A fogyasztás és a kibocsátás folyamatos csökkentése

A levegőszennyezésről szóló első szövetségi jogszabályt, Air Pollution Control Act néven, az Amerikai Egyesült Államok hozta. A levegőszennyezés ellenőrzéséről szóló 1963-as Tiszta Levegő Törvény bevezetésére Kaliforniában a Nemzeti környezeti levegőminőségi szabványok bevezetésére 1970-ben, az USA-ban került sor.

Európai személygépkocsik emissziós jellemzőinek korlátozása 1970-től napjainkig

A gépjárművek rendszeres fogyasztás- és környezetvizsgálatát az 1974-es olajválságot követően az USA rendelte el. A vizsgálat módszere a klímaváltozást okozó globális felmelegedés és a kőolajkészletek kifogyásának felismeréséig, csaknem negyedszázadig, változatlan maradt. Európa két, Japán három évtizeddel lemaradva vezette be a maga, hasonló célú hatósági vizsgálatát.

Az európai személygépkocsik limitált jellemzőinek százalékos alakulása a korlátozás kezdetétől napjainkig
Benzinmotoros és dízelmotoros európai személygépkocsik emissziós határértékei 1992-től napjainkig

Európában, eddig öt alkalommal, ötféle határértékcsomagot vezettek be, Euro1-től, Euro 5-ig. Az Euro 6, 2014-től lép érvénybe, az eddig limitált jellemzőkön kívül, a benzinüzemű gépkocsik esetében is részecsketömeg és részecskeszám előírásával.

A ciklusvizsgálatok továbbfejlesztése. WLTP

Az emisszió- és fogyasztásvizsgálatok eredményei számos elégedetlenség kiváltói, világszerte. Leginkább azért, mert bár megismételhetők, menetciklusai nem jól jellemzik a valóságos menetviszonyokat. A részecskevizsgálatokra nem kötelezett (és ebbe az irányba ezért nem is fejlesztett) benzinmotoroknak ma nagyobb a részecskekibocsátása, mint a velük egyidős dízelmotoroké. A vásárlók számára is közérthető formában nem értelmezhetők az emissziós vizsgálati jellemzők.

A sokirányú bírálatnak engedve az ENSZ egységes vizsgálati világmódszer, a WLTP kifejlesztéséről határozott, mely több évet vesz igénybe. Az eljárás angol elnevezése: World-Harmonized Light-duty Test Procedure, amit WLTP betűk rövidítenek. Tartalmilag leginkább globális gépkocsi-vizsgálati eljárásnak fordítható. Fejlesztése nyilvános, részletei az interneten követhetők. Előzetesen annyi tudható, hogy a módszer a gépkocsik fogyasztási, levegőszennyezési jellemzőin túl azok energiafelhasználását is minősíteni fogja. Az új módszer gondot fordít majd arra is, hogy a gépkocsik mért jellemzőit a felhasználók számára is érthető módon jelenítse meg az ütközésvizsgálatok eredményeit csillagokba szintetizáló passzív biztonság kommunikációjához és a lakások energetikai színjelöléséhez hasonlóan. Mivel hazai járműiparunk döntően német megrendelésre szállít, érdemes lenne ez irányú fejlesztéseiket nekünk is követni, ha ezt a gazdasági lehetőségeink is megengedik.

Részecskeemissziók

A belső égésű motorok energiatermelő folyamatai során, gáznemű anyagokon kívül, szilárd anyagok is keletkeznek. Az üzemanyag helyi oxigénhiányra, a szükségesnél kisebb égési hőmérsékletre és égési időhiányra visszavezethetően tökéletlen égéssel ég el.

A belélegzett részecskék útja az emberi légutakban

A kipufogógázokkal üzemanyag és kenőolaj égéstermékek, adalékhamu és a motorról lekopott fémrészecskék is szétterjednek a levegőben. A részecskék elemi szénből (40–45%), szénhidrogénekből (30–35%), ásványi anyagokból, kénvegyületekből és elemi fémdarabkákból állnak.

