آلایندگی خودروهای گازسوز:                                            

(Pollutant)

به منظور بررسي تاثير گازسوز نمودن خودروها برمحيط زيست و بهداشت جامعه، ابتدا بهتراست برداشت درستي از تعريف آلودگي هوا، مواد آلاينده و منابع آنها و همچنين تاثير آلاينده ها بر بدن انسان و محيط زيست، داشته باشيم.

طبق تعريف انجمن مهندسين آلودگي هواي آمريکا، آلودگي هوا عبارتست از وجود مواد آلوده کننده در محيط اطراف نظير دوده، گرد و غبار، گازهاي سمي ((NOx,CO,HC,…، تشعشع راديواکتيويته، صدا، ذرات معلق شيميايي، بخار و مايعات اسيدي ..... که براي انسان، حيوانات و گياهان مضر مي باشد.

منظور از آلوده کردن محيط زيست عبارتست از مخلوط شدن مواد فوق با آب، هوا و خاک به نحوي که کيفيت فيزيکي و شيميايي يا بيولوژيکي آنرا تغيير داده و اثر زيانباري براي موجودات زنده داشته باشد.

در این قسمت، پس از توضيح آلاينده هاي اصلي خودروئي و اثرات سوء آنها بر سلامت بدن و محيط زيست، به معرفي مزاياي خودروهاي گازسوز در کاهش مقدار آلاينده ها مي پردازيم.

انواع آلاینده های منتشره از خودرو:

1) مونو اکسيد کربن (CO):

منواکسید کربن یک محصول واسطه در احتراق می‌باشد که درصورت اکسید نشدن کامل (CO به CO₂) این گاز، در گازهای خروجی باقی می‌ماند. از لحاظ تئوری می‌توان CO را از گاز خروجی موتور بنزینی با کارکردن در نسبت هوا به سوخت 14.7:1حذف کرد، ولیکن همواره مقداری CO، در حدود 1% حتی در مخلوطهای رقیق در گاز خروجی موجود است.

در هر شرایط کاری از بار، سرعت و نسبت هوا به سوخت ممکن نیست که CO به ‌طور کامل حذف شود. بنابراین رسیدن به 5/0% یک هدف منطقی به ‌نظر می‌رسد. آلودگی CO در هنگام کارکرد درجای موتور، زیاد و در هنگام کم‌ کردن شتاب، حداکثر می‌شود. این آلودگی در هنگام  سرعت‌های ثابت حداقل می‌باشد. کم‌کردن شتاب از سرعت‌های بالا، به‌علت بسته شدن نسبی دریچه گاز و کم ‌شدن ناگهانی مقدار O₂، موجب تولید بیشترین مقدار CO می‌شود.

2) اکسيدهاي نيتروژن(NOx ):

اکسیدهای نیتروژن معمولاً به ‌صورت NO و NO₂ می‌باشند. البته بسیاری دیگر از سایر اکسیدهای نیتروژن مانند N₂O₄، N₂O، N₂O₃ و N₂O₅ در مقادیر کم تولید می‌شوند، ولی سریعاً در شرایط متعارفی به NO₂ تجزیه می‌شوند.

دمای بالای محفظه احتراق و در دسترس بودن O₂ آزاد از مهمترین عوامل تولید NO و NO₂ به شمار می روند. حداکثر مقدارNO_x  در خروجی هنگامی مشاهده می‌شود که نسبت هوا به سوخت حدوداً 10% بیشتر ازمقداراستوکیومتری ‌باشد. مقدار هوای بیشتر از این مقدار، دمای بیشینه را کاهش می‌دهد و بنابراین غلظتNO_x حتی با وجود اکسیژن آزاد کاهش می‌یابد.

مهمترین فاکتورهایی که در تشکیل NO_x اثر دارند عبارتند از:

-          نسبت هوا به سوخت

-          زاویه آوانس

-          فشار منیفولد ورودی

-          بار موتور

-          نسبت تراکم

میزان تولید NO_x با افزایش فشار منیفولد ورودی، بار موتور و نسبت تراکم، زیاد می‌شود.

اثر نسبت هوا به سوخت در دو سرعت مختلف موتور و همچنین زاویه آوانس، در تولید اکسیدهای نیتروژن در شکلهای زیرنشان داده شده‌اند.

