W ostatnich miesiącach temat zanieczyszczenia powietrza, zwłaszcza w dużych miastach, niemalże zdominował przekazy medialne. Wiele mówi się o trujących kominach domów i fabryk, ale także o samochodach. Emisja zanieczyszczeń przez pojazdy to temat bardzo złożony.

Co tak naprawdę szkodzi w spalinach?

Głównym problemem współczesnych samochodów nie jest wysoka emisja wszelakich trucizn, lecz stale rosnąca gęstość występowania. Pojazdy emitują o wiele mniej zanieczyszczeń niż ich wersje sprzed kilkudziesięciu czy nawet kilkunastu lat. Samochodów jest jednak z roku na rok coraz więcej, co tworzy efekt skali i bilans ostatecznie niekorzystny dla środowiska.

Najwięcej uwagi poświęca się silnikom wysokoprężnym, jako potencjalnie najbardziej szkodliwym dla środowiska. Rzeczywiście, wysoka emisja cząstek stałych czy tlenków azotu, stawia silniki wysokoprężne na cenzurowanym. Warto jednak zwrócić uwagę także na silniki benzynowe, wykorzystujące technologię bezpośredniego wtrysku paliwa. Tego typu silniki spalają bardzo ubogą mieszankę, co prowadzi do emisji dużej ilości cząstek stałych. Technologia mająca z założenia zwiększać osiągi przy redukcji zużycia paliwa okazała się więc szkodliwa dla środowiska. Stąd pomysły wprowadzenia specjalnych filtrów także w pojazdach zasilanych benzyną.

Warto wyjaśnić, czym są rzeczone “cząstki stałe”, których temat przewija się zawsze podczas dyskusji o silnikach diesla oraz montowanych w nich filtrach DPF. Za cząstki stałe uważa się składniki spalin, które opuszczają układ wydechowy w stanie innym niż gazowy. Najczęściej emitowane są cząsteczki sadzy, posiadające rdzeń węglowy, który absorbuje inne małe cząsteczki, np. azotany, metale czy siarczany. W niektórych przypadkach cząsteczki sadzy są widoczne gołym okiem – gdy obserwujemy czarny lub ciemnoszary dym wydobywający się z rury wydechowej. Współczesne diesle emitują już nieporównywalnie mniej sadzy niż starsze jednostki. Nie oznacza to, że są całkowicie bezpieczne dla środowiska.

Normy emisji cząstek stałych przez silniki samochodów osobowych są regulowane przez rozporządzenia Euro (obecnie dla nowo produkowanych pojazdów obowiązuje norma Euro 6). Uwzględniają one dopuszczalną emisję cząstek stałych przez silnik w gramach na kilometr. Masa cząstek opuszczających rurę wydechową nowych aut jest dużo niższa niż kiedyś, jednak szczególnie groźne dla człowieka są te najmniejsze o średnicy nawet tysięcznych części milimetra. Mogą one wnikać głęboko do układu oddechowego człowieka – do tchawicy, oskrzeli, a nawet do pęcherzyków płucnych. Zagrożeniem są nie tylko cząstki przedostające się do powietrza z rury wydechowej, ale także drobiny emitowane przy ścieraniu się klocków hamulcowych. Ponadto pojazdy poruszając się po drogach, podnoszą z nich zalegające cząstki wyemitowane przez inne pojazdy wcześniej.

Jak działa DPF?

Współczesne pojazdy opuszczając fabrykę emitują stosunkowo niewiele cząstek stałych. Problemem jest jednak utrzymanie podobnej sprawności podczas całej eksploatacji. Jest to oczywiście możliwe, jednak trudne dla właścicieli pojazdów. Prawidłowa eksploatacja filtra DPF wymaga częstego pokonywania dłuższych tras – tak, by sterownik pojazdu (ECU) mógł inicjować proces wypalania zalegającej na filtrze sadzy. Niestety to nie jedyna komplikacja. Skuteczne wypalenie cząstek stałych wymaga uzyskania wysokiej temperatury – nawet ok. 800 st. C. Takie duże wartości w układzie wydechowym pojazdu nie występują podczas normalnej pracy. Aby podwyższyć temperaturę, ECU okresowo zamyka recyrkulację spalin, by zgromadzić więcej tlenu oraz zwiększa podawaną do cylindrów dawkę paliwa. Porowate ściany filtra zawierają wspomagające spalanie cząstki tlenku glinu i ceru oraz platyny, utleniające tlenki węgla i azotu.

