تلوث السيارة: افهم مخاطرها
على الرغم من التطور التكنولوجي ، لا تزال محركات احتراق السيارات مسؤولة إلى حد كبير عن التلوث في المدن
صورة: Evgeny Chebotarev على Unsplash
ظهرت المحركات الأولى في القرن الثامن عشر. كانت تعمل بالاحتراق الخارجي ، باستخدام الحطب - المحركات البخارية الشهيرة. في القرن التاسع عشر ، ظهرت أولى محركات الاحتراق الداخلي ، حيث يتم حرق الوقود داخل المحرك نفسه. تتمتع محركات الاحتراق الداخلي بميزة على المحركات البخارية نظرًا لتعدد استخداماتها وكفاءتها وإمكانية تكيفها مع أنواع مختلفة من الآلات. ومع ذلك ، فهي مسؤولة إلى حد كبير عن إنتاج التلوث من السيارات.
بدأت دراسة محركات الاحتراق الداخلي وتحسينها ، حيث يتم استخدامها اليوم على نطاق واسع في وسائل النقل - الطائرات والسيارات والطرق ومركبات السيارات الأخرى والسفن وما إلى ذلك. مع نمو استخدامه ، كان هناك قلق من المشاكل الملازمة للمحركات ، مثل انبعاث الغازات التي تولد تلوث الهواء وتسبب مشاكل صحية لدى السكان.
على مر السنين ، خضعت محركات الاحتراق الداخلي للتحسينات ، مما أدى إلى تلويث أقل وأقل من سابقاتها. ترجع هذه التحسينات بشكل أساسي إلى تدابير مثل: استبدال المكربن ، الذي يستخدم للتغذية الميكانيكية لخليط الهواء / الوقود في المحركات ، إلى نظام الحقن الإلكتروني ، الذي يستخدم وقودًا أقل ويخلق مزيجًا مثاليًا أكثر ؛ إنشاء المحولات الحفازة (أو المحفزات) ، والتي تحول جزءًا من الغازات المتولدة أثناء الاحتراق إلى غازات غير سامة قبل انبعاثها من خلال عادم السيارة ، من بين تدابير أخرى. ومع ذلك ، فإن الزيادة في أسطول المركبات وتركز السكان في المراكز الحضرية من العوامل التي تحافظ على مشكلة تلوث السيارات في الهواء - بالمعنى الحرفي للكلمة.
هل تعرف كيف يعمل محرك سيارتك؟
لفهم كيفية تشكل الغازات الملوثة في المركبات ، من المهم معرفة كيفية عمل المحرك. تمتلك معظم السيارات ما يسمى بالمحركات رباعية الأشواط: السحب ، والضغط ، والتوسع ، والانفجار ، والعادم. يحتوي الفيديو على رسوم متحركة توضيحية للغاية حول تشغيل محركات البنزين والديزل.باختصار ، ما يفعله محرك السيارة هو الجمع بين الهواء الجوي (مع تركيز عالٍ من الأكسجين) والوقود. يولد هذا الخليط تفاعلًا كيميائيًا طاردًا للحرارة (مع إطلاق حرارة) يتسبب في تمدد الغازات في غرفة الاحتراق ، والضغط على المكبس ، الذي ينزل لتوليد حركة دورانية في المحرك - وبالتالي تحويل الحرارة إلى عمل - والغازات الناتجة عن الاحتراق يتم التخلص منها عن طريق فتح صمام التفريغ - وهذا هو التلوث من السيارات.
الاحتراق
لكي يحدث الاحتراق ، يجب أن يكون هناك ثلاثة عناصر:- الوقود: الهيدروكربونات المكونة من الهيدروجين (H) والكربون (C) في محركات الاحتراق الداخلي ؛
- الأكسجين: مؤكسد.
- الحرارة: في محركات الاحتراق الداخلي ، تتولد الحرارة عن طريق الشرارة (محرك البنزين) أو عن طريق ضغط هواء السحب (محرك الديزل).
- يمكن أن يكون احتراق الهيدروكربونات من الوقود كاملاً أو غير كامل.
يحدث الاكتمال عندما يكون هناك ما يكفي من الأكسجين لاستهلاك كل الوقود. بالنسبة للمركبات المصنوعة من الكربون والهيدروجين (الهيدروكربونات) ، فإن منتجات الاحتراق الكامل هي: ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O) والطاقة. يعتبر الاحتراق الكامل مثاليًا ، لأنه يستفيد بشكل أفضل من الوقود ، ولكنه يولد ثاني أكسيد الكربون نتيجة للتفاعل ، والذي ، على الرغم من عدم كونه غازًا سامًا - فقط في حالة تسربه بكميات كبيرة داخل المنزل ، مما يجعله خانقًا - يُعرف باحتباس حراري. غاز.
الاحتراق غير الكامل ، عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين لاستهلاك كل الوقود ، يولد التلوث في السيارات. يمكن أن يحتوي كمنتج على أول أكسيد الكربون (CO) ، الكربون الأولي (C) - السخام (دخان داكن ، يتكون من جزيئات صلبة صغيرة من الفحم) - الألدهيدات والمواد الجسيمية.
يوجد النيتروجين والكبريت أيضًا في تكوين الوقود ، ولكن بكميات أقل ، والتي عندما تخضع لعملية الاحتراق تشكل مركبات سامة مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) وأكاسيد النيتروجين (NOx). يعد تكوين أكاسيد النيتروجين عملية يصعب التحكم فيها ، لأنه بالإضافة إلى وجوده في الوقود ، يوجد النيتروجين أيضًا في الهواء - على شكل نيتروجين غازي (N2) - والذي يمكن أن يؤدي في درجات حرارة عالية في غرفة الاحتراق إلى تتفاعل مع الأكسجين.
