Spaliny - Exhaust gas

Ta ciężarówka z silnikiem wysokoprężnym podczas uruchamiania silnika emituje spaliny bogate w czarne cząstki stałe.
Część serii na
Skażenie
Zanieczyszczenie powietrza3.jpg
Zanieczyszczenie powietrza
Zanieczyszczenia biologiczne
Zanieczyszczenie elektromagnetyczne
Zanieczyszczenia naturalne
Zanieczyszczenie hałasem
Zanieczyszczenie radiacyjne
Zanieczyszczenie gleby
Zanieczyszczenie odpadami stałymi
Zanieczyszczenie przestrzeni
Zanieczyszczenie termiczne
Widoczne zanieczyszczenie
Zanieczyszczenie wody
Różne
Listy

Kategorie

Spaliny lub spaliny są emitowane w wyniku spalania paliw takich jak gaz ziemny , benzyna (benzyna) , olej napędowy , olej opałowy , mieszanki biodiesla, czy węgiel . W zależności od typu silnika jest odprowadzany do atmosfery przez rurę wydechową , komin spalinowy lub dyszę napędową . Często rozprasza się z wiatrem, tworząc wzór zwany smugą wydechową .

Jest głównym składnikiem emisji z pojazdów silnikowych (i ze stacjonarnych silników spalinowych ), do których mogą również należeć:

Emisje z pojazdów silnikowych przyczyniają się do zanieczyszczenia powietrza i są głównym składnikiem powstawania smogu w niektórych dużych miastach. Badanie przeprowadzone w 2013 roku przez MIT wskazuje, że w samych Stanach Zjednoczonych dochodzi do 53 000 przedwczesnych zgonów rocznie z powodu emisji spalin. Według innego badania z tej samej uczelni, same spaliny powodują śmierć 5000 osób rocznie tylko w Wielkiej Brytanii.

Kompozycja

Największa część większości gazów spalinowych to azot (N 2 ), para wodna (H 2 O) (z wyjątkiem paliw z czystym węglem) i dwutlenek węgla (CO 2 ) (z wyjątkiem paliw bez węgla); nie są toksyczne ani szkodliwe (chociaż para wodna i dwutlenek węgla to gazy cieplarniane, które przyczyniają się do globalnego ocieplenia ). Stosunkowo niewielka część gazów spalinowych to niepożądane, szkodliwe lub toksyczne substancje, takie jak tlenek węgla (CO) z niecałkowitego spalania, węglowodory (właściwie oznaczone jako C x H y , ale zazwyczaj pokazywane po prostu jako „HC” na kartach badania emisji ) z niespalonego paliwa, tlenków azotu (NO x ) z nadmiernych temperatur spalania oraz cząstek stałych (głównie sadzy ).

Temperatura spalin

Temperatura gazów spalinowych (EGT) jest ważna dla funkcjonowania w katalizator, z w silniku spalinowym wewnętrznego spalania . Może być mierzona za pomocą miernika temperatury spalin . EGT jest również miarą stanu silnika w silnikach z turbiną gazową (patrz poniżej).

Silniki zimne

Para z rury wydechowej zimnego samochodu

W ciągu pierwszych dwóch minut po uruchomieniu silnika samochodu, który nie był eksploatowany przez kilka godzin, ilość emisji może być bardzo wysoka. Dzieje się tak z dwóch głównych powodów:

  • Wymagany wysoki stosunek powietrza do paliwa w zimnych silnikach : Po uruchomieniu zimnego silnika paliwo nie odparowuje całkowicie, co powoduje wyższą emisję węglowodorów i tlenku węgla , która zmniejsza się dopiero po osiągnięciu przez silnik temperatury roboczej. Czas trwania tej fazy rozruchu został skrócony dzięki postępom w materiałach i technologii, w tym sterowanemu komputerowo wtryskowi paliwa , krótszym długościom wlotu oraz wstępnemu podgrzewaniu paliwa i/lub wdmuchiwanego powietrza.
  • Niewydajny katalizator w niskich temperaturach : katalizatory są bardzo nieefektywne, dopóki nie zostaną podgrzane do temperatury roboczej . Ten czas został znacznie skrócony poprzez przesunięcie konwertera bliżej kolektora wydechowego, a tym bardziej umieszczenie małego, ale szybko nagrzewającego się konwertera bezpośrednio przy kolektorze wydechowym. Mały konwerter obsługuje emisje przy rozruchu, co daje wystarczająco dużo czasu na rozgrzanie większego konwertera głównego. Dalsze ulepszenia można wprowadzić na wiele sposobów, w tym ogrzewanie elektryczne, akumulator termiczny, wstępne ogrzewanie reakcji chemicznych, ogrzewanie płomieniowe i superizolację.

