خودروهای گازسوز دوست یا دشمن طبیعت؟

به منظور بررسی تاثیر گازسوز نمودن خودروها برمحیط زیست و بهداشت جامعه، ابتدا بهتراست برداشت درستی از تعریف آلودگی هوا، مواد آلاینده و منابع آنها و همچنین تاثیر آلاینده ها بر بدن انسان و محیط زیست، داشته باشیم.

طبق تعریف انجمن مهندسین آلودگی هوای آمریکا، آلودگی هوا عبارتست از وجود مواد آلوده کننده در محیط اطراف نظیر دوده، گرد و غبار، گازهای سمی ((NOx,CO,HC,…، تشعشع رادیواکتیویته، صدا، ذرات معلق شیمیایی، بخار و مایعات اسیدی ..... که برای انسان، حیوانات و گیاهان مضر می باشد.

منظور از آلوده کردن محیط زیست عبارتست از مخلوط شدن مواد فوق با آب، هوا و خاک به نحوی که کیفیت فیزیکی و شیمیایی یا بیولوژیکی آنرا تغییر داده و اثر زیانباری برای موجودات زنده داشته باشد.

در این قسمت، پس از توضیح آلاینده های اصلی خودروئی و اثرات سوء آنها بر سلامت بدن و محیط زیست، به معرفی مزایای خودروهای گازسوز در کاهش مقدار آلاینده ها می پردازیم.

انواع آلاینده های منتشره از خودرو

1) مونو اکسید کربن (CO):

منواکسید کربن یک محصول واسطه در احتراق می‌باشد که درصورت اکسید نشدن کامل (CO به CO2) این گاز، در گازهای خروجی باقی می‌ماند. از لحاظ تئوری می‌توان CO را از گاز خروجی موتور بنزینی با کارکردن در نسبت هوا به سوخت 14.7:1حذف کرد، ولیکن همواره مقداری CO، در حدود 1% حتی در مخلوطهای رقیق در گاز خروجی موجود است.

در هر شرایط کاری از بار، سرعت و نسبت هوا به سوخت ممکن نیست که CO به ‌طور کامل حذف شود. بنابراین رسیدن به 5/0% یک هدف منطقی به ‌نظر می‌رسد. آلودگی CO در هنگام کارکرد درجای موتور، زیاد و در هنگام کم‌ کردن شتاب، حداکثر می‌شود. این آلودگی در هنگام سرعت‌های ثابت حداقل می‌باشد. کم‌کردن شتاب از سرعت‌های بالا، به‌علت بسته شدن نسبی دریچه گاز و کم ‌شدن ناگهانی مقدار O2، موجب تولید بیشترین مقدارCO می‌شود.

2) اکسیدهای نیتروژن(NOx ):

اکسیدهای نیتروژن معمولاً به ‌صورت NO و NO2 می‌باشند. البته بسیاری دیگر از سایر اکسیدهای نیتروژن مانندN2O4، N2O، N2O3 و N2O5 در مقادیر کم تولید می‌شوند، ولی سریعاً در شرایط متعارفی به NO2 تجزیه می‌شوند.

دمای بالای محفظه احتراق و در دسترس بودن O2 آزاد از مهمترین عوامل تولید NO و NO2 به شمار می روند. حداکثر مقدارNOx در خروجی هنگامی مشاهده می‌شود که نسبت هوا به سوخت حدوداً 10% بیشتر ازمقداراستوکیومتری ‌باشد. مقدار هوای بیشتر از این مقدار، دمای بیشینه را کاهش می‌دهد و بنابراین غلظتNOx حتی با وجود اکسیژن آزاد کاهش می‌یابد.

مهمترین فاکتورهایی که در تشکیل NOx اثر دارند عبارتند از:

- نسبت هوا به سوخت

- زاویه آوانس

- فشار منیفولد ورودی

- بار موتور

- نسبت تراکم

میزان تولید NOx با افزایش فشار منیفولد ورودی، بار موتور و نسبت تراکم، زیاد می‌شود.

اثر نسبت هوا به سوخت در دو سرعت مختلف موتور و همچنین زاویه آوانس، در تولید اکسیدهای نیتروژن در شکلهای زیرنشان داده شده‌اند.

