فصل اول

 انواع آلاينده ها

 

 

·استانداردها ·مونواکسيد کربن(CO)  ·هيدرو کربن هاي نسوخته(HC) ·اثرگلخانه اي ·ترکيبات سرب ·ذرات معلق در هوا (PM)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه:  آلودگي

آلودگي هوا عبارت است از هرگونه آلاينده‌اي که با ورود به جو سبب تغيير ترکيب شيميايي طبيعي گازهاي موجود در جو گردد. اين آلاينده‌ها در هواي آزاد شامل گرد و غبار، بخارات فلزي، گاز، بو، دود و بخارات هستند که بسته به کميت، ويژگي‌ها و مدت زمان ماندگاري در هوا، براي انسان، گياهان، زندگي حيوانات و اموال مضر هستند. آلودگي هوا به عوامل انساني محدود نمي‌شود و در واقع آلاينده‌هاي هوا از هر دو منبع طبيعي و انساني به‌وجود مي‌آيند.

نمونه‌هايي از منابع مولد آلودگي در شکل 1 نشان داده شده‌اند. منابع اين آلودگي‌ها گاهي در کنترل انسان نمي‌باشند. منابع آلودگي از قبيل باد كه ذرات غبار و خاك را از سطح زمين بلند مي‌كند، آتشفشان‌ها كه چندين تُن‌ خاكستر و خاك را وارد جو مي‌كنند و همچنين آتش‌گرفتن جنگل‌ها كه دودة بسيار زيادي ايجاد مي‌كنند، نمونه‌هايي از منابع طبيعي آلودگي مي‌باشند. با اين حال، مهمترين منابع آلودگي به‌خصوص در کشورهاي صنعتي ناشي از  فعاليت انسان‌ها مي‌باشند. آلودگي ناشي از انسان از دو منبع ثابت و متحرك وارد جو مي‌شود.

شکل 1: نمونه‌هايي از منابع مولد آلودگی

 منابع ثابت شامل مجموعه‌هاي صنعتي، نيروگاه‌ها، منازل، ساختمان‌هاي اداري و غيره مي‌باشند و منابع متحرك شامل انواع خودروها، كشتي‌ها و هواپيماهاي جت هستند.

آلايند‌ه‌ها به دو دستة اصلي آلايند‌هاي اوليه و ثانويه تقسيم مي‌شوند. آلاينده‌هايي را اوليه مي‌نامند كه مستقيماً از منابع آلودگي وارد جو مي‌شوند. ساير آلاينده‌ها كه توسط يك واكنش شيميايي بين يك آلاينده نوع اول و ساير اجزاي هوا مانند بخار آب يا آلاينده‌هاي ديگر به‌وجود مي‌آيند، آلاينده‌هاي ثانويه ناميده مي‌شوند. شکل 2 آلاينده‌هاي اوليه و ثانويه و همچنين منابع توليد آنها را به‌صورت شماتيک نشان مي‌دهد.

تعدادي از منابع توليد آلاينده‌هاي اوليه در جدول 1 آمده‌است. آلاينده‌هاي اوليه معمولاً ساختار شيميايي ساده‌اي دارند. دي‌اکسيد کربن، منواکسيد کربن، دي‌اکسيد گوگرد و اکسيد نيتروژن حاصل از فرايند احتراق؛ سولفات هيدروژن، آمونياک، کلريد هيدروژن و فلوروئيد هيدروژن توليدشده توسط فرايندهاي صنعتي در دستة آلاينده‌هاي اوليه قرار مي‌گيرند.

 

 

شکل 2 : منابع آلودگي و آلاينده‌هاي اوليه و ثانويه

 

 

جدول 1: تعدادي از منابع اوليه آلودگي هواي Pollutants Sources       Natural Particles (dust, ash), gases (SO2,CO2) Volcanic eruptions   Smoke, unburned hydrocarbons, CO2, nitrogen oxides, ash Forest fires   Suspended particulate matter Dust storms   Salt particles Ocean waves   Hydrocarbons (VOCs)*, pollens Vegetation   Sulfurous gases Hot springs       Human caused Particulate matter, sulfur oxides Paper mills Industrial Ash, sulfur oxides,  nitrogen oxides Power plants       Coal   Sulfur oxides,  nitrogen oxides, CO                             Oil   Hydrocarbons, Sulfur oxides, CO Refineries   SO2,  SO3, H2SO4 Manufacturing    sulfuric acid   Particulate matter,  gaseous  fluoride                             Phosphate  fertilizer   Metal oxides, smoke , fumes,  dusts, organic &  inorganic gases                             Iron & steel mills   Gaseous resin                             Plastics   Acrolein, sulfur compounds                             Varnish/Paint   CO, nitrogen oxides, hydrocarbons  (VOCs),  particulate  matter Automobiles Personal CO, particulate  matter Home furnaces/fireplaces   CO, particulate  matter Open burning of refuse   *VOCs are  volatile organic compounds; they represent a class of organic compounds, most of which are hydrocarbons

 

 

بنزن و ساير حلال‌هاي قابل تبخير شامل پارافين‌ها، اولفين‌ها و آروماتيک‌ها با ترکيبات ساده، جزء آلاينده‌هاي اوليه هستند. ولي اين نوع آلاينده‌ها به‌تنهايي تمامي آلاينده‌هاي موجود را تشکيل نمي‌دهند. واکنش‌هاي شيميايي ممکن است بين آلاينده‌هاي اوليه و ساير اجزاي غيرآلوده جو پديد آيند و آلاينده‌هاي ثانويه را به‌وجود آورند. HNO₃، H₂SO₄، O₃ و غيره نمونه‌هايي از اين نوع آلاينده‌ها مي‌باشند (شکل 2).

