Emisja zanieczyszczeń z silników spalinowych jest obecnie ograniczana do minimum. Aby spełnić restrykcyjne wymagania narzucane np. przez unijnych włodarzy, producenci pojazdów wymyślają coraz to bardziej wyrafinowane metody ograniczające emisję poszczególnych substancji szkodliwych.
Wśród przykładów, które wpłynęły na drastyczną redukcję zanieczyszczeń z silników można wymienić zmniejszanie objętości skokowej, zmianę komory spalania, wprowadzenie dodatkowej komory spalania (tzw. wstępnej), zmianę układu wtryskowego, wykorzystanie innych olei, zastosowanie zaworu recyrkulacji spalin EGR, czy materiałów konstrukcyjnych, które wypływają na współczynnik tarcia wewnętrznego.
To jednak nie wszystko. Niektórzy eksperci twierdzą, że z jednostki napędowej, zasilanej m.in. benzyną, czy olejem napędowym "wyciśnięte" zostało już wszystko. Osiągnięcie obecnie obowiązujących norm nie byłoby możliwe bez wykorzystania układów oczyszczających spaliny znajdujące się w układzie wylotowym. Mowa tutaj m.in. o takich filtrach jak DPF/FAP czy SCR z dodatkiem AdBlue.
Źródła zanieczyszczeń powietrza
Mogłoby się wydawać, że podczas jazdy samochodem, szkodliwe cząstki do atmosfery emitują tylko silniki. To jednak nieprawda.
Źródeł zanieczyszczeń jest więcej. Podczas badań nad emisją zanieczyszczeń przez samochody, wykonuje się specjalne pomiary w komorze SHED, do której wstawia się nagrzany samochód. Bada się w cyklu dobowym tzw. emisję zewnętrzną (np. ze skrzyni korbowej, czy zbiornika paliwa). Okazuje się, że przez to, że cały układ napędowy nie jest w pełni szczelny, wraz z wychładzaniem się pojazdu dochodzi do emisji substancji szkodliwych z poszczególnych podzespołów.
Dużym zagrożeniem jest też emisja cząstek stałych z klocków hamulcowych. Okładziny cierne stanowią mieszankę różnych elementów. Wśród nich można wymienić: spoiwa, włókna, wypełniacze, dodatki cierne lub smary i materiały ścierne.
Podczas hamowania, w reakcji tarcia okładziny ciernej o tarcze hamulcową wytwarza się ciepło oraz dochodzi do ścierania się klocka hamulcowego. W następstwie, do atmosfery wydzielany jest pył zawierający m.in. cząstki PM10 i PM2.5. Są to składniki szczególnie niebezpieczne dla życia człowieka.
W zależności od stężenia tych substancji, może dochodzić do zwiększonej zachorowalności ludzi. W szczególności niebezpieczne są cząstki stałe o średnicy do 2,5 mikrometra.
Mogą one docierać do pęcherzyków płuc, penetrując naczynia krwionośne, a następnie przenikać do naszego układu krwionośnego. W konsekwencji mogą powodować choroby układu nerwowego, oddechowego, krążenia, pokarmowego, rozrodczego, czy immunologicznego.
W 2016 roku z powodu zanieczyszczenia powietrza cząstkami stałymi PM2.5 zmarło w Polsce ponad 46 tysięcy osób. Na przewleką chorobę płuc choruje obecnie około 10 proc. osób powyżej 40 roku życia. Jest to około 2 mln osób.
Rodzaje układów hamulcowych
Jak wiadomo w pojazdach stosowane są dwa główne układy hamulcowe: tarczowe – w których płaskie klocki hamulcowe trą o metalową tarczę i bębnowe – gdzie zakrzywione szczęki hamulcowe trą o obracający się bęben. Obecnie większą popularnością cieszą się te pierwsze.
Tarczowy układ hamulcowy, jak sama nazwa wskazuje, składa się z tarczy hamulcowej, która jest wykonana z żeliwa szarego, a w niektórych przypadkach z kompozytów węgla lub ceramiki. Najnowsze rozwiązania zakładają też produkcję tego elementu z aluminium.
