Kelių transportas yra reikšmingas aplinkos teršėjas. Mūsų šalyje kelių transportas per metus išmeta į atmosferą apie 160 000 tonų teršalų. Tai sudaro virš 40 procentų visų šiuo metu dėl žmogaus veiklos į atmosferą išmetamų teršalų. Didėjant automobilių skaičiui ir degalų sunaudojimui, aplinkos tarša didėja.
Pagrindinės kenksmingos medžiagos ir jų poveikis
Dažniausiai vidaus degimo varikliuose naudojami degalai - dyzelinas, benzinas ir suskystintos naftos dujos. Degant degalams į atmosferą išmetami teršalai, tokie kaip:
- Azoto oksidai (NOx)
- Angliavandeniliai (CH)
- Anglies monoksidas (CO)
- Kietosios dalelės (KD)
Taip pat, kaip ir kiekvieno degimo proceso metu, išmetamos ir šiltnamio efektą sukeliančios dujos - anglies dvideginis (CO2). Dėl degalų garavimo iš bako ar jo užpildymo metu į aplinką patenka lakūs organiniai junginiai. Padangų (o ypač dygliuotų) trinties su kelio danga metu susidaro kietosios dalelės.
Sveikatos apsaugos specialistai teigia, kad visos šios medžiagos daro neigiamą poveikį žmonių sveikatai. Gali trumpam sudirgti ir ašaroti akys, gali būti sudirgusi nosis, gerklė, burna. Galimi galvos skausmai, pykinimas, vėmimas, silpnumas, svaigulys.
Benzino degimo chemija ir teršalų susidarymas
Pagrindiniai benzino komponentai yra angliavandeniliai, kuriuose yra tik du anglies ir vandenilio atomai. Kai benzinas sprogsta ir dega, angliavandeniliai chemiškai reaguoja su įkvepiamo oro deguonimi:
- Vienas anglies atomas ir du deguonies atomai susijungia ir sudaro vieną anglies dioksido (CO2) molekulę.
- Du vandenilio atomai ir vienas deguonies atomas sudaro vieną vandens (H2O) molekulę.
Jei įkvepiamo oro nepakanka, deguonies atomų, susietų su anglies atomais, bus mažiau, todėl anglies oksidas nesusidarys iki galo, o susidarys dalis anglies monoksido (CO). Sprogstamojo degimo procese dėl itin aukštos temperatūros (daugiau kaip 2500 Farenheito laipsnių) ore esantys azoto atomai oksiduosis ir susidarys azoto oksidas (NO) ir azoto dioksidas (NO2).
Išmetamųjų teršalų normos ir kontrolė
Nuo 2005-ųjų Lietuva laikosi Europos Sąjungos nustatytų standartų. Automobiliai gali būti tiekiami į rinką tik atitinkantys išmetamųjų dujų kokybės standartus ir turintys tipo patvirtinimo sertifikatą.
Naujiems automobiliams įsigalioja „Euro 5“ standartas, kuris nustato tokias išmetamų teršalų normas:
- CO: 1,0 g/km
- CH: 0,1 g/km
- NOx: 0,06 g/km
Palyginus šias normas su galiojusiomis iki 1992 metų (CO - 30 g/km, CH - 2,1 g/km, NOx - 3,2 g/km), matomas ženklus teršalų kiekio sumažėjimas per 17 metų.
Eksploatuojamų automobilių išmetamų teršalų leistinos normos nustatytos nacionaliniuose teisės aktuose, kitaip vadinamuose Lietuvos aplinkos normatyviniuose dokumentuose (pvz., LAND 14-2000 „Automobiliai su Otto varikliais. Anglies monoksidas ir angliavandeniliai išmetamosiose dujose. Normos ir matavimo metodai“ ir LAND 15-2000 „Automobiliai su dyzeliniais varikliais. Išmetamųjų dujų dūmingumas“).
