Емисии от транспорт – измерване и прогрес в ограничаването им - част II

Регулиране на емисиите от превозни средства в Европейския съюз
ЕС се ангажира да редуцира разхода на гориво на пътните превозни средства в рамките на усилията за намаляване на емисиите на парникови газове от транспорта и подобряване на енергийната сигурност.

За тази цел през последните години бяха въведени две важни разпоредби за новите леки автомобили и микробуси, продавани в Европа. През 2009 г. беше одобрен Регламент (ЕО) № 443/2009, с който се въведоха задължителни годишни цели за средните емисии на CO2 от новите леки автомобили, продавани на територията на ЕС.

От 2015 г. новите автомобили, регистрирани в ЕС-28 следва да постигат целта за средни емисии от 130 г CO2/км. С Регламента се установява и средносрочна цел за постепенно постигане на средните емисии 95 г CO2/км до 2021 г. Две години по-късно в сила влезе отделен регламент, който определя целеви средни емисии за нови микробуси от 175 г CO2/км до 2017 г. За 2020 г. целта е 147 г CO2/км.

От 1970 г. ключовият механизъм за регулиране на емисиите от транспорт е определянето на емисионни норми за отработените газове. Както и при CO2, съответствието на превозните средства с изискваните граници се проверява чрез стандартизирани лабораторни измервания.

Първата директива на ЕС, която определя мерки срещу замърсяването на въздуха от моторните превозни средства, е от 1970 г. Около 20 години по-късно, през 1992 г., започва въвеждането на Евро стандартите за емисии. В момента в ЕС могат да бъдат продавани само превозни средства, отговарящи на стандарта Евро 6.

Измерване на емисиите от пътен транспорт
Измерването на емисиите от автомобили изисква прилагането на стандартизирани лабораторни тестове, чрез които се установява дали превозното средство отговаря на поставените изисквания. Използваните в момента методи обаче не отразяват реалните условия на шофиране. Този проблем води до разработването на нови методи за измерване и преносими измервателни системи, чрез които да се получи по-достоверна информация за емисиите в реални условия.

Съгласно европейското законодателство преди пускане за продажба превозните средства трябва да бъдат проверени за съответствие с изискванията на стандарти по отношение на околната среда, климата и безопасността. Всички лекотоварни превозни средства се изпитват на динамометричен стенд.

При този тест автомобилът се поставя върху валяци, като се следва предварително зададен модел на шофиране. С динамометъра се симулира инерцията на превозното средство, както и съпротивлението на въздуха и триенето на превозното средство (т.нар. “пътно натоварване”).

За всеки отделен автомобил се настройват два параметъра на динамометъра – аеродинамично съпротивление и съпротивление на гумите при търкаляне. С цел задаване на подходящото пътно натоварване, което да отрази реалните характеристики на превозното средство, се провежда предварителен тест на инерцията.

Процедурата се състои от пускане на автомобила по инерция от определена скорост и записване на скоростта и изминатото състояние до спирането му. Тестът позволява оценяване и възпроизвеждане на съпротивителните сили на средството и пътните условия при изпитването на динамометричния стенд. Измерването на емисиите и консумацията на гориво на превозното средство се извършва по време на предварително зададени цикли на шофиране.

Те се състоят от последователност от ускоряване, смяна на скоростите, поддържане на постоянна скорост, намаляване на скоростта и работа на празен ход. По време на теста всички емисии от ауспуха на превозното средство се събират в запечатани торби и впоследствие се анализират в лаборатории. Накрая се изчисляват резултатите за емисиите, измерени в грам замърсител на километър изминато разстояние.

Нивата на емисиите зависят предимно от характеристиките на превозното средство – модел, размер, вид гориво и тип двигател. Освен тези фактори, върху количеството и състава на димните газове влияе и динамиката на шофиране, т.е. скорост, ускорение, време на работа на празен ход и избор на скорост. Поради тази причина използването на стандартизиран цикъл на шофиране при изпитването на динамометричен стенд е от изключително значение.

За измерване на емисиите от изпарение превозните средства се поставят в напълно запечатана камера, оборудвана с отоплителна/охладителна система за контрол на температурата. Чрез специализиран софтуер и аналитична апаратура се определят отделилите се емисии на въглеводороди.

Емисиите от пътния транспорт могат да бъдат измерени и директно, докато автомобилът е в движение на пътя. Преносимите системи за измерване на емисии се състоят от няколко устройства, посредством които могат да бъдат следени емисиите на определени замърсители в реално време.

Тъй като преносимите системи се проектират специално за измерване на емисиите по време на ежедневната употреба на автомобила, то те следва да са достатъчно малки, леки, компактни и лесни за инсталиране. Тези устройства са сравнително нова технология, която е доста по-опростена и не изисква толкова разходи по поддръжка както динамометричния стенд.