50 proc. cząstek stałych emitowanych przez hamulce przedostaje się do atmosfery
Według badań, poziom emisji zanieczyszczeń przez układ hamulcowy, jest zależny od warunków, w których zachodzi hamowanie, od temperatury, prędkości jazdy, czy chemikaliów dostępnych w otoczeniu.
Biorąc pod uwagę powyższe, łatwo można stwierdzić, że największe stężenia cząstek powstałych przy hamowaniu, znajduje się w pobliżu ruchliwych skrzyżowań, sygnalizacji świetlnych, przejść dla pieszych, czy zakrętów.
Z szeregu publikacji naukowych wynika, że około 50 proc. cząstek stałych (z których 80 proc. stanowi PM10) powstałych ze zużycia hamulców emitowanych jest do atmosfery.
Reszta może osiadać na powierzchni drogi lub osadzać się na pojeździe. Powstawanie zanieczyszczeń z hamowania jest uważane za główne źródło emisji niezwiązanych z emisją z układu wylotowego, szczególnie w lokalizacjach miejskich.
Filtry na układy hamulcowe samochodów
Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie filtrów na zestaw cierny układu hamulcowego. Nad takim rozwiązaniem pracuje MANN + HUMMEL. Według podanych przez producenta informacji wynika, że w Niemczech, co roku powstaje około 10 000 ton cząstek pyłu hamulcowego. Pomiary na stanowiskach testowych wykazują, że ponad 90 proc. tego składa się z cząstek o średnicy mniejszej niż 0,55 mikrometra.
Ten problem nie dotyczy wyłącznie pojazdów samochodowych. Dłuższe wizyty w podziemnych stacjach kolejowych (metro) mogą być również szkodliwe dla zdrowia.
Dla przykładu, można przytoczyć pomiary w londyńskim systemie podziemnym, z których wynika, iż zanieczyszczenie powietrza cząstkami wdychanymi mieści się w zakresie od 500 do 1120 mikrogramów na metr sześcienny. Dla porównania, dzienny limit określony przez Unię Europejską wynosi 50 mikrogramów na metr sześcienny.
Udział cząstek stałych pochodzących z układu hamulcowego jest zależny od stylu jazdy, sposobu użytkowania, czy rodzaju pojazdu (także teoretycznie zero emisyjnych pojazdów elektrycznych). Auta eksploatowane np. w mieście, czy bardziej obciążone wykazują większą emisję pyłów, a więc cząstek stałych pochodzenia niesilnikowego. Rodzaj materiałów używanych do produkcji par ciernych również nie zostaje obojętny temu zjawisku. O ile efekty tego zjawiska są widoczne na obręczach kół, o tyle pyły najgroźniejsze dla człowieka w większości przypadków są niewidoczne. Powstawanie układów pochłaniających cząstki stałe z układów hamulcowych to kolejny krok w celu ograniczenia emisji tuż po poszukiwaniu niskopylących materiałów ciernych.
– mówi Mateusz Bednarski, specjalista ds. technicznych marki KAMOKA.
Specjalnie zaprojektowany filtr hamulcowy umieszczony jest w pobliżu hamulca. Jego zadaniem jest zatrzymywanie cząstek stałych, wytworzonych w wyniku tarcia okładziny ciernej o tarczę hamulcową.
Filtr składa się z wytrzymałej obudowy, która jest umieszczona bezpośrednio w zacisku hamulcowym. Według informacji producenta, nowe rozwiązanie można dopasować do każdej istniejącej przestrzeni instalacyjnej i do różnych wielkości, jak też koncepcji hamulców.
Badania laboratoryjne dały powód do radości. Filtr zatrzymywał do 80 proc. cząstek generowanych w procesie hamowania. Tym samym, nowe rozwiązanie może przyczynić się do poprawy stanu środowiska.
