Methods and techniques for the assessment of vehicular exhaust particulate emissions using alternative fuels and advanced emission control systems

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στην αξιολόγηση των σωματιδιακών εκπομπών οχημάτων, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών τύπων οχημάτων (επιβατικά και οχήματα της κατηγορίας «L», δηλαδή δίτροχα, τρίτροχα και ελαφρά τετράτροχα), καυσίμων (πετρέλαιο, βενζίνη, υγραέριο, φυσικό αέριο και ηλεκτρο-υβριδικά οχήματα), τεχνολογιών κινητήρα και συστημάτων αντιρρύπανσης. Η μελέτη βασίζεται σε μετρήσεις ρύπων σε εργαστηριακό περιβάλλον (πέδη οχημάτων) και σε πραγματικές συνθήκες στο δρόμο. Ο κύριος στόχος της διατριβής ήταν να προσδιοριστούν οι τεχνολογίες κινητήρα και τα είδη καυσίμου, στα οποία θα πρέπει να επεκταθεί η υπάρχουσα νομοθεσία, η οποία επικεντρώνεται προς το παρόν μόνο στις σωματιδιακές εκπομπές από πετρελαιοκίνητα οχήματα και από οχήματα με κινητήρα άμεσης έγχυσης καυσίμου. Επιπλέον, αξιολογήθηκε το περιθώριο περαιτέρω μείωσης των σωματιδιακών εκπομπών των σύγχρονων πετρελαιοκίνητων οχημάτων μέσω της αλλαγής των ιδιοτήτων του καυσίμου. Εστιάζοντας αρχικά στα οχήματα της κατηγορίας «L» (η υπάρχουσα και η προσεχής νομοθεσία προβλέπουν όριο εκπομπών μόνο για την μάζα των σωματιδίων), τα αποτελέσματα της έρευνας φανέρωσαν ότι εκτός από τα πετρελαιοκίνητα οχήματα, υψηλές σωματιδιακές εκπομπές (μάζας και αριθμού σωματιδίων) παρατηρούνται και σε άλλες τεχνολογίες κινητήρα. Πιο συγκεκριμένα, οχήματα εφοδιασμένα με δίχρονους βενζινοκινητήρες παρουσίασαν υψηλές εκπομπές μάζας και αριθμού σωματιδίων, κοντά στα επίπεδα των πετρελαιοκίνητων οχημάτων (χωρίς φίλτρο κατακράτησης σωματιδίων), ενώ υψηλές εκπομπές αριθμού σωματιδίων παρατηρήθηκαν και στις υπόλοιπες υποκατηγορίες που μελετήθηκαν, παρόλο που η εκπεμπόμενη μάζα σωματιδίων ήταν σε επίπεδα κάτω από τα νομοθετημένα όρια. Όσον αφορά τα επιβατικά οχήματα, οι υψηλότερες εκπομπές αριθμού σωματιδίων (υπό πραγματικές συνθήκες οδήγησης) παρατηρήθηκαν στα οχήματα βενζίνης (έμμεσης έγχυσης καυσίμου) και υγραερίου, ιδιαίτερα στα παλαιότερης τεχνολογίας, ξεπερνώντας κατά πολύ το όριο της νομοθεσίας (παρόλο που αυτό δεν ισχύει για αυτές τις τεχνολογίες κινητήρα). Πολύ χαμηλές ήταν οι εκπομπές των πετρελαιοκίνητων οχημάτων (χάρη στην τοποθέτηση φίλτρου σωματιδίων) αλλά και του οχήματος φυσικού αερίου που μελετήθηκε. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι οι εκπομπές του ηλεκτρο-υβριδικού οχήματος ήταν σχετικά υψηλές συγκριτικά με συμβατικά οχήματα με κινητήρα έμμεσης έγχυσης καυσίμου, ξεπερνώντας μάλιστα το όριο της νομοθεσίας (το οποίο δεν ισχύει ούτε σε αυτή την τεχνολογία κινητήρα). Όσον αφορά την μελέτη των ιδιοτήτων του καυσίμου, προέκυψε ότι αυτές μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις σωματιδιακές εκπομπές ακόμα και των σύγχρονων πετρελαιοκίνητων οχημάτων που είναι εφοδιασμένα με φίλτρο κατακράτησης σωματιδίων. Το συμπέρασμα που προκύπτει, λοιπόν, από την παρούσα διδακτορική έρευνα είναι ότι τόσο στα οχήματα της κατηγορίας «L», όσο και στα επιβατικά οχήματα, το ενδιαφέρον της νομοθεσίας θα πρέπει να στραφεί και προς άλλες τεχνολογίες, οι οποίες παρουσίασαν υψηλές σωματιδιακές εκπομπές. Στην περίπτωση των οχημάτων της κατηγορίας «L» το όριο εκπομπών μάζας σωματιδίων θα πρέπει να επεκταθεί και στους δίχρονους κινητήρες, ενώ για τις υπόλοιπες υποκατηγορίες η υιοθέτηση ενός ορίου για τις εκπομπές αριθμού σωματιδίων ίσως είναι απαραίτητη. Στα επιβατικά οχήματα, προσοχή θα πρέπει να δοθεί στα παλαιότερης τεχνολογίας οχήματα βενζίνης και υγραερίου, ενώ στο μικροσκόπιο θα πρέπει επίσης να βρεθούν τα βενζινοκίνητα (έμμεσης έγχυσης καυσίμου) και τα ηλεκτρο-υβριδικά οχήματα τελευταίας τεχνολογίας. Τέλος, όσον αφορά την βελτίωση των ιδιοτήτων του καυσίμου, προτείνεται η αναθεώρηση των ορίων που θέτει η νομοθεσία ώστε να ληφθεί υπόψη και η επίδρασή τους στις σωματιδιακές εκπομπές των οχημάτων τελευταίας τεχνολογίας.