Studii și cercetări privind tehnologiile de reducere a emisiilor poluante

1 Introducere

Înainte de a analiza impactul asupra mediului a autovehiculelor trebuie prezentată istoria autovehiculelor, istoria motorului.

Primul motor a fost realizat în anul 1698 de către inginerul englez Thomas Saverz, şi era un motor cu abur ce avea ca scop pomparea apei în casele înalte din Londra.

Fig.1 Principiul de funcţionare a motorului cu abur realizat de Thomas Saverz

În anul 1712, inginerul Thomas Newcomen din Cornwall a realizat un motor performant care avea un braţ lung cu ajutorul căruia pompa apa cu o turaţie de 16 rot/min. Acest motor a fost optimizat în anul 1776 de constructorul scoţian James Watt.

Fig.2 Motorul lui Newcomen Fig.3 Motorul lui Watt

Primul care a utilizat un motor cu abur pentru propulsia unui vehicul a fost Nicolas Cugnot în anul 1769. Acest vehicul putea transporta patru persoane, dar el a fost utilizat pentru transportul armamentului. Viteza maximă pe care o putea atinge era de 5 km/h.

Fig.4 Vehiculul realizat de Nicolas Cugnot

Pe baza proiectului lui Lenoir în anul 1861 Nikolaus August Otto construieşte primul motor. Iar împreună cu industriaşul german Eugen Langen înfiinţează o companie lângă Koln, unde în anul 1867 construieşte primul motor. Acest motor era unul în doi timpi mult mai eficient decât motorul lui Lenoir deoarece înainte de ardere se realiza o comprimare a amestecului carburant.

În anul 1876 cei doi au pus la punct un nou motor, un motor care funcţiona în patru timpi. Acest motor era silenţios şi eficient astfel că şi-a găsit repede locul în industrie, rămânând model pentru cele mai moderne motoare cu ardere internă existente astăzi în lume.

Otto şi-a patentat ciclul de funcţionare a motorului în patru timpi în 1877 şi a pus bazele unei companii care doar în câţiva ani a vândut peste 35000 de motoare. În 1886, totuşi , competitorii lui Otto au arătat că de fapt principiul de funcţionare al motorului în patru timpi a fost prezentat pentru prima dată (într-un obscur pamflet) de către inginerul francez Alphonse-Eugene de Rochas. Chiar dacă acest lucru anula patentul lui Otto, motoarele lui au rămas singurele motoare cu ardere internă folosite pe scară largă.

Fig.6 Motorul lui Otto şi Langen

Fig.5 Motorul lui Lenoir

În 1890, Wilhelm Maybach şi Gottlieb Daimler, doi dintre inginerii companiei lui Otto, şi-au deschis propria companie producătoare de automobile, propulsate de motoarele în patru timpi ale lui Otto. Ei au perfecţionat vechiul motor şi au reuşit să producă, în 1899, primul automobil Mercedes.

Fig.7 Primul autovehicul Mercedes

Motorul cu aprindere prin comprimare a fost inventat de Rudolf Diesel în 1892, şi a fost patentat la data de 23 februarie 1893. Acest motor a fost conceput ca o alternativă pentru întreprinzătorii particulari având în vedere dimensiunile variabile, costul scăzut al motorului şi carburantului în comparaţie cu celelalte soluţii existente. Lucrul la acest motor a pornit de la obsesia lui Diesel pentru a doua legea a termodinamicii şi maxima eficienţă a ciclului Carnot.

Intenţia lui Diesel a fost ca motorul său să utilizeze o varietate largă de combustibili inclusiv praful de cărbune. Diesel şi-a prezentat invenţia funcţionând în 1900 la Expoziţia Universală (World's Fair) utilizând ulei de alune.

Fig.8 Motorul Diesel

În acele vremuri nu erau probleme legate de poluarea mediului deoarece numărul autovehiculelor era mic şi impactul asupra mediului era neglijabil.

În cei peste o sută de ani de existenţă automobilele s-au dezvoltat şi perfecţionat fără însă a se produce modificări fundamentale asupra soluţiilor tehnice utilizate la primele modele.

Restricţiile extrem de severe impuse şi cele ce urmează a fi adoptate în primul deceniu al noului mileniu, referitoare la protecţia mediului şi resursele naturale, conduc la transformări esenţiale ale autovehiculelor atât în concepţia componentelor acestora cât şi în privinţa consumului şi manevrării.

În anul 2000 circulau în lume circa 800 milioane de autovehicule, dintre care 500 milioane erau autoturisme, iar restul autocamioane, autobuze, motociclete şi scutere. Aproximativ 35% se aflau în Europa şi America de Nord, iar restul în Asia, America de Sud, Africa.

Producţia mondială anuală de este de aproximativ 60 milioane de autovehicule. În Europa aproximativ 14 milioane de autovehicule îşi încheie ciclul de viaţă, iar în SUA 10-11 milioane.

Creşterea continuă a numărului de autovehicule este strâns legată de creşterea populaţiei globului şi de creşterea economică. Astfel conform previziunilor ONU populaţia globului va creşte până în 2050 la aproximativ 9 miliarde de locuitori, iar până în 2020 populaţia Europei va atinge valoarea de 450 milioane de locuitori. Această creştere nu este uniform distribuită, ea fiind mai accentuată în ţările din Asia, Africa şi America Latină.

Ca rezultat al acestei tendinţe este de aşteptat ca numărul autovehiculelor să crească semnificativ în special în ţările cu industrializare rapidă din Asia. La fel vor creşte şi presiunile privind protecţia mediului înconjurător dacă nu se vor găsi soluţii alternative la motoarele cu ardere internă.

2 Reglementări privind poluarea datorată autovehiculelor

Standardele de emisie sunt cerinţele care trebuie să stabilească limite specifice pentru poluanţii care pot fi eliberaţi în mediu. Multe standarde de emisii se axeze pe reglementarea poluanţilor eliberaţi de autovehicule, dar ele pot reglementa şi emisiile provenite din industrie, centrale electrice şi mici echipamente cum ar fi cositoarele pentru gazon sau generatoarele diesel. Politicile frecvente ca alternativă la standardele de emisii sunt standardele tehnologice (care reglementează emisiile de oxizi de azot, oxizi de sulf, pulberi în suspensie sau funingine, monoxid de carbon, hidrocarburi volatile).