Onesnaženje avtomobila: razumejte njegove nevarnosti

Kljub tehnološkemu razvoju so avtomobili z notranjim zgorevanjem še vedno v veliki meri odgovorni za onesnaževanje mest

Onesnaženje avtomobilov

Slika: Evgeny Tchebotarev na Unsplash

Prvi motorji so se pojavili v 18. stoletju. Poganjali so jih z zunanjim zgorevanjem, z uporabo drv - slavnih parnih strojev. V 19. stoletju so se pojavili prvi motorji z notranjim zgorevanjem, pri katerih gorivo zgoreva v samem motorju. Motorji z notranjim zgorevanjem imajo zaradi svoje vsestranskosti, učinkovitosti in možnosti prilagajanja različnim vrstam strojev prednost pred parnimi. Kljub temu so v veliki meri odgovorni za onesnaževanje avtomobilov.

Začeli so se preučevati in izboljševati motorji z notranjim zgorevanjem, ki se danes v veliki meri uporabljajo v prevoznih sredstvih - letalih, avtomobilih, poteh in drugih avtomobilskih vozilih, ladjah itd. Z naraščanjem njegove uporabe je prišlo do zaskrbljenosti zaradi težav, povezanih z motorji, kot je emisija plinov, ki povzročajo onesnaževanje zraka in povzročajo zdravstvene težave prebivalstva.

Z leti so se motorji z notranjim zgorevanjem izboljševali in vse manj onesnaževali kot njihovi predhodniki. Te izboljšave so predvsem posledica ukrepov, kot so: zamenjava uplinjačev, ki so mehansko dovajali mešanico zraka in goriva v motorje, na elektronski sistem vbrizga, ki porabi manj goriva in ustvarja bolj idealne mešanice; ustvarjanje katalizatorjev (ali katalizatorjev), ki med drugim spremenijo del plinov, ki nastanejo pri zgorevanju, v nestrupene pline, preden jih oddajo skozi izpuh vozila. Povečanje voznega parka in koncentracija prebivalstva v urbanih središčih pa sta dejavnika, ki zadržuje problem onesnaženosti avtomobilov v zraku - dobesedno.

Ali veste, kako deluje vaš avtomobilski motor?

Da bi razumeli, kako v vozilih nastajajo onesnažujoči plini, je pomembno, da se naučimo, kako deluje motor. Večina avtomobilov ima tako imenovane štiritaktne motorje: sesalni, kompresijski, ekspanzijsko-eksplozivni in izpustni. Video vsebuje zelo razlagalno animacijo o delovanju bencinskih in dizelskih motorjev.

Skratka, kar počne avtomobilski motor, je kombiniranje zraka iz ozračja (z visoko koncentracijo kisika) z gorivom. Ta mešanica ustvarja eksotermno kemično reakcijo (s sproščanjem toplote), ki povzroči širjenje plinov v zgorevalni komori, pritiskanje bata, ki se spušča navzdol in ustvarja rotacijsko gibanje v motorju - s čimer se toplota pretvori v delo - in plini, ki nastanejo pri zgorevanju odpravi z odpiranjem izpušnega ventila - to je onesnaževanje avtomobilov.

Izgorevanje

Za zgorevanje morajo obstajati trije elementi:
  • Gorivo: predvsem ogljikovodiki, sestavljeni iz vodika (H) in ogljika (C) v motorjih z notranjim zgorevanjem;
  • Kisik: oksidativni;
  • Toplota: v motorjih z notranjim zgorevanjem toploto ustvarja iskra (bencinski motor) ali stiskanje dovoljenega zraka (dizelski motor).
  • Izgorevanje ogljikovodikov je lahko popolno ali nepopolno.

Popoln nastane, ko je dovolj kisika, da porabi vse gorivo. Za spojine iz ogljika in vodika (ogljikovodiki) so proizvodi popolnega zgorevanja: ogljikov dioksid (CO2), voda (H2O) in energija. Popolno zgorevanje je idealno, saj gorivo bolje izkorišča, toda zaradi reakcije nastaja ogljikov dioksid, ki kljub temu, da ni strupen plin - le če v velikih količinah uhaja v zaprtih okoljih, zaradi česar zaduši - je dobro znani toplogredni plin.

Nepopolno zgorevanje, ko ni dovolj kisika za porabo vsega goriva, povzroči onesnaženje avtomobilov. Kot izdelek lahko vsebuje ogljikov monoksid (CO), osnovni ogljik (C) - saje (temen dim, ki ga tvorijo drobni trdni delci premoga) - aldehide in delce.

Prisoten je tudi v sestavi goriv, ​​vendar v manjši količini dušik in žveplo, ki ob zgorevanju tvorijo strupene spojine, kot so žveplov dioksid (SO2), vodikov sulfid (H2S) in dušikovi oksidi (NOx). Tvorbo dušikovih oksidov je težko nadzorovati, saj je poleg tega, da je prisoten v gorivu, prisoten tudi v zraku - v obliki plinastega dušika (N2) - ki lahko pri visokih temperaturah v zgorevalni komori reagira s kisikom.

