Partea 1. Benzina sau diesel? Emisii CO2 vs NOx.

Cand eram cu totii mici si ni se predau “Stiintele Naturii” pe bancile scolii, invatam ca CO2, sau dioxidul de carbon, este un produs firesc rezultat din ardere. Mai invatam de asemenea ca padurile pamantului, si in general majoritatea plantelor, “asborb” acest CO2, intr-un proces de fotosinteza, “eliberand” in rezultat oxigen.

De mai multi ani, insa, CO2 a devenit dusmanul cel mai mare in calea unei naturi frumoase. Daca acum doua decenii emisiile masinilor trebuiau sa contina cat mai putine noxe (“noxa” vine de la NOx), astazi producatorii sunt obligati sa indice doar nivelul emisiilor CO2 in datele tehnice, cele de NOx fiind “uitate” undeva in profunzimile reactiilor chimice complicate ce au loc in motoare. Cand, de fapt excesul de NOx este cel care creaza poluare si efecte cu adevarat negative asupra sanatatii umane.

Ne-am propus, astfel sa facem un studiu mai profund asupra a cat de mult polueaza, de fapt, automobilele de azi si incotro par sa se indrepte tendintele ecologice.


Putina chimie

Sa facem putina lumina in ceea ce inseamna functionarea unui motor si gradul de poluare generata.

Combustibilul din rezervor inseamna energie. Iar aceasta energie trece printr-un proces de combustie, in urma careia obtinem si forta motrice a unui motor. Ca reactia de combustie sa se desfasoare, este nevoie si de aer atmosferic, atat la motoarele pe benzina, cat si la cele diesel.

Aerul din jurul nostru este compus in raport de 78.09% din azot (N2), 20.95% Oxigen (O2), 0.93% Argon (Ar), 0.04% de dioxid de carbon (CO2) si un raport procentual mult mai mic de alte gaze. In mod normal, la o presiune atmosferica obisnuita, acesti compusi nu intra in reactie intre ei.

In momentul in care benzina (un amestec destul de complex si variabil de hidrocarburi) ajunde in camera de ardere, se produce o compresie specifica a cilindrului, arderea avand loc sub presiune. La motoarele diesel, compesia este mult mai mare. Daca un motor pe benzina are, in mediu, o compresie de 9.0-10.0 :1, atunci un diesel indica in mediu o compresie de 17.0-18.0 :1. Cum spuneam, orice proces de ardere inseamna dioxid de carbon rezultat. Si arderea combustibilului in motoare nu este o exceptie, insa conteaza la fel de mult si celelalte particule rezultate in urma procesului de ardere.

Orice proces de ardere are nevoie de oxigen pentru a fi intretinut, iar un motor isi ia oxigenul necesar din atmosfera, aspirand aer atmosferic, si filtrandu-l printr-un filtru specific, pentru a-l separa de impuritati. Este vorba de acel filtru de aer care este inlocuit periodic la deservirile programate ale oricarei masini. Ulterior, aerul atmosferic este trecut prin injectoare pentru a forma amestecul de combustibil si aer, care este, la randul sau, introdus in camera de ardere. Dupa principiul “daca sufli in foc, acesta arde mai tare”, la motoarele cu turbine, turbina are rol de a compresa fluxul de aer parvenit in formarea amestecului cu combustibilul, astfel incat arderea sa fie mai eficienta, iar puterea livrata de motor sa fie mai mare pentru perioada de timp in care acea turbina este inclusa. Odata formata presiunea in camera de ardere, compusii atmosferici precum azotul si oxigenul capata proprietati ceva mai diferite, acestea intrand in reactie. In rezultatul arderii benzinei, moleculele de carbon din aceasta se alatura oxigenului atmosferic si formeaza CO2. Din cauza presiunii inalte si a temperaturii ridicate, azotul atmosferic “capteaza” insa o parte din modelulele de oxigen, formand astfel oxidul de azot (NOx). In urma arderii mai apar si o serie de particule, rezultate din “restul” componentelor combustibililor.