Inaczej procedura wypalania filtra DPF przebiega w silnikach wysokoprężnych francuskiej grupy PSA (Peugeot, Citroen, DS). Elementem układu jest tam zbiornik z płynem katalitycznym zawierającym m.in. tlenek ceru, którego zadaniem jest obniżenie temperatury niezbędnej do wypalenia filtra. Celem jest uniknięcie okresowego znacznego wzrostu ilości podawanego paliwa, które ma miejsce w “suchych” filtrach DPF. Wadą rozwiązania jest konieczność uzupełniania płynu katalitycznego, które może być konieczne nawet co kilkadziesiąt tysięcy kilometrów (w zależności od modelu pojazdu). Podobne do rozwiązania grupy PSA filtry cząstek stałych wprowadził w niektórych swoich modelach Volkswagen.

Także filtry “suche”, w których układzie nie zintegrowano zbiornika na płyn katalityczny można eksploatować jak “mokre”. Na rynku wtórnym dostępnych jest wiele preparatów, aplikowanych do baku pojazdu, których celem jest obniżenie temperatury niezbędnej do przeprowadzenia skutecznego wypalenia cząstek stałych. Preparaty te swoim składem przypominają płyn stosowany przez PSA.

Czy diesle mogą być eko?

Niestety czas eksploatacji ma bardzo duży wpływ na jakość działania filtra cząstek stałych. Filtry z czasem ulegają zapchaniu i wymagają regeneracji lub wymiany. Właściciele pojazdów w takich sytuacjach często decydują się na nielegalne, ale o wiele tańsze rozwiązanie, jakim jest usunięcie filtra DPF z samochodu. Trwają prace nad wprowadzeniem w Polsce systemu kontroli, który umożliwi skuteczne karanie właścicieli pojazdów, którzy zdecydowali się na taki proceder. Zbudowanie wiarygodnego systemu kontroli emisji cząstek stałych jest jednak trudne.

W pełni rzetelne pomiary nadal można przeprowadzić tylko w warunkach laboratoryjnych. Stacje kontroli pojazdów czy (tym bardziej) inspektorzy ITD okresowo badający pojazdy w terenie są w stanie sprawdzić zadymienie i skład spalin, ale nie dokładną emisję cząstek stałych. Problemem bywa nawet wykrycie czy pojazd posiada filtr DPF czy też został on wycięty. Istnieją firmy, zajmujące się nielegalnym procederem wycinania filtrów i odpowiedniego programowania jednostki centralnej pojazdu (ECU), także przy użyciu tzw. emulatorów, w taki sposób, by operacja była trudna do wykrycia.

Niełatwa do zbadania jest także sprawność filtrów cząstek stałych. Producenci deklarują ich wysoką skuteczność, separacji cząstek stałych nawet na poziomie 99%. Najwyższe parametry każdy filtr uzyskuje jednak dopiero po pewnym okresie pracy. Skuteczność nowego filtra może być nawet o kilkadziesiąt procent niższa niż deklaruje producent. Zbyt długa eksploatacja filtra cząstek stałych w warunkach mu niesprzyjających (krótkie dystanse, jazda miejska) powoduje z kolei całkowite zapchanie, któremu nie jest w stanie zaradzić przeprowadzenie standardowej (pasywnej lub aktywnej) czy nawet wymuszonej procedury wypalenia.

Wyzwaniem dla współczesnych diesli jest przede wszystkim utrzymanie odpowiednich parametrów systemów filtracji zanieczyszczeń przez cały okres eksploatacji. Szczególnie niebezpieczne dla środowiska są pojazdy nie posiadające filtra cząstek stałych, gdzie został on wycięty. Warto pamiętać, że nawet najdrobniejsze cząstki, emitowane do atmosfery mogą być niebezpieczne dla zdrowia ludzi. Silniki samochodowe są tylko jedną z przyczyn wzrastającego zanieczyszczenia środowiska i nie należy traktować ich jak przyczyny całego zła. Trzeba jednak zdawać sobie sprawę, że ze względu na znaczny wzrost liczby samochodów w ostatnich latach, skala problemu staje się coraz większa.