Podsumowanie emisji z samochodów osobowych

Szacunki Agencji Ochrony Środowiska USA dotyczące średnich emisji samochodów osobowych w Stanach Zjednoczonych w kwietniu 2000 r.
Składnik Wskaźnik emisji Roczne emitowane zanieczyszczenia
Węglowodory 2,80 grama/milę (1,75 g/km) 77,1 funtów (35,0 kg)
Tlenek węgla 20,9 gramów/milę (13,06 g/km) 575 funtów (261 kg)
NIE x 1,39 grama/milę (0,87 g/km) 38,2 funty (17,3 kg)
Dwutlenek węgla - gaz cieplarniany 415 gramów/milę (258 g/km) 11 450 funtów (5190 kg)

Porównywalna z europejskimi normami emisji EURO III, jaka została zastosowana w październiku 2000 r.

W 2000 roku Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych zaczęła wdrażać bardziej rygorystyczne normy emisji dla lekkich pojazdów użytkowych. Wymogi zostały wprowadzone stopniowo począwszy od 2004 r., a wszystkie nowe samochody osobowe i lekkie ciężarówki musiały spełniać zaktualizowane normy do końca 2007 r.

Stany Zjednoczone lekkich pojazdów, lekkich ciężarówek i średnich pojazdów pasażerskich — normy emisji spalin Tier 2 (dla pojemnika 5)
Składnik Wskaźnik emisji Roczne emitowane zanieczyszczenia
NMOG ( Lotne związki organiczne ) 0,075 grama/milę (0,046 g/km) 2,1 funta (0,95 kg)
Tlenek węgla 3,4 grama/milę (2,1 g/km) 94 funty (43 kg)
NIE X 0,05 grama/milę (0,0305 g/km) 1,4 funta (0,64 kg)
Formaldehyd 0,015 grama/milę (0,0092 g/km) 0,41 funta (0,19 kg)

Rodzaje

Silniki z zapłonem wewnętrznym

Wydech samochodowy

Silniki z zapłonem iskrowym i Diesla

Zobacz także: Kontrola emisji samochodowych

W silnikach o zapłonie iskrowym gazy powstające w wyniku spalania mieszanki paliwowo-powietrznej nazywane są spalinami. Skład różni się w zależności od silników benzynowych i wysokoprężnych, ale jest zbliżony do następujących poziomów:

Spaliny z silnika spalinowego
Wszystkie wartości są przybliżone 		% całości
Pogarszać Benzyna Diesel
azot 71 67
dwutlenek węgla 14 12
para wodna 13 11
tlen 10
Pierwiastki śladowe <0,6 ~ 0,3
Tlenki azotu < 0,25 < 0,15
tlenek węgla 1 - 2 <0,045
cząstki stałe <0,045
węglowodory < 0,25 <0,03
dwutlenek siarki możliwe ślady <0,03

10% tlenu dla „diesla” jest prawdopodobne, jeśli silnik pracował na biegu jałowym, np. na stanowisku testowym. Jest to znacznie mniej, gdy silnik pracuje pod obciążeniem, chociaż silniki wysokoprężne zawsze pracują z nadmiarem powietrza nad paliwem. Zawartość CO w silnikach benzynowych waha się od ~15 ppm dla dobrze zestrojonego silnika z wtryskiem paliwa i katalizatorem do 100 000 ppm (10%) dla bogato zestrojonego silnika gaźnikowego, takiego jak zwykle w małych generatorach i sprzęcie ogrodniczym.

Dodatek nitrometanu

Spaliny z silnika spalinowego, którego paliwem jest [nitrometan], będą zawierały opary [kwasu azotowego], które działają żrąco, a wdychane powodują reakcję mięśni uniemożliwiającą oddychanie. Ludzie, którzy mogą być na nią narażeni, powinni nosić [maskę gazową].

