بخشی از مقاله
چکیده
در دهه های اخیر آلودگی های هوا، محیط زیست و پیرامون آن را بیشتر تحت تاثیر قرار داده است. در کلان شهرهایی مانند تهران افزایش رو به رشد استفاده از خودرو ها، برای محیط زیست از معضلات جدی به شمار می آید. گازهای خطرناک حاصل از احتراق در وسایل نقلیه شهری منابع اصلی آلاینده های هوا می باشند. در این جهت استفاده از مبدل های کاتالیزور در خودروها دارای اهمیت ویژه ای برای حفظ بهتر هوای پاک و کاهش آلاینده ها است. امروزه لزوم توجه بیشتر به نقش موثر این مبدل ها در خودروهای شهری بیش از پیش محسوس است.
در صنعت خودروسازی جدید تبدیل کننده کاتالیزوری تعبیه شده که با قرارگیری در مسیر گازهای خروجی اگزوز خودرو و ایجاد محیط شیمیایی اکتیو، ترکیبات مضر حاصل از احتراق در موتور را تبدیل به ترکیبات بی ضرر می کند. این مبدل ها موجب کاهش آلاینده هایی مانند اکسیدهای نیتروژن، مونوکسید کربن، هیدروکربن ناشی از عملکرد خودروها شده و آنها را به ترکیبات مفید محیط زیستی مانند آب، د ی اکسید کربن و نیتروژن تبدیل می کنند. در این مقاله با هدف شناسایی و بهره برداری بیشتر این قطعه مهم در بهبود آلودگی هوا، که آن طور که باید به آن توجه نشده، کوشش شده است.
مقدمه
حمل و نقل همواره از موضوعات پر دغدغه برای انسان بوده است. در عصر جدید با ظهور تکنولوژی ها، استفاده از وسایل درون سوز برای حمل و نقل به طور فزاینده ای گسترش پیدا کرده است. امروزه وسایل نقلیه موجب پیدایش نوعی از آلودگی های هوا خصوصا در کلان شهر ها به دلیل تراکم بیشتر جمعیت گردیده است. همراه با افزایش آلودگی ها، نیاز کشورهای مختلف جهان به حفظ و نگهداری محیط زیست نیز به مهمترین مسائل مورد توجه در دهه های اخیر تبدیل شده است.
یکی از اصلی ترین علل این آلودگی ها خودرو های شخصی می باشند که نقش موثری در آلودگی هوای کلان شهر ها دارند. همچنین نقش غیرقابل انکار این آلاینده ها در انتشار و افزایش گازهای گل خانه ای بسیار حائز اهمیت است. اهمیت این موضوع به حدی رسیده که مراکز مختلف در جهان سالانه با انتشار آمارهای رسمی و وضع قوانین جدید و سختگیرانه سعی در کاهش و مهار نمودن سطح آلاینده های شهری می نمایند.
به همین دلیل، کنترل آلودگی خودروها همواره در اولویت ویژه ای قرار دارند. در حال حاضر از کاربردی ترین راه حل ها، تکنی ک قرار گیری مبدل کاتالیزور در قسمت خروجی گازهای حاصل از احتراق موتور می باشد. یکی از مهم ترین مشکلات پیش رو برای این قطعه داشتن عمر مفید محدود بوده که به علت بی اطلاعی مالکین وسیله نقلیه در اکثر موارد نادیده گرفته شده است.
عده ای نیز به علت عدم آگاهی مناسب از اهمیت این قطعه، یا باور های غلط اقدام به حذف این قطعه می نمایند. در این مقاله سعی بر آن شده که با گردآوری اطلاعات در مورد نوع کارکرد، روش های پیشگیری از خرابی زودتر از موعد این وسیله و فرهنگ سازی جهت نوساز ی و عدم حذف آن، خدمتی به حفظ محیط زیست شود. امید است که این مقاله کمکی برای شناخت بهتر توانایی های این کالا برای کاهش آلودگی های هوا شود.
-2 آلودگی های محیط زیستی
شواهد نشان از آن می دهد که همیشه فعالیت های انسانی، مشکلات جدی مانند آلودگی را سبب شده است. این مسئله محیط زیستی موجب می شود که بخش هایی از اتمسفر زمین به محیطی خطرناک برای سلامت انسان ها تبدیل شود. منظور از آلودگی ورود عناصر و ترکیبات تازه به محیط و یا تغییر نسبت عناصر و ترکیباتی است که در ساختار طبیعی محیط زیست وجود دارند.