Görgős terhelőpadon végzett emisszióvizsgálatok főbb eszközei. 1 – Állítható távolságú görgők. 2 – Előkatalizátor. 3 – Főkatalizátor. 4 – Gázszűrő. 5 – Részecskeszűrő. 6 – Hígító alagút. 7 – T-elosztók. 8 – Szelep. 9 – Hígító levegőkondicionáló. 10 – Hígító levegő. 11 – Kipufogógáz-levegőelegyítő. 12 – Légbefúvó. 13 – Állandó térfogatú mintavevő. 14 – Hígított levegő mintavevő ballon. 15 – T-elosztós kipufogógáz-mintavevő ballon. 16 – A Hígító alagút kipufogógáz-mintavevő ballonja. 17 – Részecskeszámláló. Első irány: emissziómérés részecskeszámlálás nélkül. Második irány: emissziómérés részecskeszámlálással

Görgős terhelőpadon végzett emisszióvizsgálatok során a jármű menetellenállásai előírt határok között változtathatók

A részecskeemissziókat egymáshoz szőlőfürt- vagy láncszerűen kapcsolódó elsődleges részecskék alkotják, melyek átmérője 25–150 nm. A kipufogócsőből kilépő kipufogógázban, a részecskeszám a kisebb méretű (10–100 nm) tartományban nagy, a kibocsátott részecskék tömegét viszont a nagyméretűek (100–1000 nm/0,1–1,0 μm) határozzák meg. A részecskék eloszlása a 10–50 nm és az 50–500 nm méretek között mutat maximumot. A korszerű motorokból a levegőbe kerülő részecskék átmérője kisebb az emberi hajszálénál (tíz mikrométernél), az ultra finom részecskék átmérője a vírusokéhoz közeli mérettartományban mozog.

A nagyobb tömegű részecskekibocsátás a maga üvegházhatásával nemcsak szélsőségesebb klímaváltozást okoz, hanem jelentős légúti megbetegedések kiváltója is, ami különösen káros a fejlődésben lévő gyermekek esetében.

A bevezetés előtt álló ENSZ WLTP menetciklus

Az EcoTest csillagainak értelmezési tartománya 30-tól 90 egységig terjed

Élettani hatások

A környezeti levegő részecskekoncentrációja (Particle Matter) és a légúti megbetegedések között egyértelmű összefüggések állnak fenn.

A nyíltláng-használat, a természetben fellobbanó tüzek égéstermékei jelentős forrásai a levegő szállópor- és részecskeszennyeződésének. A nagyvárosokban a természeti környezet 10–15%-os terhelését a közúti forgalom, az utak locsolásának hiánya és a korszerűtlen fűtéstechnika, 6-7-szeresére is megnövelheti.

A finomrészecskék (1 µm = 1000 nm-nél kisebb méretűek) egészségkárosító hatásának oka az, hogy a légúti szűrőrendszerünkön (orr, nyálkahártya, légcső) akadálytalanul átjutnak. A veszélyek annál nagyobbak, minél finomabb részecskék jutnak be az alsó légutakba. A bejutó ultrafinom részecskék közvetlenül érintkezni tudnak a tüdőhólyagocskák hajszálereivel, és a rájuk tapadó légszennyezők a véráramba kerülhetnek. A véráramba jutó légszennyező-lerakódások érzékeny, idős betegeknél érszűkületet, érelmeszesedést, szívrohamot és szélütést okozhatnak. Sejtromboló hatásuk miatt a fiatalabb szervezetekben is rákosodást és krónikus légzőszervi megbetegedéseket válthatnak ki.

Az ADAC EcoTest menetdiagramjai és CO2-értékelésének súlyozó százalékai

Az asztmás és allergiás megbetegedések területi összehasonlító vizsgálatai azt mutatják, hogy a nagy kamionforgalmú utak mentén élő gyermekek és érzékeny, idős egyének fokozott légúti megbetegedések veszélyének vannak kitéve.

