Etude de faisabilité du stockage solide d'ammoniac pour la réduction des oxydes d'azote par SCR appliquée aux moteurs Diesel (Stockage solide NH3)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 320.45.09

Schlüsselwörter (Französisch)

émissions NOx, moteurs diesel, SCR (réduction catalytique sélective), stockage d'ammoniac

Kurzbeschreibung (Französisch)

Les émissions NOx des moteurs diesel sont généralement traitées par un procédé qui utilise l'urée en solution aqueuse comme composé précurseur de l'ammoniac. Dans le processus de la réduction catalytique sélective (SCR), l'ammoniac qui est injecté dans le système de gaz d'échappement réagit avec les émissions NOx en produisant de l'azote et de l'eau. Cette technologie s'est imposée comme la solution la plus performante de traitement des NOx issus des moteurs diesel poids-lourds, mais comportent des inconvénients majeurs, tel que la nécessité d'embarquer un réservoir d'urée important ainsi qu'une faible efficacité à froid.

Le stockage/déstockage d'ammoniac au sein de sels métallo-chloreux est une solution envisagée par l'entreprise Aaquis & Aaquis SA, afin de réduire les dimensions du réservoir embarqué, d'améliorer l'éfficacité à froid et de simplifier le système d'alimentation et d'injection de l'ammoniac. La cartouche de stockage est composée d'ammoniac, d'un sel métallo-chloreux, et d'un additif (graphite) optimisant la conductivité thermique pour permettre la libération de l'ammoniac sorbé sur le sel métallo-chloreux.

Cependant, avant le démarrage d'un projet de grande envergure, certains points de faisabilité techniques doivent être clarifiés Pour cela, des essais expérimentaux seront réalisés par le laboratoire de Chimie solide de l’EMPA pour caractériser et quantifier les phénomènes d’absorption et désorption d’ammoniac dans ces sels métallo-chloreux permettant d’illustrer l’intérêt et le potentiel d’un tel concept de stockage pour la réduction des NOx par SCR.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Französisch)

1. Données de calcul des aspects de distribution de la chaleur dans la cartouche à partir du corps de chauffe
   
2. Données sur l’efficacité de mise à disposition de l'ammoniac sous forme gazeuse
   
3. Données sur le comportement des matériaux dans la cartouche selon les cycles d'utilisation, notamment les phénomènes d'altération liés à la chaleur, de comportement lors de la recharge et d'un entreposage intermédiaire, de comportement lors d'un nettoyage complet et d'élimination en fin de cycle de vie
   
4. Données sur la chaîne logistique et les opérations nécessaires à la production, distribution, remplacement, recharge et élimination des cartouches
   
5. Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 4.
   
6. Eléments de textes et illustrations ou photos pour l’impression d’un fact-sheet à l’adresse du public.
   
7. Présentation des résultats lors d’un colloque scientifique à l’OFEV (avec présentation Power-point).

Projektziele (Französisch)

La présente étude de faisabilité technique a pour objectif de déterminer si la technique de stockage solide d’ammoniac proposée est efficace d'un point de vue environnemental, énérgétique, matériel et logistique.

Beschreibung der Resultate (Französisch)

Cette étude de faisabilité sur la chemisorption de l’ammoniac dans certains chlorures métalliques a permis de mettre en avant l’intérêt et le potentiel de ce procédé pour la réduction des NOx par SCR des moteurs Diesel. Plusieurs sels ont pu être testés en laboratoire et démontrent l’intérêt de retenir un sel à haute pression de vapeur en ammoniac pour une application à la dépollution automobile. Les résultats obtenus mettent aussi en avant l’intérêt d’un matériau composite formé entre le sel et un additif permettant d’améliorer significativement les propriétés thermiques de matériaux ainsi que son comportement au cours de cycles répétés de décharge et recharge en ammoniac, simplifiant la chaine logistique à mettre en œuvre pour les opérations de maintenance. A partir de ces éléments, une solution innovante de stockage solide d’ammoniac pour SCR est proposée pour une étape de développement ultérieure.

Umsetzung und Anwendungen (Französisch)

La formation de complexe chimique solide est une solution de stockage élégante, dense et sure, pour l’ammoniac nécessaire à la réduction des NOx par SCR. En pratique, l’ammoniac contenu dans une cartouche de stockage est désorbé par élévation de la température du matériau au moyen par exemple d’un réchauffeur électrique. L’ammoniac sous pression disponible peut alors être dosé et injecté à l’échappement. Dans le concept proposé, le choix d’un sel à haute pression de vapeur mis en œuvre au sein d’une matrice composite formée avec un additif spécifique conduit à un matériau de stockage innovant aux propriétés en rupture. La resaturation aisée du matériau en ammoniac permet de simplifier la logistique de maintenance en rendant possible un scénario de remplissage de la cartouche de stockage.

Weiteres Vorgehen (Französisch)

Les résultats avancés produits par les laboratoires de l’EMPA ont permis de confirmer le choix du matériau de stockage. Les différents calculs réalisés pour ce matériau mettent en avant son intérêt pour une application automobile. A l’issue du projet, un système innovant de stockage SCR est défini, un premier dimensionnement en est proposé. Dans une étape ultérieure est envisagée la réalisation de système prototype grandeur nature, intégrant le matériau de stockage au sein d’un système complet de stockage et alimentation en ammoniac. Les caractéristiques cibles de ce système, innovant par la mise en œuvre d’un matériau de stockage en rupture, sont particulièrement attractives par rapport aux solutions aujourd’hui à l’étude par l’industrie automobile: Mise en action plus rapide; Réduction des besoins énergétiques système de stockage ; Simplification du scénario industriel de maintenance. Les deux axes majeurs d’une étape ultérieure de développement sont la validation du concept par la mise en œuvre d’un prototype grandeur nature, et la mise au point du procédé de fabrication du matériau de stockage et de son enveloppe. Tous les éléments semblent aujourd’hui réunis pour démarrer cette nouvelle étape permettant à terme d’amener à maturité industrielle une technologie innovante particulièrement adaptée aux enjeux actuels de l’automobile de réduction de ces émissions polluantes.

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Pas de publication envisagée à ce stade, à évaluer dans le cas d’une étape ultérieure de développement.