Мочевина в дизельное топливо для чего
Мочевина для дизеля: что это?
Мочевина для дизельных силовых агрегатов представляет собой активный компонент, который принимает непосредственное участие в работе очищающих SCR-систем. Такие системы являются составным компонентом очищающего комплекса, который обеспечивает поддержание уровня токсичности отработавших газов дизельных двигателей в соответствии со стандартами Евро-4, Евро-5 и Евро-6.
Сама дизельная мочевина представляет собой жидкость-реагент, состоящий из деминерализованной воды и мочевины (водный раствор мочевины). Далее мы рассмотрим, зачем нужна и как работает мочевина в дизельных двигателях для очистки выхлопа.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое система EGR. Из этой статьи вы узнаете об устройстве и принципах работы системы рециркуляции отработавших газов.Содержание статьи
Дизельный мотор и экология
По мере развития технологий к двигателям внутреннего сгорания стали выдвигаться все более жесткие нормы и требования касательно вредности выхлопных газов. Установка каталитических нейтрализаторов на бензиновые ДВС позволила достаточно эффективно решить данную проблему. Более того, инженерам удалось выполнить поставленную задачу без существенных конструктивных изменений самого двигателя и его топливной аппаратуры.
Катализатор устанавливается в выхлопную систему. Корпус такого каталитического нейтрализатора имеет двойные стенки, между которыми находится специальная жаропрочная оболочка. Также внутри катализатора имеются особые «соты», которые могут быть изготовлены из керамики или металла. Указанные соты покрывают небольшим слоем вещества, которое вступает в химическую реакцию с отработавшими газами. Другими словами, активное вещество на сотах представляет собой катализатор, который превращает вредные соединения в выхлопе путем их окисления в углекислый газ, азот и воду.
Сегодня широко используются катализаторы, которые имеют в своей основе три компонента: платину, палладий и родий. Платина и палладий нейтрализуют угарный газ и углеводороды, в то время как родий эффективно взаимодействует с окислами азота. К преимуществам таких каталитических нейтрализаторов относят эффективность работы, простоту их изготовления, а также долгий срок службы.
Что касается дизельных двигателей, в списке токсичных компонентов в составе их отработавших газов (в отличие от бензинового агрегата) присутствует сажа. Также в значительной мере отмечено наличие оксида азота. Образование большого количества сажи возникает по причине индивидуальных особенностей процесса смесеобразования в моторах на солярке.Хорошо известно, что сажа является вредным канцерогеном, который может спровоцировать образование раковых клеток. Стоит отметить, что попытки снизить количество сажи в выхлопных газах дизеля приводят к значительному увеличению содержания оксида азота, а снижение выбросов оксида азота означает резкое увеличение количества сажи. Другими словами, уменьшение содержания одного токсичного компонента приводит к закономерному увеличению другого. Данная особенность затрагивает различные режимы работы дизельного двигателя.
Для борьбы с сажей дизельные автомобили оснастили сажевыми фильтрами. Работают такие фильтры по принципу специального уловителя. Частицы сажи оседают на сетке фильтра. Когда сетка забивается, система управления двигателем активирует процесс дожигания сажи, реализуя таким образом регенерацию сажевого фильтра и нормализацию его пропускной способности.
Использование мочевины для очистки выхлопа
Ужесточение экологических норм и стандартов подтолкнуло автопроизводителей к созданию еще более совершенных систем, которые сегодня активно используются на дизельных ДВС. Такие решения позволили добиться снижения количества оксида азота.
Одной из наиболее распространенных схем очистки является технология Bluetec. В такой системе применен целый комплекс очищающих выхлоп элементов:
- сажевый фильтр;
- окислительный катализатор;
- жидкостная система для нейтрализации оксида азота;
Данное решение разработано и активно используется немецким автогигантом Mercedes-Benz на различных моделях коммерческих и легковых дизельных авто. Грузовики, оснащенные Bluetec, имеют отдельный бак, в который заливается активный реагент под названием AdВlue. Указанный реагент представляет собой раствор мочевины с водой (вода и аммиак). Специальное дозирующее устройство осуществляет автоматический впрыск раствора мочевины в выпускную систему дизельного авто, где происходит перемешивание отработавших газов и раствора мочевины для дизеля.
