Emisja z pojazdów konwencjonalnych, dlaczego tak trudno jest ją obniżyć?

Walka z emisją z transportu stanowi znaczący problem. Inżynierowie dwoją się i troją, aby spełnić coraz bardziej restrykcyjne wymagania wprowadzane w poszczególnych zakątkach świata. Liderem pod tym względem jest Europa, która już pracuje nad kolejnymi restrykcjami. Powstaje więc pytanie czy da się jeszcze bardziej ograniczyć emisję z pojazdów o napędzie konwencjonalnym?

Sposobów na ograniczanie emisji w transporcie jest wiele. Wśród nich jednym z bardziej promowanym jest zastępowanie starszych pojazdów nowszymi, w szczególności tymi o napędzie nisko- lub zeroemisyjnym. To rozwiązanie choć skuteczne ma jednak pewną zależność. Użytkownicy starszych aut muszą mieć chęć, fundusze i świadomość, aby wymienić swoje cztery kółka na nowsze.

Innym sposobem jest wprowadzenie prawa, zakazującego wjazdu do centrów miast starszych pojazdów albo nawet tych o napędzie konwencjonalnym. Takie praktyki są coraz częściej dyskutowane. Wiele europejskich miast zapowiedziało takie działania w latach 2025-2035. Przykładem może być Amsterdam, gdzie nie już za parę lat nie będzie mógł wjechać żaden pojazd o napędzie konwencjonalnym. Choć tak restrykcyjne zmiany zaczną obowiązywać dopiero za parę lat, to producenci pojazdów nie mogą jednak spocząć i spokojnie czekać do tego czasu, gdyż od 1 września 2020 roku zacznie obowiązywać nowa norma emisji spalin – euro 6D. To spowoduje, że wiele aut już wyprodukowanych nie będzie mogła być zarejestrowana. Zapewne wynikiem tego będzie też usunięcie wielu jednostek napędowych z ofert.

Zobacz wideo Smog stwarza zagrożenie nie tylko zimą

Problemy techniczne

Niestety jest to naturalny kierunek, którego nie da się uniknąć. Wiele jednostek napędowych opartych na starszych założeniach konstrukcyjnych trudno jest dostosować do współczesnych wymagań. Wynika to z wielu kwestii. Wśród nich można wymienić choćby: inny dobór materiałów, gorsze parametry smarne czy po prostu tarcie wewnętrzne, które również ma wpływ na emisję.

Kolejną kwestią jest zależność związków toksycznych. Otóż w przypadku silników konwencjonalnych próba obniżenia jednego ze składników powoduje wzrost stężenia drugiego. Tak jest np. z tlenkami azotu, które powstają przy wysokich temperaturach. Natomiast w takich warunkach jest mniejsza emisja tlenku węgla czy węglowodorów. Tym samym konstruktorzy jednostek napędowych muszą szukać tak zwanego złotego środka. Pokłosiem tego jest stosowanie rozbudowanych systemów oczyszczania spalin.

W nowoczesnych samochodach – nie tylko dieslach – stosuje się filtry cząstek stałych (DPF – Diesel Particle Filter). Ze względu na spełnienie norm konieczne było dołożenie tego elementu również przy silnikach benzynowych (GPF – Gasoline Particle Filter). Poza tym w układach oczyszczania spalin stosuje się zawór EGR, filtr SCR z dodatkiem AdBlue czy reaktory katalityczne. Działania inżynieryjne nie opierają się tylko i wyłącznie na dokładaniu nowych podzespołów. Pracuje się również nad samą jednostką napędową, w której dąży się do zwiększenia sprawności, ograniczenia zużycia paliwa (a tym samym dwutlenku węgla) m.in. przez stosowanie wtrysku bezpośredniego, doładowania, jak też systemów odłączania cylindrów (COM – Cylinder On Demand). Niestety jak już wcześniej zostało wspomniane próba zniwelowania jednego czynnika wpływa na inny. Tak samo jest w tym przypadku. Wtrysk bezpośredni oraz doładowanie generują zwiększoną produkcję cząstek stałych – z tego względu stosuje się filtry DPF i GPF.

– Kolejne wprowadzane normy czystości spalin coraz bardziej ograniczają emisję substancji emitowanych z pojazdów. Normy czystości spalin to jedno, ale zmieniają się również wymagania eksploatacyjne (np. ograniczenie zużycia paliwa), czy podatkowe związane z emisją. Ograniczanie stężeń substancji szkodliwych w silnikach spalinowych nie jest łatwe. Ograniczenie stężenia jednej substancji często pociąga zwiększenie drugiej, stąd komplikują się systemy oczyszczania spalin i same konstrukcje silnika. Przykładowo ograniczenie zużycia paliwa czy emisji np. dwutlenku węgla w silnikach o ZI (zapłon iskrowy) może być realizowane za pomocą doładowania i wtrysku bezpośredniego (próba zwiększenia sprawności silnika), ale będzie powodować zwiększoną emisję cząstek stałych - stąd filtr cząstek stałych – komentuje Mateusz Bednarski Technical Trainer w firmie Kamoka.