 

 

مقايسة تعداد خودروها در شهر تهران و کشور ايران در مقايسه با ساير کشورها

 

1-1 استانداردهاي آلودگي

براي کنترل ميزان آلاينده‌هاي خروجي خودرو، از قوانين زيادي در سرتاسر دنيا استفاده مي‌شود. از جمله مهمترين قوانين بين‌المللي درباره آلودگي خودرو، استانداردهاي اروپا، ايالات متحده و ژاپن هستند. با توجه به اين‌که عمدۀ خودروهاي توليدي در ايران توسط کشورهاي اروپايي طراحي شده‌اند، در ايران قوانين اتحاديه اروپا مورد استفاده قرار مي‌گيرند، لذا اين قوانين را مورد بررسي قرار مي‌دهيم. براي بررسي آلاينده‌هاي خروجي نياز به آزمايش اتومبيل‌ها مطابق با سيکل‌هاي رانندگي مي‌باشد، بنابراين در زير ابتدا به‌صورت مختصر به اين سيکل‌ها پرداخته مي‌شود.

 

سيکل‌هاي رانندگي

راندمان موتورهاي احتراق داخلي پايين مي‌باشد و پديدة احتراق آلاينده‌هاي خطرناکي را توليد مي‌کند. براي ساليان متمادي اين دو مسأله درنظر گرفته نمي‌شدند. البته با افزايش استفاده از اتومبيل‌ها و همراه با آن افزايش خطر نابودي محيط زيست اين مسائل به‌صورت جدي مطرح شدند. در دهه‌هاي هفتاد و هشتاد ميلادي در ايالت کاليفرنياي آمريکا انگيزه‌اي براي کارخانجات اتومبيل‌سازي به‌وجود آمد تا موتورهايي با کارايي بالاتر و آلودگي کمتر با توجه به قوانين آلودگي تدوين‌شده، توليد کنند. به‌همين منظور براي مقايسة مراحل آزمايش موتورها با يکديگر نياز به يک‌سري مراحل استاندارد جهت آزمايش احساس مي‌شد. اين مراحل استاندارد سيکل‌هاي رانندگي ناميده مي‌شوند.

سيکل رانندگي يک الگوي رانندگي استاندارد مي‌باشد. اين الگو توسط ميانگين يک جدول سرعت-زمان بيان مي‌شود. اين سيکل به گام‌هاي زماني که برحسب ثانيه مي‌باشند تقسيم مي‌شود. شتاب درطي يک گام زماني ثابت مي‌باشد. درنتيجه سرعت درطي يک گام زماني تابع خطي از زمان خواهد بود. به‌دليل اين‌که سرعت و شتاب براي هر نقطه معلوم هستند مي‌توان مقدار قدرت مکانيکي لازم را به‌صورت تابعي از زمان فرمول‌بندي کرد. اين تابع روي کل مدت زمان مراحل سيکل رانندگي انتگرال‌گيري مي‌شود و انرژي مکانيکي لازم براي سيکل رانندگي به‌دست مي‌آيد. اين سيکل رانندگي روي شاسي دينامومتر پياده مي‌شود. درهنگام آزمايش موتورهاي احتراق داخلي ميزان مصرف سوخت و آلودگي مستقيماً اندازه‌گيري مي‌شوند. در سيستم‌هاي رانندگي، کارايي سيستم با تقسيم انرژي مکانيکي محاسبه‌شده بر انرژي اولية سوخت به‌دست مي‌آيد.

 

 

مهمترين سيکل‌هاي رانندگي مورد استفاده عبارتند از:

1.          سيکل‌‌‌‌‌‌‌‌هاي رانندگي اروپا

2.          سيکل‌هاي رانندگي ايالات متحده

3.          سيکل‌هاي رانندگي ژاپن

از يک ديدگاه سيکل‌هاي رانندگي به دو نوع سيکل‌هاي تأييد نوع و سيکل‌هاي واقعي تقسيم مي‌شوند. تعداد سيکل‌هاي تأييد نوع خودروها اندک مي‌باشد و در طول زمان کمتر تغيير داده مي‌شوند. عموماً اين سيکل‌ها بين‌المللي بوده و کاربرد اصلي آنها در ارتباط با سازوکارهاي نظارتي قوانين مي‌باشد. ولي سيکل‌هاي رانندگي واقعي متنوع، خاص يک شهر، کشور يا بين‌المللي بوده و کاربرد آنها بسيار وسيع‌تر مي‌باشد. يکي از کاربردهاي وسيع آنها برآورد دقيق‌تر آلودگي و کمک به مدل‌سازي کيفيت آلودگي هوا مي‌باشد. اين سيکل‌ها در طول زمان بيشتر تغيير مي‌کنند و با استفاده از تجربيات قبلي تصحيح مي‌شوند. با توجه به اين نکات و اهميت مسألة آلودگي، لزوم به‌دست آوردن سيکل واقعي رانندگي شهرهاي آلودة کشور از جمله تهران و در مقياس بزرگتر کل کشور که هم‌اکنون جاي آن خاليست، بيش از پيش احساس مي‌گردد.

 

 

قوانين اتحاديه اروپا

 استانداردهاي اروپايي که در خصوص انتشار آلاينده ها از خودروهاي سواري بنزيني موجود ميباشند عبارتند از:  ECE / EEC

آغازين استاندارهاي آلودگي

دراروپا اولين استاندراد در جهت محدود كردن انتشار گازهاي آلاينده خروجي از وسايط نقليه موتوري توسط ECE در استاندراد R15 وضع شد در اين استاندارد حد مجاز آلاينده هاي هيدروكربن و منوكسيد كربن خارجي از اگزوز در حالي كه خودرو تحت سيكل شهري ECE برروي شاسي دنيا موقتي رانندگي مي شد ، برجسب وزن خودرو (وزن مرجع) در 8 گروه ارائه شده بود اين سيكل رانندگي طوري طراحي شده بود كه بيانگر شرايط رانندگي در شهر اروپا باشد اين سيكل متشكل از 4 بار تكرار سيكل شهري پايه است . اين استاندارد براي خودروهاي سبك اعمال مي شد .

استاندارد R15 بلافاصله در استاندراد 70/220/EE در اتحاديه اروپا بكار گرفته شد . باتوجه به افزايش روزافزون حساسيت نسبت به مسائل زيست محيطي، اصلاحيه هاي به استاندارد R15اعمال شد و حدود مجاز كاهش يافت . تاسال 1983 چهار اصلاحيه انتشار يافت و اين استانداردها نيز متقابلاً در استانداردهاي EEC منعكس شد .

شايان ذكر است در استاندارد R15.02 اكسيدهاي نتيتروژن موجود در گازهاي خروجي از اگزوزنيز به آلايندهايي كه بايد ميزان آنها ازحد مجاز قيد شده در اين استانداردها تجاوز نكند . اضافه شد .  بعلاوه در استاندارد R15.04 حد مجاز باري هيدروكربنها و منوكسيدكربن موجود در گازهاي خروجي از اگزوز كه قبلاً بصورت مجزا ارائه شده بود بصورت مجموع اعلام شد

1-1-1 استاندارد EEC(European Economic commiunity)

تا اواسط دهه 80 EEC در زمينه انتشار و ايستانداردهاي آلودگي پيرو ، ECE بود ، پس ازتصويب توافقنامه لوگزانبورك در سال 85، استاندارد جديد آلودگي 88/76/EEC در سال 88 توسط اتحاديه اروپا ارائه شد . انتشار اين استاندارد قدم مهمي در اين زمينه به شمار مي رود . از اين زمان به بعد نقش EEC استانداردهاي وضع شده توسط EEC را در استانداردهاي خود بكار گرفت در استاندارد 88/76/EE حد مجاز آلاينده اي اكسيدهاي نيتروژن و مجموع هيدروكربن و منوكسيدكربن خروجي از اگزوز در حالي كه خودرو تحت سيكل شهري ECE برروي شاشي اين موتور رانندگي مي شد ، برحسب ظرفيت موتور در سه گروه بطور مجزا براي خودروهاي ديزل و بنزيني ارائه شده بود.استاندارد 88/76/EE بلافاصله با استاندارد 88/436/EE كه در آن حد مجاز براي ذرات معلق (براي خودروهاي ديزل) مشخص شده بود و 88/458/EEC كه حد مجاز براي آلاينده هاي خروجي از اگزوز براي خودروهاي ظرفيت موتور كمتر از 1400 كاهش داده شده بود دنبال شد.

باتوجه به مشكلات ناشي از آلودگي هوا و سهم انكار ناپذير خودروها در آن استانداردهاي در جهت كاهش انتشار آلاينده ها از خودروها تدوين شده اند و در اين عوامل مختلف برميزان انتشار آلاينده ها از خودروتأثير مي گذارند و از آنجايي كه مقادير بدست آمده بايد قابل مقايسه و تكرار پذير باشند.اين مقادير بايد تحت شرايط كنترل شده و يكساني بدست آيند . بدين منظور استانداردهاي آلودگي علاوه برارائه مغاير پذيرش خودروهااز نظر انتشار آلاينده هاي و تعيين آزمونهاي لازم باتوجه به عوامل فوق الذكر ، شرايط يكساني را جهت بدست آوردن ميزان انتشار آلاينده ها از خودروها تعيين مي كنند . از جمله اين شرايط مي توان به موارد زير اشاره كرد .

1-نحوه و شرايط انجام آزموهاي فوق الذكر

2-سيكل رانندگي

3-سوخت (بسته به نوع آزمون استفاده از سوخت تجاري و يا سوخت) مرجع ذكر شده است .

شايان ذكر است كه سوخت مرجع ، سوخت تجاري متفاوت است و در هر استاندارد مشخصات آن ارائه شده است .

4.شرايط خودروو نحوه آماده سازي آن قبل از انجام هر آزمون

 

1-1-2 استاندارد (Economic commission Europe) ECE

در حال حاضر ECE تا اين زمان در استانداردهاي آلودگي جهت تعيين ميزان آلاينده هاي منتشر شده از اگزوز محفظه كارتل خودرو سه نوع آزمون به قرار زير براي خودروهاي سبك در نظر گرفته شده بود كه بسته به نوع خودرو لزوم انجام و معيار آن قيد شده است .

×          انتشار آلاينده هاي خروجي از اگزوز ـ پس از استارت سرد (آزمون نوع 1)

×          انتشار منوكسيدكربن در جاكار كردن (آزمون نوع 2)

×          انتشار گازهاي آلاينده از محفظه كارتر (آزمون نوع 3)

اتحاديه اروپا ارسال 1991 استاندارد 91/441EEC را منتشر كرد كه مرسوم به EUROL براي خودروهاي سواري است . انتشار اين استاندارد گام مهمي ديگر در استانداردهاي آلودگي بود . دراين استاندارد علاوه بركاهش حدود مجاز آلاينده هاي خروجي ، موارد زير شايان ذكر است. براي اولين بازآزموني جهت تعيين ميزان بخارات خروجي از سيستم سوخت رساني (آزمون نوع 4 و حد مجاز مربوط به آن معرفي شد)

علاوه به سيكل رانندگي شهري ECE يا ECE15 ، سيكل خارج شهر EUDC بمنظور شبيه سازي شرايط رانندگي خارج شهر معرفي شد . شايان ذكر است براي انجام آزمون نوع اول بايد هردو سيكل شهري و خارج شهري اجرا شود .از اين زمان به بعد حد مجاز براي انتشار آلاينده ها از اگزوز برحسب گرم بركيلومتر ارائه شد (تا قبل از اين مقادير برحسب گرم (رتست ارائه مي شد) . براي تبديل مقادير از گرم برتست به گرم در كيلومتر مي توان  اين مقادير را بر ساخت واقعي طي شده در طي سيكل تقسيم كرد . در صورتي كه مسافت واقعي در دسترس نباشد مي توان از مقادير تئوريك بصورت زير استفاده كرد .

gr/test)/4´1/013)=gr/km تحت سيكل شهري

gr/test)(4´1/013+6/955)=gr/km تحت سيكل شهري + سيكل خارج شهر

مقادير مجاز براي آزمون نوع 1 ، بدون توجه به وزن ياظرفيت موتور براي كليه خودروهاي سواري بطوريكسان است .

استاندارد مهم بعدي در خصوص انتشار استانداردهاي آلودگي . استاندارد 94/12/EC است كه موسوم به EUPOII براي خودروهاي سواري است در اين استاندارد علاوه بركاهش حد مجاز آلاينده هاي خروجي از اگزوز مقادير حد مجاز براي خودروهاي ديزل و بنزيني بطور مجاز ارائه شده بود و  ازاين زمان به بعد حد مجاز ارائه شده بود و از اين زمان به بعد حد مجا زگازها خروجي از اگزوز تاييديه نوع و تطابق توليد يكسان درنظر گرفته شد .

در اين زمان مشخص شد كه صرفاً با استفاده از تكنولوژيهاي مختلف برروي خودروهاي نمي توان انتشار آلودگي منتشره از خودرو راتا حد لازم كاهش داد . بنابراين در اين استاندارد مقرر شد تمهيدات لازم جهت بررسي راهكارهاي ديگر به منظور دستيابي به اهداف كاهش آلودگي اتخاذ شود بدين منظور در سال 1993 برنامه Auto.Oil اروپا با هدف يافتن كارآمد كم هزينه ترين راهكارها در جهت كاهش آلودگي ناشي از خودروها آغاز شد .

استاندارد آلودگي 98/69/EC استاندارد آلودگي را براي 2000 و 2005 ارائه مي كند كه بترتيب موسوم به EuraII,eROiv هستند ، اين استاندارد از جمله استاندادهايي است كه نتيجه مطالعات انجام گرفت در برنامه Auto Oil اروپا هستند.

شايان ذكر است كه از ديگر نتايج مهم برنامه Auto Oil تدوين استاندارد مربوط به كيفيت سوخت است كه بصورت استاندارد 98/70/ec و انتشار يافت ، در اين استاندارد نيز مشخصات سوخت باري 2000 ، 2005 ارائه شد كه متقابلاً موسوم به استانداردهاي EuroIV و EuroIII براي كيفيت سوخت است .

از جمله موارد مهم دراين استاندارد علاوه بركاهش حدود مجاز مي توان به موارد زير اشاره كرد:

الف)حد مجاز آلاينده هاي اكسيدهاي نيتروژن و هيدروكربن موجود در گازهاي خروجي از اگزوز بصورت مجزا ارائه شد .

ب)سيكل رانندگي بازنگري شد ، قبلاًجمع آوري گازهاي خروجي از اگزوز پس از 40 ثانيه در جا كردن خودرو آغاز مي شد . ولي از اين زمان به بعد جمع آوري گازهاي خروجي بايد بلافاصله پس از روشن شدن خود و شروع شود.

ج)شرايط آزمون تعيين تبخير بخارات بنزين (نوع 4) سختگيرانه تر باشد .

د)بررسي انتشار آلاينده هاي خروجي از اگزوز پس از استارت سرد در محيط با درجه حرارت پائين (آزمون نوع 6) به 5 آزمون قبلي اضافه شد آزمون سيستم عيب يابي خودرو (OBC) اضافه شد.  استاندارد 88/76/EEC توسط ECE در استاندارد ق 000/83 تأئيديه نوع B اعمال شداستاندارد R83.00 حد مجاز آلاينده هاي خروجي از خودرو باتوجه به نوع سوخت خودرو به صورت دو نوع تاييديه تعيين مي كند:

1-تأييد به نوع A براي خودروهاي با سوخت بنزين سرب دار كه حد مجاز آلايندههاي مشابه استاندارد ECER15.04 است .

2-تاييديه نوع C,B كه به ترتيب براي خودروهاي با سوخت بنزين بدون سرب و ديزل بوده و فشار به استاندارد 88/79/EE است .

خودروهاي سبک

خودروهاي سبک، اولين گروهي بودند که تحت قوانين ECE  قرار گرفتند و محدوديت آنها چهار بار تغيير کرده است.  مقادير استاندارد R15 تا ويرايش 4 آن در جدول 4 آمده‌است.

 

 

در جدول 5 حدود آلاينده‌هاي ECE R15 آمده‌است. اتحاديه اروپا (EU[1]) از
ECE R15-04 به‌بعد توافق کرد که خودروهاي با وزن کمتر از 5/3 تن داراي محدوديت‌هاي کمتري باشند. همچنين حدود ويژه‌اي براي خودروهاي ديزل نيز مورد توافق قرار گرفت. اين ويرايش جديد به نام ECE R83 شناخته شد. اين استاندار در جدول 6 نشان داده شده‌است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

قوانين و استانداردهاي آلودگي در ايران

در سال 1374 قانون هواي پاک از سوي مجلس شوراي اسلامي به‌تصويب رسيد. اين قانون شامل6 فصل و 36 بخش است و منابع آلاينده تهران را به سه گروه تقسيم مي‌کند:

·                خودروها

·                کارخانه‌ها، کارگاه‌ها و نيروگاه‌ها

·                منابع خانگي، کاري و منابع متنوع ديگر

جدول 7 استاندارد آلودگي هوا را در ايران نشان مي‌دهد.

 

 

جدول 8 استاندارد آلودگي را براي خودروهاي سبک در ايران در سال 2007 نشان مي‌دهد:

 

* وزن مرجع (Reference Weight)

 

توليد آلودگي در موتورهاي اشتعال جرقه‌اي (SI) و ديزل (CI)

امروزه اتومبيل‌ها نقش بسيار مهمي ‌در صنعت حمل و نقل دارند. با افزايش جمعيت و استاندارد زندگي، وسائط نقليه و همچنين تعداد خودروها روزانه افزايش مي‌يابند. همه اين‌ وسايل به‌خصوص در مراکز شهرها باعث افزايش آلودگي مي‌شوند. در کشورهاي پيشرفته مانند ايالات متحده، آلودگي توليدشده از خودروها در حدود 50 تا 60 درصد کل آلودگي کشور را تشکيل مي‌دهند. در تهران اين رقم در حدود 70 درصد تخمين زده مي‌شود.

اصلي‌ترين آلاينده‌هاي توليدشده توسط موتورهاي احتراق داخلي CO، NO_x، هيدروکربن‌هاي نسوخته (HC) و ساير ذرات معلق مي‌باشند. علاوه بر اين آلاينده‌ها، همه سيستم‌هايي که سوخت مي‌سوزانند مقدار زيادي CO₂ توليد مي‌کنند، که اين گاز مهمترين گاز مؤثر در اثر گلخانه‌اي مي‌باشد.

 

آلودگي موتورهاي اشتعال جرقه‌اي (SI)

آلودگي موتورهاي اشتعال جرقه‌اي را مي‌توان به سه دسته تقسيم کرد: آلودگي خروجي از اگزوز، آلودگي تبخيري و آلودگي محفظه ميل‌لنگ. مهمترين اجزاي آلودگي اين موتورها CO، NO_x و HC خروجي از اگزوز مي‌باشند. درصد آلاينده‌هاي مختلف که از سه منبع مذکور خارج مي‌شوند، متفاوت است. درصدهاي مختلف اين آلودگي‌ها به تفکيک در شکل زير آمده‌است.

 

درصد آلاينده‌هاي مختلف که از سه منبع ذکر‌شده خارج مي‌شوند

 

مقادير نسبي اين آلاينده‌ها، به طراحي موتور و شرايط کاري آن وابسته هستند و مقادير معمول آن‌ها مطابق جدول 9 مي‌باشد.

 تبخير سوخت از مخزن سوخت و کاربراتور يکي از انواع آلودگي‌هاي خودروها است که حتي بعد از خاموش شدن موتور نيز مشاهده مي‌شود؛ اين آلودگي از نوع HC نسوخته مي‌باشد. ولي در اکثر موتورهاي مدرن، اين هيدروکربن‌هاي نسوختة خارج نشده، به‌صورت ﻣﺅثر با بازخوراني گازهاي رخنه‌اي از محفظه ميل‌لنگ به سيستم مکش در شرايط عادي کار موتور، کنترل مي‌شوند. ساير اجزاي آلاينده شامل CO₂ و ذرات سرب مي‌باشند. بنزين بندرت داراي گوگرد مي‌باشد بنابراين SO₂ جزء آلاينده‌هاي ناشي از موتور SI نمي‌باشد. بنزين شامل درصد کمي سرب است ولي سرب اثرات مضر بسياري بر سلامت انسان دارد. در چهار مرحله موتورهاي جرقه‌اي، آلاينده‌ها در سيلندر طي فرايندهاي متفاوتي تشکيل مي‌شوند که در ادامه به بعضي از آنها اشاره مي‌شود. NO با دماي زياد گازهاي سوخته پشت شعله در يک واکنش شيميايي توليد مي‌شود. نرخ توليد NO با افزايش دماي گاز افزايش مي‌يابد. هنگامي‌که گازهاي نسوخته در مرحله انبساط سرد مي‌شوند، واکنش‌هاي ديگر NO متوقف مي‌شوند و غلظت NO بسيار بيشتر از مقدار غلظت NO در دماي تعادل در شرايط خروجي اگزوز مي‌باشد.

منوکسيد کربن (CO) نيز در فرآيند احتراق توليد مي‌شود. اگرچه در مخلوط‌هاي رقيق معمولاً O₂ براي سوختن تمام کربن موجود و تبديل آن به CO₂ وجود دارد، ولي بازهم مقداري CO به‌دليل تجزيه CO₂ به‌علت درجه حرارت بالاي محصولات احتراق در خروجي اگزوز وجود دارد. در ادامه، در مرحله انبساط، واکنش اکسايش نيز با افت دماي‌ گاز متوقف مي‌شود. آلودگي هيدروکربن‌هاي نسوخته از منابع مختلفي به‌وجود مي‌آيد. در هنگام تراکم و احتراق، فشار افزاينده سيلندر مقداري از گاز موجود در سيلندر را وارد شيارهاي محفظه احتراق مي‌کند که فاصله بين رينگِ پيستون و ديواره سيلندر، بزرگترين اين فضاها مي‌باشد. اکثر اين گازها نيز مخلوط هوا و سوخت نسوخته که از ناحيه اوليه احتراق فرار کرده‌اند، مي‌باشند. باقي ماندن مخلوط نسوخته به‌علت آن است که شعله نمي‌تواند وارد اين شيارهاي باريک شود. اين گازها که بعداً در مراحل انبساط و تخليه اين شيارها را ترک مي‌کنند يکي از منابع توليد هيدروکربن‌هاي نسوخته هستند.

ديواره محفظه احتراق يک منبع ديگر براي توليد آلودگي مي‌باشد. يک لايه سردشده شامل مخلوط هوا و سوخت نسوخته يا نيمه‌سوخته روي ديواره که با خاموش شدن شعله در اثر برخورد با ديواره به‌وجود مي‌آيد، باقي مي‌ماند. اگر محفظه احتراق تميز باشد هيدروکربن‌هاي نسوخته در اين لايه (حدود mm 1/0) بسرعت مي‌سوزند. منبع ديگر هيدورکربن‌هاي نسوخته،‌ لايه نازک روغن روان‌کاري روي ديواره سيلندر و پيستون مي‌باشد که HC را قبل و بعد از احتراق جذب مي‌کند. منبع نهايي توليد HC در موتور، سوخت ناقص به‌علت سرد‌شدن حجمي ‌شعله در قسمتي از سيکل موتور که احتراق کُند صورت مي‌گيرد، مي‌باشد. اين HC نسوخته که نزديک ديوارة سيلندر باقي مي‌ماند در مرحله تخليه هنگامي‌که پيستون گازها را به بيرون مي‌راند، خارج مي‌شود.

يکي از مهمترين متغيرها در تعيين آلودگي موتور SI نسبت هوا به سوخت واقعي به هوا به سوخت استوکيومتري است که با  نشان داده مي‌شود و به آن نسبت هوا به سوخت نسبي مي‌گويند. در محدوده 1 =  آلودگي NO_x حداکثر مي‌باشد. مخلوط‌هاي رقيق‌تر آلودگي NO_x کمتري توليد مي‌کنند تا جايي‌که کيفيت احتراق در اثر رقيق شدن کم شود. در هنگام روشن کردن موتور، مخلوط بسيار غني از هوا و سوخت وارد موتور مي‌شود چراکه تبخير سوخت بسيار کُند صورت مي‌گيرد، بنابراين تا وقتي که موتور گرم نشود و از غلظت مخلوط هوا و سوخت کم نشود، آلودگي CO و HC زياد مي‌باشد.

