Výfukové plyny

Výfukové plyny
Znečistenie ovzdušia, , stále vzrastá vinou priemyselných exhalátov, výfukových plynov, dymu z vykurovacích zariadení a sekundárnej prašnosti, ktorú zapríčiňujú dopravné prostriedky, vietor, stavebné práce ap. Plyny, tekuté i pevné častice látok, ktoré kontaminujú ovzdušie, sa sedimentáciou a zrážkami vracajú späť na zem, kde podstatne menia vlastnosti pôdy a vody. Všetky škodliviny v ovzduší, plynné aj pevné, nazývame exhaláty. Rozlišujeme pri nich emisie a imisie.

Emisie sú škodliviny produkované konkrétnym zdrojom ( určitou fabrikou, hutou,..).

Emisie škodlivých prímesí do atmosféry môžeme rozdeliť do troch skupín
1. prímesi zabraňujúce prenikaniu priameho slnečného žiarenia na zemský povrch – aerosóly ( sírany, dusičnany, sadze, vulkanický prach, púštne piesky ).

2. prímesi poškodzujúce ozonosféru – hlavne halogénové uhľovodíky, teda chlorofluorokarbóny a im podobné ( freóny, halóny ).V stratosfére sa rozkladajú na komponenty deštruujúce ozonosféru, čím dochádza k zosilneniu UV žiarenia aj na zemskom povrchu.

3. prímesi zosilňujúce skleníkový efekt atmosféry tzv. skleníkové plyny ( H2O, CO2, CH4, N2O, O3, freóny, halóny, perfluorkarbóny ), teda plyny, ktoré absorbujú dlhovlnné vyžarovanie Zeme a spôsobujú zosilňovanie prirodzeného skleníkového efektu atmosféry, čiže globálne otepľovanie prízemnej vrstvy atmosféry.

Emisie
Sú všetky škodliviny prítomné v ovzduší bez ohľadu na ich pôvod, napr. v mestách ich tvoria výfukové plyny áut, dym z vykurovacích zariadení, aj exhaláty závodov. Pevné látky hodnotíme ako prašný spád.

Vplyv imisií na organizmy sa prejavuje priamo i nepriamo.

Primárne škody vznikajú bezprostrednými dráždivými a toxickými účinkami imisií na organizmy. Upchávajú prieduchy rastlín, u živočíchov vyvolávajú katary slizníc, alergické reakcie, otravy atď

Sekundárne škody spočívajú v znehodnocovaní životného prostredia, napr. dym a prašnosť znižujú slnečnú radiáciu, aerosóly sa stávajú kondenzačnými jadrami pre vznik hmly a smogu.

Doprava
Jednou z oblastí, ktorá veľmi vážne ovplyvňuje kvalitu životného prostredia plynnými znečisťujúcimi látkami je doprava. Doprava má rad negatívnych vplyvov na zdravie ľudí, zvierat, na rastliny a na kvalitu životného prostredia vôbec. Medzi tieto vplyvy patria : znečistenie ovzdušia emisiami výfukových plynov, emisie oxidu uhličitého, znečistenie pôdy a vody, hluk, nehody, záber pôdy a spotreba energie.

Odhaduje sa, že celosvetovo dosahujú emisie z výfukov motorových vozidiel až 10 miliárd metrov kubických každý rok. Doprava sa stala najväčším znečisťovateľom životného prostredia v mestách. Emisie zo spaľovania benzínu a nafty majú vplyv na všetky živé organizmy. Emisie majú vplyv aj na globálne klimatické zmeny, ktorých dôsledky sa budú prejavovať ešte po mnoho rokov.

Cestná doprava
Na znečistení ovzdušia sa podieľa najviac. Vyprodukuje 91 – 97 % škodlivých emisií zo všetkých druhov dopravy. Jedno auto ročne vyprodukuje približne 1t škodlivých plynov ( oxid uhoľnatý, uhľovodíky, oxidy dusíka, tuhé častice- benzopyrén, olovo ).

Železničná doprava
Prechodom na dieslovú a najmä na elektrickú trakciu sa výrazne zmenšuje množstvo škodlivých exhalátov. Z hľadiska ochrany ovzdušia najvýhodnejšie sú elektrické lokomotívy. Je environmentálne i energeticky veľmi výhodná.

Vodná doprava
Je síce málo náročná, ale spôsobuje enormné zásahy do vodných ekosystémov a režimu vodných tokov. V prevažnej miere používa vznetové motory s veľkými výkonmi. Do ovzdušia sa dostávajú najmä oxid uhoľnatý, oxidy síry, oxidy dusíka, aldehydy, nespálené uhľovodíky.

Letecká doprava
V posledných rokoch sa stáva veľkým znečisťovateľom ovzdušia. Medzi závažné škodliviny patria oxid uhoľnatý, oxidy dusíka, nespálené uhľovodíky, produkty nedokonalej oxidácie, aldehydy, sadze.

