Articles

Будущие сложности конфигураций автокатализаторов, их влияние на МПГ и последствия для коллекторов

Posted by isahora
12 Июнь 2019 0 comments

complex diagram on blackboard

Наш второй доклад на семинаре по автокатализаторам и топливу был представлен д-ром Стюартом Брауном, главным аналитиком отдела маркетинговых исследований Johnson Matthey, и был посвящен рассмотрению исторического спроса на металлы платиновой группы (МПГ - платина, палладий, родий); влиянию законодательства; тенденциям развития технологий и конфигурации; изменению структуры трансмиссии; изменениям в структуре производства бальзамического топлива; последствиям для трех основных отраслей промышленности.

1. Потребность в МПГ

Ужесточение регулирования в результате принятия нового законодательства, в первую очередь в США и Европе, оказало значительное влияние на спрос на МПГ в секторе автокатализаторов. В настоящее время растущий спрос на МПГ на рынке катализаторов значительно опережает спрос со стороны других компаний, особенно на палладий и родий, как видно из этих двух графиков:

Использование автокатализаторов в процентах от валового спроса на МПГ

PGM Demand

Источники спроса на МПГ

Sources of PGM demand

2. Законодательство

В настоящее время мы находимся в процессе глобального ужесточения ограничений на выбросы, и во многих крупных странах мира законодательство вступило в силу:

США:В настоящее время "Уровень III" вводится постепенно, а с 2021 года ожидается его дальнейшее ужесточение.

Европа: введено "Евро 6c", а "Евро 6d" запланировано на 2020 год.

Китай "Китай 5" для дизельных двигателей был представлен в прошлом году, а "Китай 6a" для всех транспортных средств ожидается с 2020 года.

Индия: "BS4" появилась в 2018 году, а "BS6" должна была появиться в 2020 году.

Южная Корея "Евро 6d" для дизельных двигателей введен в эксплуатацию в 2018 г.

Другие страны, особенно в Юго-Восточной Азии, играют в "догоняющую" роль - Таиланд, например, в настоящее время работает на "Евро-4". В настоящее время не планируется продвигаться к "Евро-5" до 2024 года, хотя еще в этом месяце повышение европейских стандартов на выбросы занимает важное место в повестке дня политиков.

Эволюция процедуры тестирования

Одновременно с принятием законодательства, направленного на ограничение выбросов загрязняющих веществ, были усовершенствованы механизмы испытаний для обеспечения того, чтобы транспортные средства отражали законодательные требования в реальных условиях вождения.

Первоначально тестирование проводилось на основе нового европейского цикла вождения (NEDC), разработанного в 1980-х годах на основе "теоретического" вождения. Этому есть ряд недостатков, так как это сравнительно короткое испытание длиной 20 минут на 11 км при температуре 20-30°C и максимальной скорости 120 км/час. В связи с этим она устарела, и промышленность в целом ставит под сомнение ее экономические показатели, которые недостижимы в реальности.

В результате в 2017 году была введена Согласованная во всем мире процедура испытаний транспортных средств малой грузоподъемности (ПРИМ), которая, поскольку она основана на реальных данных о вождении, обеспечивает лучшее соответствие эксплуатационным характеристикам на дорогах. 30-минутное испытание, более 23 км, включает увеличенную максимальную скорость 131 км в час.

В качестве дополнения к ВПИМ Европа является первым регионом в мире, который ввел систему Real Driving Emissions (RDE), что знаменует собой значительный скачок в тестировании выбросов от вождения автомобилей. RDE - это испытание продолжительностью до 2 часов на расстоянии около 90 км при температурах от -7°C до 35°C и скорости до 160 км в час. Кроме того, она впервые представляет воздействие движения вверх и вниз по склонам до 1300 метров.

Таким образом, мы видим не только ужесточение законодательства, но и, что очень важно, новые процедуры тестирования, которые могут точно и недвусмысленно гарантировать, что это законодательство работает на практике.

3. Комплекс катализаторов

На глобальном уровне возрастает сложность катализатора, обусловленная ужесточением стандартов по выбросам. Дизельные двигатели, в частности, будут находиться под законодательным давлением, и все они, скорее всего, будут нуждаться в сажевых фильтрах (DPF). В краткосрочной перспективе это полезно для тех, кто занимается восстановлением МПГ, но в среднесрочной и долгосрочной перспективе МПГ, вероятно, будут заменены на селективный каталитический фильтр (SCRF), который повышает компактность системы и позволяет раньше преобразовывать окись азота (NOx), но не требует МПГ в качестве катализаторов.

