Energetika – Energiamenedzsment
Dr. Benkő Zsolt István, Dr. Pitrik József (2011)
A közlekedés és ezen belül a gépjármű közlekedés energetikáját röviden már elemeztük. A közlekedő ember számára nyilvánvaló, hogy a mobilizáció energiafelhasználással jár. Ismert az is, hogy a gépjárművek hatásrendszert generálnak, s végső hatásviselő az EMBER és KÖRNYEZETE.
Az ok-okozati, azaz a hatáslánc szemlélet alkalmazása nélkül nem tárható fel megbízhatóan a településhez kapcsolódó közlekedés bonyolult rendszere és a kapcsolódó folyamatok. A hatásrendszer bármely láncát is követjük nyomon további részletek vizsgálhatók, és lényegileg ezek segítik a beavatkozási „pontok”, a beavatkozási stratégia rögzítését. Az összefüggések feltárását a térbeliség és az időfüggés is nehezíti. Egy-egy lánc elágazásainak bonyolultsága miatt a rendszer oly összetett, hogy fontossági sorrendet a problémák megoldására találni nehéz. Az azonban a hatásrendszer vázlat elemzéséből is látszik, hogy ha egy településen „egy forrópont” megszüntethető, az kedvezően hat más láncokra is (15.1. táblázat). [117] [118]
A gépjárművek légszennyezési folyamatainak részletes vizsgálatától itt eltekintünk, csak néhány olyan kérdést érintünk, amely segít az energiagazdálkodási szemlélet kialakításában.
A 15.2. táblázat kőolajegyenértékben mutatja a világ energiatermelésének megoszlását és látható, hogy a 3,08 109 tonna feldolgozott kőolaj gépjárműben kerül felhasználásra. A gépjárművek légszennyezése főként a szénhidrogének oxidációs termékeiből, az alkotók disszociációjából, termikus bomlásokból és mellékreakciókból, valamint az adalékok reakciótermékeiből áll. A kipufogógáz összetevői között jelentős lehet az el nem égett szénhidrogén mennyisége.[119]
Az Ottó és a Diesel motorok eltérő működésűek, így eltérő folyamatok alapján működnek. A legfontosabb szennyező anyagok: a CO2, a CO, NOx, CxHy, szilárd részecskék. A motor konstrukció során mindazon műszaki megoldások alkalmazására törekednek, amelyek a káros anyagok mennyiségét csökkentik, de az általánosan elterjedt megoldás: az utóátalakító rendszerek alkalmazása.
15.1. táblázat - A világ energiatermelése és a gépjárművek energiafelhasználása
| A világ energiatermelése 109 tonna kőolajegyenérték | 1973 | 1990 | 2000 | 2010 | 2020 |
|---|---|---|---|---|---|
| Összes energiatermelés | 5,5 | 7,6 | 8,7 | 10 | 13,7 |
| Megújuló | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,3 |
| Vízi | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,2 | 0,4 |
| Nukleáris | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | |
| Szén | 1,5 | 2,1 | 2,3 | 2,6 | 3,2 |
| Földgáz | 1 | 1,6 | 1,8 | 2,4 | 3,5 |
| Kőolaj | 2,8 | 3,1 | 3,5 | 4 | 5,5 |
| Közlekedés által felhasznált kőolaj, % | 37 | 46 | 50 | 53 | 56 |
Az Ottó motor üzemanyag–levegő keverékkel működik. Az üzemanyag és a levegő pillanatnyi tömegaránya alapján gazdag illetve szegény keverékről beszélünk. [120]
λ= Lv/ Le
A klasszikus Ottó motor üzemanyagellátó rendszere a karburátor, amely a (gépjárművezető mindenkori igényéhez igazodóan) a motor mindenkori üzemállapotához szükséges keveréket állítja elő. A mai gépjárműmotorok üzemanyag ellátását injektoros rendszerekkel valósítják meg. Három alaptípust különböztetünk meg, a szerint, hogy hol történik a keverékképzés: központi injektálás (~1 bar) a szívócsőben, hengerenkénti injektálás a szívócsőben (~2,5 bar), és a közvetlen injektálás a hengerbe (~80–200 bar). A keverék égési sajátosságaitól függ, hogy a motor milyen káros anyagokat állít elő. A motor konstrukciós módosítására vannak lehetőségek, de a gyártók hosszú ideig az égéstér utáni rendszerek fejlesztésére koncentráltak. Így fejlesztették ki a redukáló kamrát (NOx csökkentésére), az oxidáló kamrát (a CO és a CxHy oxidálására) és a hármashatású katalizátort mindhárom káros anyag mérséklésére. A katalizátor nélküli és a hármashatású katalizátor hatására történő szennyezőanyag változást a 15.5. ábra és a 15.6 ábra mutatja.[121] Látható, hogy csak akkor tudjuk az Ottó motor mindhárom károsanyagtartalmát csökkenteni, ha a légviszony 1 közelében marad. Ez csak úgy érhető el, ha a motort elektronikusan irányítjuk, az üzemanyag ajánlott összetételét betartjuk.[122]
A klasszikus Diesel motorok tiszta levegőt szívnak, majd sűrítenek, így a magas hőmérsékletű nagy nyomású levegőbe befecskendezett gázolaj egy része öngyulladás következtében meggyullad, s ez a további részeket meggyújtja.