3) دي اکسيد گوگرد(SO2 ):

دی‌اکسید گوگرد گازی است بي‌رنگ كه بيشتر از سوختن سوخت‌هاي حاوي گوگرد مانند زغال‌سنگ و نفت و گازوئیل به ‌وجود مي‌آيد. منابع مولد، نيروگاه‌ها، وسايل گرم‌كننده، کارخانجات ذوب فلزات، پالايشگاه‌های نفت و صنايع كاغذسازی و خودروهای گازوئیل سوز مي‌باشند. همچنين اين گاز مي‌تواند توسط آتشفشان‌ها و در اثر برخورد آب اقیانوس‌ها با صخره‌ها و اسپری شدن آنها به‌ صورت ذرات سولفات وارد جو شود. دي‌اكسيد گوگرد مي‌تواند اكسيد شود و آلاينده ثانويه‌ای مانند تري‌اكسيد گوگرد (SO₃) را به‌وجود آورد. همچنین از ترکیب این گاز با آب موجود در هواي مرطوب، اسيد بسيار خورنده H₂SO₄ تشکیل می‌شود. باران اسيدي و اثر خورندگي اين اسيد از ديگر تبعات اين آلاینده مي‌باشند.

4) ذرات معلق(PM):

عنوان ذرات معلق به گروهي از ذرات جامد يا مايع اطلاق می‌شود كه به ‌اندازه كافي براي معلق ماندن در هوا سبک هستند و به‌ طورعمومي به‌ نام هوامیز شناخته می‌شوند. برخی از آلاينده‌ها مانند ذرات آهن، مس، نيكل، سرب، فيبرهاي آزبست و ارسنيک، ذرات جامد و كوچک كربن و دوده در این گروه جای دارند.

از آنجا كه اين نوع آلودگي معمولاً باعث كاهش ديد در محيط زيست می ‌شود، مهمترين نوع آلودگی تلقی مي‌شود. مهمترين مشكل در مورد اين نوع  آلودگی باقی ماندن آنها برای مدتی در جو می‌باشد، که با توجه به اندازه آنها و مقدار بارش باران وبرف،  این مدت زمان تغییر می‌کند. براي مثال ذرات بزرگتر و سنگين‌تر با قطر بیشتر از 10 ميكرون ( mm01/0) بعد از يك يا چند روز پس از انتشار به زمين مي‌نشينند، در حالي ‌كه ذرات كوچکتر‌ و سبكتر با قطر كمتر از یک ميكرون ( mm001/0) مي‌توانند در لایه‌های پايين جو براي چندين هفته به‌ طورمعلق باقي بمانند.

بسياري از ذرات معلق نم‌گیر مي‌باشند و وقتي لايه نازك آب روي این ذرات می‌نشیند، اندازه اين ذرات بزرگتر مي‌شود و هنگامی ‌که قطر اين ذرات به 1/0 تا 10 ميكرون رسيد، اشعه ورودي خورشيد را پخش مي‌كنند که به آسمان، ظاهري شيري رنگ مي‌دهد. اين ذرات معمولاً ذرات سولفات يا نيترات حاصل از احتراق موتورهای ديزل و نيروگاه‌ها مي‌باشند و هنگامی‌که با آب باران واکنش شیمیایی می‌دهند، باران‌های اسیدی را به‌ وجود می‌آورند.

5) ازن(O3 ):

ازن یک ماده سمی ‌با بوی بسیار بد است که چشم‌ها و لایه‌های مخاطی سیستم تنفسی را اذیت می‌کند. ازن همچنین از رشد درختان کاسته و به محصولات کشاورزی آسیب می‌رساند.

ازن به ‌طور طبیعی در استراتوسفر (استراتوسفر قسمتی از جو می‌باشد که بالای تروپوسفر قرار دارد و بین 10 تا 50 کیلومتر بالاتر از سطح زمین قرار دارد) توسط واکنش بین مولکول و اتم اکسیژن تشکیل می‌شود. در آنجا استراتوسفر یک لایه محافظ در برابر اشعه مضر ماوراء بنفش تولید می‌کند. با این حال نزدیک سطح زمین در هوای آلوده، ازن (که معمولاً ازن تروپوسفر نامیده می‌شود) یک آلاینده ثانویه است که مستقیماً وارد جو نمی‌شود، بلکه این گاز توسط یک سری واکنش‌های پیچیده شیمیایی که شامل آلاینده‌هایی مانند اکسید نیتروژن و ترکیبات آلی فرّار (هیدروکربن‌ها) می‌باشد، تشکیل می‌شود. از آنجا که نور خورشید برای تولید ازن لازم است، غلظت ازن در تروپوسفر معمولاً در بعد ازظهرها و در ماه‌های تابستانی بیشتر می‌شود.