Dymová vlečka obsahujúca škodlivé znečisťujúce látky pri štarte a pristávaní lietadiel.Zápach kerozínu, sprevádzajúce rozjazdové a pristávacie dráhy leteckej dopravy na veľkú vzdialenosť.Hmla znižujúca viditeľnosť a manévrovaciu schopnosť pri pilotovaní lietadiel

Vyskytujú sa obavy z možného narušenia rovnováhy vo vyšších vrstvách atmosféry. Ide tu o značnú spotrebu kyslíka a o produkciu škodlivých látok – oxid uhoľnatý, oxidy dusíka, nespáliteľné uhľovodíky, produkty nedokonalého okysličovania, aldehydy, sadze. Splodiny reaktívnych motorov nadzvukových lietadiel reagujú vo vysokých vrstvách atmosféry s ozónom, čím sa zmenšuje hrúbka vrstvy tohto ochranného plynu. Podiel leteckej dopravy na znečisťovaní ovzdušia je doteraz pomerne malý.

Výfukové plyny obsahujú
Vodu, tuhé častice, oxid uhoľnatý ( CO ), oxid uhličitý ( CO2 ), nespálené uhľovodíky ( HC ), oxidy dusíka ( NOx ), oxid siričitý ( SO2 ), aldehydy, ketóny, ťažké kovy ( napr. olovo ), sadze,…

Zloženie výfukových plynov závisí od
Druhu spaľovacích motorov

Zážihový ( benzínový ),vznetový ( naftový ) – má väčší obsah síry, vzniká väčšie

množstvo oxidu siričitého

Druhu použitého paliva

Knštrukcie motora a jeho príslušenstva

Presnosti výroby a nastavenia spaľovacieho motora

Prevádzkových podmienok (spomaľovanie, zrýchľovanie, voľnobeh )

Prehľad výfukových plynov
Oxid uhoľnatý ( CO )
Najškodlivejšia zložka výfukových plynov. Vzniká nedokonalým spaľovaním paliva v motore pri nedostatočnom množstve kyslíka. Hlavný negatívny efekt CO spočíva v blokovaní prísunu kyslíka ku tkanivám. Klasickými príznakmi otravy CO sú bolesti hlavy a závrat, srdečné problémy a malátnosť. Pri vysokých koncentráciách môže dôjsť až k usmrteniu postihnutej osoby.

Oxid uhličitý ( CO2 )
Najviac CO2 u nás vyprodukuje cestná doprava – takmer 93,0%. Každé motorové vozidlo spaľujúce benzín alebo naftu, spôsobuje emisie oxidu uhličitého do atmosféry. CO2 nie je pre organizmy toxický, má však vplyv na zmenu globálnej klímy ( skleníkový efekt ). Oxid uhličitý patrí medzi najdôležitejšie tzv. skleníkové plyny a je zodpovedný za viac ako 50% emisií prispievajúcich k tomuto v súčasnosti najzávažnejšiemu ekologickému problému. Doprava sa na celosvetových emisiách CO2 podieľa takmer 25%.

Nespálené uhľovodíky
Znepríjemňujú okolie zápachom. K emisiám uhľovodíkov dochádza v dôsledku nedokonalého spaľovania molekúl paliva v motore. Uhľovodíky môžu z nádrže vozidla unikať aj odparovaním, a to hlavne v lete, alebo počas čerpania paliva. Niektoré sú karcinogénne (polyaromatické uhľovodíky – benzopyrén ), ktoré sa vyskytujú aj pri vysokej teplote ( 700 – 800 °C ). Čo sa týka polycyklických uhľovodíkov vo forme čiastočiek ich koncentrácia v atmosfére je veľmi nízka.

Oxidy dusíka ( NOx )
Najvážnejšiu úlohu v problematike znečisťovania ovzdušia zohrávajú :

Oxid dusnatý – NO, do atmosféry sa dostáva následkom priamej reakcie zlučovania molekulárneho dusíka a kyslíka za prítomnosti vysokej teploty ( endotermická reakcia ) N2 + O2 → 2 NO

Oxid dusný – NO2 ( dimér – N2O4 ), vzniká priamou oxidáciou NO ( veľmi pomalá ) 2 NO + O2 → 2 NO2

Ku vzniku oxidov dusíka dochádza vždy pri zohriatí vzduchu, ktoré nastáva pri spaľovaní palív. Jeho množstvo závisí na teplote procesu – čím je teplota vyššia, tým vyššia je tvorba. NO2 pôsobí ako dráždivý plyn. Oxidy dusíka spôsobujú mierne až ťažké zápaly priedušiek alebo pľúc. V Európe spôsobujú asi jednu tretinu okyslenia dažďových zrážok. Viac ako 90% oxidov dusíka je emitovaných vo forme oxidu dusného ( NO ). Vo vzduchu sa však tento plyn rýchlo mení na oxid dusičitý. NO2 sa mení na kyselinu dusičitú , ktorá sa spája so vzdušnou vlhkosťou a vedie ku vzniku tzv. kyslých dažďov, spolu s kysličníkom siričitým, ktoré majú negatívny vplyv na organizmy a materiály. Emisie N2O ničia ozónovú vrstvu a predstavujú tiež tzv. skleníkový plyn spôsobujúci klimatické zmeny.

