Problemas con las emisiones de escape del motor

Los principales contaminantes emitidos por los gases de escape de los automóviles son el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos (HC), los óxidos de nitrógeno (NOX), el plomo (Pb), etc.

1. Monóxido de carbono (CO): El CO es un gas incoloro, inodoro y tóxico asfixiante. Dado que la afinidad entre el CO y la hemoglobina (Hb) en la sangre es de 200 a 300 veces mayor que la afinidad entre el oxígeno y la Hb, el CO puede combinarse rápidamente con la Hb para formar carboxihemoglobina (CO-Hb), lo que reduce en gran medida la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre. la sangre. El daño leve al sistema nervioso central, el envenenamiento crónico, el trabajo cardiovascular severo serán difíciles e incluso la muerte. Para proteger a los humanos del envenenamiento por monóxido de carbono, la concentración de monóxido de carbono absorbido en un período de 24 horas se limita a 5 × 10-6. La unión del monóxido de carbono a la hemoglobina es reversible. Si el cuerpo humano se expone al aire fresco o ingresa a una cámara de oxígeno hiperbárico después de inhalar CO en baja concentración, el CO que se ha combinado con la Hb se separará y excretará a través del sistema respiratorio.

2. Hidrocarburos (HC): Los hidrocarburos (también conocidos como hidrocarburos) incluyen el combustible no quemado y el quemado de forma incompleta, el aceite lubricante y sus productos de pirólisis y algunos óxidos, como el benceno, los aldehídos, los alquenos, los hidrocarburos aromáticos policíclicos, etc., así como más de 200 componentes complejos. Los hidrocarburos saturados no son dañinos, pero los hidrocarburos insaturados son muy dañinos. El gas metano no es tóxico. Cuando la concentración de formaldehído, acroleína y otros gases aldehídos excede 1×10-6, tiene un fuerte efecto irritante en los ojos, el tracto respiratorio y la piel. Cuando la concentración excede 25×10-6, causa mareos, náuseas. reducción de glóbulos rojos y anemia cuando la concentración excede 1000 25 × 65438. El benceno es un gas incoloro, pero tiene un olor distintivo. Cabe señalar que los hidrocarburos aromáticos policíclicos, como el fenilpireno y el nitroceno, son carcinógenos potentes. Los hidrocarburos también son sustancias importantes que causan smog fotoquímico.

3. Óxidos de nitrógeno (NOX): Los óxidos de nitrógeno son diversos óxidos de nitrógeno que se forman durante la combustión, como pueden ser el NO, N2, N2O3, N2O5, etc. , denominados colectivamente NOX. En los motores de combustión interna, es principalmente NO, que representa alrededor del 95%, seguido del NO2, que representa el 5%; El NO es un gas incoloro e inodoro que es ligeramente irritante y tiene poca toxicidad. Sin embargo, en concentraciones elevadas, el sistema nervioso central resultará ligeramente dañado y el NO puede oxidarse a NO2. El NO2 es un gas venenoso de color marrón rojizo que es muy irritante. Se puede oler cuando el contenido es de 0,1 × 10-6 y huele mal cuando el contenido es de 1 × 10-6 ~ 4 × 10-6. salud humana. Después de que el cuerpo humano inhala NO2, se combinará con la hemoglobina (Hb) en la sangre, reducirá la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre, afectará el corazón, el hígado y los riñones y hará que las plantas se vuelvan amarillas. Pero el NO2 se difunde y se disuelve fácilmente en agua.

4. Smog fotoquímico: los compuestos de HC y óxido de nitrógeno generarán ozono (O3) y nitrato de peroxiacilo (PAN) bajo la luz solar intensa, que es un smog fotoquímico de color azul claro, que es altamente irritante y tóxico. gases. El O3 en el smog fotoquímico es un oxidante fuerte que puede ennegrecer las plantas hasta morir y provocar que el caucho se agriete. Tiene un olor especial y sus umbrales olfativos son 0,02×10-6 y 1×10-6 respectivamente. Provoca asma e intoxicación crónica tras 1 hora de exposición, 5×10.

