W tym wpisie na blogu omówiono problem zanieczyszczenia powietrza przez pojazdy z silnikiem Diesla oraz ograniczenia i potencjał technologii oczyszczania spalin, która mogłaby go rozwiązać.
Seul to zawsze ekscytujące miejsce. Kiedy wsiądziesz do pociągu KTX ze stacji Busan, pojedziesz dwie i pół godziny i wysiądziesz na stacji Seul, często jesteś zaskoczony. Pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy po przybyciu na stację Seul, jest zamglone, mętne niebo. Zaledwie trzy godziny wcześniej niebo w Busan było czyste i przejrzyste, ale w Seulu często przybiera szarawy odcień. To zanieczyszczenie powietrza wynika ze znacznie większej liczby ludności i pojazdów w Seulu w porównaniu z Busan. Chociaż mieszkańcy Seulu, którzy codziennie spotykają się z tym szarym niebem, zdążyli się do niego przyzwyczaić, nie jest to problem wyłącznie Seulu. Pogarszająca się jakość powietrza i smog od dawna stanowią poważne problemy środowiskowe, z którymi borykają się duże miasta na całym świecie.
Problem zanieczyszczenia powietrza spalinami samochodowymi jest przedmiotem debaty społecznej od początku XX wieku. Na przykład, w muzeum motoryzacji na Alasce można zobaczyć odzież ochronną noszoną przez kobiety na początku XX wieku, aby chronić ubrania i skórę przed zabrudzeniem spalinami, co dowodzi, że zanieczyszczenie powietrza było uznawane za problem od samego początku ery motoryzacji. Problem zanieczyszczenia powietrza powodowanego przez samochody z czasem narastał, co skłoniło wiele krajów, w tym Stany Zjednoczone i Europę, do zaostrzenia przepisów dotyczących emisji spalin w czasach współczesnych.
Obawy dotyczące zanieczyszczenia powietrza nasilają się szczególnie ze względu na rosnące zapotrzebowanie na silniki Diesla, które emitują więcej zanieczyszczeń niż silniki benzynowe. Chociaż silniki Diesla charakteryzują się wysoką oszczędnością paliwa, wiążą się one z wyższą emisją zanieczyszczeń. W związku z tym opracowywane są różne urządzenia i technologie oczyszczania spalin mające na celu redukcję zanieczyszczeń z silników Diesla, a ich znaczenie jest coraz bardziej doceniane.
Różnica między silnikami Diesla a silnikami benzynowymi zaczyna się od właściwości fizycznych paliwa. Stosunkowo lżejsze składniki ropy naftowej są klasyfikowane jako benzyna, podczas gdy cięższe składniki stają się olejem napędowym. Różnica masy między tymi paliwami prowadzi do różnicy w ich temperaturach wrzenia (temperaturze, w której odparowują), co z kolei dyktuje sposób ich wtryskiwania do silnika. Benzyna jest wstępnie mieszana z powietrzem przed wejściem do silnika, gdzie spalanie zachodzi w stanie jednorodnej mieszaniny. Pozwala to benzynie osiągnąć względnie całkowite spalanie. Natomiast olej napędowy, o wyższej temperaturze wrzenia, wchodzi do silnika oddzielnie od powietrza. Paliwo jest wtryskiwane i spalane po wtłoczeniu powietrza pod wysokim ciśnieniem. Ta różnica powoduje, że silniki Diesla emitują cząstki paliwa, które nie w pełni przereagowały z tlenem. Cząsteczki te to szkodliwe cząstki stałe (PM), które są jednym z głównych zanieczyszczeń powietrza emitowanych przez pojazdy z silnikiem Diesla.
