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.

Wat is CO2 en waarom moet de CO2 uitstoot zoveel mogelijk worden beperkt?

CO2 is een kleurloos en reukloos gas. Het wordt ook wel kooldioxide of koolstofdioxide genoemd en komt voor in de atmosfeer van de aarde. CO2 is de bruto formule van een anorganische verbinding tussen zuurstof een koolstof. De hoeveelheid CO2 neemt op aarde jaarlijks toe. Dit draagt bij aan de opwarming van de aarde. Deze opwarming van de aarde moet zoveel mogelijk worden beperkt. Daarom wordt er wereldwijd veel aandacht besteed aan het beperken van de CO2 uitstoot. In internationale verdragen proberen landen onderling afspraken vast te leggen waarin een maximum is vastgesteld aan de CO2 die een land jaarlijks in de atmosfeer mag uitstoten.

Hoe ontstaat CO2 uitstoot?
Het overgrote deel van de CO2 uitstoot in de atmosfeer wordt veroorzaakt door de verbranding van verschillende fossiele brandstoffen. Fossiele brandstoffen worden gebruikt om als brandstof te dienen voor bijvoorbeeld auto’s, machines en elektriciteitscentrales. Hierbij worden de fossiele brandstoffen verbrand. Voorbeelden van fossiele brandstoffen die veel worden gebruikt zijn aardolie, aardgas en steenkool. Door het verbanden van deze fossiele brandstoffen kan warmte worden gecreëerd en daarnaast kan de fossiele brandstof bij verbranding worden omgezet in elektriciteit en mechanische energie.  Een nadeel van deze verbranding is wel dat er CO2 wordt uitgestoten in de atmosfeer.

Wat is het broeikaseffect?
Dit effect, wordt zoals de naam al aangeeft, vergeleken met een broei kas. Broeikassen zijn glazen of plastic overkappingen die meestal in de buitenlucht worden geplaatst. De zon schijnt met haar stralen door het glas of het plastic heen. Hierdoor krijgen de planten in de kas warmte door kortgolvige straling. De warmtestraling wordt echter ook teruggekaatst door alles wat in de kas aanwezig is. Deze teruggekaatste straling is echter langgolvige staling. Echter het glas of plastic van de kas zorgt er voor dat de langgolvige straling slechts in beperkte mate wordt teruggekaatst naar de omgeving buiten de kas. Hierdoor blijft een groot deel van de warmte in de kas aanwezig. Zo werkt het ook met de aarde. CO2 absorbeert  infrarode straling. Hierdoor wordt de langgolvige uitstraling van de zonnewarmte die wordt teruggekaatst naar de ruimte vermindert. Doordat de langgolvige straling van de zon niet geheel meer wordt teruggekaatst naar de ruimte houdt de aarde een deel van de warmte in haar atmosfeer. Het gevolg is dat de aarde opwarmt.

Wat zijn de gevolgen van een opwarming van de aarde?
Wereldwijd zijn er verschillende instanties die zich bezig houden met de klimaatontwikkelingen op aarde. Een bekende instantie die zich bezig houdt met de klimaatontwikkelingen is het Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC. Dit is een organisatie van de Verenigde Naties en is in 1988 opgericht. Deze instantie doet zelf geen onderzoeken maar evalueert onderzoeken over klimaatontwikkelingen op aarde. Naast het IPCC zijn er verschillende andere instanties over de wereld verspreid die de gevolgen van CO2 uitstoot onderzoeken. Ze proberen de gevolgen van het broeikaseffect in kaart te brengen. Dat de aarde opwarmt is duidelijk maar de gevolgen van deze opwarming zijn moeilijk vast te stellen. Hieronder heerst tussen de onderzoeksinstanties verdeeldheid.

  • Een belangrijk gevolg van de opwarming van de aarde is dat de zeespiegel zal stijgen. Dit heeft te maken met het smelten van de poolkappen. Daardoor zullen meer mensen getroffen kunnen worden door overstromingen wanneer er niet tijdig dijken worden verhoogd.
  • Bepaalde gebieden in de wereld kunnen gaan uitdrogen. Er zullen door de opwarming van de aarde waarschijnlijk meer woestijnen ontstaan. Dit zal voornamelijk gebeuren in gebieden die op dit moment al warm zijn zoals het Midden-Oosten en India.
  • Daarnaast zal de opwarming van de aarde er toe bijdragen dat het klimaat over de hele wereld verandert. Dit heeft niet alleen met een toename van de temperatuur te maken. Ook het neerslagpatroon zal waarschijnlijk veranderen.
  • Door het veranderen van het klimaat en het weer zullen verschillende ecosystemen verdwijnen of opschuiven. Hierdoor kunnen diersoorten uitsterven of zich naar andere gebieden verplaatsen.
  • Daarnaast zal er wereldwijd veel verzuring optreden. Het zeewater zal verzuren waardoor het leven in het zeewater wordt aangetast. Koraalriffen zullen met uitsterven worden bedreigd.

Dit zijn slechts enkele voorbeelden van de gevolgen van een broeikaseffect op aarde. Deze voorbeelden worden in verschillende publicaties genoemd. Het is echter onduidelijk in welke mate deze gevolgen zullen plaatsvinden en bij welke temperatuurtoename. Feit is wel dat de opwarming van de aarde de leefomstandigheden voor veel mensen en dieren verslechtert. Nederland zal door de verwachte stijging van de waterspiegel aanzienlijk moeten investeren in haar deltawerken waaronder het verstevigen en verhogen van haar dijken.

Wat kan tegen het broeikaseffect worden gedaan?
Nederland is hard bezig om zo zuinig mogelijk met fossiele brandstoffen om te gaan. De CO2 uitstoot wordt zoveel mogelijk beperkt. Mensen maken gebruik van zonnepanelen waardoor ze voor een deel hun eigen energie opwekken. Hierdoor hoeven kolencentrales minder energie te produceren. Er zijn zelfs plannen om het Waddeneiland Ameland geheel zelfvoorzienend te laten zijn op het gebied van energie. Daarnaast wordt er geïnvesteerd in de ontwikkeling van energiezuinige, lichte elektrische auto’s.

Ook het recyclen van afval behoort tot een belangrijk element van het beperken van de CO2 uitstoot. Veel afval bestaat uit grondstoffen die uit het aardoppervlak worden gehaald. Voorbeelden hiervan zijn plastics maar ook metalen. Wanneer deze materialen worden hergebruikt hoeven er minder delfstoffen uit de aarde worden gehaald. Daarnaast kost recyclen vaak minder energie dan het gehele proces waarbij delfstoffen gewonnen moeten worden en vervolgens in de juiste vorm moeten worden gebracht. Plastics zijn daarnaast zeer duurzaam. Dit is een voordeel want het gaat lang mee. Een nadeel hiervan is dat plastics in de natuur nauwelijks oplossen. Daarom is het goed dat plastics worden gerecycled.

Nederland loopt hierin niet voorop maar doet wel mee. Nederland is wereldwijd echter een klein dichtbevolkt land en kan in haar eentje nauwelijks de totale CO2 uitstoot van de wereld beperken. Grote landen zoals China, Rusland en de VS hebben meer invloed op de totale uitstoot. Gelukkig hebben deze landen langzamerhand ook een positieve houding gecreëerd ten opzichte van duurzame energie. Wanneer die landen eenmaal duurzaamheid hoog op de agenda zetten is de kans groot dat de CO2 uitstoot omlaag gaat. Dit is van belang voor de leefbaarheid van de gehele aarde en alles wat daarop leeft.