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Forschungsstelle
BAFU
Projektnummer
UTF 645.24.20
Projekttitel
DAPHNE exhaust gas cleaning system for marine engines (Système innovant pour le traitement des gaz d’échappement des moteurs marins diesel)

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Ergebnisse gemäss Vertrag
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Projektziele
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Beschreibung der Resultate
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Umsetzung und Anwendungen
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Weiteres Vorgehen
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Französisch)
fioul lourd, scrubber, navires, oxydes de soufre (SOx) et d’azote (NOx), égradation des écosystèmes, réduire les émissions d’oxydes, gaz d’échappement, fertilisants, ammonium
Kurzbeschreibung
(Französisch)

Une nouvelle règle visant à réduire les émissions d’oxydes de soufre des navires, qui sont dangereuses pour la santé des êtres vivants et qui contribuent à la dégradation des écosystèmes, a été introduite par l’Organisation maritime internationale (OMI) en qualité d’autorité internationale et est en vigueur depuis le 1er janvier 2020. Cette règle limite la teneur maximale en soufre du fioul utilisé par les navires à 0.5%, fixée auparavant à 3.5%.
Afin de se conformer à cette nouvelle limitation, les entreprises maritimes ont le choix d’acheter du fioul à basse teneur en soufre ou d’équiper leurs moteurs avec un système de traitement des gaz d’échappement appelé « scrubber », qui permet d’éliminer le SO2 des gaz d’échappement. Le choix entre ces deux alternatives est essentiellement dicté par le coût, favorisant largement l’adoption de scrubber au détriment de l’utilisation de fioul à basse teneur en soufre nettement plus cher. Les scrubbers conventionnels ont toutefois l’inconvenant de déverser d’importantes quantités d’eau toxique non traitée issue du processus de nettoyage des fumées, d’où leur interdiction dans de nombreux ports.

Le nouveau type de scrubber développé par Daphne Technology SA permet d’éliminer les oxydes de soufre (SOx) et d’azote (NOx) des gaz d’échappement issus de moteurs utilisant le fioul lourd en évitant l’utilisation d’eau de mer dans le processus de nettoyage. Les oxydes de soufre et d’azote dans les gaz d’échappement sont bombardées d’électrons, ce qui produit des molécules instables qui réagissent ensuite avec de l’ammonium ajouté au procédé. Des sulfates et des nitrates d’ammonium sont ainsi formés et peuvent être utilisés comme fertilisants.

Un prototype de laboratoire fonctionnant sur la base de gaz d’échappement simulés a déjà été réalisé et montre des résultats très encourageants.

Un projet ayant pour objectif de tester la technologie en conditions réelles (moteur de navire basé à terre, en Suède) et de préparer sa validation en vue des certifications nécessaires a été déposé et accepté dans le cadre de l’instrument EIC pilot du programme-cadre européen Horizon 2020. Dans ce contexte, le présent projet propose l’installation, le développement et la validation de la technologie à une échelle intermédiaire entre le prototype de laboratoire et le moteur de bateau (500 kW). Ainsi, il sera possible de tester et d’optimiser en Suisse le fonctionnement du scrubber avec des gaz d’échappement réels produits par un moteur diesel de puissance intermédiaire (5 kW) beaucoup plus facile à faire fonctionner, et permettant un travail dans des conditions nettement moins rigoureuses qu’avec un moteur de bateau.

Le banc d’essai développé continuera d’être utilisé en parallèle au banc d’essai en taille réelle (moteur de navire) afin d’accélérer les cycles de développement nécessaires et permettre des tests plus rapides directement mis en œuvre par l’équipe R&D située en Suisse.

 

Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside révisée du 09.07.2020 suite aux conditions définies par le comité d’expert qui s’est exprimé à l’occasion de la séance de la Koko UT du 21.11.2019.

Ergebnisse gemäss Vertrag
(Französisch)

3.1.Installation et mise en service d’un banc d’essai complet en Suisse comprenant un moteur diesel d’une puissance de 5 kW capable de produire des gaz d’échappement jusqu’à 1100 L/min, d’un système pour l’injection de SO2 gazeux (jusqu’à 1500 ppm) dans les gaz d’échappement, d’un système de nettoyage des gaz basé sur la technologie développée par Daphne Technology SA et d’un filtre à particules. Ce système doit permettre de se conformer pendant les essais à toutes les réglementations en vigueur concernant la protection de l’air (OPair). (Jalon 1)

3.2.Validation du scrubber issu de la technologie développée par Daphne pour le traitement des gaz d’échappement avec un moteur de 5 kW basé à terre, réalisation de divers tests de développement et de concepts sur le banc d’essai mise en place. (Jalon 2)

3.3.Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 3.1 à 3.2 et la suite du projet.

