Articles

Przyszłe złożoności konfiguracji katalizatorów samochodowych, ich wpływ na PGM i konsekwencje dla kolektorów

Posted by isahora
12 cze 2019 0 comments

complex diagram on blackboard

Nasza druga prezentacja z IPMI Auto Catalyst & Fuel Seminar pochodziła od dr Stewarta Browna, głównego analityka w dziale badań rynkowych Johnsona Matthey'ego i obejmowała analizę historycznego zapotrzebowania na Platinum Group Metal (PGMs - platynowe, palladowe, rodowe); wpływ przepisów prawnych; technologię i trendy konfiguracyjne; zmieniającą się mieszankę "układu napędowego"; substytucję palladu w katalizatorach trójdrożnych; konsekwencje dla kolektorów i rafinerii.

1. Zapotrzebowanie na PGM

Zaostrzenie przepisów wynikających z nowych przepisów, głównie w USA i Europie, miało znaczący wpływ na popyt na PGM w sektorze katalizatorów samochodowych. Obecnie rosnący popyt na PGM z rynku katalizatorów znacznie przewyższa popyt z innych źródeł, zwłaszcza na pallad i rod, jak wskazują te dwa wykresy:

Wykorzystanie autokatalizatora jako udział procentowy popytu brutto na GTP

PGMs Demand

Źródła zapotrzebowania na PGM

sources of PGM demand

 

2. Prawodawstwo

Obecnie znajdujemy się w okresie globalnego zaostrzenia ograniczeń emisji, a w wielu głównych krajach na całym świecie wprowadzamy przepisy prawne:

Stany Zjednoczone: "Poziom III" jest obecnie wprowadzany stopniowo, przy czym oczekuje się dalszego zaostrzenia przepisów od 2021 r.

Europa: wprowadzono "Euro 6c", a "Euro 6d" zaplanowano na 2020 r.

Chiny: "Chiny 5" dla silników wysokoprężnych wprowadzono w zeszłym roku, a "Chiny 6a" dla wszystkich pojazdów spodziewanych od 2020 r.

Indie: "BS4" pojawiła się w 2018 r., a "BS6" ma zostać wprowadzone w 2020 r.

Korea Południowa: norma "Euro 6d" dla silników wysokoprężnych została wprowadzona w 2018 r.

Inne kraje, w szczególności w Azji Południowo-Wschodniej, grają "dogonić" - Tajlandia, na przykład, działa obecnie na "Euro 4". z, obecnie, nie planuje przejść do "Euro 5" do 2024 roku, chociaż jeszcze w tym miesiącu aktualizacja europejskich norm emisji jest priorytetem dla decydentów politycznych.

Ewolucja procedury badania

W tym samym czasie, gdy wprowadzono przepisy mające na celu ograniczenie emisji zanieczyszczeń, wprowadzono ulepszenia w mechanizmach badawczych, aby zapewnić, że pojazdy odzwierciedlają wymogi prawne w rzeczywistych warunkach jazdy.

Pierwotnie testy przeprowadzono na nowym europejskim cyklu jazdy (New European Driving Cycle - NEDC), procedurze opracowanej w latach 80-tych w oparciu o jazdę "teoretyczną". Ma to szereg braków, ponieważ jest to stosunkowo krótki test trwający 20 minut na 11 km w temperaturze 20-30°C przy maksymalnej prędkości 120 km/h. Z tego powodu stał się on przestarzały, a przemysł jako całość kwestionuje dostarczanie liczb ekonomicznych, które w rzeczywistości są nieosiągalne.

W rezultacie w 2017 r. wprowadzono Światową Zharmonizowaną Procedurę Testowania Pojazdów Lekkich (WLTP), która, ponieważ opiera się na rzeczywistych danych z jazdy, lepiej odpowiada osiągom na drodze. Test trwający 30 minut, ponad 23 km, obejmuje zwiększoną prędkość maksymalną 131 km na godzinę.

Jako komplement dla WLTP, Europa jest pierwszym regionem na świecie, który wprowadził system Real Driving Emissions (RDE), co oznacza duży skok w testowaniu emisji z samochodów. RDE to test trwający do 2 godzin na dystansie ok. 90 km w temperaturach od -7°C do 35°C i przy prędkościach do 160km na godzinę. Ponadto, po raz pierwszy wprowadza ona wpływ jazdy w górę i w dół wzgórz, do 1300m.

Tak więc nie tylko obserwujemy bardziej rygorystyczne prawodawstwo, ale również, co ważne, nowe procedury testowania, które mogą dokładnie i jednoznacznie zagwarantować, że to prawodawstwo będzie funkcjonować w praktyce.

3. Katalizator Złożoność

Na poziomie globalnym, złożoność katalizatorów rośnie, co wynika z zaostrzenia norm emisji. W szczególności silniki wysokoprężne znajdą się pod presją legislacyjną i wszystkie te silniki będą prawdopodobnie wymagały zastosowania filtrów cząstek stałych w silnikach wysokoprężnych (DPF). W perspektywie krótkoterminowej jest to korzystne dla osób zaangażowanych w odzyskiwanie PGM, ale w perspektywie średnio- i długoterminowej filtry DPF zostaną prawdopodobnie zastąpione technologią selektywnej redukcji katalitycznej (SCRF), która poprawia zwartość systemu i umożliwia wcześniejszą konwersję tlenku azotu (NOx), ale nie wymaga stosowania PGM jako katalizatorów.

