Eén scheutje water in diesel zorgt voor verbluffend effect

Dat blijkt uit een nieuwe overzichtsstudie in het wetenschappelijke tijdschrift Carbon Research waarin meerdere internationale onderzoeken naar zogeheten Water-in-Diesel-emulsies oftewel WiDE zijn samengebracht.

De techniek draait om een mengsel van dieselbrandstof en water, daarbij wordt tussen de 5 en 20 procent water toegevoegd samen met een speciale hulpstof een zogenoemd tenside.

Dat middel zorgt ervoor dat water en diesel niet van elkaar scheiden maar stabiel gemengd blijven. Volgens de onderzoekers kunnen goed ontwikkelde mengsels tot ongeveer zestig dagen stabiel blijven zonder kwaliteitsverlies hoewel dat sterk afhangt van de exacte samenstelling.

Het effect ontstaat in de motor zelf, zodra de emulsie in de verbrandingskamer terechtkomt verlaagt het water de verbrandingstemperatuur. Daardoor ontstaan minder stikstofoxiden, oftewel NOx een van de belangrijkste schadelijke stoffen van dieselmotoren.

Minder stikstofoxiden

Tegelijkertijd zorgen kleine waterdruppels voor zogenoemde micro-explosies tijdens de verbranding, die minieme explosies verstuiven de diesel fijner waardoor de brandstof vollediger verbrandt en de uitstoot van roetdeeltjes afneemt.

Juist dat dubbele effect maakt de technologie opvallend. Bij traditionele dieselmotoren bestaat meestal een compromis tussen stikstofoxiden en fijnstof.

Minder NOx leidt vaak tot meer roet terwijl minder roet juist extra NOx veroorzaakt. Bij WiDE lijken beide uitstootsoorten tegelijkertijd te dalen al verschilt het resultaat per motor en samenstelling.

De cijfers uit verschillende studies zijn veelbelovend. Sommige experimenten tonen reducties van stikstofoxiden tot 67 procent en dalingen van fijnstof tot 68 procent, daarnaast zagen onderzoekers in bepaalde gevallen zelfs een verbetering van de thermische efficiëntie met maximaal 12 procent.

Dat betekent dat een groter deel van de energie uit de brandstof daadwerkelijk wordt omgezet in aandrijving, die winst ontstaat door een betere menging van lucht en brandstof tijdens de verbranding.

Artikel gaat verder onder de afbeelding.

Het brandstofverbruik laat een minder eenduidig beeld zien. Sommige onderzoeken registreren juist een lager verbruik terwijl andere studies een stijging meten. Bij hogere percentages water in de diesel kunnen bovendien extra problemen ontstaan zoals dieselklop of een onrustigere verbranding.

Een belangrijk voordeel van WiDE is dat de techniek direct in het verbrandingsproces werkt zonder grote technische aanpassingen aan de motor.

Dat onderscheidt het systeem van dure oplossingen ter nabehandeling zoals roetfilters SCR-katalysatoren, in theorie kunnen bestaande voertuigen machines en generatoren de emulsie direct gebruiken zodra die commercieel beschikbaar komt.

Daarmee wordt WiDE vooral interessant voor sectoren waar elektrificatie voorlopig moeilijk blijft. Denk aan landbouwmachines zware vrachtwagens schepen en bouwmaterieel. Juist in die sectoren zullen dieselmotoren vermoedelijk nog jarenlang noodzakelijk blijven.

De onderzoekers plaatsen wel belangrijke kanttekeningen. WiDE is volgens hen geen wondermiddel dat alle emissieproblemen oplost. Bij bepaalde mengsels kunnen koolmonoxide en onverbrande koolwaterstoffen namelijk juist toenemen.

Daarom adviseren de auteurs de techniek te combineren met bestaande emissiebeperkende systemen. Ook de keuze van het gebruikte tenside blijkt cruciaal.

Aanvullend onderzoek nodig voor brede toepassing

Mengsels met ongeveer 3 procent tenside en een hydrofiel-lipofiel evenwicht van 8 tot 9 leverden in meerdere onderzoeken de beste resultaten op. Daarnaast spelen de mengmethode en de bereidingswijze een grote rol bij de stabiliteit en prestaties van de emulsie.

Voor brede toepassing is nog aanvullend onderzoek nodig. Wetenschappers willen beter begrijpen hoe de emulsies zich gedragen op lange termijn en welke invloed ze hebben op corrosie materiaalveroudering en afzettingen in motoronderdelen.

Ook wordt gewerkt aan nieuwe samenstellingen die stabieler zijn en minder belasting veroorzaken voor het brandstofsysteem, toch zien veel onderzoekers in WiDE een veelbelovende tussenoplossing voor de komende decennia.

Zolang zwaar transport en industriële machines afhankelijk blijven van diesel kan deze techniek namelijk een relatief goedkope manier bieden om bestaande motoren aanzienlijk schoner te maken zonder complete vervanging van voertuigen of infrastructuur.