Nustatytų normų laikymąsi kontroliuoja Valstybinė kelių inspekcija. Techninių apžiūrų metu tikrinamas automobilių išmetamų dujų kiekis.
Taršos mažinimo strategijos ir vairuotojo vaidmuo
Lietuva, kaip ir visos kitos valstybės, nacionaliniu ir tarptautiniu lygiu apriboja nuodingų medžiagų emisiją ir diegia apmokestinimo už jas sistemą. Taršos mažinimo veiksmai apima kelias sritis:
Automobilių pramonės inovacijos
- Tobulinamos variklių ir neutralizavimo sistemų konstrukcijos, siekiant didinti efektyvumą.
- Aktyviai kuriami alternatyvūs automobiliai: elektriniai, hibridiniai, vandeniliu ir suspaustu oru varomi modeliai.
Infrastruktūros ir eismo organizavimo gerinimas
- Valstybės ir vietos savivaldos gerina kelių sistemą, stato aplinkkelius, siekiant sumažinti spūstis ir optimizuoti eismo srautus.
- Tobulinamas eismo organizavimas, siekiant efektyvesnio transporto judėjimo.
Degalų kokybės gerinimas
Naftos įmonės nuolat gerina degalų kokybę. Jau seniai atsisakyta naudoti tetraetilšviną benzino oktaniniam skaičiui padidinti, kurio naudojimo pasekmės jaučiamos dar ir šiandien. Į rinką tiekiama tik „besierė“ benzino ir dyzelino rūšys, kadangi sieros kiekis degaluose negali būti didesnis nei 10 ppm.
Vairuotojo atsakomybė ir ekologiškas vairavimas
Labai daug kas priklauso nuo kiekvieno žmogaus - vairuotojo. Kvalifikuotai vairuojant automobilį galima iki 25 proc. sumažinti išmetamą teršalų kiekį ir tuo pačiu sutaupyti kuro. Yra paprasti, kiekvienam vairuotojui žinomi, tačiau ne visada daromi veiksmai:
- Užvedant automobilį nereikia spaudinėti akseleratoriaus pedalo.
- Reikia sumaniai panaudoti automobilio inerciją.
- Dažniau tikrinti oro slėgį padangose ir vasarą nevažinėti žieminėmis padangomis.
- Nevažiuoti labai dideliu greičiu.
- Nesivežioti bagažinėje nereikalingų daiktų.
- Važiuojant uždaryti automobilio langus.
- Perkant automobilį, jį įvertinti ne tik finansiniu, bet ir ekologiniu požiūriu, o ne sureikšminti jo variklio galingumą ar įvaizdį.
Taip pat daug kenksmingų teršalų išgaruoja į aplinką, kai perpilamas benzinas iš vienos talpos į kitą.
Ar „Eco Mode“ tikrai taupo degalus?
Variklio diagnostika pagal išmetamųjų dujų analizę
Išmetamųjų dujų analizatoriai, matuojantys HC, CO, CO2 ir O2 koncentraciją, yra labai visapusiški ir tikslūs variklio tikrinimo prietaisai. Jais reguliuojami teršalai yra HC, CO ir NOx. O2 ir CO2 koncentracija nėra reguliuojami, tačiau jų kiekio nustatymas yra svarbi diagnostinė informacija, suteikianti žinių apie automobilio variklio darbo efektyvumą.
Anglies monoksidas (CO)
CO kiekis automobilio išmetamosiose dujose yra tiesiog proporcingas oro ir kuro santykiui. Koncentracija padidėja dėl nepakankamo O2 kiekio, reikiamo kuro mišiniui visiškai sudegti (t. y. esant „riebiam“ mišiniui, kai oro ir kuro santykis mažesnis nei 14,7, arba „Lambda“ mažiau už 1,0).
- Dideli CO parodymai (>0,5 %) rodo perteklinį kurą (riebų mišinį).
