Раскрывая науку, стоящую за образованием вторичных аэрозолей

Представьте себе солнечный свет, льющийся над городским горизонтом. В то время как воздух кажется спокойным, невидимые химические реакции превращают выхлопные газы транспортных средств в новые, более опасные загрязнители — вторичные аэрозоли. Эти крошечные частицы не только ухудшают качество воздуха, но и представляют значительные риски для здоровья человека. Но как именно происходит эта «алхимия выбросов»?

Прорывное исследование изучило роль фотохимических превращений в создании вторичных аэрозолей. Исследование, проведенное в Лаборатории горения ILMARI Университета Восточной Финляндии, было сосредоточено на двух пассажирских автомобилях, соответствующих стандарту Euro 6:

• SEAT Arona с бензиновым двигателем (Euro 6b), оснащенный трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором
• SEAT Ateca с дизельным двигателем (Euro 6d-temp), оснащенный окислительным катализатором, сажевым фильтром (DPF) и системой селективной каталитической нейтрализации (SCR)

Используя шасси-динамометр (Rototest VPA-RX3 2WD), исследователи смоделировали четыре различных сценария вождения, чтобы воспроизвести реальные условия и проанализировать их влияние на образование вторичных аэрозолей.

В исследовании были тщательно воссозданы четыре сценария вождения, чтобы понять закономерности выбросов в различных условиях:

• Холодный запуск и движение со скоростью 70 км/ч (CSC70): Смоделирован запуск двигателя после длительного простоя (не менее 12 часов), при этом отбор проб начинался сразу после зажигания и достижения стабильной скорости в течение 15 секунд.
• Движение по трассе со скоростью 120 км/ч (D120): Воспроизведено движение на высокой скорости для оценки выбросов в типичных условиях автомагистрали.
• Высокая нагрузка на двигатель (3000 об/мин, ~40 кВт мощности на колесах): Имитировались сложные ситуации, такие как подъем в гору или ускорение для обгона.
• Экстремальная нагрузка на двигатель (5000 об/мин, ~50 кВт мощности на колесах): Представлены сценарии максимальной производительности для оценки пределов выбросов.

Для тестов, не связанных с холодным запуском, исследователи предварительно подготовили двигатели, работая на 3000 об/мин с нагрузкой 50 Нм в течение пяти минут перед настройкой параметров испытаний, обеспечивая стабильную температуру двигателя и концентрацию выбросов.

В исследовании были включены различные составы топлива для оценки их воздействия на окружающую среду:

• Дизельные автомобили: Испытания проводились со стандартным биодизелем B7 (7% возобновляемого содержания) и 100% гидроочищенным растительным маслом (HVO), более чистой альтернативой возобновляемого топлива.
• Бензиновые автомобили: Оценивались с использованием коммерческих смесей этанола (E5, E10) и реформированного бензина (RFG), содержащего примерно 20% спирта.

Все изменения топлива происходили в сертифицированных сервисных центрах с тщательной очисткой баков между испытаниями для предотвращения перекрестного загрязнения.

Это исследование дает критическое понимание того, как выбросы транспортных средств развиваются под воздействием солнечного света, особенно в отношении оксидов азота (NOx) и летучих органических соединений (VOC) — ключевых предшественников озона и вторичных аэрозолей. Результаты показывают:

• Условия высокой нагрузки генерируют повышенные выбросы NOx и VOC, ускоряя фотохимические реакции
• Бензин, смешанный с этанолом, может увеличить выбросы альдегидов, потенциально увеличивая производство вторичных аэрозолей
• Передовые системы доочистки (DPF, SCR) демонстрируют различную эффективность в зависимости от условий эксплуатации

Эти результаты будут информировать более точное моделирование качества воздуха и помогут политикам разработать целевые стратегии сокращения выбросов. По мере развития автомобильных технологий с увеличением электрификации будущие исследования могут изучить, как гибридные и электрические транспортные средства влияют на образование вторичных аэрозолей через невыхлопные выбросы и пути производства энергии.