1510
Сучасні автомобілі викидають у повітря менше забруднювачів, ніж раніше, однак це не означає, що вихлоп став безпечним. Новий аналіз, описаний у матеріалі SciTechDaily, показує, що зі зниженням загальної кількості летких органічних сполук (VOC) у вихлопі зростає частка кисневмісних летких органічних сполук (OVOC) — групи речовин, серед яких багато особливо реакційноздатних і токсичних.
Дослідники виявили, що за суворіших стандартів викидів саме OVOC та ароматичні сполуки залишаються головними «двигунами» утворення озону, вторинних органічних аерозолів і пов’язаних з ними ризиків для здоров’я. Це ускладнює регулювання транспорту: менша маса викидів і краща паливна економічність не завжди означають пропорційне зниження токсичності вихлопу.
Як змінюється хімія вихлопу під суворішими нормами
Автомобільні стандарти зазвичай обмежують загальну кількість вуглеводнів або інших широких груп забруднювачів. Такий підхід справді різко скоротив масу викидів з вихлопної труби. Однак окремі VOC сильно відрізняються за тим, наскільки вони сприяють утворенню озону, вторинних органічних аерозолів (SOA) чи становлять ризик для здоров’я людини.
Гібридні автомобілі додають ще один рівень складності. У них бензиновий двигун постійно вмикається й вимикається, коли силова установка переходить між електричним і бензиновим режимами. Під час таких переходів двигун і система очищення вихлопу можуть працювати при нижчих температурах, ніж оптимально, особливо на старті та на низьких швидкостях.
Унаслідок цього стандарти, що орієнтуються переважно на загальну масу забруднювачів, можуть «не помічати» зміни в складі окремих реакційноздатних або токсичних сполук, навіть коли сумарні викиди зменшуються. Тому для оцінки екологічних і медичних наслідків нових автотехнологій важливо розуміти не лише скільки, а й що саме викидає автомобіль.
Рамка «концентрація – реактивність – токсичність»
Команда з Китайської академії досліджень довкілля, Чунцінської академії екології та Пекінського університету застосувала новий підхід, який поєднує концентрацію окремих VOC, їхню атмосферну реактивність і токсичність. Вони порівняли викиди від бензинових автомобілів стандартів China IV, China V і China VI, включно з одним не підзаряджуваним гібридом.
На основі виміряного хімічного складу вихлопу дослідники оцінили потенціал утворення озону (OFP), потенціал утворення вторинного органічного аерозолю (SOAP), індекс небезпеки (HI) та канцерогенний ризик (CR) для окремих сполук. Такий підхід дозволив побачити закономірності, які були б непомітні, якби аналіз обмежився лише загальною масою VOC.
Один гібрид виявився «чистим» не за всіма показниками
У лабораторних умовах на шасі-динамометрі протестували сім бензинових автомобілів із безпосереднім упорскуванням пального: шість із традиційним двигуном внутрішнього згоряння (ICEV) і один гібридний (HEV). Випробування проводили за циклом WLTC для холодного та гарячого старту.
Під час низькошвидкісних холодних стартів у звичайних авто загальні фактори викидів VOC між стандартами China IV і China VI зменшилися на 75% — з 287,8 мг/км до 71,8 мг/км. Однак склад суміші змінився: частка OVOC у викидах під час холодного старту зросла з 20–22% до 35%.
Ще виразніші відмінності з’явилися між гібридом стандарту China VI та його звичайним «побратимом». Під час низькошвидкісних гарячих стартів гібрид викидав 25,4 мг/км OVOC — майже вдвічі більше, ніж 13,3 мг/км у порівнюваного ICEV.
За низькошвидкісних холодних стартів розрахований індекс небезпеки (HI) для гібрида був на 69% вищим, а оцінений канцерогенний ризик (CR) — майже удвічі більшим, ніж у традиційного авто. Внесок у утворення озону в гібриді значною мірою забезпечували акролеїн і вініловий ацетат, тоді як понад 70% потенціалу утворення вторинного аерозолю припадало на ароматичні сполуки — толуен, етилбензен, m,p-ксилен і бензен.
Автори пов’язують ці особливості з повторними запусками двигуна, неповним згорянням пального, нижчою температурою вихлопу та меншою ефективністю трикомпонентного каталізатора (TWC) у таких режимах.
Чому це не вирок гібридам
Дослідники наголошують, що результати для одного гібридного автомобіля не можна автоматично переносити на весь парк. Ці дані не означають, що гібриди загалом є більш брудними. Вони показують, що висока паливна економічність і низькі сумарні викиди можуть поєднуватися з менш сприятливою хімією вихлопу за певних умов руху.
Повторні запуски двигуна, особливо на низьких швидкостях, можуть ускладнювати роботу каталізаторів щодо видалення окремих кисневмісних сполук. Щоб з’ясувати, чи повторюються такі закономірності в інших моделях і які саме речовини потребують посиленої уваги, потрібні масштабніші дослідження з участю більшої кількості авто.
Майбутні стандарти можуть стати більш «хімічними»
Запропонована рамка «концентрація – реактивність – токсичність» може допомогти регуляторам вийти за межі контролю лише загальної маси VOC і виділити пріоритетні сполуки за їхньою поширеністю, здатністю утворювати озон та аерозолі й токсичністю.
Майбутні норми можуть цілеспрямовано відстежувати такі речовини, як акролеїн, формальдегід, бензен, вініловий ацетат та інші впливові сполуки, а також посилювати обмеження на ароматичні компоненти пального.
Виробники, своєю чергою, можуть покращити контроль викидів гібридів, швидше прогріваючи каталізатори, застосовуючи електрично підігрівані каталізатори або змінюючи стратегію роботи силової установки, щоб зменшити неповне згоряння під час частих запусків двигуна.
Додавання вимірювань окремих сполук вихлопу до тестів реальних умов руху допоможе переконатися, що електрифікація транспорту справді приносить очікувані вигоди для якості повітря та здоров’я населення. Водночас, перш ніж узагальнювати результати для гібридів, потрібні дослідження на рівні всього автопарку в різних кліматах, на різних видах пального та за різних стилів водіння.
Гібридні авто можуть викидати більше токсичних органіки з’явилася спочатку на Цікавості.