به طور مثال دی اکسید کربن ترکیبی است که با نسبتی مشخص در اتمسفر وجود دارد. افزایش نسبت این ترکیب در جو ، نوعی آلودگی به شمار می آید. بشر در طول یک قرن گذشته و به ویژه در دهه های اخیر با افزایش به کار گیری از سوخت های فسیلی، کاربرد مواد شیمیایی بسیار متنوع در صنعت، عناصر و ترکیبات جدیدی را وارد محیط کردهاند که در اکوسیستم طبیعی زمین قبلا وجود نداشته است. - جدول - 1 [1]
به طور کل آلایندههای هوا را میتوان بر اساس منشا، ترکیب شیمیایی و حالت فیزیکیشان طبقهبندی نمود. آلایندهها بسته به منشا آنها به دو گروه اولیه و ثانوی تقسیم میشوند. آلایندههای اولیه از قبیل دیاکسید سولفورها ، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن های نسوخته می باشند که مستقیما وارد اتمسفر شده و به همان شکل آزاد شده نیز در اتمسفر یافت میشوند. آلاینده های ثانوی نظیر ازون و پراکسی استیل نیترات دسته ای از آلاینده ها هستند که در اتمسفر توسط یک واکنش فتو شیمیایی در اثر هیدرولیز یا اکسیداسیون تشکیل میشوند.
بر این اساس در سال1970، اجرای قانون هوای تمیز به آژانس حفاظت محیط زیست 1 محول شده است. این قانون به وضع استانداردهای درجه اول و دوم کیفیت هوا ی محیط زیست می پردازد. استانداردهای اولیه بر مبنای معیارهای کیفیت هوا، برای حفظ سلامت عموم مردم، دامنه وسیعی از ایمنی را در نظر میگیرد. این در حالی است که استانداردهای ثانوی نیز مبنی بر معیارهای کیفیت هوا برای حفظ رفاه انسان ها، به علاوه گیاهان و جانوران هستند. [1]
-3 نقش آلاینده های خودروها در آلودگی هوا
آلودگی هوای شهری و آب و هوا با فرآیند هایی مانند احتراق در موتور خودروها که موجب انتشار گازها و ذرات معلق در هوا می شوند مرتبط است. بنابراین آلودگی هوا ی شهری تاثیر قابل توجهی در شیمی اتمسفر و در نتیجه به طور بالقوه در آب و هوا منطقه ای و جهانی دارد. در شرایط کنونی، آلودگی هوا یک مسئله مهم با افزایش تعداد کلان شهرها در سراسر جهان شده است. روش های جدید برای رسیدگی به آلودگی هوا در بسیاری از کشورهای در حال توسعه بدون در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی در اجرا می باشد.
در حال حاضر استفاده از مدل شیمی اتمسفر، آب و هوا و اکوسیستم های محیط زیست، برای نشان دادن برخی از تاثیرات آلودگی هوا در گرم شدن کره زمین دارای کارایی است. تولید گازهای گلخانه ای مانند اکسیدهای نیتروژن، مونو اکسید کربن و ترکیبات آلی فرار موجب گرم شدن زمین می شوند. افزایش ذرات معلق در هوا و گاز متان نیز با گرم شدن بیشتر همراه است. در نهایت، جذب بیشتر کربن در اکوسیستم منجر به کمتر گرم شدن زمین می شود. در مجموع، این اثرات به طور قابل توجهی نشان می دهد که آلودگی های هوا اثری هر چند کوچک در سطح متوسط جهانی دما دارند. [2]
با توجه به رشد جمعیت و افزایش شهرنشینی و صنعتی شدن، انتشار آلاینده ها توسط خودروها عامل عمده مشکل آلودگی هوا به دلیل افزایش تعداد وسایل نقلیه موتوری می باشد. انتشار آلاینده های حاصل از اگزوز در برخی سکونتگاه های شهری بیش از 60 درصد آلودگی هوا را موجب می شود. برای کنترل مشکل آلاینده های اگزوزها، تا رسیدن به حد استانداردهای انتشار فن آوری خاصی همچون مبدل کاتالیزوری مورد نیاز است. استفاده از این مبدل ها برای کنترل آلودگی هوا مانند تولید گازهای گلخانه ای با موفق یت بوده است.