- Maži CO parodymai (<0,5 %) paprastai rodo, kad variklio degimas vyksta tinkamai ar bent priimtinai, ypač su gerai veikiančiu katalizatoriumi.
CO yra mirtinai nuodinga duja, tad su išmetamosiomis dujomis reikia elgtis atsargiai.
Nesudegę angliavandeniliai (HC)
HC kiekis išmetamosiose dujose matuojamas dalelėmis milijone (PPM). Šie parodymai padeda nustatyti, kad mišinys nebuvo uždegtas arba sudegė ne visiškai.
- Dideli HC parodymai (>100 ppm) rodo prastą degimą. Net blogai veikiantis variklis gali turėti mažus HC parodymus, jei dirba su gerai veikiančiu katalizatoriumi.
Deguonis (O2)
O2 parodymai išmetamosiose dujose parodo deguonies kiekį, likusį po įvykusio degimo proceso. Normalūs O2 parodymai su gerai veikiančiu katalizatoriumi turėtų būti mažesni nei 1,5 %.
- Dideli O2 parodymai (>1,5 %) gali reikšti, kad antrinio oro padavimo sistema veikia netinkamai arba yra išmetimo sistemos nuotėkiai. O2 yra svarbus tinkamam katalizatoriaus veikimui užtikrinti.
Azoto oksidai (NOx)
NOx susidaro, jei temperatūra degimo kameroje viršija maždaug 2500 Farenheito laipsnių. Didžiausi NOx kiekiai susidaro, kai variklis dirba apkrautas. NOx emisija pagreitinimo metu dažniausiai būna žymiai didesnė, nei sūkiams lėtėjant arba nekintant.
- Dideli NOx parodymai (>2000 ppm) rodo per didelę degimo kameros temperatūrą.
- Maži NOx parodymai (<1000 ppm) paprastai rodo, kad variklio degimas vyksta tinkamai ar bent priimtinai. NOx natūraliai yra 0 ppm, kai variklis veikia laisva eiga.
Alternatyvūs degalai ir priedai dyzeliniams varikliams: LŽŪU tyrimai
Lietuvos žemės ūkio universiteto (LŽŪU) mokslininkai atliko tyrimus, siekdami įvertinti tiesioginio įpurškimo dyzelinių variklių veikimą su estiškais skalūniniais degalais. Šie degalai pasižymi tuo, kad juose nėra parafino priemaišų ir jie stingsta palyginti žemoje temperatūroje (-35°C).
Skalūninių degalų naudojimo problemos
Nepaisant kai kurių privalumų, skalūninių degalų naudojimas dyzeliniuose varikliuose susiduria su šiomis problemomis:
- Mažos įpurkštų degalų porcijos sunkiai užsiliepsnoja, todėl variklis veikia nestabiliai, ypač esant mažiems sūkiams ir mažai apkrovai.
- Dėl liesojo degiojo mišinio nevisiško sudegimo, skalūninių degalų šiluminės energijos konversijos laipsnis nedidelių apkrovų srityje gerokai mažėja, o į atmosferą išmetamų anglies monoksido (CO) kiekiai padidėja iki 10 ir daugiau kartų.
- Bendra azoto oksidų (NOx) emisija variklio maksimalaus sukimo momento ir vardinės galios režimuose didėja atitinkamai 22 ir 28 proc. Tai aiškinama tuo, kad skalūninių degalų sudėtyje yra 7-8 proc. deguonies ir azoto, kurie, esant gana aukštai dujų temperatūrai cilindre, jungiasi, didindami įprastinį šių teršalų kiekį deginiuose.
Daugiafunkciniai degalų priedai tyrimuose
Siekiant pagerinti alternatyvių degalų technines savybes ir sumažinti žalingą deginių emisiją, buvo tirtas daugiafunkcinės paskirties degalų priedų, ypač Marisol FT ir SO-2E, poveikis.
Marisol FT priedas
- Gaminamas Švedijos firma „MARITECH“. Sudėtyje yra naftos produktų, benzino distiliato, T-alkilo aminų, rūgštingumą mažinančių medžiagų.
- Tai mažos klampos, specifinio kvapo rusvas skystis, galintis tekėti žemoje (-57°C) temperatūroje, plačiai naudojamas boilerių ir laivų degalams apdoroti.
- Poveikis: išvalo degalų filtrus ir purkštukų antgalius, gerina degalų lašelių išskaidymą ir degimą, apsaugo nuo korozijos ir nuosėdų susidarymo. Dėl to vidinės variklio detalės mažiau apsineša anglies ir suodžių nuosėdomis.
- Rekomenduojamas santykis: nuo 1:1 000 iki 1:4 000 (pagal tūrį).
SO-2E priedas
- Tai takus, tamsiai rudos spalvos, specifinio kvapo skystis, kurio ypač didelis molekulinis svoris (330-342), tankis ir klampa.
- Mažai rūgštingas (0,44 mg/KOH/g) ir stingsta palyginti aukštoje (-4°C) temperatūroje.
- Sudėtyje yra sudėtingos molekulinės struktūros fenolinių alkilo ir neutraliu deguonimi prisotintų junginių.
- Sunaudojamas gerokai mažiau negu Marisol FT.
Tyrimų metodika ir rezultatai
LŽŪU Variklių bandymo laboratorijoje buvo atlikti tyrimai su keturių cilindrų, 59 kW dyzeliniu varikliu D-243, maitinamu estiškais skalūniniais degalais. Buvo vertinamas degimo proceso efektyvumas ir priedų įtaka lyginamosioms efektyviosioms degalų sąnaudoms, skalūniniams degalams maitinant variklį plačiame apkrovos ir sukimosi dažnio diapazone. Deginių emisijos sudėtis matuota dujų analizatoriais Testo 33 ir TECHNOTEST Infrared Multigas Tank, o dūmingumas - prietaisu Bosch RTT 100/RTT 110.
Degalų taupymo efektyvumas
Daugiafunkcinės paskirties priedai teigiamai veikia skalūninių degalų sąnaudas. Didžiausias degalų taupymo efektas pasiekiamas, kai variklis dirba maža apkrova ir nedideliu sukimosi dažniu.
- Priedai Marisol FT mažina lyginamąsias efektyviąsias degalų sąnaudas nuo 355-328 g/kWh iki 290-292 g/kWh (18,3-11,0 proc.) esant 1 400-2 000 min-1 sūkiams ir vidutiniam efektyviajam slėgiui pe = 0,3 MPa.
- Nors priedų SO-2E į degalus buvo įterpta 8 kartus daugiau, jų įtaka degalų sąnaudoms buvo beveik tokia pati kaip ir švediškų priedų.
- Priedai pagerina degalų savaiminį užsiliepsnojimą ir lieso degiojo mišinio sudegimą mažų apkrovų srityje, didindami šiluminės energijos konversijos lygį.
- Priedų poveikis degalų sąnaudoms tampa minimalus variklio apkrovai viršijus pe ³ 0,4 MPa ribą.
Azoto oksidų (NOx) emisijos pokyčiai
Azoto dvideginio (NO2) emisija sudaro apie 10 proc. bendrojo NOx kiekio. Priedai SO-2E ir Marisol FT mažina NO2 koncentraciją deginiuose esant apkrautam varikliui:
- SO-2E sumažina NO2 atitinkamai 33,7, 41,6, 13,4 proc. (prie 1 400, 1 800, 2 200 min-1 sūkių).
- Marisol FT sumažina NO2 atitinkamai 20,8, 24,3, 19,3 proc. (prie 1 400, 1 800, 2 200 min-1 sūkių).
