Rozwikłanie nauki stojącej za powstawaniem wtórnych aerozoli

Wyobraź sobie światło słoneczne padające na panoramę miasta. Podczas gdy powietrze wydaje się spokojne, niewidoczne reakcje chemiczne przekształcają spaliny pojazdów w nowe, bardziej niebezpieczne zanieczyszczenia – wtórne aerozole. Te maleńkie cząsteczki nie tylko pogarszają jakość powietrza, ale także stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Ale jak dokładnie dochodzi do tej "alchemii emisji"?

Przełomowe badanie zbadało rolę przemian fotochemicznych w tworzeniu wtórnych aerozoli. Przeprowadzone w Laboratorium Spalania ILMARI Uniwersytetu Wschodniej Finlandii, badania skupiły się na dwóch samochodach osobowych zgodnych z normą Euro 6:

• Benzynowy SEAT Arona (Euro 6b) wyposażony w trójdrożny katalizator
• Dieslowski SEAT Ateca (Euro 6d-temp) wyposażony w katalizator utleniający, filtr cząstek stałych (DPF) i system selektywnej redukcji katalitycznej (SCR)

Korzystając z hamowni podwoziowej (Rototest VPA-RX3 2WD), naukowcy symulowali cztery różne scenariusze jazdy, aby odtworzyć warunki rzeczywiste i przeanalizować ich wpływ na powstawanie wtórnych aerozoli.

W badaniu starannie odtworzono cztery scenariusze jazdy, aby zrozumieć wzorce emisji w różnych warunkach:

• Zimny start i jazda ze stałą prędkością 70 km/h (CSC70): Symulacja uruchomienia silnika po dłuższej bezczynności (minimum 12 godzin), z pobieraniem próbek rozpoczynającym się natychmiast po zapłonie i osiągnięciem stabilnej prędkości w ciągu 15 sekund.
• Jazda autostradą z prędkością 120 km/h (D120): Odtworzenie jazdy z dużą prędkością w celu oceny emisji w typowych warunkach autostradowych.
• Duże obciążenie silnika (3000 obr./min, ~40 kW mocy na kołach): Naśladowanie wymagających sytuacji, takich jak wspinaczka pod górę lub przyspieszanie podczas wyprzedzania.
• Ekstremalne obciążenie silnika (5000 obr./min, ~50 kW mocy na kołach): Reprezentowanie scenariuszy maksymalnej wydajności w celu oceny limitów emisji.

W przypadku testów bez zimnego startu, naukowcy wstępnie przygotowywali silniki, uruchamiając je przy 3000 obr./min z obciążeniem 50 Nm przez pięć minut przed dostosowaniem do parametrów testowych, zapewniając stabilne temperatury silnika i stężenia emisji.

W badaniu uwzględniono różne rodzaje paliw, aby ocenić ich wpływ na środowisko:

• Pojazdy z silnikiem Diesla: Testowane ze standardowym biodieslem B7 (7% zawartości odnawialnej) i w 100% uwodornionym olejem roślinnym (HVO), czystszym, odnawialnym zamiennikiem.
• Pojazdy benzynowe: Oceniane przy użyciu komercyjnych mieszanek etanolu (E5, E10) i benzyny reformowanej (RFG) zawierającej około 20% zawartości alkoholu.

Wszystkie zmiany paliwa miały miejsce w certyfikowanych centrach serwisowych z dokładnym czyszczeniem zbiorników między testami, aby zapobiec zanieczyszczeniom krzyżowym.

Badania te dostarczają krytycznych informacji na temat tego, jak emisje z pojazdów ewoluują w świetle słonecznym, szczególnie w odniesieniu do tlenków azotu (NOx) i lotnych związków organicznych (VOC) – kluczowych prekursorów ozonu i wtórnych aerozoli. Wyniki sugerują:

• Warunki dużego obciążenia generują podwyższone emisje NOx i VOC, przyspieszając reakcje fotochemiczne
• Benzyna z dodatkiem etanolu może zwiększyć emisję aldehydów, potencjalnie zwiększając produkcję wtórnych aerozoli
• Zaawansowane systemy oczyszczania spalin (DPF, SCR) wykazują zróżnicowaną skuteczność w zależności od warunków pracy

Wyniki te posłużą do bardziej precyzyjnego modelowania jakości powietrza i pomogą decydentom w opracowaniu ukierunkowanych strategii redukcji emisji. Wraz z ewolucją technologii pojazdów i rosnącą elektryfikacją, przyszłe badania mogą zbadać, w jaki sposób pojazdy hybrydowe i elektryczne wpływają na powstawanie wtórnych aerozoli poprzez emisje niezwiązane ze spalinami i ścieżki produkcji energii.