Sympozjum BOSMAL - profilaktycznie o amoniaku

fot. BOSMALDo powstania amoniaku nie potrzeba żadnych wyjątkowych składników ani okoliczności - proces spalania i katalizy spalin w zupełności wystarczają

Opracowanie zostało przygotowane przez specjalistów ośrodka BOSMAL – Piotra Bielaczyca, Antoniego Świątka, Andrzeja Szczotkę i Josepha Woodburna. Miało formę plakatową, bez wygłoszenia ustnego, a dotyczyła analizy emisji amoniaku (NH₃) przez silniki samochodów osobowych napędzanych benzyną, LPG i CNG. W tej chwili amoniak nie podlega wprawdzie kontroli i regulacji jako czynnik emitowany przez samochody, ale to może się zmienić w nieodległej przyszłości, dlatego BOSMAL już dziś dysponuje wynikami pomiarów uzyskanych w warunkach laboratoryjnych, z użyciem różnorodnych paliw. Jak zaobserwowano, NH₃ pochodzi w bardzo niewielkim stopniu z procesu spalania w silniku, natomiast większe ilości tego związku powstają w trakcie katalitycznej obróbki spalin. Ma to znaczenie o tyle, że amoniak łatwo wchodzi w reakcje i w efekcie przyczynia się do powstawania groźniejszych substancji, a także z łatwością tworzy aerozole, co ułatwia jego dystrybucję w środowisku. Gdy już dostanie się do atmosfery, rozprzestrzenia się z wiatrem i deszczem, prowadząc do skażenia ekosystemów wodnych i upraw oraz niszcząc materiały budowlane (np. elewacje budynków) oraz DNA organizmów, z którymi ma kontakt. Amoniak ma ponadto udział w tworzeniu tzw. wtórnych cząstek stałych. Ocenia się, że jeżeli emisji NH₃ nie podda się jak najszybciej kontroli, do 2020 r. może stać się najgroźniejszym czynnikiem wywołującym zakwaszenie wód, eutrofizację (niekorzystny nadmierny wzrost żyzności wód) oraz powstawanie wtórnych cząstek stałych.

fot. BOSMALWyniki uzyskane podczas badania pojazdu nr 1 (benzyna i LPG)

Jak już wspomniano, amoniak powstaje głównie poprzez obróbkę spalin w katalizatorze trójdrożnym. Zasysane do silnika powietrze zawiera śladowe jego ilości (poniżej 1 ppm), także w komorach spalania powstaje go bardzo niewiele. Utlenianie azotu i jego tlenków w układzie wydechowym, przy udziale wody i związków węgla (CO, HC), prowadzi jednak do wzrostu stężenia NH₃ w spalinach ulatujących z układu wydechowego. Towarzyszy to pożądanemu rozbiciu złożonych NO_X na prostsze związki, jednak okazuje się, że proces ten ma skutki uboczne.

BOSMAL przeprowadził testy zawartości amoniaku w spalinach z użyciem 3 małych i średnich samochodów osobowych europejskiej produkcji (ze sprawnymi katalizatorami) oraz dostępnych w ogólnym handlu paliw (benzyny, LPG i CNG). Badania wykonano w komorze klimatycznej, przy stałej temperaturze 24° C i wilgotności 35-40%, wykorzystując do tego celu dedykowany, samochodowy analizator zawartości NH₃ w spalinach oraz detektor chemiluminescencyjny. Pierwszy pojazd spełniał normę Euro 5 i był napędzany benzyną i LPG. Zależnie od metody pomiaru (UDC, EUDC lub NEDC), emisja amoniaku wyniosła od 4,46 do 6,7 mg/km na benzynie i 4,66-6,66 mg/km na LPG. Drugi pojazd, napędzany benzyną i CNG, spełniał normę Euro 4 i uzyskał następujące wyniki: 2,2-4,13 mg/km na benzynie i 1,04-2,34 mg/km na gazie ziemnym. Uwzględniając stosunek ilości węgla do wodoru w paliwie (Pb95 i CNG), osiągnięto jednak inne znormalizowane rezultaty: 4,16-7,8 mg/km dla benzyny i 4,16-9,38 mg/km dla metanu. Trzecie auto, wyłącznie benzynowe i spełniające tylko normę Euro 3, wykazało się emisją na poziomie 14,99-19,21 mg/km. Bez względu na te rozbieżności, wyniki można uznać za bardzo niskie i nie powodujące zagrożenia, jednak nie wyklucza to włączenia NH₃ w przyszłości do grona składników spalin podlegających regulacji. Co ważne, paliwa gazowe mają szansę przyczynić się do poprawy obecnego stanu rzeczy, ponieważ zawierają mniej substratów potrzebnych do tworzenia się cząsteczek amoniaku w spalinach.

fot. BOSMALWyniki badania pojazdu nr 2, po normalizacji

Wydawać by się mogło, że normy emisji spalin i założenia ich przyszłego kształtu powstają w bezdennych otchłaniach wielkich urzędów, w całkowitym oderwaniu od rzeczywistości. Nim jednak powstanie obowiązująca legislacja, konieczne są badania, doświadczenia i wnioski płynące z ośrodków naukowych (takich jak BOSMAL) i od producentów samochodów. Dlatego też sympozja takie jak to zorganizowane w Bielsku-Białej mają ogromne znaczenie dla rozwoju branży motoryzacyjnej i, pośrednio, stanu atmosfery i środowiska naturalnego w ogóle. Mamy nadzieję, że spotkanie branżowych specjalistów z dziedziny emisji spalin zaowocuje wieloma przełomowymi rozwiązaniami, które zostaną zaprezentowane podczas kolejnych edycji. Obchodzącemu 40. urodziny Instytutowi Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL życzymy więc sto lat, aby można było zorganizować jeszcze wiele podobnych sympozjów – także wtedy, gdy spaliny przestaną już być problemem dręczącym konstruktorów samochodów.