Ha a Diesel motorokat un. turbófeltöltővel látják el, több üzemanyag vihető be, így a teljesítmény növelhető. A befecskendezés ~1000 bárral történt, közvetlen vagy közvetett módon, speciális égésterek alkalmazásával (15.5 ábra).A motor égési folyamatai összetettek, számtalan tényező függvényei. A modern motorok elektronikus Diesel szabályozással vannak ellátva, s terjedőben van a közös nyomásterű befecskendező rendszer, melynek befecskendezési nyomása: ~2000 bar. [123]
A modern motorok legnagyobb problémája, hogy a NOx és a részecskék jelentős mennyisége. Ezek keletkezése jelentősen összefügg az üzemanyag jellemzőivel (pl. ásványanyag tartalmával), a terheléssel, a befecskendezéssel, az égéstér kialakításával.
Az Ottó motorokhoz hasonlóan, itt is utóátalakítók segítségével csökkentik a károsanyag tartalmat. Ezek közül a legfontosabb az un DENOX katalizátor rendszer, amely az NOx csökkentését végzi és a részecske emissziót csökkentő DPNR rendszer.
A Diesel károsanyag csökkentő rendszerek alkalmazását nehéz járművek esetén ma már az EU előírja. A három Diesel kategória jelenleg érvényes emisszióit a 15.2 táblázat foglalja össze.[124] [125]
15.2. táblázat - Diesel-motoros járművek emissziójának határértékei
| Kibocsátás, g/km | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Fokozat | CxHy + NOx | NOx | CO | Részecskék | |
| Diesel-motoros személygépjármű | Euro 4 | 0,3 | 0,25 | 0,5 | 0,14 |
| Könnyű Diesel-motoros haszongépjármű | Euro 4 | 0,46 | 0,39 | 0,74 | 0,06 |
| Kibocsátás, g/kWh | |||||
| CxHy | NOx | CO | Részecskék | ||
| Nehéz Diesel-motoros gépjármű | Euro 5 | 0,55 | 2 | 4 | 0,03 |
[117] Bakács T.–Barna B. 1999:Környezetvédelmi szabályozás. Környezetügyi Műszaki Gazdasági Tájékoztató. Környezetgazdálkodási Intézet, Budapest, p. 80.
[118] Rédey Á.–Módi M. 2002a: Vázlatok a „Környezetállapot-értékelés” jegyzethez. Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém, p. 84.
[119] Pitrik József: Gépjárművek légszennyezése, JGYF Kiadó, Szeged, 2005. p. 68.
[120] λ – légviszony; Lv – valóságos levegőmennyiség; Le – elméleti levegőmennyiség; 1kg benzin tökéletes elégetéséhez 14,7 kg levegőre van szükség.
[121] Pitrik József: Gépjárművek légszennyezése, JGYF Kiadó, Szeged, 2005. p. 68.
[122] Részletesen: Dr. VASS Attila (szerk.): Belsőégésű motorok szerkezete és működés. Szaktudás Kiadóház, Budapest, 2005. pp. 108–118.
[123] Common rail = közös cső
[124] Nagy Gábor–dr. Hancsók Jenő: Diesel motoros gépjárművek utóátalakító katalizátorai I. In: MOL Szakmai Tudományos Közlemények 2006/1. pp. 85–108.
[125] DPNR = Diesel Particulate-NOx Reduction;