Umazana 2 odstotka

Ko govorimo o avtomobilskem izpuhu, praviloma mislimo na škodljive snovi in pline v izpuhu. A v sestavi plinov v izpuhu je škodljivih snovi zelo malo. Poglejmo, zakaj.

V avtomobilskem motorju z notranjim zgorevanjem z mešanjem zraka in goriva v bolj ali manj nadzorovanem razmerju v procesu zgorevanja nastaja energija, katere del motor porabi za gibanje, nekaj pa jo v obliki toplote odda okolici. Gorivo sestavljajo ogljikovodiki (HC), zrak pa je sestavljen iz dušika (78 odstotkov), kisika (21 odstotkov) in nekaj drugih plinov (1 odstotek).

Izpuh v idealnih razmerah = dušik, ogljikov dioksid in voda

V idealnih razmerah oziroma ob popolnem zgorevanju bi izpušne pline sestavljali dušik (v obliki N2), ogljikov dioksid (CO2) in vodna para (H2O). Največ je dušika, ki skoraj v celoti nespremenjen steče skozi motor. Dušik zdravju ni škodljiv in ga živa bitja tudi vsakodnevno dihamo, saj skoraj 80 odstotkov ozračja sestavlja prav dušik. Kisik, ki ga vsesa motor, v zgorevalnih komorah reagira (zgori) z gorivom, ki ga sestav-ljajo ogljikovodiki, rezultat v izpuhu pa je mešanica ogljikovega dioksida in vodne pare. Če ta proces prevedemo v količine oziroma mase plinov, bi ob uporabi enega kilograma goriva v motor prišlo še 11,3 kilograma dušika in 3,4 kilograma kisika, v izpuhu pa bi ob tem izmerili 11,3 kilograma dušika, 2,4 kilograma ogljikovega dioksida in 1,2 kilograma vodne pare. 
Tako bi bil sestavljen izpuh v idealnih razmerah, ko motor teče z enakomerno obremenitvijo, mešanica zraka in goriva pa je v idealnem razmerju.

Zaradi nepopolnega zgorevanja nastajajo tudi druge snovi

A zgorevanje v avtomobilskih motorjih ni popolno – glavni razlog za to je dejstvo, da se obremenitve motorja nenehno spreminjajo in le redko ali nikoli motorji ne delujejo v idealnih razmerah, s tem pa tudi zgorevanje v zgorevalnih komorah ni popolno. Zato v procesu zgorevanja nastajajo – in pridejo v izpuh – še nekatere druge snovi – ogljikovodiki (HC), ogljikov monoksid (CO), dušikovi oksidi (NOx), žveplovi oksidi, trdni delci in še nekatere druge snovi. Vse te snovi so zdravju in okolju škodljive, zato jih imenujemo škodljivi plini oziroma snovi.

V skupnem deležu vseh plinov, ki pridejo iz izpuha, imajo te škodljive snovi razmeroma majhen delež približno 2 odstotka, pri čemer to velja tako za bencinske kot dizelske motorje. Je pa razmerje med posameznimi škodljivimi plini v teh dveh odstotkih glede na vrsto motorja različno; pri dizelskih motorjih, na primer, nastaja več dušikovih oksidov in sajastih delcev kot pri bencinskih motorjih.

Škodljiv del izpuha

Ogljikovodiki (HC) so ostanki goriva, ki v procesu zgorevanja ni v popolnosti zgorelo in zato najdejo pot v izpuh motorja. Glavni razlog za ogljikovodike v izpuhu so prebogata mešanica goriva in zraka, prenizke temperature v motorju in napačen vžig, včasih pa je za preveliko vsebnost ogljikovodikov krivo tudi puščanje goriva pri posodi za gorivo ali napeljavi. Sodobni motorji imajo zelo malo izpustov ogljikovodikov, saj delujejo na revno mešanico, vsi motorji pa imajo tudi katalizatorje, v katerih izgorijo ostanki ogljikovodikov. Po standardu euro 6 je meja za vsebnost ogljikovodikov v izpuhu za bencinske motorje postavljena pri 100 mg na kilometer.

Ogljikov monoksid (CO) nastane, ko v procesu zgorevanja ni dovolj kisika, da bi se ogljik v gorivu pretvoril v ogljikov dioksid. Povečano vsebnost monoksida v izpuhu običajno spremlja tudi povečana vsebnost ogljikovodikov, saj zaradi premalo kisika gorivna mešanica ne zgori do konca. Z uvedbo katalizatorjev se je vsebnost ogljikovega monoksida v izpuhu temeljito zmanjšala in sodobni avtomobili v ozračje izpustijo zanemarljivo količino strupenega ogljikovega monoksida.

Žveplovi oksidi (SOx) za zdravje niso neposredno nevarni, lahko pa v kombinaciji z vodo oziroma vodno paro ter dušikovimi oksidi tvorijo kisli dež, ki zastruplja okolje. A od leta 1990 do 2010 se je vsebnost žveplovih oksidov v izpuhu zaradi učinkovitosti katalizatorjev in goriva z minimalno vsebnostjo žvepla zmanjšala za 92 odstotkov in s tem precej pod mejo škodljivosti.