در شرايط بار جزئي از مخلوط‌هاي رقيق مي‌توان استفاده کرد که در اين‌ صورت از آلودگي CO و HC کاسته‌شده و آلودگي NO_x به مقدار متوسطي مي‌رسد. استفاده از گازهاي خروجي بازگشت داده شده جهت رقيق شدن مخلوط ورودي موتور سبب کاهش سطح  NO_x  مي‌شود ولي کيفيت احتراق را پايين مي‌آورد. روش بازخوراني گازهاي خروجي با مخلوط‌هاي استوکيومتري در موتورهاي زيادي براي کاهش آلودگي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 

آلودگيها  

 

1-2  مونو اکسيد کربن(CO)

مونوكسيد كربن با فرمول CO وزن مولكولي 01/28 نقطه ذوب 207 درجه سانتيگراد و نقطه جوش 192 درجه سانتيگراد، گازي اسـت بـي رنگ و بـي بـو كه حاصل احتراق ناقص زغال و سوخت‌هـــاي فسيلي است. حد طبيعي آن در هوا 01/0 تا 2/0 قسمت در ميليون (حجمي) است و در مناطق شهري معمولا زير 17 قسمت در ميليون است ودر محيط‌‌هاي بسته و كارگاه ها غالبا از 100 پي پي ام هم تجاوز مي‌نمايد.

 اين اجزاء مي تواند در ابتدا تحت تأثير ضريب هواي اضافي واقع شود . از آنجا که اکسيژن براي اکسيد کردن تمام مولکولهاي کربن به  بقدر کافي موجود نيست غلظتهاي  بالاي CO را نتيجه مي دهد و با افزايش هوا غلظتهاي CO کاهش مي يابند .

انتشار مونواکسيد کربن مي تواند تنها تحت تأثير مقدار ناچيزي از پارامترهاي موتور واقع شود ؛ مانند زمانبندي جرقه ، نسبت تراکم ، سرعت موتور و زمانبندي تزريق ؛ اين موضوع بوسيله اين واقعيت که واکنش هاي ترکيبي مجدد CO که در مرحله انبساط در ابتدا بسته به فشار رخ مي دهند تعبير مي شود ، ليکن فشار در مرحله انبساط ، کم و بيش وابسته به پارامترهاي فوق است . بنابراين انتشار CO به پارامترهاي فوق در حد زيادي بستگي ندارد. در محدوده هواي بيشتر غلظت CO نسبتاً پائين است و با افزايش بيشتر ضريب هواي اضافي ، کاهش مي يابد . CO موجود در اين محدوده ممکن است در نقص موضعي يکسان مخلوط سوخت و هوا و در فرآيندهاي شيميايي مجاور ديواره يا در متوقف شدن واکنشها بعنوان افزايش ميزان هواي در دسترس رديابي مي شود.

 

تاثيرات:

مونوكسيد كربن چهار نوع اثر مهم بر اعمال فيزيولوژيكي انسان دارد :

1) اثرات قلب و عروق

2) رفتار‌هاي عصبي

3) اثرFibrinolysis

4) اثر بر جنين

هيپوكسي كه بوسيله مونوكسيد كربن ايجاد مي‌شود منجر به نارسايي در اعمال حسي و عضلات مثل مغز، قلب، جدار داخلي عروق خوني و پلاكت‌ها مي‌شود.

با توجه به اينكه ميل تركيبي مونوكسيد كربن با هموگلوبين خون حدود 220 برابر بيشتر از اكسيژن است، در محيط‌‌هاي آلوده كربوكسي هموگلوبين خون به سرعت افزايش مي‌يابد. در جوانان با رسيدن كربوكسي هموگلوبين خون به 5% ظرفيت اكسيژن گيري بدن پايين آمده و اثرات آن روي قلب به وضوح نشان داده شده است. در جدول 3 و 4 اثر روي سلامت انسان كه در اثر تماس با غلظت‌هاي مختلف CO و افزايش كربوكسي هموگلوبين بوجود مي‌آيد، مشاهده مي‌شود:

 

 

1-3  هيدروکربن هاي نسوخته(HC)

اگر مولکول هيدروکربن تحت وضعيتهاي ايده آل بسوزد ؛ تنها مقدار نسبتاً کمي هيدروکربنهاي نسوخته آزاد مي شود . هيدروکربنهاي نسوخته ، تنها در آن نواحي از منطقه احتراق که شعله گيرا نيست مي مانند . اين موارد ممکن است در جاهايي از محفظه احتراق موتور شمع دار مانند شکافها در محفظه احتراق در نزديکي واشر سرسيلندر ، سطح فوقاني پيستون ، رينگهاي پيستون و قسمتهاي شمع ، بعلاوه در مورد نواحي گوشه دار بطور ناقص طرح شده و غيره باشد . چنانچه مبادله گرما از گاز داخل شکاف ديواره جهت خاموش کردن شعله ( تأثير خفگي ) کافي باشد نيز شدن حدود خاموشي در محدوده هاي رقيق غني مخلوط ايجاد مي گردد . اگر تغييرات جرم هوا يا سوخت باعث ايجاد مخلوطي بحد کافي رقيق شود که مانع از احتراق آن شود ، آلاينده هاي هيدروکربني زيادي حاصل مي شود .

ترکيب هيدروکربنهاي نسوخته در بيشتر موارد ممکن است متفاوت باشد . بطور مثال اجزاء اصلي شامل آرماتورها ( بنزين ، تولوئن اتيل بنزين ) بعلاوه الفين ها ( مثلاً پروپن ، اتيلن ) وپارافين ها ( مثلاً متان ) مي باشد.

اکسيدهاي ازت

توليد اکسيد هاي ازت در مختصري هواي بيشتر به حد ماکزيمم مي رسند . توليد اين اجزاء در دماهاي حداکثر موضعي و با هماهنگي هواي بيشتر در مخلوط زيادتر مي شود .. دماهاي بالا  را به شکستن اتمهاي تشکيل دهنده شان وادار مي کند و نيز هواي بيشتر تضمين مي کند که اکسيژن کافي موجود مي باشد .

