Appibio (2014-2018)

APPROCHE PLURIDISCIPLINAIRE DE L’IMPACT DES BIOCARBURANTS SUR LES SYSTEMES DE POST-TRAITEMENTS DIESEL

Projet ANR (ANR-14-CE22-0003)

« Evaluation de l’empoisonnement de la ligne de post-traitement catalytique lors de l’utilisation massive de bioDiesel »

Partenariat

IC2MP

Université de Poitiers

Xavier COURTOIS

Fabien CAN

Renault Trucks

Volvo Group Trucks Technology

Powertrain Engineering

Eduard IOJOIU

Vincent LAUGA

IRCELYON

Université Claude Bernard

Lyon I

Anne GIROIR-FENDLER

Sonia GIL

INSTITUT JEAN LE ROND D’ALEMBERT

Université P&M Curie, Paris VI

Patrick DA COSTA

Guillaume LEGROS

LGRE

Université

de Haute Alsace

Valérie TSCHAMBER

Alain BRILLARD

Projet labélisé

par le pôle LUTB 

 

Contenu de l’ANR

La norme Euro VI (2014) pour les poids lourds implique la mise en œuvre d’un système de post-traitement des gaz d’échappement complexe, intégrant à la fois un catalyseur d’oxydation (DOC), un catalyseur de réduction sélective des NOx (SCR), et un filtre à particules (FAP), avec une durabilité exigée de 7 ans / 700 000km. Parallèlement, il existe des gammes de véhicules homologués B100 fonctionnant exclusivement au biodiesel. Or, ce carburant contient des traces de métaux alcalins (Na, K) ou phosphore (P) qui sont des poisons potentiels pour la chaine de post-traitement. En prenant en compte la durabilité exigée de 700000km, il apparait que la chaine de post traitement va être soumise à plusieurs kilos de poisons, ce qui induit un risque majeur pour sa durabilité.

Pour chaque système catalytique, il s’agit de déterminer les mécanismes d’empoisonnement (relations empoisonnement / propriétés physico-chimiques / activité catalytique), d’évaluer des stratégies de régénération, voire de proposer des modifications de formulations catalytiques.

Les verrous scientifiques à lever concernent la compréhension des mécanismes de désactivation des systèmes catalytiques et d’oxydation des suies, tout en intégrant les interactions entre les différentes briques catalytiques. L’influence de traitements thermiques (vieillissements supplémentaires et/ou régénération) sera examinée et les données collectées devront permettre à Renault Trucks d’affiner un modèle prédictif concernant l’évolution de l’efficacité du post traitement en fonction de l’usage des biocarburants.

Enfin, dans le but d’obtenir des systèmes catalytiques plus résistants pour assurer le respect des normes en termes d’efficacité et de durabilité, chaque partenaire pourra proposer de nouvelles formulations catalytiques compatibles avec l’utilisation de ces bio-carburants.

Pour mener à bien ce projet nécessitant des compétences multiples, un consortium permettant un travail collaboratif a été constitué. Il regroupe un constructeur de poids-lourds (Renault Trucks) et quatre laboratoires académiques des Universités de Paris (Institut Jean le Rond d’Alembert, IJLRA), Poitiers (Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers, IC2MP), Mulhouse (Laboratoire de Gestion des Risques et Environnement, LGRE) et Lyon (Institut de Recherche sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon, IRCELYON).

Ce projet a été labélisé par le pôle de compétitive LUTB Transport & Mobility Systems.

Le projet APPIBio se propose d’étudier en détail la durabilité du système de post-traitement lors de l’utilisation massive de biodiesel en prenant en compte l’interdépendance entre les trois différentes briques du système de dépollution.

Le projet se divise en deux axes principaux.

Le premier concerne l’étude de la désactivation des catalyseurs d’oxydation DOC (oxydation de CO et des hydrocarbures imbrulés) et de SCR (réduction des NOx) par empoisonnement par les éléments chimiques Na, K et P, poisons pris individuellement, puis simultanément. De plus, l’influence des hydrocarbures oxygénés spécifiques issus de la combustion du biocarburant sera aussi examinée sur le DOC. Il s’agit d’évaluer leur réactivité intrinsèque, et de déterminer d’éventuelles compétitions. Le rapport NO2/NO, dépendant du DOC placé en amont des autres systèmes, sera examiné avec soin car c’est un paramètre clé impactant à la fois l’efficacité du catalyseur de réduction des NOx et la régénération passive du FAP. Le comportement des catalyseurs empoisonnés vis-à-vis de traitements thermique sera examiné (vieillissement et/ou régénération)

Le deuxième axe concerne le traitement des suies. Aujourd’hui, peu d’informations sont disponibles sur la physico-chimie et la réactivité des particules formées suite à l’utilisation de biocarburants. L’impact des poisons sur la réactivité des suies (régénération passive et active) sera étudié en termes de mécanismes et cinétiques, à la fois sur des suies modèles et réelles, toutes générées dans le projet.

L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce projet servira à alimenter le modèle global prédictif de vieillissement des procédés de dépollution, interne à Renault Trucks.

Enfin, dès lors que les différents impacts seront identifiés, chaque partenaire impliqué pourra proposer de nouvelles formulations catalytiques dans le but d’avoir des systèmes catalytiques résistants à l’utilisation de ses nouveaux carburants.