Oxid siričitý ( SO2 )
Emisie síry v doprave pochádzajú hlavne zo spaľovania nafty v nákladných vozidlách, traktoroch, lokomotívach, stavebných strojoch a lodiach.

Oxid siričitý sa v ovzduší čiastočne ďalej oxiduje na oxid sírový a kyselinu sírovú. Tieto látky sú spolu so sadzami zložkou tzv. čierneho ( redukčného ) smogu.

Aldehydy
Vplyv na znečisťovaní atmosféry v porovnaní s inými škodlivinami nižší. Vznikajú neúplnou oxidáciou uhľovodíkov pri chode spaľovacích motorov. Akroleín ( CH2CHCHO ) vyvoláva štipľavý pocit v očných slizniciach, cítiť ho v kabínach nákladných áut.

Olovo ( Pb )
Počas spaľovania pohonných hmôt v motoroch vozidiel sú do ovzdušia uvoľňované ťažké kovy obsiahnuté v benzíne resp. nafte ako arzén, kadmium, ortuť, olovo a zinok. Množstvo olova závisí od zloženia paliva, režimu práce motora. Pôsobí hlavne na nervovú sústavu. Vplyv účinku olova vo vzduchu na zdravie obyvateľstva sa prejavuje hlavne v oblasti znižovania IQ u detí. Tá časť olova, ktorá sa fixuje v organizme má negatívny vplyv pri tvorbe červených krviniek. V nadbytku spôsobuje v tele mentálne zaostávanie, zhoršovanie pamäti, únavu, poruchy spánku, závraty, nízky tlak.

Sadze
Vznikajú nedokonalým spaľovaním bohatých zmesí. Základom sadzí je uhlík, na povrchu ktorého sa adsorbujú ďalšie škodliviny, najmä karcinogénne polyaromatické uhľovodíky.

Niektoré z uvedených látok podporujú vznik druhotných škodlivín: ozónu, peracylnitrátov, singletového kyslíka a tuhého aerosólu v ovzduší, ktoré sú zložkami tzv. fotochemického bieleho ( oxidačného ) smogu.

Spaľovaním benzínov a nafty v motorových vozidlách dochádza k tvorbe oxidov dusíka a iných chemických látok , ktoré pod vplyvom slnečného žiarenia vedú k zvýšeným koncentráciám ozónu v prízemnej vrstve atmosféry. Koncentrácia ozónu sa zvyšuje v priemere o 2% ročne.

Priemerné časy zotrvania niektorých zložiek atmosféry Jedno auto ročne vyprodukuje

Zložka atmosféry Približný čas zotrvania 800 kg oxidu uhoľnatého NO2 3 dni 100 kg uhľovodíkov SO2 5 dní ,NH3 7 dní 70 kg oxidov dusíka,H2O 10dní ,O3 2 roky 10 kg tuhých častíc,CO 3roky,CO2 4roky 1 kg olova.

Možnosti znižovania emisií
Snaha o zníženie množstva škodlivín vo výfukových plynoch motorových vozidiel a hroziaci nedostatok kvapalných palív núti jednak hľadať iný druh motora pre pohon osobných áut, ako je benzínový motor, a jednak zdokonaliť konštrukcie motora. Hlavné smery konštrukčných úprav spaľovacieho motora z hľadiska zníženia škodlivín sa dajú predpokladať v týchto oblastiach :

Úprava zloženia pohonných hmôt a nové pohonné hmoty ( propán – bután, metanol, etanol, vodík,.. )

Spaľovanie chudobných zmesí v benzínovom motore
Vstrekovanie ľahko odpariteľných palív,riadenie výmeny náplne,programový spaľovací proces,dodatočné spaľovanie oxidu uhoľnatého a uhľovodíkov, zneškodnenie oxidov dusíka vo výfukových plynoch

Ideálnym riešením by bol prechod na tzv. čisté palivá ( vozidlá s nulovými emisiami ). Technologické opatrenia: použitie katalyzátora: v osobných automobiloch znižujú emisie výfukových plynov pri zahriatom motore a v závislosti na rýchlosti jazdy nasledovne : CO o 80%, NOx o 85% a VOCs o 90%. Na druhej strane však zvyšujú koncentráciu oxidu uhličitého- skleníkový jav.

Hodnotu znečisťovania ovzdušia môžu znížiť aj samotní motoristi udržiavaním vozidla v dobrom technickom stave, správnym spôsobom jazdy a správnym nastavením karburátora.