Niewiele osób zdaje sobie sprawę z tego, że prowadzone są prace nad filtrami cząstek stałych do aut elektrycznych. Co ciekawe, prowadzi je wiele znanych firm, a nie tylko jedna. Filtry cząstek stałych do aut elektrycznych będą działać w zdecydowanie inny sposób niż te montowane w autach spalinowych.

Czy samochód elektryczny produkuje cząstki stałe?

Filtry cząstek stałych są montowane we współczesnych samochodach z silnikami diesla (DPF/FAP) oraz w autach z silnikami benzynowymi (GPF/GPF FAP). Ich zadaniem jest zatrzymywanie i neutralizacja sadzy oraz popiołów, powstających w procesach spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Samochody elektryczne nie produkują spalin. Ale generują cząstki stałe, choć w nieco inny sposób. Inżynierowie zapragnęli zrealizować (utopijną) wizję całkowicie czystej motoryzacji. I stąd pomysł wyposażenia aut elektrycznych w filtry cząstek stałych.

Słowo klucz: emisje pozaspalinowe (non exhaust emissions)

Auta elektryczne są cięższe o kilkaset kilogramów od swoich spalinowych odpowiedników. Odpowiedzialna jest za to bateria trakcyjna z rozbudowanym układem chłodzenia i ogrzewania. Im cięższe auto, tym szybsze zużycie opon. Podczas ścierania bieżnika opon powstają cząstki stałe.

Im cięższe auto, tym szybsze zużycie klocków hamulcowych. Ścieranie okładzin hamulcowych, które trą o tarcze hamulcowe (z wyjątkiem klocków ceramicznych) również powoduje powstawanie pyłów. Ciężkie auto elektryczne potrzebuje mocniejszych hamulców (o większej powierzchni tarcia). I podczas hamowania powstaje więcej pyłu.

Tu mała dygresja, gdyż inżynierowie tworzący nowe rozwiązania dla branży motoryzacyjnej „zapomnieli”, że auto elektryczne najczęściej używa hamowania rekuperacyjnego, zatem rzadko korzysta z tarcz i klocków. Ale współczesna motoryzacja pełna jest sprzeczności.

Cząstki stałe unoszą się też w powietrzu. Elektryczne auto przyszłości ma, zgodnie z założeniem, sprzątać po sobie i równocześnie, czyścić powietrze.

Audi „Urban Purifier”

W 2020 roku Audi we współpracy z firmą Mann-Hummel (produkującą między innymi filtry marki MANN-FILTER) rozpoczęło projekt pilotażowy, którego efektem miało być powstanie filtra cząstek stałych dla aut elektrycznych. Program zakładał czteroletni okres projektowania i testów.

Jak miał działać projektowany filtr? Filtr cząstek stałych do aut elektrycznych miał być montowany w przedniej części pojazdu. Podzespół miał działać niczym odkurzacz. Zamontowany za nim wentylator (służący też do standardowego chłodzenia płynu chłodniczego od baterii i silnika) miał za zadanie wzmacniać naturalny pęd powietrza, powstający podczas jazdy. Zasysane powietrze było filtrowane, także na postoju.

Filtry zatrzymywały cząstki stałe o rozmiarze do 10 mikrometrów, które są szkodliwe dla zdrowia. Zdaniem projektantów filtr nie powodował zaburzeń w pracy auta, ani dodatkowego obciążenia samochodu. Sam filtr produkowany był w 15 proc. z materiałów pochodzących z recyclingu, powinien być wymieniany, co każdy serwis samochodu.

Zdaniem twórców rozwiązania, filtr „zerował” emisje auta, w którym był zamontowany, jak również czyścił powietrze za dwa dodatkowe auta. Pomimo pozytywnych opinii i pozytywnych testów, filtr jak na razie nie został wprowadzony do masowej produkcji.

Filtry cząstek stałych na pył hamulcowy

Wspomniana wcześniej firma Mann – Hummel pracowała również nad innym rozwiązaniem, przeznaczonym do samochodów z wszystkimi typami napędów. To filtry cząstek stałych, montowane przy kołach, które mają za zadanie zbierać pył powstający podczas hamowania. Rozważano filtry pasywne (nie zużywające energii, zbierające pył) i aktywne (zużywające energię, zasysające pył, o większej skuteczności).

Filtry testowano w autach elektrycznych i spalinowych, produkowanych przez Audi, Mercedes-Benz (elektryczne samochody dostawcze) oraz w autach elektrycznych ALBA Group, wykorzystywanych w Singapurze.

Brytyjska firma The Tyre Collective prowadziła prace nad filtrami, montowanymi za każdym kołem samochodów elektrycznych. Filtry te wykorzystywały aerodynamikę oraz elektrostatykę, żeby zbierać i gromadzić pył z opon, który następnie mógłby być przetwarzany. Filtry te zostały nagrodzone w 2020 (James Dyson Award) ale również nie słychać o tym, żeby miały trafić do masowej produkcji.

Kontekst prawny, czyli po co to wszystko?

Rozwój filtrów cząstek hamulcowych jest bezpośrednio związany z nowymi unijnymi regulacjami określanymi jako norma Euro 7, które po raz pierwszy obejmują emisje niezwiązane ze spalaniem paliwa. W praktyce oznacza to wprowadzenie limitów emisji cząstek stałych powstających w wyniku zużycia klocków i tarcz hamulcowych, a także obowiązek ich pomiaru w procedurach homologacyjnych.

Choć przepisy nie narzucają konkretnego rozwiązania technicznego, producenci pojazdów i dostawcy układów hamulcowych już dziś poszukują sposobów na ograniczenie emisji pyłu, aby spełnić przyszłe wymagania. Jedną z rozważanych dróg są właśnie systemy wychwytywania cząstek bezpośrednio przy układzie hamulcowym, obok nowych materiałów ciernych i zmian konstrukcyjnych.