Trdni delci oziroma saje nastajajo pri zgorevanju kateregakoli goriva. Pri zgorevanju bencina trdne delce sestavljajo neizgorele različne primesi v gorivu; če motor deluje optimalno, je teh delcev malo, več pa jih je pri izrabljenih, slabše delujočih motorjih. Več neizgorelih trdnih delcev je v izpuhu dizelskih motorjev – največ saj nastane, ko motor še ni dovolj ogret, saj saje zgorijo pri temperaturah, ki so večje od 600 stopinj Celzija. Saje, ki nastanejo pri vožnji z neogretim motorjem, na primer pri krajših vožnjah po mestu, pri sodobnih motorjih pomaga čistiti poseben filter trdnih delcev (DPF), ki je zasnovan tako, da v gosto sito ujame čim več čim manjših sajastih delcev. Sodobni filtri so zelo učinkoviti, saj prepustijo le še minimalno količino trdnih delcev, ostalo pa se nalaga v gostem situ filtra. Ko je tako ujetih delcev preveč za prepustnost filtra, motorna elektronika samodejno oziroma periodično očisti filter tako, da z dodatno vbrizganim gorivom “zažge” ujete saje v filtru in ga tako očisti. Takšna regeneracija filtra običajno pomeni tudi nekaj večjo porabo goriva, mogoča pa je le, ko je motor ogret na delovno temperaturo.Pri trdnih delcih že nekaj časa ločujemo med maso in številom delcev v izpuhu; dolgo časa so emisijski standardi predpisovali le dovoljeno maso, po novem pa predpisujejo tudi dovoljeno število delcev v izpuhu, saj imajo zelo majhni delci majhno maso, so pa zdravju še bolj škodljivi, saj se lažje nalagajo – in prodirajo – v dihala ali celo človeške celice. S standardom euro 6 so prvič predpisali mejne vrednosti trdnih delcev tudi za bencinske motorje, saj imajo še zlasti sodobni turbo motorji manjših prostornin v izpuhu veliko trdnih delcev – celo toliko, da bodo morali biti v prihodnje tudi ti motorji opremljeni s filtri trdnih delcev.

Dušikovi oksidi (NOx) so generična oznaka za plin, ki zajema dušikov monoksid (NO) in dušikov dioksid (NO2). Dušikovi oksidi nastanejo kot reakcija med dušikom in kisikom (pa tudi oglikovodiki) pri visokih temperaturah v zgorevalnih prostorih motorja. Ko NOx v izpuhu reagira z zrakom iz ozračja, tvori ozon v nižjih plasteh ozračja, ta pa negativno vpliva na dihala (lahko povzroči tudi pljučnega raka). Dušikovi oksidi so med pomembnimi dejavniki tudi pri nastanku smoga.

Dušikovi oksidi nastajajo tako v bencinskih kot dizelskih motorjih, a jih de-nox katalizatorji pri bencinskih motorjih temeljiteje očistijo iz izpuha kot pri dizelskih. Dizelski motorji namreč delujejo pri nižjih temperaturah kot bencinski, zato imajo tudi izpušni plini nižjo temperaturo – katalizatorji zato manj učinkovito očistijo dušikove okside. Rešitev za to težavo je v uporabi že nekaj časa – gre za posebne de-nox katalizatorje in redukcijske katalizatorje (SCR). Slednji za delovanje rabijo dodatno kemijsko spojino oziroma dodatek v obliki sečnine, v kateri je amonijak (takšen značilen dodatek je poznan pod oznako adblue): dodatek se vbrizga v izpušno cev med oksidacijskim in SCR katalizatorjem, spojina pa nato reagira z dušikovimi oksidi in jih pretvori v dušik ter vodno paro. Rešitev je razmeroma učinkovita, saj v dušik in vodno paro pretvori več kot 90 odstotkov dušikovih oksidov v izpuhu, zahteva pa dodatno namestitev posode za dodatek, polnjenje te posode in sistem za vbrizgavanje, zaradi česar takšna rešitev ni poceni – ne za avtomobilskega izdelovalca, ne za uporabnika, ki mora dodatek adblue dotakati vsakih nekaj tisoč kilometrov.

Emisijski standard euro 6 je dizelskim motorjem močno znižal dovoljene izpuste dušikovih oksidov; po standardu euro 5 so lahko v ozračje izpustili 180 miligramov na kilometer vožnje, po novem standardu euro 6, ki za vse nove avtomobile velja od letošnjega septembra, pa je ta meja postavljena pri 80 miligramih na kilometer – s tem je skoraj izenačena z dovoljenimi vrednostmi za bencinske motorje, ki so postavljene pri 60 miligramih na kilometer. Precej strožji so emisijski standardi v ZDA; za najnovejše avtomobile z dizelskimi motorji je dovoljena vsebnost dušikovih oksidov le 5 miligramov na prevoženo miljo.