Сред основните ограничения на преносимите системи са способността им да измерват концентрациите на по-малък брой замърсители, както и теглото им (30-150 кг), което оказва влияние върху консумацията на гориво и оттам и върху измерванията на емисиите. Освен това, с тях е трудно да се осигури висока повторяемост на резултатите поради неконтролируеми фактори, определящи реалните условия.

Резултати от тестване с преносими системи на емисиите азотни оксиди от автомобили на дизел показват, че измерените стойности надвишават емисионните норми, поставени от стандарта Евро 5, с коефициент 4-7. За сравнение, емисиите на азотни оксиди от автомобили на бензин и емисиите на CO и въглеводороди са в определените граници.

Установено е, че отделянето на азотни оксиди е най-засилено при изкачвания и спускания в извънградски условия и при високи скорости на магистрали, т. е. при по-големи натоварвания на двигателя. Това е индикация, че устройствата, контролиращи емисиите от ауспуха не работят ефективно в тези случаи.

Измерените с преносими системи емисии на CO2 също са по-високи (средно с около 21%) от определените чрез лабораторни тестове. Степента на несъответствие между двата метода на измерване на емисиите от транспорт варира в зависимост от вида на автомобила, начина на работа, характеристиките на маршрута и условията на околната среда.

За определени замърсители съществуват значителни разлики между официалните емисионни измервания и показанията в реални условия, като през последните години тези несъответствия са с тенденция за увеличаване. Отговарящите на последния Евро 6 стандарт превозни средства могат да емитират до 7 пъти повече азотни оксиди и 40% повече CO2 в реални условия, отколкото при официалните тестове.

Сред причините за тези несъответствия са остарялата процедура за измерване, разрешената гъвкавост при тестване от страна на производителите, както и разликите в поведението на шофьорите в реални условия.

Ограничаване на емисиите от пътен транспорт
Необходимостта от подобряване ефективността на горивата и установяването на все по-строги европейски емисионни стандарти през последните десетилетия допринасят съществено за технологичното развитие в автомобилостроенето. Сред новостите в сектора са хибридните и електрическите автомобили, екологичните иновации и усъвършенстваните конвенционални двигатели и ауспуси.

С цел стимулиране на прогреса в технологиите, в европейското законодателство е въведена схемата за екологични иновации. Тя позволява производител или доставчик да подаде заявление за официално одобрение от Европейската комисия на иновативна технология, водеща до редуциране на емисиите CO2.

Към настоящия момент са одобрени общо 16 екологични иновации. Сред тях са енталпиен резервоар, ефективни външни светлини с използване на светодиоди, ефективен алтернатор, зареждащ акумулатори соларен покрив, система за основаваща се на навигация подготовка на степента на зареждане на акумулаторните батерии на хибридни автомобили, система за изолиране на отделението на двигателя и др.

Всъщност само 18-25% от енергията, съдържаща се в горивото, се използва за задвижване на превозните средства. От това произлиза значителен технически потенциал за повишаване на тяхната ефективност и ограничаване на емисиите. Степента, до която това може да бъде постигнато зависи от няколко фактора, като например коефициента на компресия на двигателя или времето за смесване.

Ефективността на двигателите непрекъснато се подобрява като резултат от усъвършенстване на дизайна им и регулиране на запалването. Основните технологии, разработени през последните 20 години, включват директно впръскване на горивото, променливо повдигане и синхронизиране на клапите, деактивиране на цилиндрите, използването на турбокомпресори и старт-стоп системи.

Иновациите в двигателните технологии безспорно водят до понижаване на емисиите на отработени газове, но сами по себе си те не са достатъчни за постигане на емисионните норми. Това е предпоставка за разработването на технологии, контролиращи емисиите на изход от ауспуха на превозните средства.

Главните методи за отстраняване на вредните за околната среда газове и частици са каталитичните конвертори, уловителите и филтрите. С влизането в сила на стандарта Евро 1 използването на трипътни каталитични конвертори става практически задължително. Трипътните катализатори използват система със затворен цикъл с датчик за кислород за регулиране на съотношението въздух/гориво в бензиновите двигатели.

Това позволява на двигателя да се самокалибрира по време на работа и съответно да се контролират трите основни замърсителя (CO, въглеводороди и азотни оксиди). При превозните средства с дизелови двигатели се използват окислителни катализатори или се прилага селективна каталитична редукция с уреа.

Уловителите и абсорберите служат за контрол на емисиите на специфични замърсители, обикновено азотни оксиди и въглеводороди, когато работните параметри на двигателя не са подходящи за достигане на пълния потенциал на конвенционалните катализатори. Те съхраняват замърсителя за определен период от време и го изпускат, когато условията го позволяват, за да протече реакция с каталитичните устройства.