Urea dieselpolttoaineena: mihin sitä tarvitaan ja miten se toimii?

Yksi dieselmoottoreiden epämiellyttävistä piirteistä on se, että ne päästävät runsaasti haitallisia aineita, erityisesti typen oksideja, ilmakehään. Ympäristömääräysten tiukentuessa insinöörien on täytynyt keksiä uusia keinoja näiden yhdisteiden neutraloimiseksi. Puhdistusjärjestelmien jälkeen luotiin typen oksidien selektiivisen katalyyttisen pelkistyksen (SCR) tekniikka, joka vaati urealiuosta. Tai toisin sanoen AdBlue. Ymmärretäänpä, mikä se on ja miksi nykyaikainen auto tarvitsee sitä.

Mihin tarvitset reagenssia AdBlue (urea)

Mitä urea on dieselissä? Siihen viitataan usein nimellä AdBlue, vaikka kyseessä on vain rekisteröity tavaramerkki, jota käytetään viittaamaan virtsa-aineen liuokseen demineralisoidussa vedessä. AdBluea käytetään ainoastaan SCR-tekniikassa dieselpakokaasun typenoksidipäästöjen vähentämiseksi – yhtenä komponenttina reaktiossa, jossa vaaraton typpi vähennetään sen oksideista.

Nestemäinen reagenssi syötetään ajoneuvon pakokaasujärjestelmään, jossa se reagoimalla pakokaasujen (EG) kanssa auttaa muuttamaan typen oksidit vaarattomiksi aineiksi, kuten vesihöyryksi ja typeksi. Ilman tätä tekniikkaa dieselmoottorilla varustetut autot eivät nykyään pysty täyttämään Euro-5-protokollaa tiukempia ympäristönormeja.

AdBlue-tuotemerkki, jonka oikeudet kuuluvat Saksan autoteollisuusyhdistykselle (VDA), tuottaa urean vesiliuosta. Dieselpolttoaineen urean koostumus on yksinkertainen: 32,5 % puhdistettua ureaa (oikea kemiallinen nimi on hiilihappodiamidi) ja 67,5 % demineralisoitua vettä.

Liuoksen valmistustekniikka on kuitenkin monimutkainen, eikä se ole kaikkien valmistajien saatavilla. Prosessi edellyttää nesteen huolellista puhdistamista ulkopuolisista epäpuhtauksista. AdBlue-nimen saa kanisteriin vasta sen jälkeen, kun on tarkistettu, että se täyttää VDA-asiakirjojen ja kansainvälisen standardin ISO 22241 (Saksassa DIN 70070, Venäjällä GOST R ISO) mukaiset ominaisuudet.

Yksi ensimmäisistä, joka käytti urealiuosta sarjavalmisteisten ajoneuvojen dieselmoottoreissa (ensin kuorma-autoissa ja linja-autoissa ja sitten henkilöautoissa) 2000-luvun alussa, oli Daimler AG, joka otti käyttöön oman järjestelmänsä dieselmoottoreiden pakokaasujen puhdistamiseksi BlueTec.

Venäjällä oli vuonna 2022 vain neljä AdBlue-valmistajaa, jotka tuottivat laillista ja korkealaatuista tuotetta. AdBlue-reagenssia ei pidä sekoittaa tavalliseen ureaan, jota käytetään lannoitteena, eläinten elintarvikelisäaineena tai farmakologiassa.

SCR-järjestelmän rakenne ja perusperiaatteet

Nykyaikaisissa autoissa haitallisten päästöjen (hiilivedyt, rikki, noki, typen oksidit ja muut) vähentämiseksi mahdollisimman paljon pakokaasujärjestelmässä käytetään kokonaista teknisten ratkaisujen kokonaisuutta.

Niiden yhteinen nimi on katalyyttielementit. Näitä ovat pakojärjestelmän katalysaattorit sekä hiukkassuodattimet, joita käytetään yksinomaan dieselautoissa.

Entä urea dieseliin: mihin sitä käytetään? Urean käyttöön perustuvan SCR-neutralointitekniikan tarkoituksena on tehdä pakokaasuista entistäkin ympäristöystävällisempiä kaasujen lisäpuhdistuksen avulla.

SCR-neutralointijärjestelmässä on muutamia komponentteja. Se vaatii kuitenkin paitsi säännöllistä tankkausta ja urean määrän valvontaa erityisessä säiliössä myös säännöllistä huoltoa.

Seuraava esimerkki järjestelmän suunnittelusta ja toiminnasta pätee täysin Daimler AG:n BlueTec-järjestelmään. Muiden valmistajien järjestelmät voivat poiketa yksityiskohdiltaan toisistaan, mutta toimivat yleisesti ottaen samalla periaatteella.

AdBlue-neste kaadetaan erityiseen säiliöön, jonka tilavuus vaihtelee autoissa 5-35 litraan. Yleensä säiliö on varustettu lämmittimellä, joka estää urealiuoksen jäätymisen kylmässä (sen kiteytyminen tapahtuu miinus 11 asteen lämpötilassa).

AdBlue-säiliön täyttöaukko sijaitsee autoissa eri paikoissa: bensatankin luukun alla, tavaratilassa tai konepellin alla. Urea virtaa syöttöputkia pitkin pakojärjestelmään katalysaattorin eteen.

