Ovaj blog post ispituje problem onečišćenja zraka iz dizelskih vozila te ograničenja i potencijal tehnologije naknadne obrade ispušnih plinova za njegovo rješavanje.
Seul je uvijek uzbudljivo mjesto. Kada se ukrcate na KTX sa stanice Busan, vozite se dva i pol sata i siđete na stanici Seul, često se iznenadite. Pogotovo prvo što vam upadne u oči kada stignete na stanicu Seul je maglovito, tamno nebo. Samo tri sata ranije, nebo je u Busanu bilo vedro i prozirno, ali u Seulu je često poprimilo sivkastu nijansu. Ovo onečišćenje zraka proizlazi iz mnogo većeg broja stanovnika i vozila u Seulu u usporedbi s Busanom. Iako su se Seulčani, koji se svakodnevno susreću s ovim sivim nebom, donekle navikli na njega, to nije samo problem Seula. Pogoršanje kvalitete zraka i smog odavno su utvrđeni kao ozbiljni ekološki problemi s kojima se suočavaju veliki gradovi diljem svijeta.
Doista, problem onečišćenja zraka uzrokovanog ispušnim plinovima automobila predmet je društvene rasprave od početka 20. stoljeća. Primjerice, muzej automobila na Aljasci izlaže zaštitnu opremu koju su dame nosile početkom 1900-ih kako bi spriječile onečišćenje odjeće ili kože ispušnim plinovima, što pokazuje da je onečišćenje zraka prepoznato kao problem od samog početka automobilske ere. Problem onečišćenja zraka uzrokovanog automobilima s vremenom je postajao sve ozbiljniji, što je navelo mnoge zemlje, uključujući Sjedinjene Države i Europu, da u moderno doba pooštre propise o emisijama vozila.
Posebno se povećava zabrinutost zbog onečišćenja zraka zbog rastuće potražnje za dizelskim motorima, koji emitiraju više onečišćujućih tvari od benzinskih motora. Iako se dizelski motori mogu pohvaliti visokom učinkovitošću goriva, dolaze s kompromisom u emitiranju veće količine onečišćujućih tvari. Posljedično, razvijaju se razni uređaji i tehnologije za naknadnu obradu ispušnih plinova za smanjenje onečišćujućih tvari iz dizelskih motora, a njihova važnost sve se više prepoznaje.
Razlika između dizelskih i benzinskih motora počinje s fizičkim svojstvima goriva. Relativno lakše komponente iz nafte klasificiraju se kao benzin, dok teže komponente postaju dizel. Razlika u težini između ovih goriva dovodi do razlike u njihovim vrelištima (temperaturi na kojoj isparavaju), što zauzvrat diktira način ubrizgavanja u motor. Benzin se prethodno miješa sa zrakom prije ulaska u motor, gdje se izgaranje odvija u jednolično miješanom stanju. To omogućuje benzinu da postigne relativno potpuno izgaranje. Suprotno tome, dizelsko gorivo, s višom točkom vrelišta, ulazi u motor odvojeno od zraka. Gorivo se ubrizgava i izgara nakon što se zrak utisne pod visokim tlakom. Ova razlika uzrokuje da dizelski motori emitiraju čestice goriva koje nisu u potpunosti reagirale s kisikom. Ove čestice su štetne čestice (PM) koje su jedan od primarnih onečišćujućih tvari zraka koje emitiraju dizelska vozila.
Još jedna onečišćujuća tvar koju stvaraju dizelski motori su dušikovi oksidi (NOx). Budući da dizelski motori rade na visokim temperaturama i tlakovima, stabilne molekule dušika u atmosferi kombiniraju se s kisikom i tvore dušikove okside. Dušikovi oksidi pokreću kemijske reakcije u atmosferi, što dovodi do stvaranja ozona i fine prašine. To dugoročno može uzrokovati respiratorne i kardiovaskularne bolesti. U međuvremenu, tvari poput dušikovih oksida sadržanih u ispušnim plinovima vozila uglavnom su nevidljive i stoga ih je lako previdjeti. Međutim, kada se onečišćenje nakupi, može uzrokovati smog u atmosferi i dovesti do dugoročnih ekoloških problema.
Razvijeni su razni uređaji za naknadnu obradu ispušnih plinova kako bi se ublažili problemi onečišćenja zraka iz dizelskih vozila. Reprezentativni uređaj je filter čestica dizelskog motora (DPF), koji hvata čestice u ispušnim plinovima kroz filter, smanjujući milijune čestica koje emitira motor na samo tisuće. DPF radi tako što hvata čestice unutar svog zatvorenog filtera kada ispušni plinovi ulaze, dopuštajući izlazak samo čistih ispušnih plinova. Kako bi se održala funkcija ovog filtera, periodično se mora provoditi proces 'regeneracije'. To uključuje podizanje unutarnje temperature kako bi se sagorjele nakupljene čestice. Iako takvi uređaji mogu učinkovito smanjiti čestice, zanemarivanje održavanja filtera može uzrokovati začepljenje filtera, što potencijalno dovodi do povećanja emisija onečišćujućih tvari. Stoga je temeljito upravljanje ključno.
Drugi uređaj za naknadnu obradu ispušnih plinova je sustav recirkulacije ispušnih plinova (EGR). EGR recirkulira dio ispušnih plinova natrag u komoru za izgaranje motora kako bi se snizile temperature izgaranja, čime se suzbija stvaranje dušikovog oksida (NOx). Iako EGR smanjuje emisije NOx, ima nedostatak što potencijalno utječe na učinkovitost motora. Osim toga, razvijen je sustav selektivne katalitičke redukcije (SCR) za kemijsku neutralizaciju dušikovih oksida. SCR poboljšava učinkovitost pročišćavanja ispušnih plinova ubrizgavanjem materijala koji sadrži redukcijsko sredstvo, koje razgrađuje dušikove okside u ispušnim plinovima na vodu i dušik. Ovu tehnologiju posebno široko koriste europski proizvođači automobila poput Mercedes-Benza i BMW-a.
Međutim, prisutnost ovih uređaja za naknadnu obradu ne rješava sve probleme. Automobilski sustavi za naknadnu obradu ispravno funkcioniraju samo iznad određene temperature. Moguće je da neće učinkovito raditi tijekom kratkih putovanja ili ponovljene vožnje malom brzinom u urbanim područjima. Na primjer, većina onečišćujućih tvari intenzivno se emitira unutar otprilike 10 minuta nakon pokretanja motora, razdoblja kada sustavi za naknadnu obradu često ne mogu učinkovito funkcionirati. Nadalje, određeni uređaji za naknadnu obradu imaju problema poput povećanja potrošnje goriva ili potencijalnog uzrokovanja stvaranja drugih onečišćujućih tvari, što znači da mnogi izazovi još uvijek trebaju biti riješeni.
Kako raste zabrinutost zbog onečišćenja zraka, propisi o emisijama ispušnih plinova automobila pooštravaju se globalno, potičući aktivan tehnološki razvoj za smanjenje onečišćujućih tvari. Poboljšanje tehnologije kako bi se osiguralo da sustavi za naknadnu obradu dizelskih motora održavaju dosljednu učinkovitost i stabilnost u različitim uvjetima vožnje ostat će ključni izazov. Kako bi se bolji okoliš prenio na sljedeću generaciju, automobilska industrija zahtijeva razvoj poboljšanih uređaja za smanjenje emisija i inovativnih tehnologija. To će postupno doprinijeti osiguravanju čišćeg zraka u našem svakodnevnom životu.
