Contexte

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 lors de l’utilisation massive de bioDieselLa 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.

Production de suies réelles (roulage véhicule FE237 19 T – MDE8 320ch)

Enjeux et objectifs

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.

  • Cliché de microscopie de suies issues de la combustion de diesel contenant 7 % de bioDiesel (Diesel standard, B7)

  • Cliché de microscopie de suies issues de la combustion de diesel contenant du biodiesel pur (B100)

  • Production de suies modèles à IJLRA

  • Influence de la teneur en composé oxygéné sur la production de suies.

  • Tests catalytiques à l’IC2MP

Méthodologie /structuration

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.

Production scientifique relative au projet

Publications

1- Impacts of oxygenated compounds concentration on sooting propensities and soot oxidative reactivity: Application to Diesel and BioDiesel surrogates
Johnny Abboud, Julie Schobing, Guillaume Legros, Jérôme Bonnety, Valerie Tschamber, Alain Brillard, Gontrand Leyssens, Vincent Lauga, Eduard Emil Iojoiu, Patrick Da Costa.
Fuel 193 (2017) 241–253
http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2016.12.034

2- Biofuel impact on Diesel engine after-treatment: deactivation mechanisms and soot reactivity.
Iojoiu, V. Lauga, J. Abboud, G. Legros, A. Matynia, J. Bonnety, P. Da Costa, J. Schobing, A. Brillard, G. Leyssens, V. Tschamber, P. Anguita, J.M. Garcia-Vargas, L. Retailleau, S. Gil, A. Giroir-Fendler, M-L.. Tarot, F. Can, D. Duprez, X. Courtois
Emission Control Science and Technology 4 (2017) 15-32.
DOI: 10.1007/s40825-017-0079-x

3- Influence of the sodium impregnation solvent on the deactivation of Cu/FER exchanged zeolites dedicated to the SCR of NOx with NH3.
M-L Tarot, M. Barreau, D. Duprez, V Lauga, E.E. Iojoiu, X. Courtois*, F. Can *
Catalysts 8 (2018) 3
DOI: 10.3390/catal8010003

4- Impacts of ester’s carbon chain length and concentration on sootingpropensities and soot oxidative reactivity: Application to Diesel and bioDiesel surrogates
Abboud, J. Schobing, G. Legros, A. Matynia, J. Bonnety, V. Tschamber, A. Brillard, G. Leyssens, P. Da Costa.
Fuel 222 (2018) 586-598
DOI: 10.1016/j.fuel.2018.02.103

5- Influence of sodium and/or phosphorus addition on the deactivation of Cu-FER exchanged zeolites for SCR of NOx with NH.
M.L. Tarot, V. Lauga, E.E. Iojoiu, X. Courtois*, F. Can*
Topics in Catalysis (2018)
DOI: 10.1007/s11244-018-1117-9

6- Impact of engine operating cycle, bioDiesel blends and fuel impurities on soot production and soot characteristics
Schobing, V. Tschamber, A. Brillard, G. Leyssens, E.E. Iojoiu, V. Lauga
Combustion and Flame198 (2018) 1–13
DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.08.025

7- Effect of Na, K, Ca and P-impurities on diesel oxidation catalysts (DOCs)
Anguita, J.M. García-Vargas, F. Gaillard; E.E. Iojoiu, S. Gil, A.Giroir-Fendler
Chemical Engineering Journal 352 (2018) 333-342
DOI: 10.1016/j.cej.2018.07.040

8- Impact of bioDiesel impurities on carbon oxidation in passive regeneration conditions: Influence of the alkali metals.
Julie Schobing, Valerie Tschamber, Alain Brillard, Gontrand Leyssens
Applied Catalysis B 226 (2018) 596-607
DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.12.011

9- Influence of Na, P and (Na+P) poisoning on a model copper-ferrierite NH3-SCR catalyst.
M-L. Tarot, E.E. Iojoiu, V. Lauga, D. Duprez, X. Courtois, F. Can
Applied Catalysis B 250 (2019) 355-368
DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.03.044

10- Study of hydrothermal aging impact on Na- and P-modified diesel oxidation catalyst (DOC).
Anguita, F. Gaillard, E. Iojoiu, S. Gil, A. Giroir-Fendlera
Journal of Catalysis 375 (2019) 329-338
DOI: 10.1016/j.jcat.2019.06.028

Communications internationales (conférence)

1- Impact of BioDiesel impurities on carbon oxidation.
Schobing, V. Tschamber, A. Brillard, G. Leyssens, V. Lauga, E.E. Iojoiu
FCCaT – Fréjus – 23-27 mai 2016.

2- Biofuel impact on Diesel engine after-treatment: deactivation mechanisms and soot reactivity.
Iojoiu, V. Lauga, J. Abboud, G. Legros, A. Matynia, J. Bonnety, P. Da Costa, J. Schobing, A. Brillard, G. Leyssens, V. Tschamber, P. Anguita, J.M. Garcia-Vargas, L. Retailleau, S. Gil, A. Giroir-Fendler, M-L.. Tarot, F. Can, D. Duprez, X. Courtois
« Combustion Generated Nanoparticles » ETH conference, ETH Zurich, 19 – 22 June 2017.

