Vše o palivech - Vznik škodlivin v motorech (9. díl)

Dostáváme se k tomu nejdůležitějšímu. Jak vznikají emise v palivech? Jaký je jejich princip a proč s nimi tak bojujeme? Dnes poznáte, že je to nerovný boj s mnoha protivníky.

Za všechno může kyslík a teplota. Ať se jedná o benzínový, nebo naftový motor. Každý z nich ale působí tak trochu jinak. Prostě nemůžeme souhrnně říct, že když je méně kyslíku, tak se celý chemismus hoření zblázní a z výfuku nám vypadávají uhelné brikety s jedovatými ampulemi plnými karcinogenů.

Navíc, ať se snažíme, jak se snažíme, stále nám do toho mluví příroda. Ta se snaží neustále něco zredukovat do takzvaného rovnovážného stavu. Sama se třeba brání stálému nárůstu teplot ve válci tím, že mění chemismus přeměny CO na CO2 apod. S teorií mechanismů hmotově-bilanční nebo reakčně-kinetické bychom vám tady mohli motat hlavu pěkně dlouho. Pojďme se raději přesunout k suché praxi a podívejme se na jednotlivé motory a jejich produkci emisí v takzvaných suchých spalinách.

Zážehové motory

Předkládáme vám dva grafy: graf vývoje emisí ve spalovacích motorech. V zážehových motorech se jedná o takzvanou regulační charakteristiku, kde na vodorovné ose je lambda, na svislé pak hodnoty emisí (ppm).
Jak jsme již psali, zážehové motory pracují v oblasti λ=1. Z našeho grafu je zcela zřejmá závislost tvorby CO a HC na nedostatku kyslíku. Nehomogenita směsi a disociace spalin prudce zvyšují vznik těchto chemických prvků.

Na druhou stranu oxidy dusíku mají svůj vrchol v mírně bohaté směsi. Jde o to, že tvorba NOx má zřejmou závislost na teplotě plamene. Takže NOx jsou také tradiční průvodci zatížení motorů. S klesáním zatížení také klesá jejich produkce.

U benzínových motorů tak musí konstruktéři velmi jemně procházet lehce kolem λ=1, aby docílili co nejlepšího vyvážení spalin. Bohužel do toho ještě vstupuje další předpoklad, jako například předstih zážehu, s jehož zvyšováním se prudce zvyšuje produkce NOx, a to v celém rozsahu regulační charakteristiky.

Naftové motory

Naftový motor je na rozdíl od zážehového regulován kvalitativně, a tak náš graf se jmenuje zatěžovací charakteristika. Na první pohled jde o ten samý graf, kde osy jsou stejné (λ/emise), ale čím vyšší λ, tím menší zatížení motoru. Naftové motory například při volnoběžných otáčkách mívají λ=10.

Je tedy zřejmé, jak prudce vzrůstá podíl sazí a NOx. CO je v naftovém motoru najednou jen nedůležitou součástí, která má malý podíl na celkových emisích. Z grafu tak jasně dostáváme jeden závěr – stále musíme mít u naftových motorů snahu o zvyšování objemu vzduchu, ve kterém by se nehomogenní směs mohla spálit. Jak toho docílit? Jako ideální se v tomto případě ukazuje přeplňování s chlazením stlačeného vzduchu.

Co to znamená?

Jak je zřejmé, emise ve výfukových plynech jsou trochu jiné, než se nám snaží vecpat do našich hlav populárněvědecké tlaky Evropské unie. Automobilům je výrazně omezováno CO₂, což je vlastně produkt dokonalé chemické oxidace a jeho detekce ve spalinách nám ukazuje na kvalitní proces hoření. Omezování CO₂ tak nakonec padá na hlavu spotřeby paliva. A právě proto byl také politiky vybrán jako vhodný nástroj pro snižování energetické závislosti na ropných produktech. O tom, co CO₂ dokáže, nemusíme pochybovat, ale oxid uhličitý byl vzat na pranýř za všechny ostatní emise a je bičován. Přitom příspěvek methanu k celkovému ohřívacímu potenciálu je 30x vyšší, než je to u CO₂. A proto také zemědělská výroba produkuje několikanásobně větší množství skleníkových plynů než doprava.

Pranýřování CO₂ má ovšem za následek to nejhorší, co se mohlo stát. Ostatní složky emisí jsou dnes na okraji zájmu a nehovoří se o nich. Emisní normy sice pamatují na NOx, HC a saze, ale problém je, že se o nich nehovoří. Například nedávno Mezinárodní rada pro čistou dopravu (ICCT) vzala patnáct soudobých vozů s naftovými motory a nedala je na motorovou brzdu, ale jezdila s nimi reálným provozem. Celkem u každého bylo 6 400 najetých kilometrů. Jen jediný vůz by prošel a ostatní překračovaly limity, a to dost výrazně. Průměr vypouštěných NOx ve spalinách byl 560 mg/km, což je sedminásobek povoleného limitu. Nejhorší z testovaných vozidel mělo dokonce naměřeno 2 000 mg/km NOx!

Co z toho vyplývá?

1) Výrobci vozidel mají testovací systém spotřeby a měření emisí zmáknutý do posledního detailu a nereálný test v laboratořích zcela jasně nehovoří o realitě.

2) Drakonické potlačování emisí, především CO₂, které je vlastně, jak jsme již výše řekli, produktem dokonalého spalování, jde zcela proti tvorbě ostatních emisí. Vyvážení těchto požadavků je jako balancování na napjatém laně nad minovým polem v plné kulometné palbě.

Vládci nad zákony by tedy měli spíš než šermováním tužkami začít hovořit se skutečnými odborníky a připravit takové zákony, které by zavedly opravdu reálný test měření spotřeby a emisí u automobilů. Zároveň ve spolupráci s těmito odborníky dokázali připravit rozumné normy emisí (označované jako EUROx), které by byly schopné moderní motory v reálném provozu (a ne jen laboratorně) splnit.

Příště se tak podíváme, jak se tedy bránit již vzniklým emisím. Jak pracuje katalyzátor, jak vstřikování močoviny apod.

Co jsme již zveřejnili?
Vše o palivech - Historie (1. díl)
Vše o palivech - Chemie paliv (2. díl)
Vše o palivech - Výroba paliv (3. díl)
Vše o palivech - Oktanové a cetanové číslo (4. díl)
Vše o palivech - Kvalita benzínu (5. díl)
Vše o palivech - Kvalita nafty (6. díl)
Vše o palivech - Spalování paliv (7. díl)
Vše o palivech - Emise - přehled škodlivin (8. díl)
Vše o palivech - Vznik škodlivin v motorech (9. díl)
Vše o palivech - Čištění výfukových plynů (10. díl)