После смешивания мочевины с выхлопом указанная смесь попадает в нейтрализатор SCR (англ. selective catalytic reduction). Такой нейтрализатор отличается тем, что работает по избирательному принципу. Аммиак, который находится в составе мочевины для дизеля, вступает в реакцию с окислами азота под воздействием катализирующего слоя в нейтрализаторе и высокой температуры до 300 градусов по Цельсию. Результатом становится разложение окислов азота на азот и воду. Также в нейтрализаторе догорают и другие токсичные соединения. Похожая схема применяется и на легковых авто с указанной системой очистки.
Преимущества и недостатки дизельных нейтрализаторов с мочевиной
Периодический впрыск раствора мочевины в выпускной тракт является абсолютно безвредным для окружающей среды, так как мочевина представляет собой органический продукт. Система осуществляет самостоятельный подбор момента, скорости впрыска и количества подаваемой мочевины зависимо от режима работы ДВС, нагрузки на мотор и интенсивности образования выхлопных газов.
- Главным плюсом от использования такой очистки является экологичность двигателя без необходимости снижать его мощность. Выхлоп дизеля после очистки становится водой, азотом и углекислым газом. Окислы азота в катализаторе превращаются в инертный газ, который не представляет угрозы.
- Также необходимо отметить полное соответствие нормам Евро и другим экостандартам в развитых странах, что означает свободное передвижение без штрафов и ограничений, а также снижение налогообложения.
- Что касается расхода реагента и цены на дизельную мочевину, то для легковых автомобилей требуется в среднем 100-150 мл. мочевины для дизеля на 100 километров пути. Получается, 10 литров реагента хватит на 10 тыс. км пробега. Грузовики закономерно расходуют больше раствора, что будет напрямую зависеть от объема ДВС. Большегрузные автомобили могут использовать на «сотню» около 1.5 литров мочевины и более, позволяя пройти на 20-литровой канистре всего 1000-1500 км.
- Отметим, что канистра мочевины для дизеля обойдётся около 7-10 у.е. В продаже реагент представлен в виде готового раствора, который обычно фасуется в емкости по 20 литров. Мочевину для дизеля предлагают несколько компаний-производителей, доступен как искусственный продукт, так и органический.
Среди недостатков использования мочевины для дизеля стоит выделить дополнительные расходы на сам реагент, а также необходимость технического обслуживания аппаратуры, которая обеспечивает работу жидкостной системы очистки.
Еще одной особенностью является повышенная требовательность системы к качеству топлива, так как нейтрализаторы с впрыском мочевины предполагают нормальную работу только на низкосернистой солярке. Также необходимо отдельно учесть, что раствор мочевины склонен замерзать при температурах около -12 градусов по Цельсию. С учетом данной особенности автомобили с подобными решениями можно без проблем эксплуатировать только в регионах с теплым и умеренным климатом.
Читайте также
Что такое дизельное топливо?
Дизельное топливо является общим термином для нефтяного дистиллятного мазута, продаваемого для использования в автомобилях, использующих двигатель с воспламенением от сжатия, названный в честь его изобретателя, немецкого инженера Рудольфа Дизеля. Он запатентовал свой оригинальный дизайн в 1892 году.
Одним из видов топлива, которое Рудольф Дизель первоначально рассматривал для своего двигателя, было растительное масло, идея, которая в конечном итоге способствовала производству и использованию биодизеля сегодня.
Дизельное топливо производится из сырой нефти
Дизельное топливо очищается от сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах. Нефтеперерабатывающие заводы США производят в среднем от 11 до 12 галлонов дизельного топлива из каждого 42-галлонного (США) барреля сырой нефти.
До 2006 года большая часть дизельного топлива, продаваемого в Соединенных Штатах, содержала большое количество серы. Сера в дизельном топливе производит выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, которые вредны для здоровья человека.В 2006 году Агентство по охране окружающей среды США издало требования по снижению содержания серы в дизельном топливе, продаваемом для использования в Соединенных Штатах. Требования были постепенно введены в действие, начиная с продажи дизельного топлива для транспортных средств, используемых на дорогах, и в конечном итоге включая все внедорожное дизельное топливо. Дизельное топливо, которое в настоящее время продается в Соединенных Штатах для использования на дорогах, представляет собой дизельное топливо с ультранизким содержанием серы (ULSD), содержание серы в котором составляет 15 частей на миллион или менее. Большая часть дизельного топлива, продаваемого для внедорожного (или внедорожного) использования, также является ULSD.