Számos szakmai szervezet ezt megelőzve saját rendszerrel minősíti a vizsgálati jellemzőket. Egyebek között New York, a braunschweigi autóbusz-társaság és a német autóklub, az ADAC is. Az ADAC EcoTaxi címet ad, az EcoTest nevű eljárás során megfelelt taxi gépkocsiknak.

Az ADAC EcoTest eljárása

A ciklusvizsgálatokat nemcsak területi, hanem járművekhez fűződő érdekből is módosítják. Jól mutatja ezt az ADAC EcoTaxi EcoTest eljárása is, amely 2003 óta van érvényben. Azzal a céllal, hogy közvetlen értékelésre alkalmas, egyszerű módszert kínáljon, e fokozott igénybevételű járművek üzemanyag-fogyasztási és környezetvédelmi jellemzőinek összehasonlítására. Az egyszerűséget öt minősítő csillag használata jelenti. Több csillag, kedvezőbb környezetvédelmi tulajdonságra utal. Az EcoTest a limitált légszennyező és üvegház-emissziókon kívül, a fogyasztási és a hajtásmód-jellemzőket is egyesíti.

A New York-i városi ciklust csekély átlagsebesség, meredek gyorsítások és fékezések, hosszú állásidők tagolják. Teljes hoszsza 1,9 km, ami laza futótempóban tíz perc alatt teljesíthető

A járműhajtások 2050-ig várható átalakulása

Mit jelent az ADAC Eco-taxi tanúsítvány? Azt, hogy jogosultjának járműve részecske- és nitrogén-oxid-kibocsátás nélkül működik. Szennyezőanyag-kibocsátása legalább 48, CO2-emissziója legalább 32 pontot ér. Fogyasztása nem haladja meg az 5,3 liter motor-gázolajat, vagy a 6 liter motorbenzint, 100 kilométerenként.

Az EcoTest 2012 áprilisától érvényes változata a WLTP ciklussal, részecskeszám-méréssel, CO2- és légszennyező-kiértékeléssel egészül ki.

Az új járművek kiválasztása az európai piacon valamennyi hajtásmódot (villamos és hibrid), illetőleg üzemanyag-féleségét (CNG-t és LPG-t) magába foglalja. Az új EcoTest a következőképpen működik.

A járműveket az ADAC kipufogógáz-laboratóriumának munkatársai, bekapcsolt tompított világítással, az Új Európai, a WLTP és az ADAC autópálya ciklusvizsgálatai alapján minősítik. Úgy, hogy az utóbbi két vizsgálat során a jármű klímaberendezését is bekapcsolják.

Az emissziómérés a CO, a HC, az NOx, a dízel és a közvetlen benzinbefecskendezős gépkocsik részecsketömegének és részecskeszámának mérésén túl, a CO2-összetevő mérését foglalja magába.

A WLTP-vizsgálatokat meleg motorüzemben, végzik, a CO2-kibocsátás meghatározása érdekében. Az utóbbi vizsgálatokat a későbbiekben a károsanyag-kibocsátás mérésével bővítik.

A 20 percig tartó Új Európai Menetciklus első része éjszakai leállítás utáni hidegindításból és belvárosi igénybevételre jellemző, 4 kilométeres akadályoztatott forgalmi állapotoknak megfelelő menetviszonyokból áll. Második része 7 kilométeres külvárosi igénybevétel, 120 km/h csúcssebességgel.

A CO2-emissziók kiértékelése során az Új Európai Menetciklus és az ADAC autópálya-menetciklus 50-50%-os súlyaránya az együttes értékelésben 70%-os, a WLTP ciklus 30%-os súlyrészt képvisel.

