Vše o palivech - Čištění výfukových plynů (10. díl)

Tak jsme se dostali až na závěr. Ropu jsme vytěžili, prohnali jsme ji krakovacími a dalšími procesy v rafinerii, obohatili jsme ji aditivy, natankovali a spálili v motoru. Už víme, co z toho vzniklo. A teď se musíme snažit, aby to, co nám z výfuku jde, bylo co nejméně jedovaté.

V posledním dílu si vysvětlíme princip třech základních systémů, které v současnosti redukují emise ve spalinách. Ten základní je už na výrobcích motorů – co nejlepší konstrukce spalovacího motoru, který by využil co nejlépe paliva ve svůj prospěch, čímž by omezil i škodlivé exhalace do ovzduší.

Trojcestný katalyzátor
Jak jsme si řekli, ve výfukových plynech najdeme několik základních chemických sloučenin, které nám dělají velké vrásky. Nemluvíme o vráskách Evropské unie v rámci CO2, protože to je jen populárně-vědecká berlička pro lynčování automobilek. My mluvíme o těch skutečných jedovatých látkách: CO, HC a NOx. A právě tyto látky má za úkol trojcestný katalyzátor redukovat.

Základem je hustá voština z keramiky nebo oceli. Ta je pokryta platinou (oxidační) a rhodiem (redukční). Ty při teplotách mezi 300 a 800 °C aktivně reagují s výfukovými plyny a mění jejich vlastnosti, aniž by ze stejné chemické reakce vystoupily změněny. Základem je, že nejdříve platina a rhodium rozštěpí NOx na N₂ a O₂. Následně kyslík využijí pro chemickou reakci s CO, z něhož vystupuje nám již známý skleníkový plyn, ale jinak nejedovatý CO₂. Z chemické reakce pak ještě vystupuje voda. Všech chemických reakcí se účastní výše uvedené jedovaté látky, proto se katalyzátoru říká třícestný.

Základní nevýhodou je nutnost neustále měnit nastavení motoru. Ten musí fungovat v okolí λ = 1, protože příliš chudá směs má nepříznivé detonační vlastnosti a příliš bohatá zase nedokáže spálit všechno palivo tak dokonale, takže ani katalyzátor to nedokáže „strávit“.

Další a mnohem větší nevýhodou je, že katalyzátor je prakticky okamžitě odstřelený vniknutím olova (dnes už prakticky odstraněno) a vniknutím paliva přes výfukové ventily do výfukového potrubí. Směs hořící ve výfukovém potrubí nebo dokonce až v katalyzátoru má teplotu dosahující až 1 500 °C. To je ovšem mnohem více, než je mez tavení keramických vložek a natavovaných částí drahých kovů. Podívejte se na fotografii v titulku článku (nebo ve fotogalerii).

Filtr pevných částic
Podobně jako u benzínových motorů funguje katalyzátor, mají naftové motory filtr pevných částic. Princip je až neuvěřitelně jednoduchý. Na jakémsi sítku se zachytávají saze vyletující z válců. Jelikož nelze mít sítko plné věčně, nastává takzvané sekundární spalování neboli regenerace. Ta nastává buď pasivně (vyšší zatížení motoru delší dobu - například jízda po dálnici), nebo aktivně (vstříknutím malé dávky paliva do výfuku nebo změna časování spojená s vyšší dávkou paliva ve válci).

Zásadní nevýhodou filtrů pevných částic je to, že zachytávají pouze velké částice, které jsou však méně nebezpečné než ty malé. Ty totiž lépe ulpívají na plicích a dostávají se do plicních kanálků. Filtry pevných částic tak naopak mění velké saze na ty malé.

Samozřejmě je tu i otázka životnosti filtrů, jejich ceny, zvyšování spotřeby apod.

Selektivní katalytická redukce
Jde o vstřikování močoviny do výfukového systému. Proč by to někdo měl chtít, říkáte si? Důvod je prostý. Chce snížit pevné částice i NOx. Bohužel když se snižují pevné částice u naftového motoru, zvyšuje se NOx. Je to dáno tím, že při vyšších teplotách se výrazně lépe spálí palivo, ale vysoké teploty jsou základním předpokladem vzniku oxidů dusíku.

Klasický EGR ventil, který přepouští ochlazené spaliny do sání (sníží se tím tak objem kyslíku v sání a sníží se teplota reakcí), sice výrazně redukuje NOx, ale zároveň prudce vzrůstají pevné částice.

Druhý způsob je takový, že se motor výrazně zaměří na spálení pevných částic a následně se selektivní katalytickou redukcí, kdy reaguje syntetická močovina s NOx, rozpadá tato jedovatá látka na vodu a dusík. Obě technologie mají své výhody i nevýhody. Velké motory u naftových motorů už dnes pro splnění přísných emisních limitů musí pracovat s oběma druhy omezování emisí ve výfukových plynech.

Všechny předchozí díly o palivech:
Vše o palivech - Historie (1. díl)
Vše o palivech - Chemie paliv (2. díl)
Vše o palivech - Výroba paliv (3. díl)
Vše o palivech - Oktanové a cetanové číslo (4. díl)
Vše o palivech - Kvalita benzínu (5. díl)
Vše o palivech - Kvalita nafty (6. díl)
Vše o palivech - Spalování paliv (7. díl)
Vše o palivech - Emise - přehled škodlivin (8. díl)
Vše o palivech - Vznik škodlivin v motorech (9. díl)
Vše o palivech - Čištění výfukových plynů (10. díl)