Wat zijn uitlaatgassen en hoe ontstaan deze?

Uitlaatgassen zijn gassen die tijdens verbrandingsprocessen in verbrandingsmotoren ontstaan en via een uitlaat worden uitgestoten. Door het verbranden van de brandstof in de motor komen de uitlaatgassen vrij. Deze gassen kunnen niet meer worden gebruikt in de motor en worden daarom via de uitlaat van het voertuig verwijdert.

Uitlaatgassen behoren tot de emissie van een voertuig dat gebruik maakt van een verbrandingsmotor. In uitlaatgassen zitten verschillende stoffen zoals stikstofoxiden (NOx) , koolstofdioxide (CO2),  koolmonoxide (CO) en zwaveldioxide (SO2). Deze stoffen dragen bij aan de verzuring en daarnaast zorgen ze ook voor het broeikaseffect. Dit is vooral het geval bij koolstofdioxide (CO2) dat ook wel broeikasgas wordt genoemd. Verder bevinden zich in uitlaatgassen ook ander schadelijke stoffen zoals kleine roetdeeltjes en fijnstofdeeltjes.

Gevaar van uitlaatgassen
Uitlaatgassen behoren tot de grootste veroorzakers van luchtvervuiling daarom worden internationaal afspraken gemaakt over het reduceren van uitlaatgassen in de atmosfeer. Het probleem van de uitlaatgassen en het daaraan verbonden broeikaseffect is regelmatig het belangrijkste onderwerp op wereldwijde bijeenkomsten over milieu en duurzaamheid.

Verschillende steden in de wereld hebben te maken met smog die ontstaat door de uitlaatgassen van motorvoertuigen die in de steden rondrijden. Deze uitlaatgassen zorgen er voor dat mensen het benauwd krijgen en moeilijk kunnen ademhalen. Daarnaast zorgt de fijnstof en roet voor dichte ‘mist’ in gebieden waar de emissie van uitlaten onvoldoende weg kan komen.

Filteren van uitlaatgassen
Er worden verschillende maatregelen genomen om de schadelijke stoffen in uitlaatgassen te beperken. Sinds 1 januari 1993 dienen alle auto’s die rijden op benzine een katalysator te bevatten die koolwaterstoffen, koolmonoxide en stikstofoxiden omzetten in waterdamp, koolstofdioxide en stikstof. Omdat de werking van de katalysator via drie reacties gebeurd wordt ook wel gesproken over een driewegkatalysator. Ondanks deze verplichte technische voorziening in auto’s komt er nog steeds veel schadelijke emissie ten gevolge van uitlaatgassen in de atmosfeer.

Wat is een katalysator of driewegkatalysator?

De katalysator bevindt zich onder  de auto. Hier is de katalysator als element vlak na de motor ingebouwd in het uitlaatsysteem. Een katalysator is een systeem dat bestaat uit kostbare materialen en is in het uitlaatsysteem ingebouwd om giftige en schadelijke gassen uit de uitlaatgassen te verwijderen.

In feite zet de katalysator de schadelijke stoffen in de uitlaatgassen om in onschadelijke stoffen. Dit gebeurd doormiddel van een chemisch proces. Een katalysator kan alleen worden toegepast indien gebruik wordt gemaakt van loodvrije benzine als brandstof.

Katalysator verplicht
Autofabrikant Volvo bouwde als eerste deze katalysator in haar voertuigen in vanaf 1978. In de periode tussen 1980 en 2000 werden steeds meer auto’s uitgerust met een katalysator en werd de platina-rhodium katalysator steeds meer verplicht gesteld in Europa. Auto’s die rijden op benzine met een cilinderinhoud van twee liter of meer moeten sinds oktober 1989 verplicht worden uitgerust met een katalysator. Alle overige auto’s die een benzinemotor hebben moeten sinds 1 januari 1993 eveneens met een katalysator zijn uitgerust.

Waaruit bestaat een katalysator?
De katalysator bestaat uit een monolithische drager van cordieriet, dit is een magnesium-aluminium-silicaat. De monolithische drager is van hoogsmeltend keramisch materiaal vervaardigd en bevat een honingraatachtige celstructuur. De verschillende wanden van de cellen zijn bedekt met aluminiumoxide. De metalen die waarmee de katalysator is geïmpregneerd zijn onder andere palladium, rhodium en platina. De katalysator is geplaatst in een thermische isolatie. Daar omheen zit een roestvaststalen omhulsel.

Welke stoffen zet de katalysator om?
De uitstoot van een auto wordt ook wel emissie genoemd. De katalysator zet een aantal schadelijke stoffen in deze emissie om. De stoffen die omgezet worden zijn de volgende:

  • HC = koolwaterstoffen
  • CO = koolmonoxide
  • NOx = stikstofoxiden

Deze schadelijke stoffen worden door de katalysator omgezet in minder schadelijke stoffen. De stoffen die tijdens het proces in de katalysator ontstaan zijn:

  • H2O = dit is waterdamp en niet schadelijk voor de gezondheid.
  • CO2 = koolstofdioxide. Deze stof is niet direct schadelijk maar zorgt wel voor het broeikaseffect.
  • N2 = stikstof is niet schadelijk voor de gezondheid. Ongeveer 78 procent van de lucht die wij inademen bestaat uit dit gas.

