گاز طبیعی و میزان آلایندگی خودروها

یکی از امیدوارکننده ترین سوخت های آینده، گاز طبیعی است. صرف نظر از نوع وسایل نقلیه، استفاده از این سوخت در کاهش آلاینده های محیط زیست، نقش بسزایی خواهد داشت. هم اکنون وسایل نقلیه گاز سوز با کیفیت بسیار مطلوب، در بازار قابل دسترسی اند. با وجود این، ضرورت بیشتر توسعه، به ویژه برای وسایل نقلیه سنگین احساس می شود.

در دهه 90، مسائل زیست محیطی در کشورهای توسعه یافته به نحو چشم گیری زندگی انسان ها را تحت تأثیر خود قرار داد. در نتیجه، مقررات مربوط به کنترل گازهای آلاینده خروجی از اگزوز خودروها، روز به روز سخت تر شد. در زمانی که هنوز کاتالیزورها به خدمت گرفته نشده بودند، استفاده از سوخت های گازی به جای گازوئیل، باعث کاهش این گونه آلاینده ها شد؛ اما امروزه طراحی اصولی موتورها و کارآیی کاتالیزورها، عامل اصلی کاهش آلاینده ها به شمار می رود و این در حالی است که نوع سوخت، نقش بسیار کوچکی را در این راستا ایفاد می کند.

موتورهای دیزلی قدیمی بسیار قابل اطمینان و از لحاظ مصرف انرژی کارآمد هستند. به همین دلیل، موتورهای دیزلی که در آن ها سوخت به طور مستقیم تزریق می شود، هنوز هم به عنوان موتور محرکه خودروهای سنگین مطرح بوده، مورد استفاده قرار می گیرند؛ اما این گونه موتورها در برآورده کردن قوانین و مقررات مربوط به گازهای آلاینده که روز به روز سخت تر می شوند با مشکل مواجه اند. البته می توان با جایگزین کردن موتورهای پیشرفته که قابلیت مصرف سوخت های جایگیزین نظیر الکل و یا گاز را داشته باشند به میزان قابل توجهی از آلاینده های خروجی از اگزوز این گونه خودروها و نیز مسمومیت حاصل از آن ها کاست.

در بسیاری از موارد، گاز طبیعی می تواند باعث کاهش گازهای فعال شیمیایی و سمی شود. از آن جایی که تعداد خودروها و نیز مصرف عمومی انرژی در کشورهای در حال توسعه، به سرعت در حال افزایش است و از سوی دیگر، گاز سوختی پاکیزه است، لذا این سوخت می تواند برای خودروهایی که فاقد سیستم های پیچیده تصفیه دود در اگزوز هستند، سوختی مناسب تلقی شود.اما جنبه های دیگر چون مصرف عمومی انرژی و گازهای گلخانه ای نیز همواره مطرح هستند. قراردادهای بین المللی نظیر« پروتکل کیوتو» به منظور متوقف کردن افزایش گازهای گلخانه ای به امضا رسیده اند. می توان با تبدیل سوخت خودروهای دیزلی به گاز، به میزان قابل توجهی از دی اکسید کربن تولید شده توسط این گونه خودروها کاست. به موازات پیشرفت فن آوری در زمینه موتور خودروهای سنگین، ما شاهد کاهش آلودگی در این بخش نیز خواهیم بود. گاز متان را هم می توان از تأسیسات بازیافت زباله به دست آورد. به این ترتیب ما قادر خواهیم بود که خودروهای با سوخت گاز طبیعی را با سوخت های تجدید پذیر نیز به خدمت در آوریم.

به طور کلی، سه عاملی که میزان آلایندگی موتورهای گاز سوز را تعیین می کنند، عبارتند از سیستم احتراق، سیستم سوخت رسانی و فن آوری استفاده از کاتالیزورها. موتورهای احتراقی با سوخت گاز را می توان براساس نسبت سوخت به هوا، به سه د سته تقسیم کرد:

• موتورهای استوگیومتری
• موتورهای کم مصرف
• موتورهایی که مصرف سوخت آن ها بهینه سازی شده است؛ اما میزان آلاینده های، آن ها هنوز بالاست.

در گذشته بیشتر موتورهای گازسوز طوری تنظیم می شدند تا با حداقل مصرف سوخت کار کنند که این امر به نوبه خود، باعث افزایش اکسیدهای نیتروژن خروجی از اگزوز این خودروها می شد. بنابراین، در کشورهایی که قوانین مربوط به گازهای آلاینده حاصل از خودروها بسیار مشکل می باشد، دیگر نمی توان از چنین روش هایی سود جست.

اساساً دو روش برای کنترل آلاینده های تولید شده توسط خودروها وجود دارد، روش نخست، استفاده از کاتالیزورهای سه گانه است به این ترتیب که یک موتور استوگیومتری که به سیستم سوخت رسانی حلقه بسته و سیستم TWC مجهز است آلاینده های کمتری تولید می کند.

از این سیستم در بیشتر خودروهای سبک امروزی و هم چنین بعضی از خودروهای سنگین استفاده می شود. راه دوم، استفاده از احتراق با مصرف کم سوخت است، در این روش، تولید اکسیدهای نیتروژن، توسط روند احتراق کنترل می شود، منواکسیدکربن و هیدورکربورها، بیش تر توسط کاتالیزور اکسید اکسیون کنترل می‌شوند. روش احتراق با مصرف کم سوخت، روشی مناسب و متداول در موتور خودروهای سنگین است.