Az ADAC EcoTaxi tanúsítványú Mercedes taxik 23%-kal kisebb fogyasztású motorváltozattal kerülnek forgalomba. Az új E-Klasse esetében ez 4,2 liter normatív gázolajfogyasztást jelent 100 kilométerenként és 109 g
CO2-kibocsátást kilométerenként. Ami így együtt, világcsúcs a kategóriájában.

Párolgási emissziók

Gépkocsikon a benzinpára és a benzingőz is légszennyező forrás. Megkötésére az aktív szén abszorpciós tulajdonságát hasznosítják. Az abszorpció oldásra, diszpergálásra vagy kémiai reakcióra (diffúzióra) visszavezethető gáz- és gőzelnyelő képesség.

Benzingőz a motor működésekor és működésen kívüli állapotában egyaránt képződik. A benzingőz mennyiségét a jármű aktívszén-granulátumot tartalmazó tartálya köti meg és szabályozza. A tartály aktívszéntöltete a tartály leürítőszelepének nyitásáig megköti a benzintartályból kipárolgó benzingőz egy részét. A másik része a nyitott szelepen át beáramlik a hengerekbe és elég. A leürítő mágnesszelepet a motorirányító egység vezérli.

A részecsketömeg és a részecskeszám mérési vázlata

Benzinüzemű gépkocsin párolgási veszteség akkor keletkezik, ha a jármű hőmérséklete meghaladja a benzin párolgási hőmérsékletét. Így üzemmeleg jármű leállításakor; napi hőingadozás, illetőleg gázszivárgás következtében. (Áteresztés vagy permeáció az a folyamat, melynek során pórusmentes szilárd anyagon gáz szivárog keresztül.)

Bár a párolgási veszteségek megengedett napi mértéke 2–2,5 g/nap, félmilliárdnyi gépkocsi esetén ez ezer tonnát is kitesz naponta, ezért további szigorításuk várható. Annál is inkább, mert a párolgási emissziók felügyelete a ma már minden gépkocsiba beépített fedélzeti diagnosztikai rendszer feladata.

OBD-k és villamos hajtások

A gépkocsik emissziócsökkentő eszközeinek on-line felügyelete 1988 óta, OBD, EOBD fedélzeti diagnosztikai rendszerekre van bízva. Sajátosságuk, hogy az emisszióvizsgálatok módosításával azok felügyelőrendszereit is módosítani kell. Mindaddig, amíg a villamos és tüzelőanyag-cellás hajtások végleg át nem veszik a gépkocsik hajtását.

A sosem bizonyított, ám feltételezett elektronikus szoftvertrükkök létezésének tudói bírálják a dízelmotorok részecskekibocsátását, pedig 2005, az Euro 4 bevezetése óta ismert, hogy a közvetlen befecskendezésű benzinmotorok nagyságrenddel több részecskét bocsátanak ki a kárhoztatott dízeleknél. Ennek kiküszöbölésére lett kötelező mindkét motorfajta Euro 6-os típusvizsgálatában a részecsketömeg és a részecskeszámmérés.

Legújabban a benzinmotoros hibridek esetében is 30–60-szoros részecskekibocsátást mutattak ki, ami a motor felmelegedésének első öt percében elkerülhetetlen velejárója. Ezt kiküszöbölendő, a belső égésű motor hideg üzemében, a korszerű hibrid járműveket villamos üzemmódban működtetik.

A belső égésű motorok emissziós problémáinak legradikálisabb megoldói, a legalább kétszer nagyobb hatásfokú villamos hajtások lesznek, amelyek, mint az utolsó ábránkból kitűnik, az évszázad második felében átveszik az uralmat a belső égésű motorokkal végzett hajtásoktól.

Hogy mi következik az Euro 6 után? A részecskekibocsátás további csökkentése, a részecskeszám-határérték, a párolgási emissziók vizsgálatának és a részecskeszűrők minden személygépkocsin való bevezetése, illetőleg az EOBD-technika új vizsgálatok felügyeletére való megtanítása. Úgy még 3, belső égésű motoros járműgeneráció elterjedéséig. Gázhajtással ezen túl is…