Грузовой автомобиль с дизельным двигателем
Источник: Сток-фото (защищено авторским правом)
Увеличить
Дизельное топливо имеет много применений
Большинство грузовых и грузовых автомобилей, а также поездов, автобусов, лодок, а также сельскохозяйственных, строительных и военных транспортных средств имеют дизельные двигатели. Некоторые маленькие грузовики и автомобили также имеют дизельные двигатели.Дизельное топливо также используется в генераторах дизельных двигателей для выработки электроэнергии, например, в отдаленных деревнях на Аляске и в других местах по всему миру. На многих промышленных объектах, в крупных зданиях, учреждениях, больницах и коммунальных службах установлены дизельные генераторы для резервного и аварийного электроснабжения.
В 2019 году потребление дистиллятного топлива (в основном дизельного топлива) транспортным сектором США составило примерно 47,2 миллиарда галлонов (1,1 миллиарда баррелей). Эта сумма составила 15% от общего объема U.S. потребление нефти и, в расчете на энергосодержание, около 23% от общего потребления энергии транспортным сектором.
Последнее обновление: 12 июня 2020 г.
,ИЗОБРАЖЕНИЕ: Опытный дизельный грузовик с баком для мочевины и блоком SCR. смотреть больше
Кредит: DaimlerChrysler Power Systems
емкости с мочевиной будут стандартным оборудованием для большинства новых дизельных грузовиков, автобусов, легковых автомобилей и спортивных транспортных средств (внедорожников), произведенных в Соединенных Штатах после 1 января 2010 года. Автомобильный сорт мочевины будет впрыскиваться в поток выхлопных газов транспортных средств. «очистить» оксид азота (NOx) от выхлопа дизеля.
NOx, основной загрязнитель воздуха, способствует образованию смога, который вызывает астму, заболевания дыхательных путей и сердца.
Система, SCR мочевины или «избирательное каталитическое восстановление на основе мочевины», является единственной доступной технологией, которая может удалять достаточное количество NOx из выхлопных газов дизеля, чтобы соответствовать строгим новым ограничениям, установленным Агентством по охране окружающей среды США (EPA), говорит Гленн Кедзи, Экологический совет для Американских ассоциаций грузоперевозок.
Автомобильная мочевина, называемая в США «дизельной выхлопной жидкостью» (DEF) и AdBlue, торговая марка в Европе, сокращает выбросы NOx на целых 90% и может использовать NOx почти до нуля при использовании в комбинации с технологией дизельного сажевого фильтра, говорит Ким Доран, представитель недавно сформированной Североамериканской группы заинтересованных сторон SCR и редактор FactsAboutSCR.com, веб-сайт, посвященный новостям SCR.
DEF и AdBlue представляют собой водный раствор мочевины 32 (AUS 32), прозрачный 32,5% азотный раствор мочевины высокой чистоты в деминерализованной воде. Как утверждают производители, растворы мочевины безопасны в обращении. AdBlue можно купить оптом в Европе или литром на некоторых станциях технического обслуживания.
Появление DEF и AdBlue создает новый спрос на мочевину, наиболее широко используемое в мире азотное удобрение. Некоторые обеспокоены тем, что новое использование приведет к росту цен на удобрения.Другие считают, что это будет стимулом для производителей увеличить производство и, следовательно, снизить цены.
«Мы знаем о переходе традиционных пищевых культур, таких как кукуруза или сахарный тростник, на биотопливо, такое как этанол, - но теперь мочевина, основной вклад в производство продуктов питания, также идет на топливо», - говорит д-р Амит Рой, президент и главный исполнительный директор Международный центр плодородия почв и развития сельского хозяйства (IFDC).
"По иронии судьбы, очистка окружающей среды является ключевой причиной обеих технологий."
Производители, использующие мочевину SCR технологии
Более полумиллиона дизельных грузовиков в Европе в настоящее время используют SCR мочевины, и парк растет примерно на 25 000 грузовиков в месяц, по данным Integer Research, лондонской фирмы по анализу рынка, специализирующейся на карбамиде SCR.
Доран говорит, что технология SCR внедряется производителями легковых автомобилей и легких грузовиков, обслуживающими Соединенные Штаты, включая Audi, BMW, Hyundai, Jeep, Kia, MiniCooper и Volkswagen.В конце 2008 года Mercedes-Benz представляет три новых внедорожника с дизельным двигателем, использующих технологию карбамидного карбамида, в Соединенных Штатах. Карбамидный карбамид также используется в Японии и Сингапуре и вскоре будет использоваться в Китае.
Производители в отрасли коммерческих грузоперевозок, использующие SCR, включают Freightliner, Kenworth, Mack, Peterbilt и Volvo. Ведущие производители двигателей, использующие SCR, включают Cummins и Detroit Diesel Corp.
Будущий спрос
Расход раствора мочевины составляет около 3% от расхода дизельного топлива.Дизельные грузовики в среднем 6,5 миль за галлон (2,8 км / литр). Среднему дизельному грузовику нужно будет заправлять свой 20-литровый бак DEF каждые 4000-6000 миль (76 литров каждые 6400–9600 км).
Мочевина для сокращения выбросов NOx в настоящее время потребляет от 0,3 до 0,4 млн метрических тонн (т) мочевины в Западной Европе, говорит Стивен Зварт, менеджер по лицензированию находящейся в Нидерландах компании Stamicarbon, крупнейшего в мире лицензиара технологии производства мочевины. Через 10 лет текущий парк грузовых автомобилей в Западной Европе будет заменен, а использование мочевины составит от 3 до 4 млн тонн.
Будущие потребности в карбамиде, вызванные технологией SCR в Соединенных Штатах, были рассчитаны доктором Карлосом Баананте, сельскохозяйственным экономистом IFDC.
В 2003 году 213 миллиардов литров дизельного топлива было использовано для транспортировки в Европе и 146 миллиардов литров в Соединенных Штатах, согласно EarthTrends, инициативе Института мировых ресурсов (http: // earthtrends.
Baanante предполагает, что только 7% дизельных грузовиков в Соединенных Штатах будут использовать карбамидную мочевину в 2010 году - новые грузовики, приобретенные в этом году.
"Потребление мочевины в США для перевозки, вероятно, будет эквивалентно примерно 210 000 тонн мочевины в 2010 году, но в 2011 году оно будет как минимум вдвое больше, чем в 2011 году, и будет быстро расти после замены старых грузовых автомобилей на новые модели с цистернами для мочевины. "Баананте говорит.
Оценки предполагают, что литр раствора весит около 1 кг, а мочевинное удобрение содержит 46% азота, объясняет Баананте. Таким образом, 1 кг раствора мочевины потребляет N, необходимый для получения 0.7065 кг удобрения мочевины. Коэффициент пересчета 0,7065 используется для расчета потребления раствора мочевины в пересчете на тонну эквивалента мочевины и удобрений.
«Более 90% мирового производства мочевины приходится на удобрения, но новые потребности в SCR для карбамида могут изменить это», - говорит Баананте. Мочевина также используется в кормах для животных, в производстве пластмасс и клеев, для защиты от обледенения на дорогах, для посева облаков с целью вызвать дождь и для отбеливания зубов.
Строгие новые правила выхлопных газов EPA
Кедзи говорит, что дизельные автомобили, произведенные в США в 2010 году, могут излучать не более 0.2 грамма NOx в час тормозной мощности - на 90% меньше, чем текущие выбросы. Новые правила EPA не будут применяться к транспортным средствам, выпущенным до 2010 года.
Тракторы, бульдозеры и другие внедорожные транспортные средства должны соответствовать новым стандартам EPA к 2015 году. Расписание в США для судов и локомотивов еще не установлено.
«Некоторые автотранспортные агентства сейчас покупают новые грузовики, которые должны были быть заменены после 2010 года, чтобы избежать расходов на цистерны с мочевиной и покупать и перевозить мочевину», - говорит Кедзи.
Но Том Альбрехт, аналитик по транспортным акциям Stephens Inc. в Вирджинии, США, считает, что большинство корпоративных перевозчиков - основных покупателей большегрузных грузовиков - продолжат нормальные циклы покупок, поскольку в 2010 году наступает следующий срок эмиссии EPA. Альбрехт пришел к такому выводу после опроса 88 перевозчиков об их будущих планах покупки.
Новые требования могут повлиять на мировой рынок удобрений
Кит Стоукс, владелец Stokes Engineering и консультанта IFDC по производству мочевины, говорит: «Мочевина для сокращения выбросов NOx создаст новый спрос, который может повысить цены на удобрения - так же, как и производство этанола."
Но Doran из заинтересованных сторон SCR говорит: «Ожидается, что спрос на эту карбамид автомобильного качества не превысит 5% мирового производства. Новое использование мочевины для контроля выбросов автомобилей может привести к увеличению инвестиций и расширению мировых мощностей по производству мочевины. "
Как работают системы мочевины SCR
Мочевина SCR очищает выхлоп после сгорания. Раствор мочевины хранится в отдельном резервуаре и впрыскивается в виде мелкого тумана в горячие выхлопные газы.Тепло расщепляет мочевину до аммиака - фактического восстановителя NOx. Через каталитический нейтрализатор аммиак расщепляет NOx до безвредного азота (N) и паров воды. Выхлоп больше не является загрязнителем; атмосфера составляет около 80% газообразного азота.
Билл Херц, вице-президент по научным программам Института удобрений, базирующегося в Вашингтоне, округ Колумбия, говорит: «Вы много слышите о вредном воздействии удобрений на экосистемы - но мало о положительной роли мочевины в удалении загрязняющих веществ."
Доран говорит: «Поскольку технологии SCR сокращают выбросы NOx практически до нуля, двигатели могут быть настроены для максимальной эффективности использования топлива». Результат - экономия топлива до 3% и сокращение выбросов углекислого газа.
«Выхлоп, выходящий из выхлопной трубы автомобиля, оборудованного SCR, на самом деле может быть чище, чем воздух вокруг него», - добавляет Доран.
Фактически, по словам Daimler Trucks, эффективность двигателя, достигнутая с помощью технологии SCR в Европе, позволила потребителям сэкономить более 280 миллионов литров дизельного топлива и почти полмиллиарда долларов на расходах топлива.В то же время на окружающую среду было сэкономлено около 800 000 метрических тонн углекислого газа.
Концерты дальнобойщика
«Мы обеспокоены тем, что недостаточно знаем о новой технологии карбамида», - говорит Адам Коллум, менеджер и совладелец Hellums Trucking Co. в Деннисе, Миссисипи, США.
«Новый сверхмощный дизельный грузовик теперь стоит около 100 000 долларов. Добавление системы SCR с мочевиной добавит к стоимости 10 000 долларов. Сколько еще будет стоить раствор мочевины, который мы сжигаем? Как насчет технического обслуживания? Будет ли мочевина вызывать коррозию?»
Доран говорит: «Мочевина может вызывать коррозию алюминия.Автомобильные системы SCR и диспенсеры DEF были разработаны для этого, и DEF всегда хранится в соответствующих контейнерах ".
Технология BlueTec в Европе
Новые дизельные внедорожники, поступающие из Daimler в Европе в Соединенные Штаты, называются моделями BlueTec, поскольку они оснащены системами впрыска BlueTec SCR - технология, которую Mercedes-Benz использовал в грузовиках и автобусах в Европе в течение многих лет. Для этих моделей мочевина будет поставляться в картриджах, которые будут заменены при обычном обслуживании.
Detroit Diesel Corp., торговая марка Daimler Trucks North America, объявила, что будет использовать технологию BlueTec на всех будущих грузовых автомобилях.
Mercedes-Benz E320 BlueTec был удостоен награды «Зеленый автомобиль года» в 2007 году, частично за то, что он «проложил путь к использованию сверхчистых дизельных технологий во всем мире». Ассоциация автомобильных журналистов Канады признала технологию контроля выбросов дизельных двигателей BlueTec лучшей в 2007 году.
Планирование на будущее
Североамериканская группа заинтересованных сторон SCR собралась для дальнейшего планирования развития инфраструктуры распределения и розничной торговли для обеспечения доступности DEF в США в августе в Дирборне, штат Мичиган.Заинтересованные стороны включают представителей почти 200 организаций, включая производителей дизельных транспортных средств, нынешних и потенциальных производителей DEF, дистрибьюторов и продавцов топлива и оборудования, а также Агентство по охране окружающей среды США и Министерство энергетики, сообщается в пресс-релизе заинтересованных сторон SCR от 11 августа.
Часть работы группы заинтересованных сторон SCR включает разработку локатора веб-сайта для DEF, аналогичного тому, который используется для AdBlue в Европе.
В Европе цены AdBlue почти удвоились с середины 2007 года, и производителям трудно компенсировать увеличение стоимости мочевины, сообщает Today's Trucking 18 июля 2008 года со ссылкой на Integer Research.«Добавьте тот факт, что производители получают лучшую отдачу от мочевины, когда она продается в качестве удобрения, и неудивительно, что цены выросли», - говорится в отчете.
DEF Производители
Традиционные производители удобрений, вероятно, произведут большую часть мочевины DEF, используемой в Соединенных Штатах. Производители в группе заинтересованных сторон SCR включают Agrium, Brenntag North America, Dyno Nobel, Koch Industries, калийную корпорацию Саскачевана и Terra Industries.
Стивен Зварт из «Стамикарбон» говорит: «В Европе производство AdBlue стало благом для многих производителей удобрений, которые теперь выделяют часть своего производства для производства мочевины для автомобильной промышленности."
Логистика DEF
Кит Стоукс говорит, что доставка мочевины на заправочные станции не должна быть проблемой. «Хотя в Соединенных Штатах насчитывается более 30 000 автозаправочных станций, только 2200 из них обеспечивают 97% рынка транспортных средств большой грузоподъемности.
«Но резервуарам для хранения мочевины в некоторых регионах понадобятся нагревательные змеевики, чтобы держать раствор выше точки его замерзания [-11 ° C].»
Pilot Travel Centres, крупнейший розничный оператор туристических центров в США, объявил о планах развертывания, чтобы в середине и конце 2009 года DEF был доступен «на насосе» в более чем 100 центрах в середине и конце 2009 года.29 выпуск новостей. Пилотные центры также будут нести предварительно упакованный DEF.
Производство водной мочевины
Тем временем Mitsubishi увеличивает производство высококачественного водного раствора мочевины для систем SCR мочевины, сообщает GreenCarCongress.com. Завод компании в Китакюсю, Япония, работает с мощностью около 20% - около 2 миллионов литров в год. По мере увеличения спроса на SCR планируется увеличить производство до 10 миллионов литров в 2008 году и достичь 50% мощности в 2009 году.
Потребность Японии в высококачественной водной мочевине составляет около 20 000 килолитров в год, но отраслевые источники ожидают, что в будущем она увеличится примерно до 600 000 килолитров.
Потребность в увеличении производства и более эффективном использовании мочевины
«Новые требования к мочевине для обработки дизельных выхлопов сделают исследования, направленные на повышение эффективности ее использования в качестве удобрения, еще более важными», - говорит Рамон Лазо де ла Вега, старший инженер-технолог IFDC. «IFDC работает в трех основных областях, чтобы повысить эффективность использования мочевины: путем глубокого размещения мочевинных брикетов, особенно на орошаемых рисовых полях; с помощью удобрений с контролируемым высвобождением; и путем нитрификации и ингибиторов уреазы, которые уменьшают потери азота в воздухе в результате улетучивания и в грунтовые воды путем выщелачивания.
«Также строятся новые заводы по производству мочевины. Например, две большие установки по производству мочевины открываются в Иране и по одной в Египте, Нигерии, Омане и России».
Амит Рой из IFDC говорит: «Большинство основных удобрений, используемых сегодня, в том числе существенные усовершенствования мочевины в сельском хозяйстве, были разработаны в рамках программы удобрений Управления по делам Теннеси (TVA) в США в 1950–1970-х годах, когда казалось, что энергия дешево. При современной технологии производства энергетический эквивалент четырех баррелей нефти используется для преобразования «свободного» атмосферного азота в 1 тонну мочевины.
«Новые требования подчеркивают необходимость исследований для разработки новой линейки более энергоэффективных технологий - не только для продуктов питания, но и теперь для использования с топливом», - говорит Рой.
###
.Примечание редактора: эта история была обновлена в пятницу, 25 сентября, в 13:15. Инопланетянин
Новости для Volkswagen только ухудшаются.
Компании, возможно, придется вспомнить до 500 000 дизельных автомобилей в Соединенных Штатах и 11 миллионов автомобилей по всему миру, поскольку они выделяют до 40 раз допустимые уровни загрязнителей воздуха, которые называются оксидами азота (NOx), сообщает New York Times.
Компания теперь втянута в скандал после того, как выяснилось, что Volkswagen намеренно отключил фильтр, предназначенный для улавливания NOx из выхлопных газов.
«Они только что написали фрагмент кода, который гласил:« Включайте его только во время тестирования », - говорит Йорн Хернер, начальник отдела планирования исследований, администрирования и снижения выбросов исследования Калифорнийского совета по воздушным ресурсам. разделение. Широкий и вопиющий характер мошенничества привел в ярость многих владельцев автомобилей и заставил генерального директора компании уйти в отставку.[Hyperloop, Jetpacks & More: 9 идей футуристического транзита]
Но отзыв также поднял вопрос: было ли так сложно заставить дизельные автомобили работать с низким уровнем выбросов, что компании пришлось прибегнуть к мошенничеству?
Оказывается, дизельные двигатели имеют компромисс между мощностью, топливной экономичностью и чистыми выбросами, считают эксперты.
«У вас есть сила, у вас есть энергия, у вас есть выбросы: вы можете выбрать два из них», - сказал Дон Хиллебранд, директор по исследованию энергетических систем в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе и бывший президент Общества автомобильной промышленности. Инженеры.
В этом случае Volkswagen отдает предпочтение экономии энергии и топлива, а не государственным нормам и стандартам США по охране окружающей среды, сказал Хернер.
Бензиновые двигатели
Чтобы понять, почему существует этот компромисс, полезно знать о различиях между дизельными и бензиновыми двигателями внутреннего сгорания. Бензиновые двигатели, которые используются в большинстве американских автомобилей, работают путем зажигания паров бензина и воздуха с помощью свечи зажигания. Когда пары бензина и воздуха сгорают, он расширяется и толкает поршень вниз, создавая крутящий момент, который вращает колеса и приводит в движение автомобиль.
Поскольку бензин очень рафинирован, он состоит из довольно однородной смеси относительно коротких цепочек связанных атомов водорода и углерода, известных как углеводороды, сказал Хиллебранд.
«Вы точно знаете, как выглядит топливо», - сказал Хиллебранд Live Science. «Довольно легко точно узнать химический состав вашего выхлопа».
С помощью однородных продуктов сгорания очистить выхлопные газы относительно просто. Газовые двигатели используют простые катализаторы, такие как материал, такой как платина, для связывания ядовитых химических веществ, таких как окись углерода, и превращения их в безвредные вещества, такие как углекислый газ.(Углекислый газ является основным парниковым газом, приводящим к изменению климата, но он также является безвредным веществом, которое мы выдыхаем, когда дышим.) Автопроизводители очень хорошо очищают выбросы бензина, сказал Хиллебранд.
«После того, как из бензинового двигателя выходит выхлоп, воздух на самом деле чище, чем фоновый воздух в Чикаго», - сказал Хиллебранд. [6 Неожиданные последствия изменения климата]
Дизельные двигатели
Дизельные двигатели работают по-разному. Вместо того чтобы использовать свечу зажигания для сжигания топлива, дизельный двигатель сжимает туман жидкого топлива и воздуха до невероятно высоких температур и давлений - иногда тысяч градусов по Фаренгейту.Эта среда, работающая под давлением, на самом деле вызывает самовозгорание смеси.
Поскольку смесь самопроизвольно сгорает, при идеальном давлении и температуре она эффективно сжигает энергию в топливе. По словам Хиллебранда, большее расширение газа приводит к более сильному сжатию поршней, что создает больший крутящий момент. По его словам, большие буровые установки используют дизель именно для этой дополнительной способности к буксировке. (Чтобы противостоять сверхвысоким температурам и давлениям, возникающим в процессе сгорания, дизельные двигатели также должны быть изготовлены из более прочных и толстых материалов, поэтому они могут работать на сотни тысяч миль, добавил Хиллебранд).
Дизельное топливо
Дизельное топливо также отличается от бензина. Густое, сиропообразное вещество мало чем отличается от нефти, добываемой непосредственно из глубоких подземных источников. Химлебранд сказал, что химически он едва рафинирован и содержит смесь более длинных углеводородных цепей и других загадочных соединений.
Поскольку он заполнен более длинными углеводородными цепями, каждый галлон дизельного топлива содержит больше энергии. Сочетая более энергоемкое топливо с более эффективным процессом сгорания, дизельный двигатель может достичь гораздо более высокой экономии топлива.
Но проблема в том, что "там есть химикаты и вещи, которые будут гореть, что вы не всегда будете знать, что они есть", хотя многие из них богаты серой, сказал Хиллебранд.
Старые дизельные автомобили, которые изрыгали вонючий, сажный выхлоп, выбрасывали в атмосферу много этого сернистого вещества. В настоящее время автопроизводители очень хорошо улавливают этот тип загрязнителей воздуха из дизельных выхлопных газов, сказал он. (Согласно данным U. дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы также значительно снижает эти выбросы).S. Министерство энергетики.)
Вредные пары
Но Volkswagen столкнулся с проблемой при попытке уловить другой тип загрязняющих веществ, называемый NOx. NOx включает множество химических соединений азота и кислорода (таких как NO2, NO3 и т. Д.), Которые образуются только при высоких температурах. По словам Хернера, NOx реагирует с солнечными лучами в атмосфере и превращается в озон, а озон является раздражителем.
«Это то, что заставляет ваши глаза слезиться, болит горло, обостряется астма, и у вас могут быть всевозможные сердечно-сосудистые проблемы», - сказал Хернер.