Problem javnega zdravja in okolja

Plini, ki tvorijo onesnaženje avtomobilov in nastajajo v motorjih z notranjim zgorevanjem, lahko povzročijo več težav zdravju ljudi in okolju. SO2 in NOx oksidi vplivajo na dihala in povzročajo kisli dež, CO zmanjšuje nosilnost kisika v krvi, delci pa povzročajo alergije na dihala in so vektorji (nosilec) drugih onesnaževal (težke kovine, organske rakotvorne spojine) ).

Kadar je v mestih velik izpust onesnaženja, še vedno obstajajo naravni pojavi, na primer toplotna inverzija, ki poslabša scenarij onesnaženja, saj težko razprši te pline in jim prebivalstvo dlje časa ostane izpostavljeno.

Leta 2002 je ameriška agencija za varstvo okolja (EPA) objavila poročilo, v katerem je opozorila na tveganje dolgotrajne izpostavljenosti hlapom dizelskega olja. Po poročilu lahko dolgotrajno vdihavanje teh delcev, žveplovih in dušikovih oksidov, pri ljudeh povzroči raka. Leta 2013 je Mednarodna agencija za raziskave raka (Iarc) ugotovila, da emisije dizelskih motorjev dejansko povzročajo pljučnega raka in verjetno tudi raka mehurja. V Londonu je bil celo primer smrti zaradi onesnaženja zraka iz avtomobilov.

Razlika med motorji z notranjim zgorevanjem

Bencinski in dizelski motorji

Delovanje bencinskih in dizelskih motorjev je podobno, kot smo že pojasnili. Glavna razlika med temi motorji je v tem, da pri bencinskem motorju v zgorevalno komoro vstopi mešanica zraka in goriva, vžig (zagon / začetek zgorevanja) tega motorja pa nastane iz iskre, ki jo zagotavlja svečka. vžig. Pri dizelskem motorju se sprva v zgorevalno komoro vstavi samo zrak, ki ga nato stisne bat, vžig pa nastane zaradi vbrizga dizelskega goriva v ta zrak pod visokim tlakom.

Bencin je močno eksplozivno gorivo (kot je prikazano v video posnetku), ki avtomobilu zagotavlja visoko moč s hitrim odzivom pri vrtenju. Dizelski motor ima počasnejše in neprekinjeno izgorevanje goriva, bat bolj trajno "potiska" navzdol in ponuja večji navor (napor vrtenja) s počasnejšimi vrtljaji. Zaradi tega je močnejša in zato primernejša za uporabo v prevoznih sredstvih z velikimi tovori. Ta prednost daje dizelskemu motorju tudi značilnost, da je bolj trpežen, saj manj vpliva na ročične gredi motorja.

V dizelski motor se vbrizgavanje goriva zgodi med običajnim postopkom samogorevanja, kjer se dizelsko gorivo vbrizga v zrak, ki je močno stisnjen. Posledica tega je nenadno zvišanje temperature, ki doseže ravni, ki zagotavljajo tvorbo NOx in prispevajo k procesu pirolize (analiza ali reakcija razgradnje, ki nastane pod vplivom visokih temperatur), kjer nastajajo delci. To gorivo je manj hlapno. Ko se vbrizga neposredno v stisnjen zrak (tam, kjer se začne zgorevanje), je njegova zmes manj homogena kot tista, ki se pojavlja v bencinu. Pomanjkanje odvečnega zraka v mešanici, ki reagira, povzroči nepopolno zgorevanje, oddajanje saj, ogljikovega monoksida (CO) in ogljikovodikov (HC). Za te dejavnike dizelski motorji v primerjavi z bencinskiminavadno v ozračje oddajajo sedemkrat več onesnaževal glede na emisije delcev. Bencin oddaja večje odstotke ogljikovega dioksida (CO2).

Flex motor

Fleks motor je motor, ki deluje z več vrstami goriva. V Braziliji je najpogostejše vozilo s prilagodljivim gorivom tisto, ki uporablja bencin in etanol.

Motor teh fleksibilnih avtomobilov je en sam. Da deluje tako z bencinom kot z etanolom, ima nekaj spremenljivk, ki vplivajo na njegovo delovanje. Med temi spremenljivkami lahko omenimo stehiometrično razmerje motorja (mešanica zrak / gorivo), ki se spreminja glede na značilnosti goriva, z večjo ali manjšo kurilno vrednostjo, ki spreminja tudi porabo goriva v motorju. Vozilo s prilagodljivim gorivom ima senzor, ki zazna mešanico goriva, vstavljeno v rezervoar, in prilagodi vbrizg glede na mešanico.