Silniki Diesla

Zobacz także: spaliny i sadza

Silniki z turbinami gazowymi

  • W samolotowych silnikach turbinowych „temperatura spalin” (EGT) jest podstawowym miernikiem stanu silnika. Zazwyczaj EGT jest porównywany z głównym wskaźnikiem mocy silnika zwanym „stosunkiem ciśnienia silnika” (EPR). Na przykład: przy pełnej mocy EPR będzie istniał maksymalny dozwolony limit EGT. Gdy silnik osiągnie etap swojego życia, w którym osiągnie ten limit EGT, silnik będzie wymagał specjalnej konserwacji w celu usunięcia problemu. Kwota, na którą EGT jest poniżej limitu EGT, nazywana jest marżą EGT. Margines EGT silnika będzie największy, gdy silnik jest nowy lub po remoncie. W przypadku większości linii lotniczych informacje te są również zdalnie monitorowane przez dział obsługi linii lotniczych za pomocą ACARS .

Silniki odrzutowe i silniki rakietowe

To, co wygląda jak spaliny z silników odrzutowych, jest w rzeczywistości smugą kondensacyjną .

W silnikach odrzutowych i rakietowych spaliny z dysz napędowych , które w niektórych zastosowaniach wykazują diamenty uderzeniowe .

Inne rodzaje

Od spalania węgla

Silniki parowe

W terminologii silników parowych spaliny to para, której ciśnienie jest teraz tak niskie, że nie może już wykonywać użytecznej pracy.

Główne emisje pojazdów silnikowych

NIE x

Smog w Nowym Jorku widziany z World Trade Center w 1988 r.

Monotlenki azotu NO i NO 2 ( NOx ) (wytwarzane w ten sposób lub naturalnie przez piorun ) reagują z amoniakiem , wilgocią i innymi związkami tworząc parę kwasu azotowego i powiązane cząstki. Małe cząsteczki mogą wnikać głęboko w wrażliwą tkankę płucną i ją uszkadzać, powodując w skrajnych przypadkach przedwczesną śmierć. Wdychanie gatunków NO zwiększa ryzyko raka płuc i raka jelita grubego. a wdychanie takich cząstek może powodować lub pogarszać choroby układu oddechowego, takie jak rozedma płuc i zapalenie oskrzeli i choroby serca.

W badaniu US EPA z 2005 r. największe emisje NO
x pochodzi z drogowych pojazdów silnikowych, przy czym drugim co do wielkości uczestnikiem jest sprzęt niedrogowy, czyli głównie stacje benzynowe i wysokoprężne.

Powstały kwas azotowy można wypłukać do gleby, gdzie staje się azotanem , co jest przydatne w uprawie roślin.

Lotne związki organiczne

Sprzęt pozadrogowy to głównie stacje benzynowe i diesla.

Kiedy tlenki azotu (NOx) i lotne związki organiczne (LZO) reagują w obecności światła słonecznego, powstaje ozon , podstawowy składnik smogu . Raport US EPA z 2005 r. podaje pojazdy drogowe jako drugie największe źródło LZO w USA na poziomie 26%, a 19% pochodzi z urządzeń niedrogowych, czyli głównie stacji benzynowych i wysokoprężnych. 27% emisji LZO pochodzi z rozpuszczalników stosowanych w producentach farb i rozcieńczalników do farb oraz w innych zastosowaniach.

Ozon

Ozon jest korzystny w górnych warstwach atmosfery, ale na poziomie gruntu podrażnia układ oddechowy , powodując kaszel, krztuszenie i zmniejszoną pojemność płuc. Ma również wiele negatywnych skutków w całym ekosystemie.

Tlenek węgla (CO)

Komputerowe zdjęcie tlenku węgla z satelity MOPITT, marzec 2010 r.

Zatrucie tlenkiem węgla jest najczęstszym rodzajem śmiertelnego zatrucia powietrzem w wielu krajach. Tlenek węgla jest bezbarwny, bezwonny i bez smaku, ale bardzo toksyczny. Łączy się z hemoglobiną, tworząc karboksyhemoglobinę , która blokuje transport tlenu. W stężeniach powyżej 1000 ppm jest uważany za bezpośrednio niebezpieczny i stanowi najbardziej bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia wynikające z pracy silników w słabo wentylowanej przestrzeni. W 2011 r. 52% emisji tlenku węgla pochodziło z pojazdów mobilnych w USA

Niebezpieczne zanieczyszczenia powietrza (toksyczne)

Przewlekłe (długotrwałe) narażenie na benzen ( C 6 H 6 ) uszkadza szpik kostny . Może również powodować nadmierne krwawienie i osłabiać układ odpornościowy , zwiększając ryzyko infekcji . Benzen powoduje białaczkę i jest związany z innymi nowotworami krwi i stanami przedrakowymi krwi.

