“组合拳”应对柴油车尾气污染

多年来，柴油车尾气排放污染一直是城市顽疾，却始终没有有效治理的好方法。但就在不久前，国家“973计划”项目首席科学家、华东理工大学卢冠忠教授带领着他的团队，在历经8年时间后，他们的研究成果“柴油车尾气净化关键技术及应用”获得了上海市技术发明一等奖，成为治理柴油车尾气排放的一贴良药。

四个发明点支撑尾气净化产业体系

根据国家环境保护部发布的《中国机动车污染防治年报（2013）》显示，我国重型柴油车仅占汽车保有量的5.6%，但氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）排放却占汽车总排放量的67.4%和78%。因此，重型柴油车是当之无愧的“排放大户”。为了有效地对柴油车尾气污染进行堵截，卢冠忠带领团队进行了长达8年的研究。

谈及此次的研究成果，卢冠忠说，该项目主要有四个发明点，其中一个发明点是对于催化剂的创新。针对不同的污染物，卢冠忠团队发明了三类高性能的柴油机尾气净化催化剂来应对它们，分别为选择性催化还原催化剂（SCR）应对氮氧化物、柴油氧化型催化剂（DOC）应对一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）等、催化型柴油颗粒物捕集器（CDPF）负责捕捉、净化碳烟颗粒。卢冠忠特别提到了低钒含量的SCR催化剂。他说，现在国际上使用较多的SCR催化剂为钒-钨-钛催化剂。不过，由于钒具有生物毒性，在高温状态下容易升华，并会随着废气一起排放到大气中，对人类及动植物产生危害。所以在当初的设计中，团队利用稀土氧化物作为助催化剂，使钒的使用量大幅降低，不仅降低了成本，同时还使产品的性能得以提高，优于同类进口产品。目前，该低钒SCR催化剂已运用于上柴7H发动机上。

在柴油车尾气净化催化剂的工业化生产环节方面，卢冠忠团队发明了“真空涂覆-真空抽提”的涂层浆料制备技术和高精度涂覆技术。该技术能使催化剂的涂覆偏差<±3%。对于柴油车尾气净化用的大尺寸陶瓷载体，该团队还开发了“陶瓷载体常温植皮”和“热风加湿”技术，解决了大尺寸陶瓷载体植皮工艺需二次高温焙烧、成品率低的问题，使载体的合格率提高20%，生产能耗降低40%，为降低尾气净化催化剂的成本、提高催化剂的质量提供了有力的保障。

柴油车尾气中氮氧化物的排放控制是柴油车尾气净化的难点和热点，特别是对于重型柴油车。氮氧化物的还原剂氨气（NH3）来自尿素的热分解，因此尿素喷射的精度和稳定性对SCR催化剂的性能将产生直接的影响。为提高氮氧化物的净化效率，该项目的另一大发明点是高精度、高可靠性的尿素喷射技术。该技术能使尿素的喷射精度提高1倍，满足国V排放标准的要求。在高效SCR喷射系统中采用具有容置腔的喷嘴结构和空气辅助尿素喷射等技术，使喷雾的平均直径小于30微米，优于国外品牌产品的40微米。同时，该技术解决了转化器内壁尿素易结晶难题，有效提高了氮氧化物转化率，使氨气泄漏可控在10ppm 以内，优于标准规定的25ppm，达到了国际先进水平。

项目的最后一个发明点是对技术实现产业化具有决定意义的故障智能化诊断技术与整机匹配技术。故障诊断与处理是SCR系统稳定运行的保障。卢冠忠团队发明的这个故障智能化诊断技术采用了三级故障诊断技术，解决了SCR传感器和执行器安全性差、报警难等问题，确保系统的稳定运行。同时，该技术还能对柴油车在匀速、爬坡、热启动、冷启动等不同工况运行时的电机进行智能化控制，使整个系统运行得更为安全、可靠。

