PROMETHEUS

Platinum gRΟup MEtals saving by monoliTHos Efficient & disrUptive catalySt innovation

Το έργο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ είναι χρηματοδοτημένο από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Το έργο αυτό έχει λάβει χρηματοδότηση από το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα Horizon 2020 με αριθμό συμβολαίου N° 778893.

Το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα «ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ» με μια ματιά

Σύνοψη του περιεχομένου, γενικοί στόχοι και συμπεράσματα του έργου

O καταλυτικός μετατροπέας (ευρύτερα γνωστός ως καταλύτης) είναι μια συσκευή ελέγχου των καυσαερίων η οποία μετατρέπει τους τοξικούς ρύπους που υπάρχουν στα καυσαέρια των αυτοκινήτων, σε μη τοξικούς με την μέθοδο της κατάλυσης των απαιτούμενων χημικών αντιδράσεων.

Από το 1981, λόγω της ολοένα και αυστηρότερης νομοθεσίας σχετικά με τα καυσαέρια των οχημάτων, οι «τριοδικοί» καταλύτες εμφανίστηκαν στα βενζινοκίνητα οχήματα. Η χρήση των μετάλλων της ομάδας της πλατίνας (ή αλλιώς PGMs) στην κατασκευή των καταλυτικών μετατροπέων για το σύστημα της εξάτμισης των αυτοκινήτων, με κύριους εκπρόσωπους την Πλατίνα, το Ρόδιο και το Παλλάδιο, ήταν η κινητήριος δύναμη για την αύξηση της ζήτησης χωρίς να εμφανίζονται στην αγορά εναλλακτικά στοιχεία τα οποία να παρουσιάζουν παρόμοια απόδοση στην μείωση των τοξικών ρυπαντών.

Αξίζει να αναφερθεί ότι:
- Το 40% της ζήτησης της Πλατίνας
- Το 81% της ζήτησης του Ρόδιου και
- Το 67% της ζήτησης του Παλλαδίου
χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για την κατασκευή των καταλυτών αυτοκινήτου.

Το 2015, η προσφορά των PGMs ήταν μικρότερη σε σχέση με την ζήτηση κατά 20 τόνους με το έλλειμμα αυτό να προβλέπεται να αυξηθεί στα επόμενα χρόνια, λόγω της ολοένα και αυστηρότερης νομοθεσίας για τις εκπομπές ρύπων και λόγω της αδυναμίας αντικατάστασης των PGMs στους καταλύτες αυτοκίνητων. Σύμφωνα με το Παγκόσμιο Κέντρο Εμπορίου, το 2015 η Ευρωπαϊκή αγορά των καταλυτών αυτοκινήτου, χρησιμοποίησε 43 τόνους Πλατίνας, αξίας 1.4 δις ευρώ, γεγονός που κατηγοριοποιεί την Ευρώπη ως τον παγκοσμίως μεγαλύτερο καταναλωτή PGMs. Την ίδια στιγμή, η παραγωγή των PGMs στην Ευρώπη είναι μηδαμινή καθώς περίπου το 70% της παγκόσμιας παραγωγής (160 τόνοι ανά έτος) προέρχονται από την Νότια Αφρική και την Ρωσία.

Το έργο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ αντιπροσωπεύει μια ανατρεπτική καινοτομία που στοχεύει στο να αποδείξει και, για πρώτη φορά, να φέρει στην αγορά έναν νέο, φιλικό προς το περιβάλλον, νάνο-δομημένο καταλύτη αυτοκινήτου, αντικαθιστώντας τουλάχιστον το 50% των PGMs (έχει επιτευχθεί αντικατάσταση τους έως και 85%) διατηρώντας την ίδια απόδοση. Έτσι επιτυγχάνεται μείωση του κόστους παραγωγής των καταλυτών και μείωσης της εξάρτησης της Ευρώπης από τους παραγωγούς PGMs. Πέντε γενικοί στόχοι είχαν τεθεί και έχουν επιτευχθεί:

1. Η ανάπτυξη ενός καταλυτικού υποστρώματος το οποίο περιέχει νάνο-σωματίδια Παλλαδίου, Ροδίου και Χαλκού.
2. Παραγωγή περισσότερων από 110 πρωτότυπων καταλυτών ΠΡΟΜΗΘΕΑ σε πλήρη κλίμακα.
3. Δοκιμή του ΠΡΟΜΗΘΕΑ σε πλήρη κλίμακα.
4. Προετοιμασία για εμπορική αξιοποίηση: Έχει σχεδιαστεί και είναι προς υλοποίηση η διαδικασία της Έγκρισης Τύπου που περιλαμβάνει 12 αυτοκίνητα όλων των κατηγοριών εκπομπών Euro και κυβισμού.
5. Αναπτύχθηκε ένας οδικός χάρτης εμπορικής αξιοποίησης της καινοτομίας: Θα ακολουθηθούν δυο διαφορετικές προσεγγίσεις για την εμπορική αξιοποίηση: α) Είσοδος στην αγορά ως καταλυτικός μετατροπέας αντικατάστασης (aftermarket) και β) Ως καταλυτικός μετατροπέας πρώτης τοποθέτησης (ΟΕΜ), o οποίος να ικανοποιεί τις προϋποθέσεις που θέτουν οι αυτοκινητοβιομηχανίες.

Σύνοψη των αποτελεσμάτων που περιλαμβάνει την εκμετάλλευση και δημοσίευσή τους

Ο βασικός στόχος-κλειδί στο πλαίσιο του έργου ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ είναι η ανάπτυξη και η παραγωγή σε μεγάλη κλίματα του πρώτου βασισμένου στον Χαλκό, Εμπορικού Καταλυτικού Μετατροπέα Αυτοκινήτων. Ο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ απέδειξε ότι με την εισαγωγή της νάνο-τεχνολογίας, μπορούμε να παράγουμε καταλυτικούς μετατροπείς αυτοκινήτων χρησιμοποιώντας 85% λιγότερα πολύτιμα μέταλλα, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα την ίδια καταλυτική απόδοση με έναν γνήσιο καταλυτικό μετατροπέα πρώτης τοποθέτησης για Euro6d.

Μια πολυμεταλλική νάνο-καταλυτική σκόνη συντέθηκε σε μεγάλη κλίμακα. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε μια συσκευή προσομοίωσης των εκπομπών καυσαερίων (Synthetic Gas Bench - SGB) ώστε να μετρηθεί η καταλυτική ενεργότητα σε ροές πολλαπλών αερίων παρουσία υδρατμών νερού. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιήθηκε παράλληλα με έναν υδροθερμικό φούρνο για την γήρανση των καταλυτών κάτω από πολύ ακραίες συνθήκες. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με νέους και γηρασμένους καταλύτες χρησιμοποιώντας καταλυτικούς μετατροπείς Euro 6d πρώτης τοποθέτησης, ως σημείο αναφοράς.

Τα εργαστηριακά αποτελέσματα απέδειξαν ότι ο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ έχει παρόμοια ποιότητα και απόδοση με τους καταλυτικούς μετατροπείς πρώτης τοποθέτησης Euro6d, χρησιμοποιώντας έως και 85% λιγότερη ποσότητα PGMs.