3) دی اکسید گوگرد(SO2 ):

دی‌اکسید گوگرد گازی است بی‌رنگ که بیشتر از سوختن سوخت‌های حاوی گوگرد مانند زغال‌سنگ و نفت و گازوئیل به ‌وجود می‌آید. منابع مولد، نیروگاه‌ها، وسایل گرم‌کننده، کارخانجات ذوب فلزات، پالایشگاه‌های نفت وصنایع کاغذسازی و خودروهای گازوئیل سوز می‌باشند. همچنین این گاز می‌تواند توسط آتشفشان‌ها و در اثر برخورد آب اقیانوس‌ها با صخره‌ها و اسپری شدن آنها به‌ صورت ذرات سولفات وارد جو شود. دی‌اکسید گوگرد می‌تواند اکسید شود و آلاینده ثانویه‌ای مانند تری‌اکسید گوگرد (SO3) را به‌وجود آورد. همچنین از ترکیب این گاز با آب موجود در هوای مرطوب، اسید بسیار خورنده H2SO4 تشکیل می‌شود. باران اسیدی و اثر خورندگی این اسید از دیگر تبعات این آلاینده می‌باشند.

4) ذرات معلق(PM):

عنوان ذرات معلق به گروهی از ذرات جامد یا مایع اطلاق می‌شود که به ‌اندازه کافی برای معلق ماندن در هوا سبک هستند و به‌ طورعمومی به‌ نام هوامیز شناخته می‌شوند. برخی از آلاینده‌ها مانند ذرات آهن، مس، نیکل، سرب، فیبرهای آزبست و ارسنیک، ذرات جامد و کوچک کربن و دوده در این گروه جای دارند.

از آنجا که این نوع آلودگی معمولاً باعث کاهش دید در محیط زیست می ‌شود، مهمترین نوع آلودگی تلقیمی‌شود. مهمترین مشکل در مورد این نوع آلودگی باقی ماندن آنها برای مدتی در جو می‌باشد، که با توجه به اندازه آنها و مقدار بارش باران وبرف، این مدت زمان تغییر می‌کند. برای مثال ذرات بزرگتر و سنگین‌تر با قطر بیشتر از 10 میکرون ( mm01/0) بعد از یک یا چند روز پس از انتشار به زمین می‌نشینند، در حالی ‌که ذرات کوچکتر‌ و سبکتر با قطر کمتر از یک میکرون ( mm001/0) می‌توانند در لایه‌های پایین جو برای چندین هفته به‌ طورمعلق باقی بمانند.

بسیاری از ذرات معلق نم‌گیر می‌باشند و وقتی لایه نازک آب روی این ذرات می‌نشیند، اندازه این ذرات بزرگترمی‌شود و هنگامی ‌که قطر این ذرات به 1/0 تا 10 میکرون رسید، اشعه ورودی خورشید را پخش می‌کنند که به آسمان، ظاهری شیری رنگ می‌دهد. این ذرات معمولاً ذرات سولفات یا نیترات حاصل از احتراق موتورهای دیزل و نیروگاه‌ها می‌باشند و هنگامی‌که با آب باران واکنش شیمیایی می‌دهند، باران‌های اسیدی را به‌ وجود می‌آورند.

5) ازن(O3 ):

ازن یک ماده سمی ‌با بوی بسیار بد است که چشم‌ها و لایه‌های مخاطی سیستم تنفسی را اذیت می‌کند. ازن همچنین از رشد درختان کاسته و به محصولات کشاورزی آسیب می‌رساند.

ازن به ‌طور طبیعی در استراتوسفر (استراتوسفر قسمتی از جو می‌باشد که بالای تروپوسفر قرار دارد و بین 10 تا 50 کیلومتر بالاتر از سطح زمین قرار دارد) توسط واکنش بین مولکول و اتم اکسیژن تشکیل می‌شود. در آنجا استراتوسفر یک لایه محافظ در برابر اشعه مضر ماوراء بنفش تولید می‌کند. با این حال نزدیک سطح زمین در هوای آلوده، ازن (که معمولاً ازن تروپوسفر نامیده می‌شود) یک آلاینده ثانویه است که مستقیماً وارد جو نمی‌شود، بلکه این گاز توسط یک سری واکنش‌های پیچیده شیمیایی که شامل آلاینده‌هایی مانند اکسید نیتروژن و ترکیبات آلی فرّار (هیدروکربن‌ها) می‌باشد، تشکیل می‌شود. از آنجا که نور خورشید برای تولید ازن لازم است، غلظت ازن درتروپوسفر معمولاً در بعد ازظهرها و در ماه‌های تابستانی بیشتر می‌شود.

