geval is voor Euro 6-vrachtwagens. Hiermee wordt dus een grenswaarde vastgesteld voor de uiterst fijne deeltjes die maar weinig massa hebben, maar toch gevaarlijk zijn.

Samenstelling van roet (Bron: Twigg & Phillips 2009)

Hoe werkt een roetfiltersysteem?

Roetfilters worden ook wel aangeduid als dieselpartikelfilters of DPF. De op deze website genoemde roetfiltersystemen van Xeamos maken gebruik van hoogwaardige en robuuste filterelementen van siliciumcarbide. Deze elementen bestaan uit een poreus keramisch materiaal waarbij de kanalen afwisselend aan één kant zijn afgedicht. Dit zorgt ervoor dat uitlaatgassen heel goed worden gefilterd. Er wordt een dunne laag, bestaande uit fijne deeltjes en as, afgezet in de kanalen. Deze dunne laag zorgt voor de ultieme fijne filtering van de roetdeeltjes.

De as is afkomstig van de brandstof en het smeermiddel en blijft in de kanalen achter terwijl de roetdeeltjes worden verbrand. Dit proces wordt regeneratie genoemd.

Er zijn twee methoden waarmee de in het filter opgeslagen deeltjes kunnen worden geregenereerd:

De eerste methode is de dieseloxidatiekatalysator met een niet-gecoat roetfilter combineren. In de auto-industrie en het wegvervoer wordt deze methode vaak toegepast. De dieseloxidatiekatalysator heeft een edelmetaal zoals platina of palladium en zet een deel van het stikstofmonoxide (NO) in de uitlaatgassen om in stikstofdioxide (NO2). Stikstofdioxide wordt normaal gesproken alleen in de atmosfeer gevormd. Stikstofdioxide is een reactieve stof die de deeltjes (koolstof en koolwaterstoffen) in het roetfilter tot kooldioxide (CO2) en water (H2O) laat oxideren (verbranding). Het ontwerp van de dieseloxidatiekatalysator moet zorgvuldig op de motor worden afgestemd om te voorkomen dat er te veel stikstofdioxide kan worden gevormd. In bepaalde gevallen kan dit tot een geelbruine verkleuring van de uitlaatgassen leiden. Om de overtollige stikstofoxiden te verminderen wordt deze regeneratiemethode meestal met een SCR-systeem gecombineerd.

Een groot voordeel van deze methode is dat de regeneratie van de roetfilters al bij lage temperaturen (tussen 250-400 °C) plaatsvindt, waardoor ze dus continu regenereren. Een belangrijk pluspunt is dat de vervangings- en operationele kosten aanzienlijk lager zijn dan bij de tweede methode.

Het feit dat de dieseloxidatiekatalysator alleen kan worden gebruikt bij brandstoffen met een ultra laag zwavelgehalte, zoals EN 590, is een beperking. Bij zwavelhoudende brandstoffen zoals DMA of DMX zou de dieseloxidatiekatalysator niet lang werken, omdat de zwavel zich aan het edelmetaal hecht.

Chemische reacties van een roetfilter met NO2-regeneratie

De tweede methode voor het regenereren van roetfilters is ze van een katalysatorlaag of -coating voorzien. Deze laag zorgt ervoor dat de in het filter opgeslagen deeltjes bij een lagere temperatuur oxideren of verbranden. Zonder deze coating zouden de deeltjes pas vanaf ca. 600 °C verbranden. Met de katalysator kan de oxidatietemperatuur tot ca. 350 – 400 °C worden verlaagd. In de meeste gevallen is een soort actieve regeneratie nodig omdat deze temperatuur hoger is dan bij de eerste methode waarbij de temperatuur van de uitlaatgassen regelmatig met behulp van een brander of elektrisch verwarmingselement tot een waarde van meer dan 500 °C wordt verhoogd. 

Het voordeel van deze methode is dat specifieke typen gecoate roetfilters (aangeduid als cDPF’s) redelijk goed tegen zwavel bestand zijn. De hoge regeneratietemperaturen zorgen er ook voor dat zwavel oxideert en niet in het filter achterblijft.

Een nadeel is dat de coating relatief snel veroudert en de roetfilters uiteindelijk volledig moeten worden vervangen. Naast het feit dat regeneratie vaak, actief en bij een hogere temperatuur moet plaatsvinden, zijn de operationele kosten bij deze methode hoger dan bij de eerste methode.

Chemische reacties van een roetfilter met O2-regeneratie