کشف علم پشت تشکیل آئروسل های ثانویه

تصور کنید نور خورشید بر فراز خط افق یک شهر می تابد. در حالی که هوا آرام به نظر می رسد، واکنش های شیمیایی نامرئی در حال تبدیل اگزوز خودروها به آلاینده های جدید و خطرناک تر - آئروسل های ثانویه - هستند. این ذرات ریز نه تنها کیفیت هوا را کاهش می دهند، بلکه خطرات قابل توجهی برای سلامت انسان نیز دارند. اما دقیقاً این «کیمیاگری انتشار» چگونه رخ می دهد؟

یک مطالعه پیشگامانه نقش تحولات فتو شیمیایی در ایجاد آئروسل های ثانویه را بررسی کرده است. این تحقیق که در آزمایشگاه احتراق ILMARI دانشگاه فنلاند شرقی انجام شد، بر روی دو خودروی سواری یورو 6 متمرکز بود:

• یک SEAT Arona (Euro 6b) با موتور بنزینی مجهز به مبدل کاتالیستی سه طرفه
• یک SEAT Ateca (Euro 6d-temp) با موتور دیزلی که دارای یک کاتالیزور اکسیداسیون، فیلتر ذرات دیزل (DPF) و سیستم کاهش کاتالیستی انتخابی (SCR) است

محققان با استفاده از یک دینامومتر شاسی (Rototest VPA-RX3 2WD)، چهار سناریوی رانندگی مجزا را شبیه سازی کردند تا شرایط دنیای واقعی را تکرار کرده و تأثیر آنها را بر تشکیل آئروسل های ثانویه تجزیه و تحلیل کنند.

این مطالعه با دقت چهار سناریوی رانندگی را بازسازی کرد تا الگوهای انتشار را در شرایط مختلف درک کند:

• شروع سرد و کروز 70 کیلومتر در ساعت (CSC70): شبیه سازی راه اندازی موتور پس از بی تحرکی طولانی مدت (حداقل 12 ساعت)، با نمونه برداری بلافاصله پس از احتراق و رسیدن به سرعت پایدار در عرض 15 ثانیه.
• رانندگی در بزرگراه با سرعت 120 کیلومتر در ساعت (D120): بازسازی سفر با سرعت بالا برای ارزیابی انتشار در شرایط معمولی بزرگراه.
• بار موتور بالا (3000 دور در دقیقه، ~40 کیلووات قدرت چرخ): شرایطی مانند بالا رفتن از تپه یا شتاب برای سبقت گرفتن را تقلید می کرد.
• بار موتور شدید (5000 دور در دقیقه، ~50 کیلووات قدرت چرخ): سناریوهای حداکثر عملکرد را برای ارزیابی محدودیت های انتشار نشان می داد.

برای آزمایش‌های غیر استارت سرد، محققان موتورها را با کارکردن با سرعت 3000 دور در دقیقه با بار 50 نیوتن متر به مدت پنج دقیقه قبل از تنظیم پارامترهای آزمایش، از قبل آماده کردند و از دمای پایدار موتور و غلظت انتشار اطمینان حاصل کردند.

این مطالعه فرمولاسیون های مختلف سوخت را برای ارزیابی تأثیرات زیست محیطی آنها گنجانده است:

• وسایل نقلیه دیزلی: با سوخت بیودیزل استاندارد B7 (7٪ محتوای تجدیدپذیر) و 100٪ روغن نباتی هیدروژنه (HVO)، یک جایگزین تجدیدپذیر با احتراق پاک تر، آزمایش شد.
• وسایل نقلیه بنزینی: با استفاده از مخلوط های اتانول تجاری (E5، E10) و بنزین اصلاح شده (RFG) که حاوی تقریباً 20٪ الکل است، ارزیابی شد.

تمام تغییرات سوخت در مراکز خدمات معتبر با تمیز کردن کامل مخزن بین آزمایش‌ها برای جلوگیری از آلودگی متقابل انجام شد.

این تحقیق بینش های مهمی را در مورد چگونگی تکامل انتشار وسایل نقلیه در نور خورشید، به ویژه در مورد اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ترکیبات آلی فرار (VOCs) - پیش سازهای کلیدی برای ازن و آئروسل های ثانویه - ارائه می دهد. یافته ها نشان می دهد:

• شرایط بار بالا باعث ایجاد انتشار NOx و VOC افزایش یافته می شود و واکنش های فتو شیمیایی را تسریع می کند
• بنزین مخلوط شده با اتانول ممکن است انتشار آلدهیدها را افزایش دهد و به طور بالقوه تولید آئروسل های ثانویه را افزایش دهد
• سیستم های پس از درمان پیشرفته (DPF، SCR) بسته به شرایط عملیاتی، اثربخشی متفاوتی را نشان می دهند

این نتایج به مدل سازی دقیق تر کیفیت هوا کمک می کند و به سیاست گذاران کمک می کند تا استراتژی های کاهش انتشار هدفمند را توسعه دهند. با تکامل فناوری خودرو با افزایش برقی شدن، مطالعات آینده ممکن است بررسی کنند که چگونه وسایل نقلیه هیبریدی و برقی بر تشکیل آئروسل های ثانویه از طریق انتشار غیر اگزوز و مسیرهای تولید انرژی تأثیر می گذارند.