در هوای آلوده تولید ازن هنگامی ‌آغاز می‌شود که مطابق واکنش زیر نور خورشید (با طول موج کمتراز0.41 میکرومتر) دی اکسید نیتروژن را به اکسید نیتروژن و اتم اکسیژن تجزیه‌ کند:

NO2+ Solar Radiation → NO +O

سپس اتم اکسیژن با مولکول اکسیژن (در حضور مولکول سوم M) ترکیب می‌شود و ازن را به ‌وجود می‌آورد:

O2+O+M → O3+M

ازن سپس با ترکیب ‌شدن با اکسید نیتروژن تجزیه می‌گردد:

O3+NO → NO2+O2

پس در هوای آلوده تولید ازن با شدت نور خورشید نسبت مستقیم دارد، به همین علت در زمستان مقدار ازن به حداقل می رسد. اگر نور خورشید وجود داشته باشد، دی‌اکسید نیتروژن تازه تشکیل شده، به اکسیدنیتروژن و اتم اکسیژن تجزیه می‌شود. اتم اکسیژن سپس با مولکول اکسیژن ترکیب می‌شود و مجدداً ازن تشکیل می‌گردد.

6) هیدروکربن‌های نسوخته (HC):

آلودگی هیدروکربن‌های نسوخته به‌ علت ایجاد احتراق ناقص درمحفظه احتراق می‌باشد. مقدار آلودگی هیدروکربن‌ها بسیار وابسته به پارامترهای طراحی مانند سیستم مکش و محفظه احتراق و پارامترهای کاری مانند نسبت هوا به سوخت، سرعت، بار و مُدهای مختلف کاری مانند در جا کارکردن، حرکت یا شتاب گرفتن می‌باشد.

در این میان تاثیرطراحی محفظه احتراق بسیار مهم می‌باشد چرا که مخلوط هوا و سوخت ممکن است با دیواره برخورد ‌کند و نسوزد. این مخلوط نسوخته در مرحله تخلیه بیرون برده می‌شود و غلظت هیدروکربن‌های نسوخته در گازهای خروجی افزایش می یابد.

7) گازهای گلخانه ای:

گازهایی چون دی‌اکسید کربن (CO2)، متان (CH4) و دی‌اکسید نیتروژن (NO2) که از خودرو منتشر می شوند، جزء گازهای گلخانه ای به شمار می روند، که وجود آنها در جو زمین باعث افزایش گرمای زمین و در نتیجه از بین رفتن گیاهان، ذوب شدن یخچالهای طبیعی و.... می گردد.

در این میان، CO2 بیشترین سهم را در صنعت حمل و نقل به خود اختصاص داده است، چرا که این گاز محصول احتراق سوخت‌های کربن‌دار مانند بنزین و گازوئیل(که هر دو نسبت به گاز طبیعی، کربن بیشتری دارند) می‌باشد.

متان (CH4) نیز گاز گلخانه‌ای مهمی در ارتباط با صنعت حمل و نقل می‌باشد، زیرا این گاز در بسیاری از سوخت‌ها موجود است (به‌عنوان مثال در حدود 95% گاز طبیعی با توجه به نوع مخلوط از متان تشکیل شده است). همچنین انتقال آن به جو از طریق نشت از زیربناها و سیستم‌های انتقال سوخت نیز صورت می‌گیرد. این انتقال شامل نشت از خودرو نیز می‌باشد. علاوه بر این، CH4، 23 برابر CO2 پتانسیل گرم‌ شدن جهانی (GWP) دارد و بنابراین در طول 100 سال حجم کمتر این گاز نسبت به CO2 می‌تواند چند برابر آلودگی‌ ایجاد کند.

NO2 نیز گازی گلخانه‌ای است که به آلودگی تولیدی در سیستم حمل و نقل مربوط می‌باشد، ولی مسئول درصد کمتری از آلودگی می‌باشد، با این که GWP آن 210 برابر CO2 می‌باشد.

خودروی گازسوز خوب یا بد؟

افزایش مصرف گازهای طبیعی به عنوان سوخت خودروها و ماشین های باری، در کاهش میزان تولید گازهای گلخانه ای و آلودگی هوا، موثر نیست. در حالیکه، سوخت هایی چون بنزین ترکیبی، الکتریسیته و هیدروژن کمک بسیار بزرگی در کاهش سرعت گرم شدن کرده زمین دارند، میزان تولید گازهای گلخانه ای ناشی از سوخت گاز طبیعی متراکم و مایع، نسبت به موتورهای دیزلی تفاوتی ندارد.