5. Partículas (también conocidas como partículas): El grado de daño a la salud humana está relacionado con el tamaño y la composición de las partículas. Cuanto más pequeñas son las partículas, más tiempo permanecen en el aire y mayor es la proporción de partículas que permanecen en los pulmones y bronquios después de ingresar a los pulmones humanos, y mayor es el daño. Las partículas de menos de 0,1 micrones pueden moverse aleatoriamente en el aire, entrar en los pulmones y adherirse al tejido de las células pulmonares, y algunas serán absorbidas por la sangre. Las partículas de 0,1 a 0,5 micrones pueden penetrar profundamente en los pulmones y adherirse al moco en la superficie de los lóbulos pulmonares y luego son eliminadas por las vellosidades. Las partículas de más de 5 micrones tienden a bloquearse en la nariz y no pueden ingresar al tracto respiratorio. Las partículas de más de 10 micrones pueden excretarse del cuerpo. Las partículas en suspensión no solo son perjudiciales para el sistema respiratorio humano, sino que también se adhieren a través de sus poros a sustancias tóxicas como SO2, HC no quemados, NO2 o carcinógenos como el benzopireno, provocando así mayores daños a la salud humana.

Debido a que el diámetro de las partículas de los motores diésel es en su mayoría inferior a 0,3 micrones, el número es de 30 a 60 veces mayor que el de los motores de gasolina y la composición es más compleja, por lo que las emisiones de partículas de los motores diésel son relativamente mayores.

Vuelva a analizar el caso:

Según camaradas del departamento de protección ambiental local, el smog fotoquímico es causado por sustancias nocivas como hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y ozono. , entre los cuales los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos producirán una neblina compleja en determinadas condiciones de temperatura, es decir, viento tranquilo, baja humedad, alta temperatura y exposición prolongada a la luz solar intensa. Este smog se llama "smog fotoquímico".

La formación y concentración de smog fotoquímico no sólo están determinadas directamente por la cantidad y concentración de contaminantes en los gases de escape de los vehículos, sino que también se ven afectadas por la intensidad de la radiación solar y las condiciones meteorológicas y geográficas. La radiación solar es una condición importante y es necesaria una luz solar intensa. La temperatura promedio debe ser de 24 a 32 grados, y el tiempo máximo para que se produzcan contaminantes secundarios después de una fuerte exposición a la luz es de al menos 4 a 5 horas. La temperatura promedio en Nanning el día 28 fue de 22,5 grados y la hora del sol fue de 4. horas. Por otro lado, si se produce "smog fotoquímico", un gran número de personas acudirán al hospital para recibir tratamiento debido a los celos, la tos y el asma causados ​​por el smog fotoquímico. Según la comprensión del periodista sobre el Primer Hospital Popular de Nanning, el Hospital Popular de la Región Autónoma y el Hospital Afiliado de la Universidad Médica de Guangxi, no hubo una diferencia significativa en la cantidad de personas que acudieron a los hospitales mencionados anteriormente para tratar enfermedades oculares y respiratorias. en los últimos dos días.

El smog fotoquímico es causado por los gases de escape de los vehículos y las emisiones de gases residuales industriales. Generalmente ocurre al mediodía o por la tarde en los días soleados de verano, cuando la humedad es baja y la temperatura es de 24-32°C. El smog fotoquímico es una mezcla de oxidantes y partículas a base de ozono producidas por reacciones fotoquímicas y termoquímicas de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno bajo la acción de la luz solar y la luz ultravioleta. Entre los ocho principales riesgos de contaminación ambiental global, este tipo de incidentes de neblina representan 5 casos, el más representativo de los cuales es el incidente de neblina fotoquímica en Los Ángeles, EE. UU. En los pocos días comprendidos entre el 65 de septiembre de 438 y el de septiembre de 1955, la grave contaminación de los gases de escape de los vehículos, junto con las altas temperaturas, provocaron miles de heridos en Los Ángeles y más de 400 personas mayores de 65 años murieron en dos días.

Según cálculos preliminares de los departamentos pertinentes, el año pasado los vehículos de motor en Shenzhen emitieron aproximadamente 23.000 toneladas de hidrocarburos, 6.543.807 toneladas de monóxido de carbono y 45.000 toneladas de óxidos de nitrógeno. Las emisiones totales fueron aproximadamente 6.543.800 toneladas por año. . aumentar. Debido a que el norte de Shenzhen está bloqueado por montañas, cuando está tranquilo y soleado en verano y otoño, si no se toman medidas efectivas para controlarlo, es probable que se produzcan incidentes de contaminación por "smog fotoquímico".