Innym zanieczyszczeniem generowanym przez silniki Diesla są tlenki azotu (NOx). Ponieważ silniki Diesla pracują w wysokich temperaturach i przy wysokich ciśnieniach, stabilne cząsteczki azotu w atmosferze łączą się z tlenem, tworząc tlenki azotu. Tlenki azotu wywołują reakcje chemiczne w atmosferze, prowadzące do powstawania ozonu i drobnego pyłu. W dłuższej perspektywie może to prowadzić do chorób układu oddechowego i sercowo-naczyniowego. Substancje takie jak tlenki azotu zawarte w spalinach samochodowych są zazwyczaj niewidoczne i dlatego łatwo je przeoczyć. Jednak akumulacja zanieczyszczeń może powodować smog w atmosferze i prowadzić do długotrwałych problemów środowiskowych.
Opracowano różne urządzenia do oczyszczania spalin, aby ograniczyć problem zanieczyszczenia powietrza w pojazdach z silnikiem Diesla. Przykładem jest filtr cząstek stałych (DPF), który wychwytuje cząstki stałe ze spalin przez filtr, redukując miliony cząstek emitowanych przez silnik do zaledwie tysięcy. DPF działa poprzez zatrzymywanie cząstek stałych w zamkniętym filtrze spalin, gdy spaliny wchodzą do środka, umożliwiając wydostanie się wyłącznie czystych spalin. Aby utrzymać funkcję tego filtra, konieczne jest okresowe przeprowadzanie procesu „regeneracji”. Polega on na podniesieniu temperatury wewnętrznej w celu wypalenia nagromadzonych cząstek stałych. Chociaż takie urządzenia skutecznie redukują ilość cząstek stałych, zaniedbanie konserwacji filtra może spowodować jego zatkanie, co potencjalnie prowadzi do zwiększonej emisji zanieczyszczeń. Dlatego kluczowe jest jego dokładne czyszczenie.
Kolejnym urządzeniem do oczyszczania spalin jest układ recyrkulacji spalin (EGR). EGR recyrkuluje część spalin z powrotem do komory spalania silnika, aby obniżyć temperaturę spalania, a tym samym ograniczyć powstawanie tlenków azotu (NOx). Chociaż EGR redukuje emisję NOx, jego wadą jest potencjalny wpływ na wydajność silnika. Dodatkowo, opracowano układ selektywnej redukcji katalitycznej (SCR), który chemicznie neutralizuje tlenki azotu. SCR zwiększa wydajność oczyszczania spalin poprzez wtryskiwanie materiału zawierającego reduktor, który rozkłada tlenki azotu w spalinach na wodę i azot. Technologia ta jest szczególnie szeroko stosowana przez europejskich producentów samochodów, takich jak Mercedes-Benz i BMW.
Obecność tych układów oczyszczania spalin nie rozwiązuje jednak wszystkich problemów. Samochodowe układy oczyszczania spalin działają prawidłowo tylko powyżej określonej temperatury. Mogą one nie działać efektywnie podczas krótkich podróży lub powtarzającej się jazdy z niską prędkością w obszarach miejskich. Na przykład, większość zanieczyszczeń jest intensywnie emitowana w ciągu około 10 minut od uruchomienia silnika, w okresie, w którym układy oczyszczania spalin często nie mogą działać efektywnie. Ponadto, niektóre układy oczyszczania spalin borykają się z problemami, takimi jak zwiększone zużycie paliwa lub potencjalna emisja innych zanieczyszczeń, co oznacza, że wiele wyzwań wciąż pozostaje do rozwiązania.
Wraz ze wzrostem obaw dotyczących zanieczyszczenia powietrza, przepisy dotyczące emisji spalin samochodowych zaostrzają się na całym świecie, co napędza aktywny rozwój technologiczny w celu redukcji zanieczyszczeń. Udoskonalenie technologii, aby zapewnić stałą wydajność i stabilność układów oczyszczania spalin silników Diesla w różnych warunkach jazdy, pozostanie kluczowym wyzwaniem. Aby zapewnić lepsze środowisko następnemu pokoleniu, przemysł motoryzacyjny domaga się rozwoju ulepszonych urządzeń redukujących emisję spalin i innowacyjnych technologii. To stopniowo przyczyni się do zapewnienia czystszego powietrza w naszym codziennym życiu.