موسسه انرژی و محیط زیست ریکاردو که این گزارش را منتشر کرده، اعلام کرده است: «خودروهای با سوخت گاز طبیعی متراکم یا CNG، تقریبا معادل خودروهای بنزین سوز، آلودگی ایجاد می کنند. اما، همین خودروها نسبت به خودروهای دیزلی، میزان کمتری از اکسیدهای نیتروژن ایجاد می کنند.»

کارلوس کالول امبل، تحلیل گر حوزه انرژی و حمل و نقل موسسه T&E، در این باره می گوید: « گاز طبیعی، راهی برای گذار از سوخت های فسیلی به جهان پاک و عاری از آلاینده ها نیست، بلکه سوختی گران و بی حاصل در مسیر دستیابی به حمل و نقل کربن زدایی شده است.»

او ادامه می دهد: « اروپا، امروز در خطر تکرار اشتباهات گذشته است. گذشته ای که در آن، تبلیغ و افزایش میزان دسترسی عمومی به سوخت های زیستی و دیزلی خطرناک و پرهزینه، آلودگی هوا و افزایش میزان تولید گازهای گلخانه ای را با خود به همراه داشت.»

همچنین، این مطالعه نشان می دهد که کامیون های گازسوز و اتوبوس ها، معمولا بالاترین میزان نهایی تولید آلاینده ها و گاز های گلخانه ای را دارند. علت این موضوع این است که حجم کمتر گازهای خروجی از اگزوز با حجم بالای آلاینده ها و نشت متان در زمان استخراج، فرآوری و حمل و نقل، جبران می شود. همچنین، کامیون ها و ماشین های باری گازسوز در مقایسه با کامیون های استاندارد یورو 5 که هم اکنون در سراسر دنیا آماده فروش هستند، تاثیری حداقلی بر آلودگی هوا دارند.

به رغم مزایای بسیار کم برای حفظ محیط زیست، در حال حاضر، گاز از کمترین نرخ مالیات برخوردار است و اغلب دولت های اروپایی در حال بررسی این موضوع هستند که آیا وجوه عمومی را در حوزه زیرساخت های سوخت رسانی سرمایه گذاری کنند یا خیر. T&E، در این گزارش هیچ توجیهی برای معافیت های مالیاتی برای یک سوخت فسیلی با میزان تخریب بالا نمی داند.

بنا بر گزارش T&E، امبل، تحلیل گر حوزه انرژی و حمل و نقل در پایان می گوید: « ما نیازمند برخورد با آلاینده هایی چون دی اکسید کربن هستیم، اما گاز چاره کار نیست. کامیون های گازسوز در زمینه کاهش آلودگی هوا بهتر نیستند، بلکه از این جهت برای تغییر شرایط آب و هوایی بدتر نیز تلقی می شوند. دولت ها باید به هدر دادن پول مالیات دهندگان را متوقف کنند و دست از متقاعد کردن شرکت های حمل و نقل کالا برای سرمایه گذاری در تکنولوژی که به هیچ کجا راه نخواهد برد، بردارند.»

همچنین، بر اساس نظرات تحلیل گران این حوزه انرژی، بیومتان ناشی از منابع پایدار، مانند زباله ها، می تواند موارد مصرف جانبی نیز داشته باشد. مثلا اتوبوس ها و وسایل نقلیه محلی می توانند از این سوخت ها استفاده کنند. اما، متاسفانه برای مصرف در مسافت های طولانی و به شکلی گسترده تر، این سوخت ها قابل استفاده نیستند.

با تمام این اوصاف، مطالعات نشان می دهند که استفاده از LNG یا گاز مایع در بخش کشتیرانی، مزایای بسیاری در جهت کاهش آلودگی هوا دارد و میزان گازهای گلخانه ای تولید شده حین مصرف این سوخت، اغلب به مقدار متان وارد شده در هنگام تولید، توزیع و مصرف آن باز می گردد. فراگیر شدن کشتی هایی که از سوخت گاز مایع استفاده می کنند نیازمند صرف سرمایه و ایجاد زیرساخت های بالاتر و بیشتری است.

منابع:

- مکانیک تخصصی خودرو

- شرکت کنترل کیفیت هوا