Estudio de caso sobre los efectos del smog fotoquímico

El smog fotoquímico se descubrió por primera vez en Los Ángeles, California, en la década de 1940. Cada otoño e invierno, los ojos de muchas personas estarán ligeramente enrojecidos e hinchados, les dolerá la garganta y la piel de algunas personas incluso experimentará diversos grados de enrojecimiento y acné. Las personas a menudo se sienten cansadas y con dificultad para respirar.

La pesadilla llegó a los pocos días de septiembre de 1955. La grave contaminación de los gases de escape de los vehículos, combinada con las altas temperaturas, se ha cobrado miles de víctimas en Los Ángeles. En dos días, murieron más de 400 personas mayores de 65 años, más del triple de la cifra habitual. Durante el incidente del smog de Los Ángeles, todas las verduras que crecían en los suburbios cambiaron de verde a marrón y nadie se atrevió a comerlas. El rendimiento de frutas y cultivos se ha reducido, un gran número de árboles han perdido sus hojas y se han vuelto amarillos, y más de un cuarto de decenas de miles de hectáreas de bosques se han secado y muerto.

El smog fotoquímico es peor que la lluvia ácida.

Investigaciones adicionales encontraron que el impacto de la lluvia ácida es mucho menos dañino que el daño causado por el smog fotoquímico. El smog fotoquímico no sólo afecta la función respiratoria de las personas, sino que también daña la función pulmonar de los niños provocando dolor en el pecho, náuseas, fatiga y otros síntomas; Los estudios han demostrado que el ozono es el principal culpable del envenenamiento de las plantas. Debido a que el ozono afecta la permeabilidad de las células, hará que desaparezca el alto rendimiento de los cultivos de alto rendimiento e incluso hará que las plantas pierdan su capacidad genética. Debido a la contaminación fotoquímica por smog, el rendimiento de las plantas en los Estados Unidos se reduce entre un 12% y un 13% anualmente, lo que genera casi 197.300 millones de dólares en pérdidas. Además, el smog fotoquímico también puede contribuir a la formación de lluvia ácida, decolorar tintes y pinturas, envejecer productos de caucho y corroer edificios y maquinaria.

Por último, se centra en soluciones y opciones de gobernanza:

Los purificadores de escape catalíticos se suelen instalar en los coches para solucionar el problema de las emisiones de hidrocarburos, pero el mayor problema está en cómo prevenir las emisiones de hidrocarburos. contaminación después de que el motor esté en marcha y el convertidor catalítico de escape se haya calentado. Más del 80% de los hidrocarburos que emiten los automóviles a la atmósfera se emiten durante la etapa de precalentamiento del catalizador, que dura entre 1 y 2 minutos. Por lo tanto, se necesita un método para absorber el exceso de hidrocarburos antes de que el convertidor catalítico alcance la temperatura de funcionamiento.

Científicos de la Universidad de Tokio en Japón han desarrollado con éxito SSZ-33, un material que absorbe los gases de escape de los automóviles, utilizando un cristal con una estructura similar al queso suizo. Después de arrancar el coche, el purificador de aire se precalienta y puede absorber gases contaminantes, y sigue siendo eficaz incluso a temperaturas de hasta 800°C.

El material SSZ-33 es un cristal de zeolita compuesto de silicio, aluminio y oxígeno. Su morfología microscópica es muy similar al queso suizo y absorbe hidrocarburos. Los átomos de zeolita están conectados en anillos para formar una estructura tridimensional llena de poros y canales. Estos canales pueden contener grandes cantidades de gas, de forma muy parecida a como los poros de una esponja pueden llenarse de agua.

El daño del smog fotoquímico está aumentando

Después del primer incidente de smog fotoquímico del mundo en Los Ángeles, EE. UU., en 1943, este tipo de smog también apareció en partes de América del Norte y Japón. , Australia y Europa .

Durante la década de 1970, se produjo smog fotoquímico en California, lo que provocó pérdidas de cosechas por más de 25 millones de dólares estadounidenses. En 1971, se produjo un grave incidente de smog fotoquímico en Tokio, Japón, que provocó que algunos estudiantes se envenenaran y se desmayaran. El mismo día se produjeron incidentes similares en otras ciudades japonesas. Desde entonces, el smog fotoquímico ha aparecido continuamente en algunas grandes ciudades de Japón.