Cząstki stałe (PM 10 i PM 2,5 )

Skutki zdrowotne wdychania pyłu zawieszonego w powietrzu były szeroko badane u ludzi i zwierząt i obejmują astmę , raka płuc , problemy sercowo-naczyniowe, przedwczesną śmierć . Ze względu na wielkość cząstek mogą przenikać do najgłębszych części płuc. Brytyjskie badanie z 2011 r. szacuje 90 zgonów rocznie z powodu PM pojazdu osobowego. W publikacji z 2006 r. amerykańska Federalna Administracja Drogowa (FHWA) stwierdza, że ​​w 2002 r. około 1% wszystkich emisji PM 10 i 2% wszystkich emisji PM 2,5 pochodziło ze spalin samochodowych pojazdów silnikowych (głównie z silników Diesla). silniki ).

Dwutlenek węgla (CO 2 )

Dwutlenek węgla jest gazem cieplarnianym . Emisje CO 2 pochodzące z pojazdów silnikowych są częścią antropogenicznego wkładu we wzrost stężenia CO 2 w atmosferze , który zdaniem zdecydowanej większości środowisk naukowych powoduje zmiany klimatyczne . Szacuje się, że pojazdy silnikowe generują około 20% antropogenicznej emisji CO 2 w Unii Europejskiej , przy czym samochody osobowe stanowią około 12%. Europejskie normy emisji ograniczają emisję CO 2 nowych samochodów osobowych i lekkich pojazdów. Średnia wielkość emisji CO 2 z nowych samochodów w Unii Europejskiej spadła o 5,4% w ciągu roku do pierwszego kwartału 2010 roku, do 145,6 g/km .

Para wodna

Spaliny samochodowe zawierają dużo pary wodnej .

Odzysk wody

Prowadzono badania nad sposobem, w jaki żołnierze na pustyniach mogą odzyskiwać wodę pitną z gazów spalinowych swoich pojazdów.

Redukcja zanieczyszczeń

Zobacz też: Zawór ssący powietrza

Normy emisji koncentrować na zmniejszenie zanieczyszczenia zawarte w gazach spalinowych w pojazdach, jak również z przemysłowych gazach stosy gazowe i inne zanieczyszczenia powietrza źródeł spalin w różnych dużych zakładów przemysłowych, takich jak rafineriach , zakładach przetwarzania gazu ziemnego, petrochemicznych roślin i chemicznych zakładów produkcyjnych . Są one jednak często określane mianem gazów spalinowych . Katalizatory w samochodach mają na celu rozkład zanieczyszczenia spalin za pomocą katalizatora. Płuczki na statkach mają na celu usuwanie dwutlenku siarki (SO 2 ) z morskich spalin. Przepisy dotyczące emisji dwutlenku siarki ze statków są coraz bardziej zaostrzane, jednak tylko niewielka liczba specjalnych obszarów na całym świecie została przeznaczona wyłącznie do stosowania oleju napędowego o niskiej zawartości siarki.

Jedną z zalet silników o zaawansowanej technologii parowej jest to, że wytwarzają one mniejsze ilości toksycznych zanieczyszczeń (np. tlenków azotu) niż silniki benzynowe i wysokoprężne o tej samej mocy. Wytwarzają większe ilości dwutlenku węgla, ale mniej tlenku węgla dzięki wydajniejszemu spalaniu.

Badania zdrowotne

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles School of Public Health twierdzą, że wstępne wyniki ich badań statystycznych dzieci wymienionych w California Cancer Registry urodzonych w latach 1998-2007 wykazały, że zanieczyszczenie komunikacyjne może być związane z 5% do 15% wzrostem prawdopodobieństwo niektórych nowotworów. Badanie Światowej Organizacji Zdrowia wykazało, że opary oleju napędowego powodują wzrost raka płuc.

Zlokalizowane efekty

California Air Resources Board stwierdzono w badaniach, że 50% lub więcej na zanieczyszczenie powietrza ( smog ) w południowej Kalifornii jest wynikiem emisji spalin. Stężenia zanieczyszczeń emitowanych z silników spalinowych mogą być szczególnie wysokie w pobliżu skrzyżowań z sygnalizacją z powodu pracy na biegu jałowym i przyspieszenia. Modele komputerowe często pomijają tego rodzaju szczegóły.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki