Metode de reducere a emisiilor poluante

METODE DE REDUCERE A EMISIILOR POLUANTE

Emisiile din gazele de evacuare ale m.a.c. care sunt limitate prin norme legislative sunt monoxidul de carbon (CO), hidrocarburile (HC), oxizii de azot (NO_x) si particulele (PT si PM). Aceasta lista va fi in curand completata de dioxidul de carbon (CO2), limitare care impune scaderea consumului specific de combustibil.

Fata de emisiile existente in gazele de evacuare ale m.a.s.; gazele produse de m.a.c. cuprind un poluant definit prin metoda de masurare, este vorba de particule diesel, poluant care urmareste procedeul de determinare al emisiilor solide si lichide din gazele de evacuare printr^un procedeu de masura mai riguros decat masurarea opacitatii rumului.

Metodele de reducere a particulelor se impart in metode active, care urmaresc combaterea formarii acestora prin optimizarea combustiei si metode pasive, care au ca scop retinerea si oxidarea particulelor dupa ce acestea s-au format in camera de ardere. in categoria metodelor pasive (post-tratarea gazelor arse) sunt cuprinse filtrele de particule si catalizatorii de oxidare diesel. Alegerea celei mai potrivite metode de post-tratament depinde de analiza compozitiei particulelor din gazele arse, constatandu-se ca filtrele de particule sunt foarte eficiente in neutralizarea fractiunii insolubile, iar filtrele cu catalizatori de oxidare in neutralizarea fractiunilor solubile.

Exista o parere larg raspandita care afirma ca problema particulelor va fi in cele din urma rezolvata printr-o serie de masuri (metode active) care se vor aplica procedeului de combustie, supraalimentarii si racirii intermadiare a aerului de admisie, precum si masuri care vor viza reducerea consumului de ulei si a sulfului din combustibil.

Metodele pasive de reducere a emisiilor m.a.c. sunt in principal identice cu cele aplicate la m.a.s. pentru cazul poluantilor CO si HC, dispozitivul utilizat fiind denumit filtrul de oxidare sau catalizator de oxidare. Folosirea catalizatorilor de oxidare are ca scop reducerea substantiala a emisiilor de CO, HC precum si a fractiunii organice solubile a particulelor.

Conceptia conform careia scaderea NO_x poate fi realizata numai prin actiunea procesului de ardere se sprijinea pe trasaturile specifice arderii in motoarele diesel, neputandu-se aplica tratarile catalitice ca in cazul m.a.s.; Ia m.a.s. amestecul aer-combustibil omogen se situeaza intr-o plaja ingusta in jurul raportului stoichiometric, iar gazele arse pot fi trecute prin convertorul catalitic trivalent, fiind posibile, simultan, reactii de oxidare a CO si a HC, dar si de reducere a NO_x.

La m.a.c, arderea facandu-se cu exces mare de aer nu pot avea loc reactiile de reducere catalitica a NO_x, de aceea s-au preferat procedeele de prevenire a aparitiei NO_x cu pretul cresterii CO si HC, care au fost scazute prin actionarea catalizatorilor de oxidare.

Recent s-au dezvoltat metode pasive de tratare a gazelor arse bazate pe reactii catalitice de reducere a NO_x; sistemele sunt denumite sisteme de reducere a NO_x.

Reducerea NO_x prin metode active este considerata a fi o operatie dificila; care antreneaza modificari importante in procesul de combustibil. in cazul eforturilor de scadere a NO_x trebuie sa se tina seama de cele trei compromisuri pe care acest poluant regenereaza:

consum de combustibil;

C0₂;

Particule;

Cresterea temperaturii in camera de ardere echivaleaza cu cresterea temperaturii sursei calde, conform celui de=al doilea principiu al termodinamicii si implicit a randamentului termodinamic, pentru un proces considerat ideal; din punct de vedere calitativ, cresterea temperaturii in camera de ardere duce la scaderea consumului de combustibil si a CO2, favorizand producerea reactiilor de formare a NO_x.

Datorita caracteristicilor procesului de combustie si a compozitiei gazelor de evacuare ale motoarelor diesel, scaderea NO_x prin metode pasive a fost mult timp considerata inabordabila, dar in ultimul timp succesele inregistrate in chimia catalizatorilor au condus la tratarea catalitica a NO_x din gazele de evacuare in instalatii specializate, mai ales pentru situatiile in care rezultatele aplicarii metodelor active nu sunt multumitoare.

O mentiune speciala trebuie facuta asupra problemelor reducerii simultane a NO_x si a particulelor, pentru a se respecta valorile impuse de legislatie, reducere care implica acceptarea unui compromis, dat fiind faptul ca metodele de scadere a unuia din acesti poluanti duce la cresterea celuilalt. in planul metodelor pasive acest lucru impune ca inginerul proiectant sa aleaga intre aplicarea metodelor pasive de post-tratare a NO_x sau a particulelor. Totusi, odata cu asprirea regulamentelor, este probabil sa se foloseasca o combinatie a celor doua metode. Fara o asemenea combinatie este putin probabil ca motoarele diesel sa respecte standardele in vigoare.

Reducerea sulfului are cea mai mare contributie asupra scaderii particulelor, functie de ciclul de incarcare si de tipul motorului, sursele bibliografice apreciaza reducerea particulelor cu 30% la o scadere a sulfului de la 0.3 la 0.5%; reducerea sub acest prag nu este nici economica si nu mai duce la reduceri semnificative ale particulelor. Asupra emisiilor poluante gazoase nu s-au inregistrat modificari.

Reducerea aromatelor, desi contestata de cercetarile firmei Shell, este necesara fiind apreciat ca reducerea acestora de la 30% la 10% duce la scaderea particulelor cu 15-20%.

Cresterea cifrei cetanice duce la micsorarea intarzierii la autoaprindere, producand o ardere mai lina si zgomot redus. S-a inregistrat o scadere semnificativa a duratei de pornire. Cresterea CC duce la scaderea particulelor cu 5=20%, in functie de pozitia si marimea intervalului de crestere pe scara CC; marirea CC are efecte diferite asupra emisiilor gazoase in functie de marimea motorului.

Micsorarea densitatii intr-un anumit interval (0.845=0.825 Kg/l) duce la scaderea particulelor (5-15%), dar produce si o scadere a puterii produse pe ciclu.

Micsorarea vascozitatii duce la imbunatatirea calitatii amestecului, controland marimea picaturii din jetul de combustibil si implicit a emisiilor poluante.

Aditivarea pentru regenerarea filtrelor de particule serveste ca metoda pasiva de scadere a particulelor (asupra acestora se actioneaza dupa ce s-au produs in procesul de combustie) obtinandu-se eficiente de reducere de 70-90%.

O tendinta noua in constructia motoarelor diesel o reprezinta adaptarea unor dispozitive care sa realizeze variatia unor parametrii ai motorului, functie de caracteristicile combustibilului. In acest sens se pot folosi sonde pentru masurarea continutului de oxigen, senzor de densitate, senzori ai presiunii din camera de ardere, care sa urmareasca corelarea fenomenului de ardere cu CC, prin modificarea inceputului de injectie.

BIBLIOGRAFIE

[1] Berthold Grunwald, Nicolae Apostolescu- Neomogenitate termica si chimica a gazelor din motoarele cu ardere interna, Bucuresti 1975

[2] Vasilescu C.- Combaterea poluarii produsa de motoarele cu ardere interna

[3] Dan Bodolan, Nicolae Buzbuchi- Modelarea predictia si controlul emisiilor poluante a

motoarelor navale, Nautica 2005

[4] Virgiliu Dan Negrea, Venetie Sandu- Combaterea poluarii mediului in transporturile rutiere