ディーゼルを駆動する

ニッケル合金の発泡体は、どのように排出と燃料消費を減らすことができるか
by Carroll McCormick

Nickel Magazine, June 2007 -- その燃料効率で有名なディーゼルエンジン車両は、世界の輸送部門が約20%の二酸化炭素の排出を占めるこの時、ますます大きな注目をひいています。

ヨーロッパでは、ディーゼルは大部分の輸送トラックは勿論、かなりの割合の個人用車両で用いられている。北米では、ディーゼルの主なユーザーは、小型乗用バン、バスと輸送トラックです。排出基準を満たすように設計されているけれども、最新のディーゼル排気処理システムは徐々に蓄積された煤と、この煤を燃やすためにディーゼル燃料の排気システムへの定期的な噴射に起因する背圧のために5-10%燃料消費が増える。しかし、最近の技術革新により、ディーゼル排気システムの効率を改善するために、ニッケル合金の発泡体を用いることにより、その損失を減らすことができました。

車とトラックが現在及び近未来の排出規則を満たすのを可能にするディーゼル排気処理技術は、3つの部分のプロセスに依っている：即ち、ディーゼル酸化触媒は一酸化炭素と未燃の炭化水素を二酸化炭素と水蒸気及びディーゼル粒子フィルタートラップの煤粒子に変え、そしていわゆるDeNOx設備が窒素酸化物を還元してガス状の酸素と窒素化合物にします。

CVRD Inco Limitedのビジネス部門である Inco Special Products（ISP）は,それは、セラミック、金属箔と繊維から成る排気処理システムの中のフィルタ及び触媒担体（基板）改善することができると決めました。
そして、そのビジネス部門は、世界中の充電式のニッケル電池メーカーに販売するために中国で製造する純ニッケル発泡体に基づく高温耐食合金の発泡体基板を開発しました。

ISPは、先端の用途のために特殊なニッケル製品をつくります。それは、2003年にその最初の高温ニッケル合金の発泡体を開発しました。その発泡体は、メーカーが従来のシステムに勝るいくつかの利点のあるディーゼル排気処理システムを設計するのを可能にします。たとえば、それらは普通の円筒形の形以上の広範囲にわたる形でつくることができます。そしてそれらはまたより軽くてより小さくて、同じ触媒効果を得るのにより少ないプラチナ触媒でよく、多分、燃料消費を減らすことが出来ます。

テストはうまく前進し、選ばれた自動車メーカーは2007年の末という早い時期に若干のモデルに新しいシステムを与えるでしょう。ISPは北米のトラック市場も目標としている。そしてそこでは、新しいディーゼル排出ガイドラインは処置システムを全ての2007年モデル車両上に取り付けることをトラック・メーカーに要求している。最近、米国環境保護局が2009年に始まる機関車の新排出基準の設定を提案した時、ディーゼル排気処理システムのもう一つの市場へのドアが開いた。

純ニッケルの発泡体は、最高4ミリメートルの厚さで1メートルの幅のポリウレタン発泡体上に電気ニッケルメッキをすることによって作られます。特別なプロセスはそれからポリウレタンを焼き、純ニッケルの発泡体を残す。「このニッケル材は、例えば合金発泡体のような多数の他の製品のための先駆体です。」と新技術・市場開拓の取締役であるDirk Naumann博士が言う。また「我々は、高温に対する抵抗のような特質を付与するために、他の金属元素を発泡体に加えることができる。」と言う。

ISPによって開発される合金発泡体は、50%のニッケル、22%の鉄、22%のクロムと6%のアルミニウムから成り、1,100℃の高温で良い酸化抵抗を示す。
ニッケル発泡体をバインダー溶液で被覆し、続いて合金粉を被覆するのに粉末冶金プロセスを用いた。焼結の段階は、合金粉とニッケル発泡体は共に拡散する間、要望の均一な組成の合金及び必要とされる物理的特性が生じる。これらはニッケル発泡体の先駆体によるが、機械的強度、化学抵抗力、及び450ミクロンから2mmまでの範囲の孔サイズが含まれる。

「合金発泡体は煤をトラップするのに優れた媒体であって、従来の壁-フロー・フィルタ技術と違った働きをする。」と、Alexandar Boehm博士が言う。そして、彼はニッケルから合金への変形プロセスを発明して、ISPでニッケル合金発泡体製品の開発を管理しています。「これは、深いベッド・フィルタです。我々は、ガスから煤を集めるために、拡散、慣性による圧着とフローラインの遮断の組合せに頼っている。これらのメカニズムは、臨界ナノメートル範囲の粒子を含む異なる粒径を目標とする。」

合金発泡体も、触媒がDOCやDeNOxの機能を遂行するために適用されることができる基板として用いられます。

触媒作用は、発泡体の構造の混合効果のために、従来のflow-through構造より合金発泡体はより効果的です。なお、その大きな表面積は、ベッドを通るより長い行程でずっと多くのディーゼル排気を触媒にさらします。

その結果は、排出規則によって必要な範囲にディーゼル排気を浄化するのに要求される半分の高価な触媒（通常白金）を用いた従来のものの僅か約半分のサイズを必要とする処理システムです。

フィルタがきちんと働き続けるために、それらは蓄積した煤を焼くことによって、定期的に再生しなければなりません。受動的な再生は、250℃以上の温度で二酸化窒素と煤が反応して、二酸化炭素を生じる反応によって、起こります。
しかし、ほとんどのシステムの場合、車両の操作のサイクルが受動的な再生のために必要な十分に高い排気システム温度に上げないときは、ディーゼル燃料は1,000℃位の操作できる温度で、ある間隔で煤を焼くために添加されます。これは能動的再生と呼ばれる。

より小さなフィルタはより低い熱量を持つので、より速く能動的再生温度まで加熱し、コールド・スタートの間の、排出を減らします。そして、合金発泡体はセラミックフィルタよりも高い煤荷重を許容できるので、それらはより少ない能動的再生ですむ。これは　能動的な再生に必要な温度にするのにより少ない燃料でいいことを意味します。そして、その結果潜在的な燃料の節約となる。背圧との複雑な関係によるが、その結果は全体の車両燃料消費の減少とより少ない排出が可能となるであろう。

これは、大気への二酸化炭素の排出の大きな要因である輸送部門にとってよいニュースであり、規制者によって非常に注目されている。

Carroll McCormick is a Montreal-based freelance writer.

Photos: CVRD Inco and iStock

<< Previous    --   Next >>