Tento blogový příspěvek zkoumá problém znečištění ovzduší z dieselových vozidel a omezení a potenciál technologie dodatečné úpravy výfukových plynů k jeho řešení.
Soul je vždycky vzrušující místo. Když nastoupíte na KTX z nádraží v Pusanu, jedete dvě a půl hodiny a vystoupíte na nádraží v Soulu, často vás to překvapí. Zejména první věc, která vám po příjezdu na nádraží v Soulu udělá dojem, je mlhavá, kalná obloha. Ještě před třemi hodinami byla obloha v Pusanu jasná a průhledná, ale v Soulu má často šedavý odstín. Toto znečištění ovzduší pramení z mnohem větší populace a počtu vozidel v Soulu ve srovnání s Pusanem. I když si na tuto šedou oblohu obyvatelé Soulu, kteří se s touto šedou oblohou setkávají denně, poněkud zvykli, není to jen problém Soulu. Zhoršující se kvalita ovzduší a smog jsou již dlouho považovány za vážné environmentální problémy, kterým čelí velká města po celém světě.
Problém znečištění ovzduší způsobeného výfukovými plyny automobilů je skutečně předmětem společenské debaty již od počátku 20. století. Například automobilové muzeum na Aljašce vystavuje ochranné pomůcky, které ženy nosily na počátku 1900. století, aby zabránily znečištění oblečení nebo pokožky výfukovými plyny, což dokazuje, že znečištění ovzduší bylo uznáváno jako problém již od samého počátku automobilové éry. Problém znečištění ovzduší způsobeného automobily se v průběhu času stále více zhoršoval, což vedlo mnoho zemí, včetně Spojených států a Evropy, k zpřísnění předpisů týkajících se emisí z vozidel v moderní době.
Zejména obavy ze znečištění ovzduší se stupňují v důsledku rostoucí poptávky po vznětových motorech, které produkují více znečišťujících látek než zážehové motory. Vznětové motory se sice mohou pochlubit vysokou palivovou účinností, ale s sebou nesou kompromis v podobě emisí většího množství znečišťujících látek. V důsledku toho se vyvíjejí různá zařízení a technologie pro dodatečné zpracování výfukových plynů ke snížení znečišťujících látek z vznětových motorů a jejich význam je stále více uznáván.
Rozdíl mezi vznětovými a benzínovými motory začíná fyzikálními vlastnostmi paliva. Relativně lehčí složky z ropy se klasifikují jako benzín, zatímco těžší složky se stávají naftou. Hmotnostní rozdíl mezi těmito palivy vede k rozdílu v jejich bodech varu (teplota, při které se odpařují), což zase určuje, jak jsou vstřikována do motoru. Benzín se před vstupem do motoru předmísí se vzduchem, kde dochází ke spalování v rovnoměrně promíchaném stavu. To umožňuje benzínu dosáhnout relativně úplného spalování. Naopak motorová nafta s vyšším bodem varu vstupuje do motoru odděleně od vzduchu. Palivo se vstřikuje a spaluje poté, co je vzduch vtlačen pod vysokým tlakem. Tento rozdíl způsobuje, že vznětové motory emitují částice paliva, které ještě plně nereagovaly s kyslíkem. Tyto částice jsou škodlivé pevné částice (PM), které jsou jednou z hlavních látek znečišťujících ovzduší emitovaných vznětovými vozidly.
Další znečišťující látkou generovanou vznětovými motory jsou oxidy dusíku (NOx). Protože vznětové motory pracují za vysokých teplot a tlaků, stabilní molekuly dusíku v atmosféře se spojují s kyslíkem a vytvářejí oxidy dusíku. Oxidy dusíku spouštějí v atmosféře chemické reakce, které vedou k tvorbě ozonu a jemného prachu. To může dlouhodobě způsobovat respirační a kardiovaskulární onemocnění. Látky, jako jsou oxidy dusíku obsažené ve výfukových plynech vozidel, jsou obecně neviditelné, a proto je lze snadno přehlédnout. Když se však znečištění hromadí, může v atmosféře způsobit smog a vést k dlouhodobým environmentálním problémům.
Pro zmírnění problémů se znečištěním ovzduší způsobených vozidly se vznětovým motorem byla vyvinuta různá zařízení pro dodatečnou úpravu výfukových plynů. Reprezentativním příkladem je filtr pevných částic (DPF), který zachycuje pevné částice ve výfukových plynech pomocí filtru, čímž se miliony částic emitovaných motorem snižují na pouhé tisíce. DPF funguje tak, že zachycuje pevné částice uvnitř svého uzavřeného filtru při vstupu výfukových plynů a umožňuje výstup pouze čistým výfukovým plynům. Aby byl tento filtr funkční, je nutné pravidelně provádět proces „regenerace“. Ten zahrnuje zvýšení vnitřní teploty, aby se nahromaděné pevné částice spálily. I když taková zařízení mohou účinně snižovat množství pevných částic, zanedbávání údržby filtru může způsobit jeho ucpání, což může vést ke zvýšení emisí znečišťujících látek. Proto je nezbytná důkladná správa.
Dalším zařízením pro dodatečnou úpravu výfukových plynů je systém recirkulace výfukových plynů (EGR). EGR recirkuluje část výfukových plynů zpět do spalovacího prostoru motoru, čímž snižuje teploty spalování a tím potlačuje tvorbu oxidů dusíku (NOx). I když EGR snižuje emise NOx, má tu nevýhodu, že může ovlivnit účinnost motoru. Kromě toho byl vyvinut systém selektivní katalytické redukce (SCR), který chemicky neutralizuje oxidy dusíku. SCR zvyšuje účinnost čištění výfukových plynů vstřikováním materiálu obsahujícího redukční činidlo, které rozkládá oxidy dusíku ve výfukových plynech na vodu a dusík. Tuto technologii obzvláště hojně používají evropské automobilky, jako jsou Mercedes-Benz a BMW.
Přítomnost těchto zařízení pro dodatečné zpracování výfukových plynů však neřeší všechny problémy. Systémy dodatečného zpracování výfukových plynů v automobilech fungují správně pouze nad určitou teplotou. Během krátkých jízd nebo opakované jízdy nízkou rychlostí v městských oblastech mohou selhat při jejich efektivním fungování. Například většina znečišťujících látek je intenzivně emitována přibližně do 10 minut po nastartování motoru, což je období, kdy systémy dodatečného zpracování výfukových plynů často nemohou efektivně fungovat. Některá zařízení pro dodatečné zpracování výfukových plynů mají navíc problémy, jako je zvýšení spotřeby paliva nebo potenciální vznik dalších znečišťujících látek, což znamená, že je stále třeba vyřešit mnoho problémů.
S rostoucími obavami ze znečištění ovzduší se celosvětově zpřísňují předpisy týkající se emisí výfukových plynů z automobilů, což vede k aktivnímu technologickému vývoji s cílem snížit množství znečišťujících látek. Zlepšení technologie, které zajistí, že systémy dodatečného zpracování výfukových plynů vznětových motorů si zachovají konzistentní účinnost a stabilitu za různých jízdních podmínek, zůstane klíčovou výzvou. Abychom příští generaci předali lepší životní prostředí, vyžaduje automobilový průmysl vývoj vylepšených zařízení pro snižování emisí a inovativních technologií. To postupně přispěje k zajištění čistšího ovzduší v našem každodenním životě.