卢冠忠说，我国幅员辽阔，柴油车要适应如青藏高原的缺氧环境、东北比地区高寒以及华南地区高热等不同地域环境，并且不同型号的发动机也需要特定设计的尾气处理系统。因此，整机匹配技术必不可少。项目团队在合作厂家凯龙公司的帮助下，进行了发动机台架标定实验和“三高”（高原、高寒和高热）实验，建立了整套柴油机和整车的标定匹配技术规范和标定体系，突破了国外供应商在标定技术上的封锁。这四个发明点使该项目在“柴油机尾气净化催化剂一控制管理系统-催化转化器-整车标定与应用上”上，形成了拥有自主知识产权的整套技术和产业链，目前已获授权发明专利20项，还参与制订了8项行业标准。

多项研究应对国V及以上排放标准

目前，卢冠忠团队的这个项目已取得了较大的经济和社会效益。柴油机尾气净化关键技术已在江苏蓝烽新材料科技有限公司实现了规模化生产，部分关键技术还在上海朗特汽车净化器有限公司进行了产业化，产品已为上柴、玉柴、潍柴、锡柴、福田等企业进行配套，市场覆盖率达到50%。但团队的研究并不仅限于此。卢冠忠说，目前我国柴油机执行的是国IV排放标准，在北京地区已经开始实行国V排放标准，结合我国特点的国Ⅵ排放标准也正在积极的制订过程中。环保标准的日趋严格，不仅对柴油车本身的性能、对应的油品质量等提出了更高的要求，同时对尾气净化技术也提出了越来越高的要求。为了应对国V及以上排放标准，卢冠忠团队正在进行低温SCR催化剂、分子筛基SCR催化剂等方面的研究，目前已形成了多项专利技术。

另外，卢冠忠还说，目前我国采用的SCR技术，需添加尿素作为还原剂，必须加装一个尿素辅助装置，并且要定期加注。如果能使用车辆，本身自带的柴油经裂解后作为还原剂，不仅使用更加方便，还能降低成本。据悉，其带领的团队正在研究使用柴油作为还原剂的原料，将之裂解成为碳氢化合物，通过它们来达到还原氮氧化物的作用。

技术推广期待政策进一步支持

尽管在技术上已取得了不少成果，也得到了广泛的推广，但卢冠忠认为，柴油车尾气净化要真正达到效果，离不开政策方面的进一步支持，尤其是要提高油品质量，落实净化器的定期更换机制。

“对于每一款规格的机动车尾气净化器，都需要使用符合那一款净化器的油品相配套，如符合国V标准的净化器必须选用符合国V标准的油品，否则净化器的使用寿命就会大大地缩短。”卢冠忠给记者举了个例子，比如说，不管哪一款净化器，抗硫能力都是有一定限度的。但目前我国机动车使用的汽油或柴油，与国际标准的清洁油品相比还有一定的差距，如硫含量还比较高。如果通过催化净化器的硫浓度超过净化器能够承受的浓度，催化剂也会“中毒”，产品的使用寿命就会缩短。如果不及时更换，机动车的尾气就达不到排放的标准，就会对空气造成极大的污染。另外，如果今后要实现利用柴油的裂解烃类化合物作还原剂，更需要有清洁的油品质量作为保证。

除油品质量外，卢冠忠还认为，落实净化器的定期更换机制也非常重要。卢冠忠表示，车用尾气净化器有其使用寿命，到了一定的里程数之后，催化净化功能就会极大减弱。但是现在的用户很少会有意识地去定期更换尾气净化设备。“这里面最重要的是对尾气排放不合格的车辆要实现强制更换净化器的机制没有真正完善落实。我们虽然有车辆年检制度，在检测安全性的同时也要检测尾气排放是否达到排放的标准，但是很多排放不合规的车辆通过诸如‘租用净化器’等种种不正当的方式通过年检，使排放检测形同虚设。这需要法律上建立有效的奖惩机制，才能逐步杜绝这种现象，达到理想的净化效果。”卢冠忠说。（记者 林芸 实习生 江睿杰）