آنچه در موتورهای استوگیومتری و موتورهای کم مصرف اهمیت دارد، کنترل دقیق سوخت به منظور حصول اطمینان از عملکرد صحیح موتور و میزان تولید آلاینده هاست. از طرح های آینده برای موتورهای گازسوز، استفاده از سیستم تزریق سوخت چند مرحله ای است که در آن، برای هریک از موتورهای استوگیومتری و کم مصرف، یک سیستم کنترل حلقه بسته در نظر گرفته شده است.

در ایالات متحده، نصب سیستم های عیب یابی بر روی خودروها که به تشخیص عیوب و عملکرد موتور و سیستم کنترل گازهای خروجی از اگزوز قادر باشد الزامی است و این کار بزودی در اروپا نیز رایج و الزامی خواهد شد. تنها مشکل گسترش سیستم های عیب یاب این است که اساساً برای موتورهای بنزینی طراحی شده اند و با موتورهایی که از سایر سوخت ها استفاده می کنند، به درستی کار نخواهند کرد.

اندازه گیری مستمر جرم کلی ذرات معلق در دود اگزوز، به هیچ وجه ترکیب شیمیایی این ذرات و نیز میزان انتشار آن ها را مشخص نمی کند. اثرات نامطلوبی که این ذرات بسیار ریز بر روی سلامت انسان ها می گذارد، اخیراً توجه زیادی را به خود معطوف داشته است. البته دستگاه های جدیدی برای اندازه گیری میزان انتشار این ذرات ساخته شده اند. در آینده احتمالاً قوانین به اموری بیش از اندازه گیری جرم این ذرات توجه خواهند کرد.

کارخانه هایی چون بی ام و، دایملر کرایسلر، فیات، فورد، هوندا، میستوبیشی، نیسان، تویوتا و ولو در فهرست سازندگانی هستند که قطعات لازم را برای خودروهای سبک گازسوز تأمین می کنند.عملکرد موتوری که با سوخت گاز طبیعی کار می کند، تاحد زیادی به پیچیدگی موتور و نیز به این مسأله بستگی دارد که آیا موتور از ابتدا برای سوخت گاز طبیعی طراحی شده است یا خیر.

به هنگام گاز سوز کردن خودروهای سبک به دلیل کاهش غلظت ترکیب سوخت، افت قدرتی معادل 10% قابل پیش بینی است. ا لبته در بیشتر موارد، به هنگام کارکرد موتور با سوخت گاز طبیعی، قدرت کافی برای عملکرد رضایت بخش موتور وجود دارد.

بسته به نوع خودرو، خودروهای با سوخت C.N.G از صفر تا 10% بیشتر از خودروهای بنزینی مصرف دارند؛ ولی میزان گازهای گلخانه ای تولید شده توسط خودروهای گازسوز به مراتب کمتر است. در موتورهای ساده تر، تبدیل سوخت از بنزین به گاز طبیعی، باعث کاهش نسبی و مطلق تولید گازهای گلخانه ای می شود. با بهره گیری از فن آوری موجود، خودروهای شخصی و نیز کامیون های سبک و متوسط می توانند با استفاده از سوخت C.N.G، به راحتی با استاندارد SULEV ایالت کالیفرنیا منطبق شوند.

برای استارت موتور در هوای سرد، سوخت های گازی بر بنزین برتری دارند. بیشتر موتورهای گازسوز، در دماهای نسبتاً پایین بخوبی کار می کنند. بعضی از خوردوهای دو سوخته طوری طراحی شده اند که همیشه با بنزین استارت می زنند؛ این امر باعث افزایش تولید گازهای آلاینده توسط این خودروها در دمای متعارف می شود.

در حالی که خودروهای دوسوخته پیشرفته که به سیستم های رایانه ای منسجم مجهزند بخوبی با سوخت CNG استارت می زنند و مانند خودروهای با سوخت CNG، گازهای آلاینده کمی تولید می کنند و در عین حال، می توانند در کشورهایی که هنوز CNG به عنوان سوخت رواج پیدا نکرده است، کارایی داشته باشند، به غیر از آمریکای شمالی، در سایر بازارهای جهان، عرضه قطعات مورد نیاز برای تبدیل موتور خودورهای بنزینی، با محدودیت های بسیاری مواجه است. به همین دلیل، برای تأمین موتورهای گازسوز خودورهای سنگین، باید تا حد زیادی بر تبدیل این گونه موتورها تکیه کرد.

برای کسب موفقیت برای خودروهای گازسوز، باید به طراحی خوردوها توجه بیش تری شود تا ذخیره سازی سوخت از کارآیی خودرو نکاهد. البته هم اکنون خودروهایی با سوخت CNG طراحی شده اند که سیستم ذخیره سازی سوخت در آن ها، طوری طراحی شده است که کمترین فضای سرنشین یا بار را اشغال می کند. شرط دیگر برای ان گونه خودروها، فراهم بودن سوخت برای آن هاست.

برای خودروهای گازسوز، فن آوری امیدبخشی موجود است. بیشتر مسائل فنی مربوطه تاکنون حل شده اند یا در آینده نزدیک حل خواهند شد. مشکل خودروهای گازسوز، مسائل فنی نیست؛ بلکه در بازاریابی این گونه خودروها نهفته است. در ضمن راه اندازی شبکه ای کارآمد و کافی برای سوخت گیری این نوع خودروها ضروری به نظر می رسد.