In atmosfera exista mai multe gaze care absorb si emit radiatii infrarosii (caldura), la diferite frecvente, acestea fiind numite gaze cu efect de sera. Oxigenul, spre exemplu, nu este un gaz cu efect de sera, in timp ce dioxidul de carbon (CO2) si metanul (CH4) au aceste proprietati. Daca proportia lor ar fi intotdeauna constanta, omenirea ar fi probabil fericita si linistita – aceleasi gaze cu efect de sera asigurand proprietatile atmosferei terestre asa cum le stim cu totii. Odata cu avantul industriei, insa, nivelul CO2 din atmosfera, ca produs al arderii a tot felul de procese industriale, a crescut simtitor, iar asta inseamna o contributie mai mare in concentratia totala a gazelor cu efect de sera, fapt care se traduce in final prin temutul proces de incalzire globala. Metanul, spre exemplu, are un impact mult mai mare in “efectul de sera” ca si substanta, insa este prezent intr-o cantitate de multe ori mai mica in atmosfera”, ceea ce se traduce printr-un impact sumat mult mai mic. Dioxidul de carbon ramane astfel, practic, unicul compus, concentratia caruia a crescut din cauza activitatii umane, si probabil, tocmai asta i-a si determinat statutul de vinovat principal in procesul de incalzire globala.

Un consum mai mic de combustibil intr-un motor, favorizat de un randament mai mare al acestuia, inseamna o cantitate mai mica a substantelor de reactii, si implicit a emisiilor CO2. O eficienta mai mare, si deci un consum mai mic pot fi obtinute prin mai multe cai in motoare, pe care le si urmarim in tendintele producatorilor din ultimii ani. Putem vorbi de reducerea fortelor interne de frecare a pieselor mobile dintr-un motor, insa efectul e destul de modest. Putem vorbi de injectoare mult mai precise, dirijate electronic, care formeaza un amestec mai corect de combustibil-aer si il pot injecta mult mai precis in camera de ardere. Aici efectele sunt deja mult mai vizibile in consumul final. Insa, se pare, randamentul creste cel mai simtitor in cazul in care marim presiunea de ardere. Un exemplu elocvent sunt dieselurile de acum 10-15 ani, multe din ele fara turbine. Acesteau erau lenese, incete, si total neatractive, iar consumul era unul relativ mare, daca e sa comparam cu ce avem astazi. Dieselul ca si combustibil are nevoie de o compresie mult mai mare in motor pentru a arde. Ulterior, tot mai multi producatori au aplicat turbinele pentru motoarele diesel, pentru a mari si mai mult presiunea si a obtine in rezultat un randament bun. Astazi aceeasi tendinta se manifesta si la motoarele cu benzina, tot mai multi producatori mergand pe varianta de reducere a capacitatii cilindrice si aplicare a turbinelor, pentru a reusi sa se obtina un consum general mai mic, dar sa se si mentina un grad bun al performantelor.

Trebuie sa privim insa si partea cealalta a monedei, si anume poluarea cu noxe si particule nedorite, care pare sa fie totala umbrita in razboiul mediatic impotriva CO2-ului.

Dieselurile consuma mai putini litri de combustibil, decat motoarele pe benzina, spre exemplu. Iar cum spuneam, o cantitate mai mica de substanta in reactia de ardere genereaza o cantitate mai mica de CO2 emis ulterior in atmosfera. Pana aici suna bine, militantii pentru reducerea CO2 pot incerca sa ne convinga sa optam pentru motoare diesel in favoarea celor pe benzina. Motoarele diesel au insa si o compresie mult mai ridicata, iar aceasta rezulta intr-o cantitate mult mai mare de emisii de noxe (NOx) si particule.

Daca vorbim in cifre exacte, ne putem inspaimanta: motoarele diesel emit de 5 ori mai mult NOx si de 1000 de ori mai multe particule poluante! Iar odata cu aplicarea tot mai larga a turbinelor la motoarelor pe benzina, viitorul acestora pare sa se indrepte spre reducerea emisiilor CO2, dar cu un posibil efect de sporire a emisiilor de NOx si a celor de particule.

Producatorii vin si cu solutii pentru acest aspect al diesel-urilor. Asa-numitele DPF, sau Diesel Particulate Filter – constituie filtre care sunt instalate in sistemele de evacuare a motoarelor diesel si care vin sa retina o mare parte dintre aceste particule si a ceor de cabron nearse complet (pe care le stim ca fum negru caracteristic motoarelor diesel in momentele de accelerare subita).