Stary, ale jary

Inżynieria silnikowa już od wielu lat jest na wysokim poziomie. Dobrym przykładem może być 38-letni Mercedes W123, który po dołożeniu dodatkowego reaktora katalitycznego został przebadany według obowiązujących procedur homologacyjnych (WLTP – Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicle Test Procedure). Okazało się, że auto wyposażone w silnik Diesla (240D), o objętości skokowej 2,4-litra i mocy 72 KM, osiągnęło wynik 216 g CO2/km w laboratorium i średnio 190 g CO2/km podczas badań w rzeczywistych warunkach ruchu drogowego RDE (ang. Real Driving Emissions). Zbadano również emisję tlenków azotu (NOx), która wyniosła 0,805 g/km. Są to wyjątkowo dobre wyniki, gdyż odpowiednik testowanego Mercedesa – klasa E – emituje średnio 160 g CO2/km. Z kolei w przypadku NOx jest to mniejszy wynik niż Audi Q3 z 2-litrowym dieslem pod maską czy od Renault Scenic 1.6 dCi.

Choć są to zaskakujące wartości to trzeba uchylić rąbka tajemnicy i wspomnieć, że właściciel auta dołożył do całego układu wylotowego dodatkowy reaktor katalityczny. Dzięki temu auto z lat 80-tych jest w stanie spełnić normę Euro 3 – w przypadku tlenku węgla (CO), oraz Euro 6 – w odniesieniu do węglowodorów (HC). Z kolei NOx były przekroczone nieznacznie w odniesieniu do ustanowionego limitu w normie Euro 6 (limit: 500 mg/km).

Zobacz wideo

Tylko jeden kierunek

Choć producenci pojazdów dwoją się i troją, aby zmniejszyć emisję z silników spalinowych, ich starania powoli zaczynają dochodzić do ściany, ale nie przez brak możliwości technicznych. W tym wszystkim wkrada się jeszcze rachunek finansowy. Jeszcze większe ograniczenie emisji z jednostek konwencjonalnych byłoby możliwe, ale wymagałoby znaczących nakładów pieniężnych, co ostatecznie odczułby klient. Dlatego szuka się łatwiejszych rozwiązań, jak choćby wspieranie silników tłokowych, elektrycznymi rozwiązaniami.

Już w tym momencie jest wiele pojazdów wyposażonych w układy hybrydowe różnego rodzaju w tym: Mild Hybrid, hybryda klasyczna czy hybryda plug-in. Te opcje pozwalają na obniżenie niektórych emisyjnych składników. Badania naukowe przeprowadzone na terenie kraju jasno wskazały, że Mild Hybrid pozytywnie wpływa na emisję tlenku węgla, węglowodorów oraz tlenków azotu (choć w tym ostatnim przypadku dużą rolę odgrywa GPF). Jednak sami producenci w swoich danych deklarują, że emisja dwutlenku węgla (CO2) jest nieco większa niż z konwencjonalnej jednostki napędowej. Z kolei klasyczne hybrydy (liderem pod tym względem jest Toyota) są ciekawą propozycją, ale muszą mieć jak największy udział trybu w pełni elektrycznego, aby ich ekologiczność była opłacalna.

– Walka o obniżenie emisji polega dziś realnym zwiększeniu udziału sprzedaży aut niskoemisyjnych. Nasze doświadczenie uczy, że uzyskanie 50 proc. udziału hybryd w całościowych wynikach pozwala uzyskać wymagane obecnie limity unijne emisji CO2 i uniknąć kar finansowych. Ale ... jest jeden warunek. Hybrydy muszą mieć silną sekcję elektryczną, która decyduje o wysokim udziale trybu elektrycznego w łącznej jeździe (czyniąc z auta hybrydowego po części „elektryka”) – to potrafią jedynie full hybrydy (pełne czy też twarde) i Plug-Iny. Nie zrobimy takich wyników samymi mild hybrydami (czyli miękkimi - one nie potrafią jeździć wyłącznie „na prądzie”) – komentuje Robert Mularczyk PR Senior Manager Toyota Motor Poland oraz PR Senior Manager Toyota Central Europe.

W kwestii ekologii samego pojazdu bez wątpienia rozwiązaniem jest jego pełna elektryfikacja, ewentualnie wspierana przez ogniwo paliwowe zasilane wodorem. Wszystko wskazuje na to, że to właśnie taki kierunek obejmie świat, powoli eliminując klasyczne silniki tłokowe, przynajmniej z transportu lekkiego. W przypadku transportu ciężkiego jak na razie nie ma lepszego rozwiązania niż klasyczny Diesel.

Jednostki konwencjonalne, które w tym momencie dominują na świecie w pewnym sensie przechodzą kryzys. Widać to zwłaszcza w Europie, gdzie restrykcje emisyjne są najbardziej odczuwalne. To z ich powodu niegdyś uwielbiane silniki V8 i V12 znikają z rynków i są zastępowane mniejszymi odpowiednikami ze wspomaganiem elektrycznym. Niestety trzeba się pogodzić z kierunkiem, który obrał świat, mimo że jeszcze można nad jednostką spalinową popracować. Pytanie tylko czy komuś by się to opłacało.

Więcej o:
Copyright © Gazeta.pl sp. z o.o.