Сложность также возрастает после обработки бензина, с увеличением оснащения бензиновых сажевых фильтров (ГПА) и дизельного топлива, с увеличением спроса на системы избирательной каталитической нейтрализации (SCR) и тенденцией к установке катализатора проскальзывания аммиака (ASC) на 100%.

4. "Переключение силовой установки

Был разработан или разрабатывается ряд альтернатив бензиновым и дизельным двигателям, и это окажет значительное влияние на рынок МПГ.

Гибридный электромобиль (HEV)

Мировые продажи ВЭЗов в 2015 году составили 2,2 млн. штук, к 2025 году ожидается рост до 19,6 млн. штук, что может увеличить спрос на МПГ на 15%.

Аккумуляторный электромобиль (BEV)

Мировой объем продаж КТЭ в 2015 году составил 318 000 штук; ожидается, что к 2025 году он вырастет до 6,3 млн. штук. В этих двигателях PGM не используются.

Электромобиль на топливных элементах (FCEV)

В настоящее время, и в краткосрочной перспективе, очень небольшой сектор рынка, с предполагаемым объемом продаж 24 000 автомобилей к 2025 году, FCEV действительно нуждаются в платине в качестве катализатора.

Конечно, существует множество прогнозов относительно того, как будет расти рынок электроэнергии, и как он повлияет на традиционный рынок. Один всемирно известный аналитик, Bloomberg, в своем "Долгосрочном обзоре электромобилей" в мае 2018 года сделал следующий прогноз: к 2040 году доля электромобилей на рынке может составить до 55%.

electric vehicles

5. Замещение палладия

В связи с ростом цен на палладий много говорилось об увеличении содержания платины в катализаторах за счет палладия.

По мнению Джонсона Мэтти, хотя замена бензина возможна, в первую очередь необходимо решить ряд технических и практических проблем, поэтому вряд ли это произойдет быстро. Необходимы дальнейшие опытно-конструкторские работы для приведения существующих систем производства палладия/родия в соответствие с их характеристиками. Ключевыми проблемами для трехходовых катализаторов, использующих платину, являются низкая светоотдача CO и Nox, более низкая скорость конверсии NOx и меньшая долговечность, поскольку платина менее устойчива, чем палладий в выхлопе бензина. В то время, когда полное соответствие недавно введенным испытаниям RDE находится на переднем крае, производители хотят быть на 100% уверены в надежности каталитической системы, прежде чем вносить какие-либо изменения.

6. Отраслевые последствия

Для каждого типа катализатора Джонсон Мэтти предлагает следующие последствия:

Трехсторонние сажевые катализаторы и бензиновые фильтры

По мере того, как анализ в целом будет развиваться, значения палладия и родия будут продолжать расти, хотя замена палладия платиной, скорее всего, будет продолжаться в долгосрочной перспективе.

Катализаторы окисления дизельного топлива

Тенденция анализа в целом выше, объемы платины и палладия в целом неизменны.

Дизельные сажевые фильтры

Анализ и объем обычно постоянны для платины и палладия.

Избирательное каталитическое восстановление и технология SCRF

Нет содержания МПГ.

SCR с катализатором проскальзывания аммиака

Очень низкое содержание МПГ, и в любом случае на этот формат приходится только около 20% SCR.

7. Выводы

- На глобальном уровне возрастает сложность катализатора, обусловленная ужесточением стандартов по выбросам.

- Это, однако, трудно понять, можно ли значительно сократить выбросы еще больше. Таким образом, производительность и соответствие требованиям в реальном мире являются ключевыми, а RDE на протяжении всего срока службы автомобиля становится новым стандартом.

- Сочетание "дизельных ворот", сложности и неопределенности создает образ мышления, отвращение к риску.

- Гибриды, скорее всего, будут нейтральными или позитивными для спроса на МПГ.

- Платиновое замещение палладия, вероятное в ТВЦ/ГПП в долгосрочной перспективе.

- Уровень проникновения электромобилей на аккумуляторах - это неопределенность, но спрос на МПГ будет расти.