Daca partea cu particule este mai usor rezolvabila, cu costuri relativ mici, pentru emisiile NOx, cele mai dureroase de fapt pentru poluarea aerului si sanatatea umana, solutii exista mult mai putine si mai costisitoare. De fapt, Toyota si Mercedes-Benz au fost primii producatori care au propus sisteme cu functii De-NOx, care, cu ajutorul anumitor aditivi, reduc concentratia de emisii NOx in gazele de esapament. Mai exact, este vorba de sistemul BlueTEC al celor de la Mercedes-Benz, care foloseste doua convertoare catalitice si un aditiv numit AdBlue (NH3) pentru a neutraliza o mare parte din emisiile de NOx. Intiial, primul convertor catalic capteaza particulele de NOx, iar in cel de-al doilea aditivul este injectat pentru o reactie interesanta:
NH3 NOx N2 si H20



Deci, in rezultat, obtinem azotul, cel pe care il gasim oricum in proportie de 78% in atmosfera si care a intrat initial in procesul de ardere ca si compus al aerului atmosferic, si apa, care este din nou prezenta din plin sub forma de vapori in atmsofera. Ce poate fi mai placut pentru ecologie decat un diesel care rezolva in mare parte problema NOx-ului si reintoarce in circuitul atmosferic substante identice cu cel pe care le-a “imprumutat” pentru ardere? (Sigur, motoarele BlueTEC continua sa emita si dioxid de carbon, pentru care inca se mai cauta solutii de minimizare).



Desi, principiul de functionare a acestui sistem va fi cu siguranta preluat sub o forma sau alta de multi dintre producatori, costul aditivului AdBlue (numit in general si AUS32) isi lasa amprente in costurile totale de exploatare a unui vehicul. Totusi, e nevoie de o cantitate mica de aditiv pentru a fi injectat in sistem, iar asta inseamna ca un rezervor de AdBlue de capacitate relativ mica ajunge pentru un interval complet de deservire tehnica. Cu siguranta, insa, raspandirea utilizarii lui pe tot mai multe vehicule va duce si la reducerea costului sau, iar intr-un final la o crestere nesemnificativa in costuri de exploatare.



Pentru mult timp, diesel-urile au fost descurajate prin politici statale in tari cu un renume puternic de atasament fata de ecologie. In Elvetia, spre exemplu, in anul 1990 doar 2.6% din automobilele noi inmatriculate aveau motorizari diesel, acest fiind intotdeauna mai scump la statiile de alimentare, situatie care se pastreaza si pana astazi. Elvetienii se feresc, se pare, mult mai mult de NOx si particule poluante decat de CO2. Totusi, cota diesel-urilor din masinile noi a crescut pe parcursul ultimelor doua decenii in Elvetia, in 2000 aceasta constituind 9.2%, iar in prezent ea apropiindu-se de 30%. Pana la momentul in care si elvetienii conservatori vor fi convinsi de grija fata de mediu a noilor tehnologii, acestea raman in continuare reticenti fara de motoarele diesel, mai ales daca e sa luam in consideratie un raport precum cel al Belgiei, in care 80% din automobilele noi inmatriculate sunt diesel-uri.


Tendinte

Comisia europeana a adoptat acum cativa ani si o rezolutie prin care impune producatorii sa se conformeze unei medii de emisii CO2 pentru intreaga gama de automobile vandute. Emisiile NOx sunt lasate insa din nou in umbra.

Totusi, aceasta masura aparent drastica de limitare a emisiilor CO2 se traduce printr-o evolutie tehnologica nemaivazuta o motoarelor si sistemelor de propulsie. Producatorii nu mai asteapta schimbarea generatiilor pentru a aplica schimbari tehnologice. Aproape toate facelift-urile operate la mijlocul carierei modelelor vin si cu modificari esentiale in partea tehnica, iar uneori se opereaza schimbari tehnice si indiferent de actualizarile de design.

Desi balanta pare sa incline in favoarea emisiilor de CO2, si nu a emisiilor de NOx sau a particulelor poluante, asistam totusi la evolutii care pana de curand pareau incredibile. Majoritatea producatorilor au deja modelele hibride in gama, sisteme de regenerare a energiei la franare, sisteme start-stop, modelele noi beneficiaza de constuctie mai eficienta si mai usoara, iar de curand au fost lansate pe piata, in versiune de serie, si primele automobile electrice.

Despre automobilele electrice vom vorbi insa in partea a doua a acestui articol, pe care o vom publica saptamana viitoare. Acolo vom analiza cat de corecta si eficienta pare a fi “electrificarea” lumii auto, si vom incerca sa analizam, pe de o parte, eficienta ecologica totala a acestora, inclusiv pretul platit ecologiei pentru productia de baterii, iar pe de alta parte, relevanta si marimea totala a costurilor de exploatare!