隨著「藍天保衛戰」的打響，全國各地對環境汙染的治理力度進一步加大，重型柴油車排放升級的腳步也在不斷加快。在車輛排放標準升級的過程中，離不開後處理系統的助力，而後處理系統的關鍵就在於催化劑。
可以說，沒有催化劑的後處理系統就像是一副「空殼」，要讓後處理系統真正運轉起來，就必須藉助催化劑為其注入「靈魂」。
■困局：尾氣催化劑市場被外資壟斷
放眼市場，一個嚴峻的現實擺在眼前——目前我國汽車尾氣催化劑市場基本被國外企業所壟斷。資料顯示，在我國汽車尾氣催化劑市場，德國巴斯夫和英國莊信萬豐各佔有26％左右的份額，比利時優美科約佔19％的份額，其餘部分則基本被催化解決方案公司（CSI）、科萊恩等瓜分。
記者了解到，柴油車尾氣中的有害成分主要包括NOx和PM。其中，消除柴油車排出的氮氧化物主要依靠SCR系統。目前，該系統所使用的催化劑材料主要有兩類，一類是釩-鎢-鈦（五氧化二釩V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>、三氧化鎢WO<sub>3</sub>和二氧化鈦TiO<sub>2</sub>）材料，簡稱釩基催化劑；另一類是分子篩材料。
據悉，這兩類催化劑的應用都有技術難點。其中，五氧化二釩屬於高毒物質，對人體健康危害較大。同時，釩-鎢-鈦材料低溫性能（小於200℃）和高溫性能（大於550℃）較差，在城市公交工況下極其容易暴露缺陷。隨著政策法規對排放控制要求的提升，在國五甚至國六階段，釩基材料難以達到理想的催化效果，並由此延伸出對安全性的焦慮問題。
另一方面，多數的分子篩配方活性主要表現在中高溫區域，實際應用中的水抑制及硫中毒問題依然亟待解決。同時，分子篩塗覆技術難度較大，其所表現出的塗覆率低、抗脫落率高等一系列問題還有待進一步通過工程化應用研究來解決。
此前自主品牌在這兩類催化劑材料上，由於核心技術沒有貫通性突破、質量穩定性有所欠缺、量產能力不足等原因錯失市場機遇。然而，在我國自主品牌企業的共同努力下，中國自主催化劑產品即將到來，柴油車尾氣催化劑依賴進口的局面或將被打破。
■聯手：共同研製純稀土基SCR催化劑
我國自主品牌企業從未放棄對後處理系統的探索和研究，他們一直在尋找機會打破困局。
「2016年，我國開始籌備實施國五排放標準。此時，我們已經意識到，只有掌握核心技術，才能在市場中佔有一席之地。」河北華特汽車部件有限公司（簡稱「河北華特」）總工程師莊忠冉告訴記者，國際上研究稀土基尾氣催化劑的歷史已有十多年，但由於稀土資源少、塗覆技術未能有效攻克等原因，該產品還一直停留在研究階段，並未實現產業化。而我國是稀土資源大國，發展稀土基SCR催化劑具備先天優勢。
「在研發過程中，中國北方稀土（集團）高科技股份有限公司（簡稱『北方稀土公司』）提供了大力支持。以前，它們的稀土催化劑主要應用於火電廠、鋼鐵廠等固定源有害氣體排放系統中。我們與北方稀土公司商議後，雙方一拍即合。在此前固定源的基礎上研究移動源，即汽車尾氣催化劑。此後，又有一位合作夥伴——北京凱德斯環保科技有限公司（簡稱『北京凱德斯』）加入，其主要產品是汽車後處理SCR尿素噴射系統。」河北華特總經理宋海燕介紹說。