Aunque la contaminación fotoquímica por smog sólo se encuentra en unas pocas ciudades de China, con el rápido aumento de los vehículos urbanos, existen amenazas potenciales en muchas ciudades chinas.

Urge impulsar las energías limpias.

La reducción de las emisiones de escape de los vehículos es la misma medida que actualmente toman algunos países y regiones. Hasta la fecha, muchas ciudades alrededor del mundo han establecido instalaciones de monitoreo especializadas para monitorear la contaminación del aire y las condiciones meteorológicas en cualquier momento, de modo que se puedan tomar medidas cuando sea necesario para prevenir la recurrencia de eventos graves de smog fotoquímico.

Desde 2000, el 50% de los vehículos en Los Ángeles han utilizado metanol o se han convertido a vehículos eléctricos y se han impuesto fuertes multas por contaminación de gases de escape. El Reino Unido está limitando estrictamente el contenido de plomo en la gasolina e instalando dispositivos de conversión catalítica de óxido de nitrógeno en los automóviles; Tokio, Japón, no sólo desarrolla el transporte público, como los tranvías terrestres y los ferrocarriles subterráneos, sino que también se centra en el control de las emisiones de los automóviles; Países Bajos también ha adoptado algunas medidas anticontaminación, como la zonificación del tráfico en forma de pirámide (los vehículos de transporte pesado sólo pueden circular en el anillo más externo y cuanto más cerca del centro de la ciudad, más pequeños son los vehículos). Los tranvías y trolebuses están reemplazando a los automóviles de gasolina y diésel en Curitiba (Brasil), Lisboa (Portugal), Berlín (Alemania) y Amsterdam (Países Bajos). Además, la gente está creando "zonas sin coches". Por ejemplo, ciudades de todos los tamaños en Europa han establecido zonas peatonales permanentes y áreas residenciales que prohíben el tráfico de automóviles en sus distritos comerciales centrales.

Incluso las bicicletas fueron útiles. En septiembre pasado, Francia celebró un "día sin automóviles" voluntario e incluso los ministros del gobierno tuvieron que andar en bicicleta para asistir a las reuniones del gabinete. También se están promoviendo en toda Italia los "días sin coches" para reducir la contaminación y mejorar el medio ambiente.

Tratamiento de los gases de escape de los automóviles

Para cumplir con los requisitos de las nuevas normas, el automóvil debe tomar las dos medidas siguientes: en primer lugar, el motor adopta un sistema de suministro de combustible controlado electrónicamente; , la instalación de un depurador catalítico de tres vías, puede controlar las emisiones de forma más eficaz.

El sistema de suministro de combustible controlado electrónicamente se refiere al sistema de inyección de combustible controlado electrónicamente (EFI para abreviar), que reemplaza el carburador en el tubo de admisión, es decir, elimina el tubo de aceleración y reduce la resistencia de admisión. mejorando así las condiciones de carga del motor. Al mismo tiempo, el combustible se inyecta en el conducto de admisión o conducto de entrada de forma regular y cuantitativa, lo que resuelve el problema de la atomización del combustible y la distribución de la mezcla en el colector de admisión, y puede suministrar con mayor precisión la relación óptima al motor según las diferentes condiciones de funcionamiento. condiciones del motor.

El método de inyección multipunto adoptado actualmente por la mayoría de los motores puede distribuir uniformemente la mezcla con la mejor relación aire-combustible en cada cilindro, lo que mejora en gran medida la potencia, la economía y el rendimiento de emisiones del motor, haciendo que la gasolina se queme más completamente y haciendo hace más eficiente. El catalizador de tres vías en la parte trasera funciona en su rango de trabajo óptimo.

El depurador catalítico de tres vías desempeña un papel en la depuración de los gases de escape producidos por el motor. Utiliza principalmente los tres elementos de paladio, platino y rodio en su elemento filtrante para filtrar hidrocarburos, monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno en los gases de escape, de modo que las emisiones de gases de escape cumplan con los requisitos. El funcionamiento normal del convertidor catalítico de tres vías requiere gasolina de alta calidad, se debe utilizar gasolina sin plomo y existen requisitos estrictos para el contenido de ciertos elementos en la gasolina.