در هوای آلوده تولید ازن هنگامی ‌آغاز می‌شود که مطابق واکنش زیر نور خورشید (با طول موج کمتراز41/0 میکرومتر) دی اکسید نیتروژن را به اکسید نیتروژن و اتم اکسیژن تجزیه‌ کند:

NO₂+ Solar Radiation → NO +O

سپس اتم اکسیژن با مولکول اکسیژن (در حضور مولکول سوم M) ترکیب می‌شود و ازن را به ‌وجود می‌آورد:

O₂+O+M → O₃+M

ازن سپس با ترکیب ‌شدن با اکسید نیتروژن تجزیه می‌گردد:

O₃+NO → NO₂+O₂

پس در هواي آلوده توليد ازن با شدت نور خورشيد نسبت مستقيم دارد، به همين علت در زمستان مقدار ازن به حداقل مي رسد. اگر نور خورشید وجود داشته باشد، دی‌اکسید نیتروژن تازه تشکیل شده، به اکسیدنیتروژن و اتم اکسیژن تجزیه می‌شود. اتم اکسیژن سپس با مولکول اکسیژن ترکیب می‌شود و مجدداً ازن تشکیل می‌گردد.

6) هیدروکربن‌های نسوخته ( (HC:

آلودگی هیدروکربن‌های نسوخته به‌ علت ایجاد احتراق ناقص درمحفظه احتراق می‌باشد. مقدار آلودگی هیدروکربن‌ها بسیار وابسته به پارامترهای طراحی مانند سیستم مکش و محفظه احتراق و پارامترهای کاری مانند نسبت هوا به سوخت، سرعت، بار و مُدهای مختلف کاری مانند در جا کارکردن، حرکت یا شتاب گرفتن می‌باشد. 

در این میان تاثیرطراحی محفظه احتراق بسیار مهم می‌باشد چرا که مخلوط هوا و سوخت ممکن است با دیواره برخورد ‌کند و نسوزد. این مخلوط نسوخته در مرحله تخلیه بیرون برده می‌شود و غلظت هیدروکربن‌های نسوخته در گازهای خروجی افزایش می یابد.

7) گازهای گلخانه ای:

گازهایی چون دی‌اکسید کربن (CO₂)، متان (CH₄) و دی‌اکسید نیتروژن (NO₂) که از خودرو منتشر می شوند، جزء گازهای گلخانه ای به شمار می روند، که وجود آنها در جو زمين باعث افزایش گرمای زمین و در نتیجه از بین رفتن گیاهان، ذوب شدن یخچالهای طبیعی و....   می گردد.

 در این میان، CO₂  بیشترین سهم را در صنعت حمل و نقل به خود اختصاص داده است، چرا كه اين گاز محصول احتراق سوخت‌هاي كربن‌دار مانند بنزين و گازوئیل(كه هر دو نسبت به گاز طبیعی، كربن بيشتري دارند) مي‌باشد.

متان (CH₄) نيز گاز گلخانه‌اي مهمي در ارتباط با صنعت حمل و نقل مي‌باشد، زیرا اين گاز در بسياري از سوخت‌ها موجود است (به‌عنوان مثال در حدود 95% گاز طبيعي با توجه به نوع مخلوط از متان تشكيل شده است). همچنین انتقال آن به جو از طریق نشت از زيربناها و سيستم‌هاي انتقال سوخت نیز صورت مي‌گيرد. این انتقال شامل نشت از خودرو نيز مي‌باشد. علاوه بر اين، CH₄، 23 برابر CO₂ پتانسيل گرم‌ شدن جهاني (GWP) دارد و بنابراین در طول 100 سال حجم كمتر اين گاز نسبت به CO₂ مي‌تواند چند برابر آلودگي‌ ایجاد كند.