經過2年的研究和試驗，河北華特採用北方稀土公司提供的稀土配方，攻克了稀土基催化劑的塗覆技術，研製出純稀土基SCR催化劑，應用於北京凱德斯的SCR尿素噴射系統中。如今，正在按照國五排放標準要求，進行後處理系統782小時發動機臺架耐久試驗。目前，這一自主研製的純稀土基SCR催化劑已經進行了超過200小時的試驗。
北京凱德斯總經理郭宗華告訴記者：「根據目前試驗結果來看，稀土基SCR催化劑溫度範圍廣、性能優勢好，對尿素噴射系統更有利。」他還補充道：「這是有望打破外國汽車尾氣催化劑技術壟斷的自主產品，一些大型商用車製造企業對稀土基催化劑也十分關注。」
■期待：自主尾氣催化劑「在路上」
那麼，這一自主研製的純稀土基SCR催化劑到底有哪些優勢？
「首先，創新稀土基催化劑，不再受制於外資品牌。」莊忠冉介紹說，以往，由於我國在釩基和分子篩催化劑領域未佔先機，汽車尾氣催化劑市場已然被外國品牌壟斷。此次自主研發的稀土基SCR催化劑剛好避開國外的技術壟斷、專利控制問題，不再被外資「卡脖子」，關鍵技術將掌握在自己手裡。同時，我國具備稀土資源豐富的先天優勢，產業化之後的成本有望降低。
第二，不用添加貴金屬即可完成催化轉化。目前市場上的很多後處理系統若要發揮作用，離不開貴金屬成分（鉑Pt、鈀Pd、銠Rh是最常見的三種貴金屬催化劑），一旦減少貴金屬的用量，後處理系統的實際效果和使用壽命就會大打折扣。值得注意的是，後處理系統需要使用的貴金屬不僅價格昂貴，還對發動機的空燃比要求嚴格，易發生鉛、硫中毒失效。近幾年，貴金屬價格始終處於上漲態勢，未來的貴金屬資源只會更緊張。而我國自主企業聯合研製的純稀土基SCR催化劑不需添加貴金屬，即可完成催化轉化，進一步減少了步驟、降低了成本，有利於降本增效。
第三，操作溫度窗口寬，性能穩定。從目前進行過的試驗來看，純稀土基SCR催化劑耐水、耐熱、耐老化的性能更好。莊忠冉對記者說：「此前，純稀土基SCR催化劑已進行了整車PEMS試驗，包含城市和非城市道路，已滿足國家法規要求。不僅如此，我們還與外國品牌的釩基催化劑進行比較，它的有效窗口通過率在90％～92％，而純稀土基SCR催化劑的通過率則是100％。」
第四，無釩無汙染，綠色更環保。宋海燕表示，之所以研究稀土基催化劑，是因為意識到釩基催化劑的汙染問題。她對記者說：「採用釩基催化劑材料的後處理系統，它的載體處理是個很大的問題，它對環境和人體都有很大的危害。而稀土基催化劑就沒有這個問題，更有利於環境保護，可以放心使用。」
第五，氨氣洩漏量很低，降低危害發生可能性。根據已經發布的國六標準，可以看出對二氧化氮的排放要求有極大提升，致使車用尿素噴射量大幅增加，進而導致氨氣（車用尿素還原NO<sub>x</sub>過程中會洩漏氨氣）洩漏量增加，因此需要加裝ASC催化器將洩漏的氨氣還原為氮氣，這又導致了成本增加。更值得注意的是，氨氣是強烈刺激性氣體，過量吸入氨氣會中毒，重者導致死亡。莊忠冉告訴記者：「我們研究的純稀土基SCR催化劑，此前進行了發動機臺架試驗，並且與外國品牌的釩基催化劑進行了對比。根據GB17691-2005國標限值，氨氣洩漏量不得高於25g/kWh，外國釩基催化劑的洩漏量在11～12g/kWh，而我們的純稀土基SCR催化劑氨氣洩漏量為3.89g/kWh。也就是說，純稀土基SCR催化劑不僅能有效降低危害發生的可能性，同時還有利於降低成本。」
編輯：孫偉川