Δραστηριότητες Εμπορικής Αξιοποίησης των Αποτελεσμάτων του Έργου:

1. Δημοσίευση πατέντας, αρχικά στον Ελληνικό Οργανισμό Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας και μετέπειτα στο Ευρωπαϊκό Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας. Τον Μάρτιο του 2018, η τεχνολογία κατοχυρώθηκε στην Ελλάδα, ενώ τον Νοέμβριο του 2019 κατοχυρώθηκε στο Ευρωπαϊκό Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας υπό τον αριθμό ευρεσιτεχνίας EP3569309. Εκκρεμεί η αίτηση διπλώματος PCT ώστε η ευρεσιτεχνία να κατοχυρωθεί σε παγκόσμιο επίπεδο.
2. H διαδικασία έγκρισης τύπου (homologation) σύμφωνα με την οδηγία UN/ECE R103, που περιλαμβάνει 12 αυτοκίνητα όλων των κατηγοριών εκπομπών ρύπων έχει ξεκινήσει με στόχο την εμπορική αξιοποίηση του ΠΡΟΜΗΘΕΑ ως καταλυτικού μετατροπέα αντικατάστασης.
3. Έχουν ολοκληρωθεί με επιτυχία δοκιμές, σύμφωνα με τις απαιτήσεις των αυτοκινητοβιομηχανιών. Ο στόχος είναι έως το 2024, ο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ να θεωρείται καταλυτικός μετατροπέας πρώτης τοποθέτησης (OEM).

Δραστηριότητες διάδοσης:

1. Ανάπτυξη ιστοσελίδας του ΠΡΟΜΗΘΕΑ.
2. Ανάπτυξη λογότυπου του ΠΡΟΜΗΘΕΑ.
3. Δημόσιες Δημοσιεύσεις: 50 αναρτήσεις έχουν δημοσιευτεί, αποκομίζοντας συνολικά πάνω από 54.164 προβολές σε LinkedIn και Facebook.
4. Κατοχύρωση ευρεσιτεχνίας: 2 Ευρωπαϊκές πατέντες έχουν κατοχυρωθεί, ενώ δημοσιεύτηκε μία επιστημονική εργασία σε διεθνές περιοδικό με κριτές.
5. Δημοσιεύτηκε ένα video σχετικό με το έργο.
6. Διεθνής Εκδηλώσεις με οργάνωση από το έργο: Οργανώθηκαν 2 Εκδηλώσεις. Η πρώτη έλαβε χώρα στις Βρυξέλλες υπό την αιγίδα του Raw Materials Week 2018, ενώ η δεύτερη, η οποία ήταν και η τελική εκδήλωση του ΠΡΟΜΗΘΕΑ, διοργανώθηκε στην Αθήνα όπου παραβρέθηκαν αντιπρόσωποι από 67 εταιρείες και οργανισμούς εγνωσμένης αξίας από 13 χώρες.
7. Παρουσιάσεις: Ο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ έχει παρουσιαστεί σε 19 διαφορετικά συνέδρια και εκδηλώσεις σε όλη την Ευρώπη.

Πρόοδος και αποτελέσματα πέρα από την τεχνολογική στάθμη που περιλαμβάνουν κοινωνικο-οικονομικές επιδράσεις του έργου

Μια σύγκριση ανάμεσα στην καταλυτική ενεργότητα του ΠΡΟΜΗΘΕΑ με φόρτιση 15gr/ft³ πολυτίμων μετάλλων και των τριών καταλυτικών μετατροπέων αναφοράς σε σχέση με την θερμοκρασία παρουσιάζεται στο Σχήμα 1 κάτω από συνθήκες πλούσιου και φτωχού μείγματος. Ο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ είχε καλύτερες επιδόσεις από τον γνήσιο καταλύτη τεχνολογίας Euro 6 ο οποίος έχει φόρτιση 101 gr/ft³ πολύτιμα μέταλλα. Αυτό το εκπληκτικό αποτέλεσμα αποδεικνύει την δυνατότητα του ΠΡΟΜΗΘΕΑ στην μείωση των πολυτίμων μετάλλων σε ποσοστό έως 85% (αρχικά προβλεπόταν έως 67%).

