Nowe rozwiązania minimalizujące zapylenie

Z punktu widzenia ochrony środowiska najskuteczniejszą metodą minimalizującą wielkość zapylenia w naszym otoczeniu jest redukcja emisji pyłów u źródła ich emisji. Jej celem jest nie tylko obniżenie emisji cząstek i ich koncentracji we wdychanym przez nas powietrzu, ale również usunięcie wszelkiego rodzaju substancji, które są transportowane za ich pośrednictwem, np. metali ciężkich, substancji pylicotwórczych, takich jak krzemionka, pyły kwarcu, azbestu i węgla, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne oraz trwałe zanieczyszczenia organiczne, np. polichlorowane bifenyle – PCB.

Najważniejszym antropogenicznym źródłem emisji pyłów do atmosfery jest spalanie paliw kopalnych. Wysokie zapylenie powietrza towarzyszy m.in. budowaniu i remontowaniu budynków i infrastruktury transportowej, przeładunkom sypkich towarów, a także wytopowi i obróbce metali. W artykule skupiono się na minimalizacji zapylenia powstającego wyłącznie na skutek działalności człowieka.

Intensywny rozwój komunikacji jest wskazywany jako jedna z głównych przyczyn wzrostu zapylenia. Spalaniu paliw w silnikach wysokoprężnych (diesla) towarzyszy znacznie wyższa emisja cząstek stałych, głównie sadzy, niż w silnikach niskoprężnych, popularnie nazywanych silnikami benzynowymi. Z tego powodu układ wydechowy pojazdów z silnikami diesla wyposażony jest w filtr cząstek stałych. Pomimo że tego rodzaju filtry zostały skonstruowane prawie pół wieku temu, ich powszechny montaż w pojazdach został wymuszony dopiero wprowadzeniem coraz bardziej restrykcyjnych europejskich standardów emisji –od Euro 2 do obowiązującego obecnie Euro 6.

Filtry suche i mokre

Filtry cząstek stałych mają bardzo dużą powierzchnię wewnętrzną. Cząstki spalin osadzają się na porowatych ściankach filtra lub specjalnych włóknach, np. metalowych, ceramicznych, celulozowych i mineralnych. Z czasem ilość nagromadzonych zanieczyszczeń powoduje zapchanie się filtra, drastycznie obniżając jego wydajność. Ze względu na mechanizm usuwania pyłu z filtra dzieli się je na dwa rodzaje: mokre (obsługowe) i suche (bezobsługowe).

W filtrach suchych dochodzi do wypalenia cząstek stałych w odpowiednio wysokiej temperaturze (> 600ºC), natomiast w filtrach mokrych cząstki stałe są usuwane już w temperaturze ok. 300ºC za pomocą specjalnej cieczy będącej dodatkiem katalitycznym do paliwa, np. Eolys fluid. Pojazdy wyposażone w filtry mokre wymagają uzupełnienia tego dodatku i jednocześnie wymiany samego filtra, zgodnie z zaleceniami producenta, co wiąże się z większymi kosztami eksploatacyjnymi pojazdu. Przykładami koncernów instalujących w swoich pojazdach tego typu rozwiązania są m.in. Citroen, Peugeot, Ford, Fiat i Mazda. Do niewątpliwych zalet tego rodzaju filtrów zalicza się uniwersalność działania, bowiem skutecznie regenerują się niezależnie od trybu jazdy. Stosowane są też inne odmiany filtrów mokrych, w których powłoka substancji katalizującej znajduje się bezpośrednio na filtrze i nie jest już dodawana do paliwa.

Skuteczne rozwiązania

Doświadczenia w eksploatacji pojazdów wyposażonych w filtry suche wskazują, że miejski tryb jazdy (naprzemienne niskie i wysokie prędkości obrotowe silnika i krótsze dystanse) nie stwarza właściwych warunków do całkowitej regeneracji filtra. Wówczas może dojść do zapchania lub uszkodzenia filtra i zwiększenia zużycia paliwa, a dodatkowo nadmiar niespalonego paliwa zanieczyszcza olej silnikowy, co w konsekwencji może prowadzić do uszkodzenia silnika. Przykładem technologii rozwiązującej ten problem jest system aktywnej regeneracji, który dzięki zamontowaniu specjalnego palnika umożliwia regenerację filtrów, gdy temperatura gazów jest zbyt niska do redukcji cząstek stałych osadzonych na filtrze. Producenci aktywnych systemów regeneracji gwarantują 99,9-procentową skuteczność redukcji emisji cząstek stałych ze spalin. Ostatnio na rynku pojawiły się suche filtry dodatkowo wyposażone w warstwy sorbentów, umożliwiające dodatkowe „wyłapywanie” zanieczyszczeń gazowych, takich jak NO_x, np. zintegrowany układ CRT.

Oddzielną kategorią systemu oczyszczania spalin jest technologia D-Cat, stosowana przez koncern Toyota. Jednym z jej elementów jest niewymagający wymiany filtr cząstek stałych, którego regeneracja następuje poprzez sterowany oprogramowaniem pojazdu dodatkowy trysk paliwa do kolektora wydechowego zamiast do komory spalania silnika. Paliwo podczas spalania się podnosi temperaturę i tym samym umożliwia wypalenie zebranych w filtrze cząstek sadzy w odpowiednio wysokiej temperaturze.

Uszkodzenie filtra cząstek stałych, spowodowane zapchaniem można usunąć w specjalistycznych warsztatach samochodowych. Wówczas oferowana jest usługa tzw. wypalania wymuszonego, sterowanego za pomocą oprogramowania komputerowego pojazdu, lub usługa czyszczenia za pomocą specjalnych środków chemicznych po uprzednim demontażu filtra. Warunkiem przeprowadzenia tego typu napraw jest maksymalnie 80-procentowe „zapełnienie” powierzchni filtra, a powyżej tej wartości konieczna jest wymiana filtra na nowy. Należy zaznaczyć, że dostępne na rynku usługi demontażu filtra cząstek stałych są niezgodne z prawem i powodują zwiększenie ilości spalanego paliwa.

Rozwój technologii paliw alternatywnych oraz oczyszczania tradycyjnych paliw daje duże nadzieje na minimalizację zapylenia powietrza. Wielkość emisji cząstek stałych w silnikach diesla jest uwarunkowana m.in. składem paliwa, dlatego też stosowanie możliwie najlepszej jakości paliw przyczyni się do ograniczenia emisji cząstek stałych. Ponadto upowszechnienie rozwiązań technicznych wykorzystujących paliwa alternatywne, takie jak gaz (LPG i CNG) oraz wodór, niewątpliwie pozwoli zmniejszyć liczbę pojazdów napędzanych silnikami diesla i tym samym zmniejszyć ilość czołowych „producentów” cząstek pyłów.