Driewegkatalysator
De naam driewegkatalysator is afgeleid van de drie reacties die tijdens het katalytisch reinigen van uitlaatgassen door de katalysator worden uitgevoerd. Deze drie reacties zijn als volgt:

1. De eerste reactie is: 2 CO(g) + 2 NO(g) → N2(g) + 2 CO2(g)
2. De tweede reactie is: CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g)
3. De derde reactie is: 4 CxHy(g) + (4x+y) O2(g) → 2y H2O(g) + 4x CO2(g)

De bovenstaande reacties zijn de drie hoofdreacties van een katalysator. Naast deze hoofdreacties treden er in de katalysator nog een aantal nevenreacties op.  In het kort reduceert het rhodium NO en oxideert het platina CO en de koolwaterstoffen. De rhodium en platina kunnen worden vervangen  door palladium. De werking van de driewegkatalysator blijft hetzelfde.

Wat is een roetmeting en viergasmeting tijdens een APK?

De Algemene Periodieke Keuring voor voertuigen is in Nederland vooral bekend als afkorting APK. Deze keuring is vanuit Europa als verplichting opgelegd. De verplichte APK moet de verkeersveiligheid bevorderen en daarnaast moeten de voertuigen doormiddel van deze keuring gecontroleerd worden op een aantal milieutechnische aspecten.

De APK wordt gedaan door een keuringsbedrijf dat door de RDW erkend is. Deze bedrijven hebben een bord met daarop RDW erkend. De eisen aan auto’s worden steeds strenger. Dit heeft onder andere te maken met de strengere eisen die worden gesteld aan de verkeersveiligheid. Ook het milieu is wereldwijd een belangrijk aandachtspunt.

De CO2 uitstoot van auto’s moet zoveel mogelijk worden beperkt. Daarom worden ook de milieueisen die aan de orde komen bij de APK steeds strenger. Hierbij wordt onder andere aandacht besteed aan de roetmeting en de viergasmeting. Daarover is hieronder in twee alinea’s informatie weergegeven.

Wat is de roetmeting?
De roetmeting is sinds 1 januari 1997 ingevoerd. Deze meting wordt gedaan bij auto’s die een dieselmotor hebben en daarnaast een bouwjaar hebben van 1980 of later. Tijdens de roetmeting wordt door een APK-keurmeester de hoeveelheid roet gecontroleerd die een auto uitstoot. Hierbij wordt de motor van de auto aangezet en laat men de motor eerst onbelast draaien en vervolgens volgas. Tijdens de roetmeting meet men optisch de hoeveelheid roet die wordt uitgestoten. De roetmeting duurt maar een paar seconden. Desondanks moet de roetmeting wel goed worden uitgevoerd. Er zijn motoren die een Comprexlader bevatten deze motoren zijn uitgesloten van de roetmeting.

Veel auto’s hebben tegenwoordig een OBD. Deze afkorting staat voor On-Board Diagnostics. Dit is een systeem in de auto-elektronica en vormt het voertuigmanagementsysteem van de auto. Daarnaast vormen de On-Board Diagnostics een interface die gebruikt kan worden voor het uitlezen van verschillende technische aspecten van het voertuig. De OBD is ingevoerd in de jaren tachtig. De hoeveelheid informatie die in een OBD kan worden opgevraagd is sinds de invoering toegenomen. De nieuwste variant van OBD is OBD II. Een roetmeting hoeft niet te worden uitgevoerd wanneer een OBD de hoeveelheid roetuitstoot aangeeft. Als een OBD echter een foutmelding heeft moet de roetmeting alsnog worden gedaan.

Wat is een viergasmeting?
Auto’s met een bouwjaar van 1993 of later die zijn uitgerust met een benzinemotor of LPG-motor met een ‘geregelde’ katalysator moeten sinds 1 januari 1998 een zogenoemde viergasmeting ondergaan tijdens de APK. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een viergastester. Met behulp van dit instrument wordt door de APK keurmeester gecontroleerd of de uitlaatgassen niet de wettelijk vastgestelde percentages overschrijden. Als de viergastester aangeeft dat de percentages van bepaalde gassen worden overschreden kan de oorzaak daarvan liggen in een defecte katalysator. De katalysator van een voertuig zet namelijk de meeste schadelijke stoffen om die door de motor worden uitgestoten.

Met de viergasmeting worden vier verschillende gassen die uit de uitlaat komen gemeten. Dit zijn de gassen:

  • Koolmonoxide, dit wordt aangegeven met CO
  • Kooldioxide, dit wordt aangegeven met CO2
  • Koolwaterstoffen, dit wordt aangegeven met HC
  • Zuurstof, dit wordt aangegeven met O2

Door deze gassen te meten kan de APK keurmeester tevens controleren of de werking van de  lambdasonde, de katalysator en het regelsysteem goed is. In de huidige eisen voor de APK is een maximaal toelaatbaar CO2-gehalte vastgelegd dat gemeten wordt in het uitlaatgas. Dit CO2 gehalte wordt gemeten achter de katalysator. Daarnaast heeft men het bij de APK ook over een lambdawaarde. De lambdawaarde kan worden gepaald door het meten van meerdere uitlaatgascomponenten. Daarom is de APK keurmeester verplicht om een 4-gastester te gebruiken.