تمام پارامترهاي مربوط به موتور بر وضعيتهاي مرزي فوق همچنين برآينده هاي  تأثير خواهند داشت . ( مثلاً بار ،  ، زاويه جرقه ، نسبت تراکم ) و آلاينده هاي NO تقريباً 90 تا 98% تمام آلاينده هاي  هنگام کارکرد موتور محسوب مي شوند . مکانيزم واکنش مربوط براي تشکيل  در ابتدا بوسيله مکانيزم زلدويک کنترل مي شود .واکنشهايي که اکسيد ازت توليد مي کنند نسبتاً آهسته رخ مي دهند و NO در مقادير زيادي تنها عقب تر از جبهه شعله تشکيل مي شود.

 

1-4 اثر گلخانه‌اي

گلخانه، خانه‌اي شيشه‌اي است که در آن سبزيجات پرورش داده مي‌‌شود. در اين خانه انرژي خورشيدي با طول موج كوتاه از طريق شيشه وارد مي‌شود (شيشه 90-80 درصد امواج با طول موج كوتاه را از خود عبور مي‌‌دهد). اين امواج وقتي با زمين برخورد مي‌‌كنند به امواج گرمايي با طول موج بلند تبديل مي‌‌شوند. اين امواج با طول موج بلند مجددا‏‎ً به‌طرف جو گسيل مي‌‌شوند ولي از آن‌جاكه شيشه به امواج با طول موج بلند اجازه عبور نمي‌‌دهد، اين امواج نمي‌‌توانند از گلخانه خارج شوند و به اين ترتيب گرما در آن محبوس مي‌‌شود. طرح شماتيکي از اثر گلخانه‌اي در شکل زير نشان داده شده‌است. جو اطراف زمين درست مانند شيشه عمل کرده و زمين را سبز نگه مي‌‌دارد.

نمايي ساده از اثر گلخانه‌ای

 

 

وجود دي‌اکسيد کربن (CO₂) در جو زمين به آن گرماي لازم براي ادامه حيات را مي‌‌دهد. اين مسأله به‌دليل خاصيت نوري عجيب و خاص CO₂ است. اين ماده تقريباً به‌طور كامل نسبت به تشعشعات ورودي شفاف مي‌‌باشد. اين امواج بعد از برخورد با زمين دوباره با طول موج بلند بازتابيده مي‌‌شوند. CO₂  قسمت زيادي از اين تشعشعات با طول موج بلند را جذب مي‌کند و زمين را گرم نگه‌ مي‌دارد. مي‌‌توان گفت كه CO₂ حافظ حيات در کرة زمين است ولي افزايش آن در سدۀ گذشته، زندگي و حيات را روي زمين با تهديد جدي مواجه نموده است. CO₂ مهمترين گازي است كه اين خصلت را دارد. متان (CH₄)، دي‌اکسيد نيتروژن (NO₂) و CFCهاي خاصي نيز همين اثر را دارند. مجموعاً، اين گازها باعث اثر گلخانه‌اي (GHE[2]) مي‌‌شوند، كه اين اثر موجب افزايش دماي متوسط زمين در حدود C 5-5/1 تا اواسط قرن حاضر خواهد شد (شکل زير).

 

اثر گلخانه‌ای از بالا

 

 

 

عوامل مؤثر بر اثر گلخانه‌اي

عوامل مؤثر بر اثر گلخانه‌اي را مي‌توان به‌صورت زير خلاصه کرد:

- افزايش جمعيت:

با افزايش جمعيت، فعاليت‌هاي اقتصادي، فشار بر رشد كشاورزي و صنعت نيز زياد مي‌‌شود كه اين خود باعث از بين رفتن گونه‌هاي مختلف حيات روي زمين با سرعت زياد مي‌‌گردد. گاز CO₂  مؤثر بر اثر گلخانه‌اي به‌علت آن‌كه محصول عمدۀ مصرف انرژي‌هاي فسيلي مي‌باشد، توليدش با افزايش جمعيت زياد مي‌‌شود. بنابراين تركيب افزايش جمعيت و رشد صنعتي باعث افزايش توليد CO₂ مي‌‌شود.

- رشد صنعتي، رشد حمل و نقل و رشد آلاينده‌ CO₂:

مهمترين منبع توليد CO₂ در جو سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي براي توليد نيرو و به‌عنوان سوخت در خودرو‌ها مي‌‌باشد.

- آلودگي خودروها:

آلودگي هوا و خطرهاي سلامتي كه خودروها ايجاد مي‌‌كنند به حد هشداردهنده‌اي رسيده‌است. آمارگيري‌ها نشان مي‌‌دهد كه 50% تا 60% كل آلودگي هوا در شهرهاي بزرگ توسط خودروها ايجاد مي‌‌شود.

- متان (CH₄):

گاز ديگري كه در اثر گلخانه‌اي به‌طور جدي مؤثر مي‌باشد متان است. اين گاز 2/15% به گرم‌شدن زمين كمك مي‌‌كند، با وجود آن‌كه مقدار اين گاز نسبت به CO₂ كمتر مي‌‌باشد ولي اثر گلخانه‌اي آن 20 تا 25 برابر بيشتر از CO₂ مي‌‌باشد و بنابراين اين گاز 25 برابر بيشتر گرماي بازتابيده شده از زمين را محبوس مي‌‌كند.

اكسيد نيتروژن يك گاز گلخانه‌اي ديگر مي‌باشد كه از CO₂ در خصلت گلخانه‌اي قوي‌تر مي‌باشد. با اين‌كه كل مقدار CH₄ و NO₂ كم است ولي مقدار آنها در حال زيادشدن است و چون خصلت ‌گلخانه‌اي قوي‌تري دارند مي‌توانند از اثر CO₂ پيشي بگيرند.

- جنگل زدايي:

وجود جنگل‌ها براي متعادل نگه‌داشتن مقدار CO₂ در جو بسيار مهم است. به‌علت آن‌كه مقدار CO₂ كه توسط انسان‌ها و با سوختن سوخت‌هاي فسيلي توليد مي‌شود توسط درختان جذب‌شده و به O₂ تبديل مي‌شود، با بريدن يا سوزاندن جنگل‌ها از يک طرف کربن وارد جو شده و از طرفي ديگر جذب اکسيژن کاهش مي‌يابد.