Deginių priedai yra efektyvi priemonė, mažinanti NO ir NO2 koncentraciją beveik visomis variklio darbo sąlygomis. Tačiau esant nedidelei variklio apkrovai, NO emisija gali truputį didėti, nes geriau sudega liesas degusis mišinys, pasiekiamas didesnis variklio efektyvusis naudingumas ir maksimali dujų temperatūra cilindre. Priedai SO-2E ir Marisol FT visiškai apkrauto variklio bendrąją NOx emisiją mažina 23,1-29,1 proc.
Manoma, jog NOx emisija sumažėjo dėl to, kad priedai sutrumpino degalų savaiminio užsiliepsnojimo trukmę, sumažino kinetinei proceso fazei paruoštą degalų kiekį ir sušvelnino degimo procesą.
Anglies monoksido (CO) emisijos pokyčiai
Daugiausia (2 500 ppm ir daugiau) anglies monoksido (CO) susidaro esant nedideliam variklio sukimosi dažniui ir mažai apkrovai. Priedai SO-2E ir Marisol FT CO emisiją mažina atitinkamai 22,1 ir 44,7 proc. esant minimaliems sūkiams ir nedidelei apkrovai.
Minimali CO koncentracija deginiuose išmatuota esant vidutinei 0,52 MPa apkrovai, kai degiojo mišinio sudėtis labiau atitinka liesesnę degalų ir oro santykinę struktūrą (a ≈ 2,25). Tačiau maksimaliai apkrovus variklį, CO koncentracija gali padidėti, nes degimui pritrūksta deguonies riebiame mišinyje. Varikliui dirbant vardine galia, CO emisija svyruoja maždaug nuo 500 iki 1 000 ppm, tačiau degalų priedai ją didina 16,3 (SO-2E) ir 48,0 proc.
Nesudegusių angliavandenilių (CH) emisijos pokyčiai
CH kiekiai deginiuose kito nuo 8 iki 66 ppm. Didžiausia CH emisija gaunama esant nedidelei apkrovai. Kai sukimosi dažnis padidėja iki 2 000 min-1, visais apkrovų režimais degalų priedų efektas yra menkas. Pasiekus maksimalią apkrovą, CH emisija su priedais yra 1,5-1,8 karto didesnė, o esant mažai apkrovai - 2,2 (SO-2E) ir 4,3 (Marisol FT) kartų didesnė, lyginant su neapdorotais skalūniniais degalais.
Dūmingumo pokyčiai
Visiškai apkrauto dyzelinio variklio deginių dūmingumas priklauso nuo suodžių dalelių ir kitų nesudegusių kietųjų dalelių kiekio. Neapdorotų skalūninių degalų dūmingumas yra palyginti nedidelis, kai sumažinamas sukimosi dažnis ir variklio apkrova. Tačiau priedai pagerina skalūninių degalų degimą, pakyla dujų temperatūra, ir daugiau mažų degalų lašelių balkšvų garų forma pakimba ore. Maksimaliai apkrovus variklį, degalų su priedais SO-2E dūmingumas padidėja 35 proc., o su Marisol FT - daugiau kaip 2 kartus.
Transporto taršos įtaka dirvožemiui
Dėl antžeminio transporto oro taršos išmetamosiomis dujomis ir kietosiomis dalelėmis (suodžiais), tiesiogiai teršiamos teritorijos šalia automagistralių bei geležinkelių (nuo keliolikos iki keleto šimtų metrų nuo jų). Pakelių dirvožemiai labiausiai būna užteršti švino (Pb) junginiais ir policikliniais (arba daugiacikliais) aromatiniais angliavandeniliais (PAA).
Nors daug kur pasaulyje, o taip pat ir Lietuvoje, uždrausta naudoti švino junginių turintį benziną, tačiau pakelių dirvožemyje yra susikaupusios gan didelės šio toksiško metalo koncentracijos nuo tų laikų, kai švinuotas benzinas buvo naudojamas.
tags: #benzino #degimas #kokie #ter6alai #susidaro