Højteknologisk hjælp til beskidte dieselmotorer

At køre bag en bus eller lastbil, mens den bøvser ildelugtende udstødningsgasser, er nok til at overbevise nogen om, at emissioner fra dieselmotorer bør renses op. Men mens producenter af benzinmotorer har reduceret de skadelige emissioner i deres nye køretøjer med omkring 90 procent i løbet af de sidste 25 år, har producenter af dieselmotorer indtil videre formået at reducere de skadelige udstødningsgasser med kun omkring halvdelen af ​​den procentdel.

Nu er forskere ved University of Southern California imidlertid ved at udvikle en enhed, der bruger højenergielektroner til at zappe skadelig dieseludstødning og reducere den til vanddamp, kuldioxid og luft. Inden for få år kan teknikken vise sig at være en omkostningseffektiv måde at bringe dieselmotorer i overensstemmelse med stadigt strengere emissionsstandarder.

Denne historie var en del af vores maj 1997-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Ifølge Environmental Protection Agency (EPA) producerer tunge dieselmotorer 25 procent af alle køretøjsgenererede nitrogenoxider (NOx) - kilden til salpetersyre (HNO3), en hovedkomponent i sur regn og en vigtig kilde til byer smog. Selvom de første omfattende føderale regler, der kontrollerer emissionerne fra motoriserede køretøjer, blev indledt under Clean Air Act af 1970, trådte de første NOx-standarder specifikt for dieselemissioner først i kraft i 1984. Da luftkvaliteten blev ved med at forværres fra øget trafik, Kongressen vedtog Clean Air Act fra 1990, som tvang fabrikanter af lastbiler og busser til at reducere NOx-emissioner med 50 procent i forhold til 1984-standarden. Endelig, i 1995, udarbejdede EPA i samråd med California Air Resources Board og producenter af kraftige motorer en principerklæring, der førte til, at EPA fastsatte de seneste standarder, der sigtede mod at reducere diesel-NOx-emissionerne med yderligere 50 procent inden 2004.

Dieselingeniører har hidtil reduceret emissionerne stort set ved at erstatte mekanisk luftindtag og brændstoftilførselskontrol med mere effektive elektroniske systemer. Nu undersøger forskere, herunder Martin Gundersen og Victor Puchkarev, et par elektriske ingeniører ved University of Southern California, udstødningsefterbehandlingssystemer. Baseret på et elektronisk kredsløb med pulserende effekt, der opstod i 1950'erne og blev forfinet under arbejdet med det strategiske forsvarsinitiativ i 1980'erne, bruger deres enhed korte udbrud af højenergielektroner til at nedbryde NOx og andre sodpartikler i dieseludstødningen, før de finde vej til atmosfæren.

USC-gruppen har udviklet et kammer, der kan indbygges i et diesel-udstødningssystem, ligesom en katalysator bruges i benzindrevne køretøjer. Inde i kammeret frembringer en speciel elektronisk kontakt en kort elektrisk impuls, som udbruddet fra et kameras elektroniske blitztilbehør, med en hastighed på tusindvis af elektriske udladninger i sekundet. Når energiske elektroner fra disse hurtige højspændingsgnister sprøjtes ind i udstødningsstrømmen, på samme måde som en elektronstråle affyres i et lysstofrør, rammer de luft- og vanddampmolekyler, der er til stede i udstødningen. Kollisionerne skaber et ionplasma - et udvalg af elektroner og ladede partikler af nitrogen, oxygen og hydroxid - som igen reagerer med NOx og partikelformige kulbrinter for at producere kuldioxid, luft og vanddamp.

Tidlige prototyper beviste konceptet, men var ineffektive og krævede så meget som 50 procent af motorens effekt til deres drift. Gundersen hævder dog, at holdet for nylig har forbedret effektiviteten af ​​enheden med en størrelsesorden, hvilket bringer den ind i en rækkevidde, som producenter af dieseldrevne køretøjer ville finde tiltalende.

For at opnå den dramatiske forbedring siger Gundersen, at hans team har tilpasset enheden for at forkorte varigheden af ​​hver puls fra omkring 200 nanosekunder (milliarder af et sekund) til omkring 50 nanosekunder. Fordi elektronacceleration kun forekommer i de indledende faser af pulsen, hævede en forkortning af udbruddene energien af ​​elektronerne i plasmaet, mens det samlede forbrug af meget mindre energi.

Ifølge Bernard M. Penetrante, en fysiker, der leder Environmental Plasma Technologies-gruppen ved Lawrence Livermore National Laboratory, er et dusin eller flere grupper på verdensplan nu involveret i lignende F&U-arbejde, som i sidste ende kan konkurrere om en andel af et enormt potentielt marked. Faktisk anslår EPA, at omkring 5 millioner tunge og 2 millioner lette dieselkøretøjer nu ruller langs de amerikanske veje, og at flere hundrede tusinde nye dieselkøretøjer sælges i landet hvert år.

Gundersen anslår, at et efterbehandlingsapparat med pulserende effekt vil koste i størrelsesordenen 1.000 dollars. Hvis det viser sig at være tilfældet, kan markedet nemt være flere milliarder dollars værd. Og markedet er måske ikke begrænset til dieselmotorer. Penetrante bemærker, at enhver enhed, der kan reducere NOx til godartede produkter i et dieseludstødningsrør, også kan anvendes på benzinmotorer. Han forklarer, at lignende forhold eksisterer i nye benzinmotorer med magert brændstof (højt luft-til-brændstofforhold), og at nye teknologier såsom pulserende kraft vil være afgørende for, at næste generation af køretøjer kan opfylde stadigt strengere emissionskrav.

skjule