Un convertidor catalítico de tres vías parece un silenciador de escape y se instala en el escape del motor de un automóvil. Siempre que el escape del automóvil pase a través del propio convertidor catalítico de tres vías, las tres principales sustancias nocivas del escape se pueden convertir en sustancias inofensivas al mismo tiempo. Su cubierta exterior generalmente está hecha de acero inoxidable resistente a altas temperaturas y los canales internos en forma de panal están recubiertos con catalizadores. Los catalizadores están compuestos de metales de tierras raras como platino, paladio y rodio. A medida que los gases de escape de los automóviles pasan por los canales del purificador, el monóxido de carbono y los hidrocarburos actúan sobre los catalizadores de platino y paladio.

Bajo la acción del catalizador de rodio, este reacciona con el oxígeno del aire para generar agua y dióxido de carbono inofensivos, mientras que los óxidos de nitrógeno se reducen a oxígeno y nitrógeno inofensivos. Se entiende que su eficiencia de purificación es muy alta y puede purificar más del 90% de las sustancias nocivas.

Sin embargo, según los profesionales, existe un requisito previo para la instalación de un catalizador de tres vías, es decir, sólo se puede aplicar en coches alimentados con gasolina sin plomo. Si se utiliza gasolina con plomo, el plomo del escape cubrirá el catalizador y hará que el purificador deje de funcionar, lo que comúnmente se conoce como "intoxicación". Además, el convertidor catalítico de tres vías tiene poco efecto en vehículos con malas condiciones y contaminación grave por gases de escape. Después de instalar un convertidor catalítico de tres vías, estos vehículos pueden fácilmente dejar de poder conducir con normalidad. Por eso comparamos el convertidor catalítico de tres vías con la espada de hierro oscuro: la persona que usa la espada de hierro oscuro debe tener una fuerza interna profunda para ejercer un gran poder. El convertidor catalítico de tres vías requiere que el automóvil esté en buenas condiciones; para purificar eficientemente los gases de escape.

En la actualidad, el nivel general de la industria automotriz de China es difícil de cumplir con los requisitos de las nuevas normas. EFI es una tecnología madura en los países desarrollados. En la actualidad, la tecnología del sistema EFI utilizada en los automóviles de producción nacional se importa del extranjero y la investigación nacional sobre la tecnología EFI aún no está completa. Se necesitan más de uno o dos años para combinar y depurar el sistema EFI ya preparado comprado en el extranjero con el motor existente.

En la actualidad, los productos de gasolina para automóviles de mi país no cumplen con los requisitos de las nuevas normas. Primero, reduzca el contenido de azufre de la gasolina. Para reducir la contaminación de los gases de escape de los vehículos, el uso de purificadores catalíticos de tres vías es una de las principales medidas. Sin embargo, el plomo, el azufre y otras sustancias de la gasolina destruirán gravemente la función del catalizador. Por lo tanto, mientras el país está formulando normas nacionales para la gasolina sin plomo, también requiere que se reduzca el contenido de azufre en la gasolina para desempeñar mejor el papel de catalizador y extender su vida útil. Las normas actuales exigen que el contenido de azufre no sea superior a 0,15, mientras que las nuevas normas lo reducirán a no más de 0,10.

El segundo es reducir el contenido de benceno en la gasolina. El benceno es un carcinógeno y no está restringido en las normas existentes sobre gasolina. Los países desarrollados estipulan que el contenido de benceno de la gasolina no debe exceder 1, mientras que el contenido de benceno de productos individuales en mi país llega a 20,6, con un promedio de 2,1. Por tanto, las nuevas normas limitarán estrictamente el contenido de benceno.

Además, las nuevas normas también limitarán y reducirán adecuadamente el contenido de aromáticos y olefinas, las sustancias nocivas que causan la contaminación por emisiones de automóviles.

El 2 de noviembre de 1999, en un seminario sobre el status quo y contramedidas del control de emisiones de vehículos de motor celebrado por la Administración Estatal de Industria de Maquinaria, la Administración Estatal de Protección Ambiental, el Ministerio de Ciencia y Tecnología, y En la Sociedad China de Ingenieros Automotrices en Beijing, los expertos señalaron que el sistema de transmisión controlado electrónicamente utilizado en la tecnología eólica de Beijing es algo que se eliminó en países extranjeros en las décadas de 1960 y 1970. No sólo no siempre es posible mantener una relación aire-combustible adecuada en condiciones cambiantes de funcionamiento del motor, sino que también es difícil mantener una relación aire-combustible adecuada.

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