- مبدل كاتاليزوري:

با حذف سرب از بنزين به‌دليل كمك به كاهش آلودگي، استفاده  از مبدل‌هاي کاتاليزوري افزايش يافته است. ولي اين مبدل‌ها‌ مي‌توانند اثر نامطلوبي روي گرم‌شدن زمين داشته باشند. مبدل كاتاليزوري وسيله‌اي براي تبديل سه گاز خطرناك در اگزوز خودروها به تركيبات با خطر كمتر ‌مي‌باشد. اين سه گاز شامل هيدروكربن‌ها (به‌صورت بنزين نسوخته)، منواكسيد كربن (به‌علت احتراق ناقص) و اكسيد نيتروژن (وقتي كه گرماي زياد موتور باعث واكنش اكسيژن با نيتروژن هوا ‌مي‌شود) هستند. شكي در سمي و خطرناك بودن گاز CO، همکاري NO در تشكيل دوده و باران اسيدي و مضرات HC وجود ندارد. ولي گاهي ممكن است كه كاتاليست‌ها تركيب اكسيد نيتروژن را به  N₂O(معروف به گاز خنده‌آور) تغيير دهند که اثر گلخانه‌اي اين گاز 300 برابر CO₂ است.

كنترل اثر گلخانه‌اي

با توجه به شواهد موجود در تغيير آب و هواي زمين بايد هر چه سريع‌تر اقدامات لازم براي جلوگيري از اين اثر صورت بگيرد. اقدامات زير كه تاكنون در قسمت‌هاي مختلف دنيا تجربه شده‌اند براي كاهش اثر گلخانه‌اي مؤثر مي‌باشند:

1- استفاده بيشتر از گاز طبيعي

2- استفاده بيشتر از انرژي هيدروليك

3- استفاده از سوخت‌هاي جايگزين

4- استفاده از انرژي هسته‌اي

5- استفاده از تجهيزات با راندمان بالا

6- حذف CFCها از صنعت توليد يخچال

7- جنگل‌زايي جهاني و جلوگيري از جنگل‌زدايي

8- استفاده از انرژي‌هاي خورشيدي، باد، امواج، زمين‌گرمايي و ساير انرژي‌هاي تجديد‌پذير

چهار فعاليت عمده که مي‌توان براي كاهش گازهاي گلخانه‌اي (GHG[3]) در قسمت حمل و نقل انجام داد، به‌شرح ذيل فهرست مي‌شوند:

-  تغيير نوع سوخت: فعاليت‌هاي نمونه شامل تغيير سوخت از بنزين و ديزل به سوخت‌هاي جايگزين مانند بايوديزل، گازطبيعي، الكتريسيته و هيدروژن (توسط سلول‌هاي خورشيدي يا احتراق مستقيم) مي‌باشد.

-  تغيير راندمان سوخت خودرو: تغييردادن خودرو و طراحي آن به‌طوري كه خودرو مسافت بيشتري را با همان مقدار سوخت به‌عنوان انرژي ورودي طي كند.

-  افزايش ظرفيت خودروها: اين كار نيز نوع ديگري از بهبود دادن راندمان سوخت مي‌باشد كه در آن تعداد افراد يا كالاها در هر واحد مسافت براي يك مقدار سوخت مشخص افزايش يابد.

-  ايجاد تغييراتي در سيستم حمل و نقل که منجر به توليد كمتر گازهاي گلخانه‌اي مي‌شود، مانند کاربرد سيستم‌هايي از قبيل ريلي و غيره در حمل و نقل عمومي، كنترل ترافيك بهتر، تغيير زير ساخت‌ها و غيره.

 

گازهاي گلخانه‌اي مربوط به خودروها با سوخت گاز طبيعي‌

CO₂  بزرگترين منبع توليد ‌آلودگي مربوط به حمل و نقل مي‌باشد چراكه اين گاز محصول احتراق سوخت‌هاي كربن‌دار مانند بنزين و ديزل (كه هر دو نسبت به گاز طبيعي، كربن بيشتري دارند) مي‌باشد. متان (CH₄) نيز گاز گلخانه‌اي مهمي در ارتباط با صنعت حمل و نقل مي‌باشد زيرا اين گاز در بسياري از سوخت‌ها موجود است (به‌عنوان مهمترين قسمت گاز طبيعي كه در حدود 95% آن را با توجه به نوع مخلوط تشكيل مي‌دهد). همچنين انتقال آن به جو از طريق نشت از زيربناها و سيستم‌هاي انتقال سوخت نيز صورت مي‌گيرد. اين انتقال شامل نشت از خودرو نيز مي‌باشد. علاوه بر اين، CH₄، 23 برابر CO₂ پتانسيل گرم‌شدن جهاني (GWP[4]) دارد و بنابراين در طول 100 سال حجم كمتر اين گاز نسبت به CO₂ مي‌تواند چند برابر آلودگي‌ ايجاد كند. NO₂  نيز گازي گلخانه‌اي است كه به آلودگي توليدي در سيستم حمل و نقل مربوط مي‌باشد ولي مسئول درصد كمتري از آلودگي مي‌باشد با اين كه  GWP آن 210 برابر CO₂ مي‌باشد. شکل 7 توسط ANL[5] با استفاده از گازهاي گلخانه‌اي، استانداردهاي آلودگي و مدل مصرف انرژي (GREET[6]) به‌دست آمده‌است. اين شکل کاهش بارز 17 درصدي گازهاي گلخانه‌اي خودروهاي سبک گازسوز را در سيکل عمر آلودگي CO₂ نسبت به خودروهاي ديگر با همان راندمان به‌علت مقدار کربن کمتر در گاز طبيعي نشان مي‌دهد. درکل کاهش گازهاي گلخانه‌اي خودروهاي گازسوز سبک به‌علت نشت‌هاي مربوط به گاز طبيعي از 17 درصد به 11 درصد تغيير مي‌يابد.

 

تاثيرات:

ميزان مت هموگلوبين در خون بطور طبيعي بين صفر تا 8 درصد هموگلوبين است وقتي در اثر تماس در محيط آلوده غلظت آن در خون به 10 تا 15 درصد هموگلوبين برسد (اين غلظت در هواي آزاد بدست نمي‌آيد) علائمي مانند تنگ نفس كوششي (exertional dyspnea) كه به نارسايي اكسيژن و يا هيپوكسي با افزايش مت هموگل