Μια ανάλυση της ενεργότητας των καταλυτών παρουσιάζεται στον πίνακα 1α και στον πίνακα 1β για την περίπτωση του πλούσιου και φτωχού μείγματος αντίστοιχα, και η μέγιστη απόδοση που παρατηρήθηκε για τον κάθε ρύπο. Όπως αποδεικνύεται, κάτω από συνθήκες πτωχού μείγματος (βενζινοκινητήρες), η τιμή θερμοκρασία ενεργοποίησης (Τ50) επιτεύχθηκε κοντά στους 220 C για τον ΠΡΟΜΗΘΕΑ για την μείωση του μονοξειδίου του άνθρακα και του μεθανίου και κοντά στους 285 βαθμούς για την μείωση των οξειδίων του αζώτου. Αυτές οι τιμές είναι 35 βαθμούς χαμηλότερες σε σχέση με τον γνήσιο καταλύτη τεχνολογίας Euro 6 για τις περιπτώσεις του μονοξειδίου του άνθρακα και του μεθανίου και παρόμοια για την μείωση των οξειδίων του αζώτου.

Παρόμοια αποτελέσματα αποκτήθηκαν κάτω από οξειδωτικές συνθήκες (μηχανές πετρελαίου), όπου η τιμή Τ50 για το μονοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο στην περίπτωση του ΠΡΟΜΗΘΕΑ ήταν 60 και 90 βαθμούς χαμηλότερη σε σύγκριση με τον γνήσιο καταλύτη τεχνολογίας Euro 6, αντίστοιχα. Επιπρόσθετα, όπως παρουσιάζεται και στους πίνακες, η απόδοση του ΠΡΟΜΗΘΕΑ με φόρτιση μόνο 5 gr/ft³ είναι παρόμοια με έναν γνήσιο καταλυτικό μετατροπέα Euro 3, ο οποίος έχει 32 gr/ft³ PGMs. Τα αποτελέσματα φανερώνουν ότι όλοι οι γνήσιοι καταλυτικοί μετατροπείς των οποίων η παραγωγή τους έχει λάβει έγκριση τύπου από τις αυτοκινητοβιομηχανίες, μπορούν να αντικατασταθούν από έναν καταλυτή ΠΡΟΜΗΘΕΑ ο οποίος να έχει αρκετά μικρότερη φόρτιση πολυτίμων μετάλλων, η οποία κυμαίνεται μεταξύ 5 και 15 gr/ft³.

Ενσωματώνοντας τον ΠΡΟΜΗΘΕΑ, μια ευρωπαϊκή αυτοκινητοβιομηχανία θα είναι σε θέση να εξοικονομήσει περισσότερα από 300 εκ. ευρώ ανά έτος. Λόγω της μεγάλης οικονομικής επίπτωσης, οι αυτοκινητοβιομηχανίες μπορούν να επενδύσουν στην βελτιστοποίηση του ΠΡΟΜΗΘΕΑ ώστε να μπορέσει να θεωρηθεί ως καταλύτης πρώτης τοποθέτησης (ΟΕΜ), ικανοποιώντας τις αυστηρότερες οδηγίες ρύπων Euro 6d/7 και/ή επιλύνοντας το πρόβλημα της κρύας εκκίνησης – cold start (πχ την λειτουργία μιας μηχανής εσωτερικής καύσης σε χαμηλότερο φόρτο με μειωμένη θερμοκρασία καυσαερίων) το οποίο αναγκάζει τους καταλύτες που βρίσκονται σε υβριδικά οχήματα να έχουν μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε PGMs. Για τις ευρύτερες ανάγκες του κοινωνικού συνόλου, ο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ μπορεί να παρέχει αποδοτικές λύσεις στην διαχείριση των καυσαερίων των βαρέων οχημάτων, οχημάτων εκτός δρόμου, σε εκπομπές από σταθερές πηγές (πχ δημόσια κτήρια) όπως επίσης και για ναυτιλιακές ή βιομηχανικές εφαρμογές.

Επισκεφτείτε την ιστοσελίδα του έργου