3.4.Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos (voir annexe 3) pour l’impression de publications à l’adresse du public.

3.5.Une présentation PowerPoint des résultats est mise à disposition de l’OFEV et sur demande, un exposé peut être fait à l’OFEV.

Projektziele
(Französisch)

L’objectif est d’installer et de mettre en service un banc d’essai permettant de tester, de développer et de valider la technologie de traitement des oxydes de soufre des gaz d’échappement de moteur de navire pour se conformer à la nouvelle réglementation de l’OMI.
Afin de fournir un environnement de travail plus proche de la réalité d’un moteur de navire (de l’ordre de 500kW) pour le développement de cette technologie, un moteur diesel de taille intermédiaire (5 kW) sera utilisé en combinaison avec une injection de SO2 gazeux dans les gaz d’échappement afin de reproduire les concentrations observées dans les moteurs utilisant du fioul lourd conventionnel.

Beschreibung der Resultate
(Englisch)

The Project Goal of project UTF No. 645 was to install and commission a test bench to test, develop and validate the exhaust gas cleaning technology for treating sulphur oxides in ship engine exhaust gases to comply with the new air emission regulations. In order to provide a working environment closer to the reality of a ship engine (of the order of 500kW) for the development of this technology, an intermediate size diesel engine was used in combination with an injection of SO2 gas in the exhaust gases in order to reproduce the concentrations observed in engines using conventional heavy fuel oil. Daphne Technology SA successfully installed and commissioned a fully functional exhaust gas purification test stand in their R&D Facility in Saint Sulpice, Switzerland that always complied with air regulations during testing, thus achieving Milestone 1. Iterations of the reactor (NanoScrubber) powered by a custom-built power supply, which is an integral element in the exhaust gas cleaning process, was tested, thus achieving Milestone 2. Specifically, the exhaust gas purification stand demonstrated >99% removal of SOx pollutants and up to 19% NOx removal efficiencies from exhaust gas. By demonstrating >99% removal of SOx pollutants with the test stand (and, in addition, demonstrating NOx removal) the Project Goal was achieved. No patent applications were submitted related to the work performed in the project.

Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)

Daphne Technology SA has successfully installed a 17.6 kW land-based exhaust gas purification system in Saint Sulpice Switzerland. The exhaust gas purification stand demonstrated >99% removal of SOx pollutants and up to 19% NOx removal efficiencies from exhaust gas. Daphne Technology has scaled-up the SOx reduction technology in the construction of a 1.5MW prototype, that recently (October 2022) demonstrated >99% SOx removal from exhaust gas produced from a 700 kW marine diesel engine combusting heavy fuel oil at the Maritime Center at Flensburg University of Applied Sciences (Hochschule Flensburg) in Flensburg, Germany. The NOx removal from exhaust gas via Daphne’s plasma technology remains under investigation but has garnered little commercial interest from the maritime industry. Daphne is currently commercializing SulPure®, a novel SOx exhaust gas cleaning system, as a result of the small-scale demonstration of the technology.

 

Weiteres Vorgehen
(Englisch)

As a result of the work performed on the small-scale exhaust gas purification test stand developed in project UTF No. 645, Daphne developed and piloted a 1.5MW prototype SOx exhaust gas cleaning system on a land-based marine diesel engine combusting heavy fuel oil in October 2022. Daphne is now pursuing commercial sales of their SulPure® technology. The developed test bench will continue to be used to accelerate research development cycles and be used to explore removal of other pollutants from exhaust gas, such as volatile organic compounds, particulate matter, dioxins, furans, and hydrocarbons. Currently, the test stand is used to demonstrate methane reduction in exhaust gas produced from liquified natural gas (LNG) fueled engines. In addition to practical applications, the developed set-up can be used as a tool to interrogate the integration of non-thermal plasma with exhaust gas cleaning systems, such as the synergy between non-thermal plasma and catalytic systems.