Suuttimen ja sekoittimen (sekoitin) avulla reagenssi 4,5-8,5 baarin paineessa sumutetaan monimutkaisessa suunnittelukatalysaattorissa (katalyyttinen SCR-muunnin), jossa useissa vaiheissa ja typen oksidien deaktivoinnissa turvallisten aineiden – vesihöyryn ja vapaan typen – tilaan.

Prosessia ohjaa elektroniikka – ohjaava SCR-lohko, joka typen oksidien NOx-anturin lukemien ohjaamana annostelee liuoksen.

Dieselpolttoaineen urean kulutus on yksilöllistä eri autotyypeille. Henkilöautoissa yksi tankkaus riittää enintään 20 000 kilometrin ajomatkalle, ja määräaikaishuollot ja tarvittaessa AdBlue-täydennys tehdään kerran 10 000 kilometrin välein.

AdBluen kulutus prosentteina dieselpolttoaineen kulutuksesta on seuraava: 4 % henkilöautojen polttoaineen kulutuksesta ja jopa 6 % raskaiden kuorma-autojen kulutuksesta. Yleisesti ottaen se on siedettävää, vaikka 5 litran AdBlue-kanisterin hinta on verrattavissa vastaavan määrän esimerkiksi jäähdytysnesteen hintaan.

Hyötyjä ja haittoja ureasta dieseliin

Tällaisten järjestelmien hyvät puolet voidaan esittää useissa kohdissa, jotka pätevät täysin maissa, joissa on tiukat ympäristömääräykset ja -rajoitukset.

Plussat urean käytöstä dieselmoottoreissa:

1. Ympäristötehtävä – kyky vähentää päästöjä Euro-6:n ja tiukempien standardien mukaisiksi.
2. Vähentää ajoneuvojen käyttöveroa ja minimoida rangaistukset ympäristönormien noudattamatta jättämisestä maissa, joissa tätä käytäntöä sovelletaan (ja siten likviditeetti jälkimarkkinoilla).
3. Edun saaminen ajettaessa maksullisilla valtateillä sekä useisiin asutuskeskuksiin saapuessa (merkityksellinen hyötyajoneuvojen omistajille).
4. Suhteellisen yksinkertainen SCR-moduulien kytkentä, mikä nostaa hieman dieselautojen kustannuksia.
5. Yhteensopivuus katalysaattoreiden, ERG-järjestelmän ja hiukkassuodatusjärjestelmän kanssa.
6. Moottorin tehon lisääntyminen ja polttoaineen kulutuksen väheneminen.

On myös objektiivisia haittoja, jotka usein vaikeuttavat vakavasti auton käyttöä. Erityisesti Venäjän kylmässä ilmastossa.

Urean käytön haitat:

• Korkea jäätymispiste. Kovalla pakkasella urea voi kiteytyä järjestelmään, jolloin moottorin toiminta häiriintyy. Kun AdBluen syöttö lopetetaan (vaikka se olisi juuri loppunut säiliöstä), dieselmoottorit siirtyvät hätätilaan, jolloin tehoa rajoitetaan tai ne eivät käynnisty lainkaan. Muuten, sulatuksen jälkeen AdBluen työominaisuudet säilyvät jonkin aikaa.
• Tarpeen pitää olla ureavarasto takakontissa tai autotallissa. Urean varastointi on vastuullista toimintaa. On tärkeää noudattaa paitsi tiukkaa lämpötilaohjelmaa tiukasti plussan puolella. Reagenssi on aktiivinen, se pystyy vuorovaikutukseen valuraudan, kuparin, alumiinin ja useiden muiden metallien kanssa. AdBlue on vasta-aiheinen kosketuksissa poltto- ja voiteluaineiden, liuottimien ja muiden autokemikaalien kanssa. Ja säilyvyysaika – enintään vuosi.
• Suuret korjaus- ja ylläpitokustannukset järjestelmän elementtien osalta.
• Venäjällä on paljon AdBlue-reagenssin väärennöksiä, joista on vaikea tunnistaa alkuperäistä ja turvallista tuotetta. Reagenssin laadusta riippuu usein paitsi koko puhdistusjärjestelmän käyttöikä myös itse moottorin terveys.
• Korkeat vaatimukset dieselpolttoaineen laadulle. Ehkä tärkein vasta-aihe SCR-neutralointijärjestelmille Venäjällä.

Tulosten yhteenveto

• Kaasua käytetään dieselpolttoaineen ympäristösuorituskyvyn parantamiseksi, ja siihen perustuvaa reagenssia kutsutaan AdBlue:ksi.
• AdBluen toimintaperiaate on vuorovaikutus pakokaasujen typen oksidien kanssa, jolloin vapautuu vaaratonta typpeä ja höyryä.
• SCR-neutralointijärjestelmien tärkein etu on edelleen mahdollisuus nostaa auton ekologinen luokka Euro-6-standardiin.
• Venäjällä AdBlue-koostumukseen perustuvat järjestelmät eivät ole juurtuneet johtuen urean haavoittuvuudesta kylmässä, dieselpolttoaineen ja itse reagenssin huonosta laadusta sekä tällaisten ajoneuvojen korkeista ylläpitokustannuksista.