Αποκαλύπτοντας την Επιστήμη Πίσω από τον Σχηματισμό Δευτερογενών Αερολυμάτων

Φανταστείτε το ηλιακό φως να λούζει την πόλη. Ενώ ο αέρας φαίνεται ήρεμος, αόρατες χημικές αντιδράσεις μετατρέπουν τα καυσαέρια των οχημάτων σε νέους, πιο επικίνδυνους ρύπους—δευτερογενή αερολύματα. Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια όχι μόνο υποβαθμίζουν την ποιότητα του αέρα, αλλά θέτουν και σημαντικούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία. Αλλά πώς ακριβώς συμβαίνει αυτή η «αλχημεία εκπομπών»;

Μια πρωτοποριακή μελέτη έχει διερευνήσει τον ρόλο των φωτοχημικών μετασχηματισμών στη δημιουργία δευτερογενών αερολυμάτων. Διεξήχθη στο Εργαστήριο Καύσης ILMARI του Πανεπιστημίου της Ανατολικής Φινλανδίας, η έρευνα επικεντρώθηκε σε δύο επιβατικά οχήματα Euro 6:

• Ένα βενζινοκίνητο SEAT Arona (Euro 6b) εξοπλισμένο με τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα
• Ένα πετρελαιοκίνητο SEAT Ateca (Euro 6d-temp) με καταλύτη οξείδωσης, φίλτρο σωματιδίων πετρελαίου (DPF) και σύστημα επιλεκτικής καταλυτικής αναγωγής (SCR)

Χρησιμοποιώντας ένα δυναμόμετρο πλαισίου (Rototest VPA-RX3 2WD), οι ερευνητές προσομοίωσαν τέσσερα διαφορετικά σενάρια οδήγησης για να αναπαράγουν τις πραγματικές συνθήκες και να αναλύσουν τον αντίκτυπό τους στον σχηματισμό δευτερογενών αερολυμάτων.

Η μελέτη ανακατασκεύασε προσεκτικά τέσσερα σενάρια οδήγησης για να κατανοήσει τα πρότυπα εκπομπών υπό διαφορετικές συνθήκες:

• Ψυχρή Εκκίνηση και Πλεύση στα 70 km/h (CSC70): Προσομοίωση εκκίνησης κινητήρα μετά από παρατεταμένη αδράνεια (τουλάχιστον 12 ώρες), με δειγματοληψία που ξεκινά αμέσως κατά την ανάφλεξη και φτάνει σε σταθερή ταχύτητα εντός 15 δευτερολέπτων.
• Οδήγηση στον Αυτοκινητόδρομο στα 120 km/h (D120): Αναδημιουργία συνεχούς ταξιδιού με μεγάλη ταχύτητα για την αξιολόγηση των εκπομπών κατά τη διάρκεια τυπικών συνθηκών αυτοκινητοδρόμου.
• Υψηλό Φορτίο Κινητήρα (3000 rpm, ~40 kW ισχύος τροχού): Μίμηση απαιτητικών καταστάσεων όπως η ανάβαση σε λόφο ή η επιτάχυνση για προσπέραση.
• Ακραίο Φορτίο Κινητήρα (5000 rpm, ~50 kW ισχύος τροχού): Αντιπροσώπευση σεναρίων μέγιστης απόδοσης για την αξιολόγηση των ορίων εκπομπών.

Για τις δοκιμές εκτός ψυχρής εκκίνησης, οι ερευνητές προετοίμασαν τους κινητήρες εκτελώντας τους στις 3000 rpm με φορτίο 50 Nm για πέντε λεπτά πριν προσαρμοστούν στις παραμέτρους δοκιμής, εξασφαλίζοντας σταθερές θερμοκρασίες κινητήρα και συγκεντρώσεις εκπομπών.

Η μελέτη ενσωμάτωσε ποικίλες συνθέσεις καυσίμων για την αξιολόγηση των περιβαλλοντικών τους επιπτώσεων:

• Οχήματα Πετρελαίου: Δοκιμάστηκαν με τυπικό βιοντίζελ B7 (7% ανανεώσιμο περιεχόμενο) και 100% υδρογονοποιημένο φυτικό έλαιο (HVO), μια καθαρότερη εναλλακτική ανανεώσιμη πηγή.
• Βενζινοκίνητα Οχήματα: Αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας εμπορικά μείγματα αιθανόλης (E5, E10) και αναδιαμορφωμένη βενζίνη (RFG) που περιέχει περίπου 20% περιεκτικότητα σε αλκοόλη.

Όλες οι αλλαγές καυσίμων πραγματοποιήθηκαν σε πιστοποιημένα κέντρα σέρβις με σχολαστικό καθαρισμό της δεξαμενής μεταξύ των δοκιμών για την αποφυγή διασταυρούμενης μόλυνσης.

Αυτή η έρευνα παρέχει κρίσιμες πληροφορίες για το πώς εξελίσσονται οι εκπομπές των οχημάτων στο ηλιακό φως, ιδιαίτερα όσον αφορά τα οξείδια του αζώτου (NOx) και τις πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs)—βασικοί πρόδρομοι του όζοντος και των δευτερογενών αερολυμάτων. Τα ευρήματα υποδηλώνουν:

• Οι συνθήκες υψηλού φορτίου δημιουργούν αυξημένες εκπομπές NOx και VOC, επιταχύνοντας τις φωτοχημικές αντιδράσεις
• Η βενζίνη με αιθανόλη μπορεί να αυξήσει τις εκπομπές αλδεΰδης, ενδεχομένως αυξάνοντας την παραγωγή δευτερογενών αερολυμάτων
• Τα προηγμένα συστήματα μετεπεξεργασίας (DPF, SCR) επιδεικνύουν διαφορετική αποτελεσματικότητα ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας

Αυτά τα αποτελέσματα θα ενημερώσουν την πιο ακριβή μοντελοποίηση της ποιότητας του αέρα και θα βοηθήσουν τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής να αναπτύξουν στοχευμένες στρατηγικές μείωσης των εκπομπών. Καθώς η τεχνολογία των οχημάτων εξελίσσεται με την αυξανόμενη ηλεκτροκίνηση, μελλοντικές μελέτες μπορεί να εξετάσουν πώς τα υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματα επηρεάζουν τον σχηματισμό δευτερογενών αερολυμάτων μέσω μη εξάτμισης εκπομπών και οδών παραγωγής ενέργειας.