Дизельные автомобили производят гораздо больше NOx, чем бензиновые. Например, когда Хернер и его коллеги протестировали выбросы от 20 000 автомобилей 2009 года выпуска и более поздних моделей в Лос-Анджелесе, только 0,6 процента были дизельными автомобилями, но они производили значительную долю выбросов NOx, и большинство из них приходилось на Volkswagens и Audis, сказал он. ,
«Температуры и давления, при которых дизельный двигатель работает наиболее экономично и наиболее бодро, также являются условиями, при которых максимальное количество кислорода и азота превращается в NOx», - сказал Хернер в интервью Live Science.
США предприняли резкое ограничение выбросов NOx, и администрация Обамы недавно предложила еще более низкие стандарты по озону, что будет способствовать еще большему сокращению выбросов NOx. В Европе, где около половины автомобилей работают на дизельном топливе, регуляторы вместо этого сосредоточились на повышении экономии топлива и сокращении выбросов углекислого газа, а компромиссное решение является более грязным воздухом, сказал Хернер. [10 самых загрязненных мест на Земле]
Грязные выбросы, большая мощность
Очистка NOx от дизельного топлива также является сложным процессом.По словам Хиллебранда, из-за более разнообразного состава топлива и использования двигателя при самовозгорании неясно, когда именно и какие именно соединения образовались, что затрудняет его очистку.
Около десяти лет назад, до того как нормы выбросов были снижены, автомобильные компании использовали разные стратегии для решения этой проблемы.
«Разные производители делали ставки на разные технологии», - сказал Хернер. Например,
Автомобили, выпускаемые компанией Mercedes-Benz, впрыскивают дополнительную жидкость, называемую мочевину, для превращения NOx в менее вредные вещества.Этот подход (называемый Bluetec) не ставит под угрозу экономию топлива или мощность, но требует отдельного бака для мочевины, который необходимо периодически пополнять, сказал Хернер.
Volkswagen инвестировал миллионы в разработку ловушки для NOx. Ловушка впитывает закись азота и двуокись азота, как губка. После того, как ловушка заполнится, система может впрыскивать дозу топлива перед выпуском выхлопных веществ. По словам Хернера, топливо вступает в реакцию с NOx с образованием доброкачественных веществ. Как правило, говорит Хернер, фильтр работает всего около 10 секунд, один раз каждые 10 минут.(Они также могут по-разному сгорать, чтобы снизить выбросы.)
В свете недавних открытий, похоже, что Volkswagen сделал неправильную ставку.
Volkswagen, возможно, прибегнул к мошенничеству, потому что ловушка NOx поглощает топливо или снижает бодрость духа автомобиля, сказал Хернер. По его словам, это относительно простое решение - активировать ловушки NOx на отозванных автомобилях.
"Эти транспортные средства могут работать в соответствии с нашими правилами", сказал Хернер. «Наш приоритет сейчас состоит в том, чтобы исправить их, чтобы они сделали это.«
Но владельцы Volkswagen могут в конечном итоге разочароваться в более вялых, газообразных автомобилях, которые они возвращают, - сказал Хернер.
- технология будущего? - Методы выбросов, энергопотребление и экономия топлива, - сказал Хиллебранд, - когда инженеры проанализировали процесс сгорания дизельного двигателя, они обнаружили, что существуют некоторые давления и температуры, которые создают высокие уровни сажи или NOx.Но некоторые режимы температуры и давления обеспечивают эффективное сгорание топлива без образования какого-либо загрязнителя.
Команда Hillebrand разрабатывает низкотемпературные системы сгорания, которые стремятся сделать именно это. По его словам, эти системы либо точно рассчитывают время впрыска топлива, либо даже используют бензин и дизельное топливо в разное время в процессе эксплуатации автомобиля, чтобы достичь этой цели. Эти экспериментальные системы, тем не менее, нуждаются в большем количестве инженерных разработок, прежде чем они станут рыночным решением, добавил он.
Очевидно, что проблема чистых дизельных двигателей является чрезвычайно сложной, считают эксперты.
«Это не так просто. Но это не значит, что вы обманываете», - сказал Хернер.
Примечание редактора: эта история была исправлена, чтобы прояснить, что, хотя алгоритм обмана выбросов затрагивает до 11 миллионов автомобилей, Volkswagen еще не выпустил официальный отзыв для каких-либо автомобилей. В статье также разъясняется, что сокращение выбросов серы также в значительной степени обусловлено дизельным топливом со сверхнизким содержанием серы.)
Следуйте за Tia Ghose на Twitter и Google+ . Follow Live Science @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья Live Science .
,