مشكلة الصحة العامة والبيئة
يمكن أن تسبب الغازات التي تتسبب في تلوث السيارات ، المتولدة في محركات الاحتراق الداخلي ، العديد من المشاكل على صحة الإنسان والبيئة. تؤثر أكاسيد SO2 وأكاسيد النيتروجين على الجهاز التنفسي وتتسبب في هطول الأمطار الحمضية ، ويقلل ثاني أكسيد الكربون من قدرة الدم على حمل الأكسجين وتتسبب الجسيمات في الحساسية التنفسية وهي ناقلات (تحمل) الملوثات الأخرى (المعادن الثقيلة والمركبات العضوية المسببة للسرطان).
عندما يكون هناك انبعاث كبير للتلوث في المدن ، لا تزال هناك ظواهر طبيعية ، مثل الانقلاب الحراري ، مما يؤدي إلى تفاقم سيناريو التلوث ، حيث يجعل تشتت هذه الغازات أكثر صعوبة ، ويبقي السكان معرضين لها لفترة أطول.
في عام 2002 ، أصدرت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) تقريرًا حذرت فيه من مخاطر التعرض لفترات طويلة لأبخرة زيت الديزل. ووفقًا للتقرير ، فإن استنشاق هذه المواد الجسيمية ، وأكاسيد الكبريت والنيتروجين على المدى الطويل ، يمكن أن يتسبب في الإصابة بالسرطان لدى البشر. في عام 2013 ، خلصت الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) إلى أن الانبعاثات من محركات الديزل تسبب بالفعل سرطان الرئة ، وربما سرطان المثانة أيضًا. في لندن كانت هناك حالة وفاة ناجمة عن تلوث الهواء من السيارات.
الفرق بين محركات الاحتراق الداخلي
محركات البنزين والديزل
يتشابه تشغيل محركات البنزين والديزل كما هو موضح أعلاه. الفرق الرئيسي بين هذه المحركات هو أنه في محرك البنزين ، ما يدخل غرفة الاحتراق هو خليط من الهواء والوقود ، والاشتعال (بدء / بدء الاحتراق) لهذا المحرك يحدث من شرارة توفرها شمعة الإشعال. من الاشتعال. من ناحية أخرى ، في محرك الديزل ، في البداية يتم إدخال الهواء فقط في غرفة الاحتراق ، والتي يتم ضغطها بعد ذلك بواسطة المكبس ويحدث الاشتعال من حقن الديزل في هذا الهواء عند ضغط مرتفع.
البنزين هو وقود شديد الانفجار (كما هو موضح في الفيديو) ، مما يعطي السيارة قوة عالية واستجابة سريعة في الدوران. يتميز محرك الديزل بحرق وقود أبطأ وأكثر استمرارية ، مما يؤدي إلى "دفع" المكبس للأسفل بشكل دائم وتوفير عزم دوران أكبر (جهد دوران) عند دورات أبطأ. هذا يجعلها أقوى وبالتالي أكثر ملاءمة للاستخدام في وسائل النقل ذات الأحمال الكبيرة. تمنح هذه الميزة أيضًا محرك الديزل ميزة كونه أكثر متانة ، حيث يتسبب في تأثير أقل على أذرع المحرك (العمود المرفقي).
في محرك الديزل ، يتم حقن الوقود أثناء عملية الاحتراق التلقائي التقليدية ، حيث يتم حقن الديزل في الهواء المضغوط بشدة. ينتج عن هذا زيادة مفاجئة في درجة الحرارة ، لتصل إلى مستويات تفضل تكوين أكسيد النيتروجين وتساهم في عملية الانحلال الحراري (تفاعل التحليل أو التحلل الذي يحدث بفعل درجات الحرارة المرتفعة) ، حيث يتم إنشاء المواد الجسيمية. هذا الوقود أقل تقلبًا. نظرًا لأنه يتم حقنه مباشرة في الهواء المضغوط (حيث يبدأ الاحتراق) ، ينتهي به الأمر إلى أن يكون الخليط أقل تجانسًا من ذلك الذي يحدث في البنزين. يؤدي نقص الهواء الزائد في الخليط المتفاعل إلى احتراق غير كامل ، وانبعاث السخام ، وأول أكسيد الكربون (CO) ، والهيدروكربونات (HC). بسبب هذه العوامل ، تميل محركات الديزل ، فيما يتعلق بمحركات البنزين ، إلى إصدار سبعة أضعاف الملوثات في الغلاف الجوي من حيث انبعاثات الجسيمات. من ناحية أخرى ، يصدر البنزين نسبًا أعلى من ثاني أكسيد الكربون (CO2).
محرك مرن
المحرك المرن هو المحرك الذي يعمل بأكثر من نوع واحد من الوقود. في البرازيل ، أكثر مركبات الوقود المرنة شيوعًا هي تلك التي تستخدم البنزين والإيثانول.
محرك هذه السيارات المرنة واحد. لجعله يعمل مع كل من البنزين والإيثانول ، فإنه يحتوي على بعض المتغيرات التي تتداخل مع عمله. من بين هذه المتغيرات ، يمكننا أن نذكر النسبة المتكافئة للمحرك (خليط الهواء / الوقود) ، والتي تختلف باختلاف خصائص الوقود ، مع قيمة حرارية أكبر أو أقل ، والتي تختلف أيضًا في استهلاك الوقود بواسطة المحرك. تحتوي عربة الوقود المرنة على مستشعر يكتشف خليط الوقود الذي يتم إدخاله في الخزان ويضبط الحقن وفقًا لذلك.