موسسه ملی تحقیقات مهندسی محیط زیست 2 با به کار بردن یک فلز جدید در مبدل کاتالیزوری، به منظورکنترل استانداردهای انتشار حال و آینده را مورد بررسی قرار داده است. تجزیه و تحلیل مالی نشان می دهد که این فن آوری مقرون به صرفه بوده و برنامه های تجاری گسترده ای را همراه خواهد داشت. [3] امروزه بسیاری از شهرهای جهان با پدیده آلودگی هوا روبهرو هستند. افزایش خودرو های در حال کار نسبت به دهه های اخی ر، از عوامل اصلی برای ایجاد آلودگی هوا شده اند. در جدول 2 میزان آلودگی های وارد شده به محیط زیست در چند شهر مختلف دنیا در سال های متمادی مشخص شده است. [4]
براساس آمار های جوامع بین المللی، ایران در هفتمین رتبه انتشار دهنده گازهای گلخانه ای قرار دارد. این در حالی است که میزان رشد انتشار در ایران نیز نسبت به متوسط جهانی آن بالاتر می باشد. هزاران نفر در سال به دلیل آلودگی هوا ناشی از احتراق سوخت، در معرض بیماری های مختلف قرار گرفته که حتی منجر به مرگ آنها می شود. همچنین آمار ها نشان دهنده این است که ای ران از نظر خسارت های مالی ناشی از آلاینده های محیط زیستی در رتبه چهارم قرار دارد. [5]
همچنین آمارها نشان می دهد که در کلان شهر تهران، وسایل نقلیه شخصی 43,9 درصد، تاکسی و ون ها 22,3 درصد، اتوبوس و مینی بوس ها 20 درصد و مترو 13,8 درصد برای حمل و نقل استفاده می شوند. همچنین بر طبق آمار منتشر شده در سال 1392 تنها در شهر تهران وسایل نقلیه موتوری که با سوخت فسیلی کار می کنند دارای سهمی بالغ بر 86,2 درصد از کل جابجایی سفرهای روزانه این شهر می باشند. [6] در حال حاضر در تهران با وجود افزایش میزان استفاده از وسایل نقلیه شهری آلاینده های مختلفی حاصل از سوخت خوردوها در فصول مختلف سال شهر را درگیر کرده است. به طور مثال در نمودار پایین میزان حد واسط ناسالم بودن هوا را در اوایل فصل گرما در تابستان را می توان مشاهده نمود. [7] - نمودار - 1
-4 مبدل کاتالیزور در خودروها
امروزه مبدل کاتالیزور 3 درخودروها از ابرازهای موثر در جهت کاهش آلاینده ها می باشد. هر وسیله ی درون سوز که با سوخت های تجدید ناپذیر فسیلی در حال کار می باشد مستعد آسیب رساندن به محیط زیست است. با بالا رفتن طول عمر آن وسیله، نقش آن در میزان آلودگی افزایش و بازدهی آن نیز کاهش چشم گیر دارد. تلاش های بیش از حد طراحان برای تغییر در موتور خودرو ها برای کاهش آلودگی بی ثمر بوده و باعث کاهش محسوس قدرت و بازدهی موتور و همچنین افزایش مصرف سوخت گردید.
در همین جهت سازندگان به این نتیجه رسیدند که جهت کاهش بیشتر آلاینده های خروجی می بایست از مبدل های کاتالیزوری استفاده شود. - وارک و همکاران ، - 1390 در سال 1970، محققان اقدام به قرار دادن مبدلی کاتالیزوری در مسیر گازهای خروجی خودرو برای کنترل استانداردهای هوا کردند. این عمل کاهش گازهای خطرناک و سمی و تبدیل آنها به گازهای بی اثر را موجب شد. همواره از آنها به عنوان بزرگترین گام در جهت بهبود سطح آلایندگی های زیست محیطی خودرو نام برده می شود و تاکنون جایگزینی مناسب تر برای آن یافت نشده است.
در سال 1975 ، نبز در کشور آمریکا قانون استفاده از مبدل های کاتالیزور متنوع کاربردی تر شد. در دهه های اخیر با پیشرفت مبدل های کاتالیزور و تولید نسل های جدید آن، همچنین تغییر و هماهنگی در طراحی خودرو و سوخت های فسیلی محققان موفق به کاهش 97 درصدی در میزان هیدرو کربن های نسوخته، انواع اکسید کربن تا 96 درصد و انواع اکسید ازت تا 95 درصد که از گازهای خطرناک خروجی خودرو شده اند. [8]
در ایران نیز در سال1380 ، این پدیده به تازگی به رسمیت شناخته شد. از سال 1383 شرکت های خودرو سازی شامل ایران خودرو و سایپا تحت استاندارد های یورو 2 اقدام به واردات این قطعه و نصب آن را بر روی خودرو های خود را آغاز کرد. اما متاسفانه این پدیده که نوآوری بسیار حائز اهمیتی در زمینه حفظ محیط زیست می باشد گمنام مانده است[9].
مبدل های کاتالیزوری وسیله ای هستند که در سیستم خروجی موتور خودرو نصب می گردد و با استفاده از مواد کاتالیزگر سه ترکیب مضرر خروجی از موتور شامل اکسیدهای نیتروژن - ناشی از ترکیب نیتروژن خروجی از موتور با اکسیژن - ، مونوکسید کربن - ناشی از سوختن بنزین - و هیدروکربن ها - ناشی از احتراق ناقص بنزین - را به ترکیبات بی ضرر تبدیل می کند - شکل . - 1 این مبدل ها با ایجاد محیط راکتور مانند، باعث اکسیداسیون گازهای مونوکسید کربن4، هیدرو کربن 5 و احیای اکسید نیتروژن 6می شوند. در نهایت گازهای خروجی از خودروها را به ترکیبات مفید محیط زیستی مانند آب، دی اکسید کربن و نیتروژن تبدیل می کند. [10]
-5 اجزای فنی کاتالیزورها
هر مبدل کاتالیزوری شامل دو بخش کاهنده و یک بخش اکسید کننده می باشد. ماده ای به نام سریم، در هر مبدل کاتالیزور به منظور ذخیره اکسیژن و افزایش بازده در آن کاربرد دارد.