3- Impacto del uso de bioDiesel en la eficiencia de catalizadores de oxidación (DOCs).
Anguita, J.M. Garcia-Vargas, L. Retailleau, S. Gil, A. Giroir-Fendler
SECAT 2017, Oviedo (Espagne), 26-28 juin 2017.

4- Influence of sodium loading on the deactivation of Cu/FER exchanged zeolites for SCR of NOx with NH3. Effect of copper loading
M-L Tarot, F. Can, D. Duprez, V. Lauga, E.E. Iojoiu, X. Courtois
EuropaCat 2017, Florence, Italie, 27-31 aout 2017.

5- Impacts of oxygenated compounds concentration on sooting propensities and soot oxidative reactivity: application to Diesel and Biodiesel surrogates
Johnny Abboud, Julie Schobing, Guillaume Legros, Jérôme Bonnety, Valerie Tschamber, Alain Brillard, Gontrand Leyssens, Vincent Lauga, Eduard Emil Iojoiu, Patrick Da Costa
EuropaCat 2017, Florence, Italie, 27-31 aout 2017.

6- BioDiesel impact on oxidation catalysts (DOCs) efficiency
Anguita, J.M. García-Vargas, L. Retailleau, S.Gil, A. Giroir-Fendler
EuropaCat 2017, Florence, Italie, 27-31 aout 2017.

7- Impact of the catalyst-soot contact and granulometry on soot oxidation.
Schobing, V. Tschamber, A. Brillard, G. Leyssens
EuropaCat 2017, Florence, Italie, 27-31 aout 2017

 8- Influence of sodium addition protocol on the deactivation of Cu/FER exchanged zeolites for SCR of NOx with NH3
M-L Tarot, F. Can, E. Iojoiu, V. Lauga, X. Courtois
Catalysis and Automotive Pollution Control, CAPOC 11, Bruxelles, Belgique, 29-31 octobre 2018.

9- Effect of Na, K, Ca and P-impurities on the catalytic activity for the diesel oxidation reaction
Anguita, G Pétaud, J.M. García-Vargas, S. Gil, A. Giroir-Fendler
Catalysis and Automotive Pollution Control, CAPOC 11, Bruxelles, Belgique, 29-31 octobre 2018.

Communications nationales (conférences)

1- Impact de l’utilisation de bioDiesels et du mode de production des suies Diesel sur leur cinétique d’oxydation.
Schobing, V. Tschamber, A. Brillard, G. Leyssens, V. Lauga, E.E. Iojoiu
GDR Suies – Orléans – 10-12 octobre 2016.

2- Impact de différents éléments inorganiques provenant du bioDiesel sur la cinétique d’oxydation des suies.
Schobing, V. Tschamber, A. Brillard, G. Leyssens
JIQA – Villeneuve d’Ascq – 02 et 03 février 2017

3- Impact de l’empoisonnement par le sodium de catalyseurs Cu/FER pour la réduction catalytique sélective des NOx par NH3 (SCR-NH3).
M-L. Tarot, F. Can, D. Duprez, V. Lauga, E. Iojoiu, X. Courtois
GECAT, Ile d’Oléron, France, 29 mai- 1er juin 2017.

4- Impact des bioDiesel sur l’efficacité des catalyseurs d’oxydation (DOC).
Anguita, J.M. García-Vargas, L. Retailleau, S.Gil, A. Giroir-Fendler
GECat 2017, Ile d’Oléron, France, 29 mai – 1 juin 2017

5- In-situ DRIFTS study of surface adsorption properties of Diesel Oxidation Catalysts: impact of impurities content in biocarburants.
P. Anguita, J. M. García-Vargas, S. Gil, A. Giroir-Fendler.
(GECat 2018). Finistère (France), May 2018.

 

 

Partenaires du projet

Xavier COURTOIS (coordonnateur)
Fabien CANUniversité de Poitiers/CNRS
Eduard IOJOIU
Vincent LAUGARenault Trucks – Volvo Group Trucks Technology, Powertrain Engineering
Anne GIROIR-FENDLER
Sonia GILUniversity Claude Bernard, Lyon I/CNRS
Patrick DA COSTA
Guillaume LEGROSUniversité P&M Curie, Paris VI
Valérie TSCHAMBER
Alain BRILLARDUniversité de Haute Alsace
  • Cliché de microscopie de suies issues de la combustion de diesel contenant 7 % de bioDiesel (Diesel standard, B7)

  • Cliché de microscopie de suies issues de la combustion de diesel contenant du biodiesel pur (B100)

  • Production de suies modèles à IJLRA

  • Influence de la teneur en composé oxygéné sur la production de suies.

  • Tests catalytiques à l’IC2MP


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