Złożoność wzrasta również w zakresie obróbki końcowej benzyny, z rosnącym wyposażeniem w filtry cząstek stałych benzyny (GPF) i oleju napędowego, z większym zapotrzebowaniem na systemy selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) i tendencją w kierunku instalacji katalizatora ślizgowego amoniaku (ASC).

4. "Układ napędowy" Zmiany

Opracowano lub opracowuje się szereg alternatyw dla silników benzynowych i wysokoprężnych, co będzie miało znaczący wpływ na rynek PGM.

Pojazd hybrydowy z napędem elektrycznym (HEV)

Globalna sprzedaż pojazdów HEV w 2015 r. wyniosła 2,2 mln; oczekuje się, że do 2025 r. wzrośnie ona do 19,6 mln, co może zwiększyć popyt na PGM BY o 15%.

Bateria Pojazd elektryczny (BEV)

Globalna sprzedaż pojazdów BEV w 2015 r. wyniosła 318.000; oczekuje się, że do 2025 r. wzrośnie ona do 6,3 mln. W tych silnikach nie stosuje się żadnych PGM.

Pojazd elektryczny z ogniwami paliwowymi (FCEV)

Obecnie i w perspektywie krótkoterminowej, bardzo mały sektor rynku, z szacunkową sprzedażą 24 000 pojazdów do 2025 r., pojazdy FCEV wymagają platyny jako katalizatora.

Istnieje oczywiście wiele prognoz dotyczących rozwoju rynku energii elektrycznej i jego wpływu na rynek tradycyjny. Jeden z uznanych na całym świecie analityków, Bloomberg, przedstawił w maju 2018 r. następującą prognozę w dokumencie "Long Term Electric Vehicle Outlook", sugerując, że do 2040 r. pojazdy elektryczne mogą stanowić aż 55% rynku.

electric vehicles

 

5. Pallad Zastępstwo palladu

Ponieważ ceny palladu gwałtownie wzrosły, wiele się mówi o zwiększaniu zawartości platyny, kosztem palladu, w katalizatorach.

Johnson Matthey jest zdania, że o ile zastąpienie w benzynie jest możliwe, to najpierw należy pokonać szereg wyzwań technicznych i praktycznych, a zatem jest mało prawdopodobne, aby nastąpiło to szybko. Potrzebne są dalsze prace rozwojowe w celu dopasowania wydajności istniejących systemów Pallad/ Rod. Kluczowymi zagadnieniami dla katalizatorów trójdrożnych wykorzystujących platynę są: gorsze wartości CO i Nox light-off, gorsza konwersja NOx przy dużych prędkościach i mniejsza trwałość, ponieważ platyna jest mniej stabilna niż pallad w spalinach benzyny. W czasie, gdy pełna zgodność z niedawno wprowadzonymi testami RDE jest na pierwszym planie, producenci będą chcieli być w 100% pewni, że system katalizatora jest solidny, zanim dokonają jakichkolwiek zmian.

6. Skutki dla przemysłu

Dla każdego typu katalizatora Johnson Matthey sugeruje następujące konsekwencje:

Trójdrożne filtry katalityczne i filtry cząstek stałych benzyny

Przy ogólnie wyższym trendzie analizy, wartości palladu i rodu będą nadal rosły, chociaż w dłuższej perspektywie czasowej prawdopodobne jest zastąpienie palladu platyną.

Katalizatory utleniające do silników wysokoprężnych

Oznaczanie tendencji ogólnie wyższych, z objętościami platyny i palladu ogólnie stałymi.

Filtry cząstek stałych do silników wysokoprężnych

Oznaczanie i objętość ogólnie stała dla platyny i palladu.

Selektywna redukcja katalityczna i technologia SCRF

Brak zawartości PGM.

SCR z katalizatorem amoniakalnym

Bardzo niska zawartość PGM i ten format stanowi jedynie około 20% SCR.

7. Wnioski

- Na poziomie globalnym wzrasta złożoność katalizatora, co wynika z zaostrzenia norm emisji.

- Jest, choć trudno jest stwierdzić, czy emisje mogą zostać znacznie bardziej racjonalnie zredukowane. Dlatego też osiągi i zgodność w świecie rzeczywistym mają kluczowe znaczenie, a RDE w całym okresie eksploatacji pojazdu staje się nowym standardem.

- Połączenie "bramy do silników wysokoprężnych", złożoność i niepewność tworzą sposób myślenia o zapobieganiu ryzyku.

- Hybrydy będą prawdopodobnie neutralne dla pozytywnego wpływu na popyt na PGM.

- Platynowe zastąpienie palladu, które może występować w TWC / GPF w dłuższej perspektywie czasowej.

- Wskaźnik penetracji dla pojazdów elektrycznych z zasilaniem akumulatorowym jest niepewny, ale zapotrzebowanie na PGM będzie rosło.