AUTOKATALIZATORI

AUTOMOBILSKI

SAOBRAĆAJ I ZAŠTITA

ŽIVOTNE SREDINE

Prof.dr Ivan Gržetić, dipl. hem.

Hemijski fakultet u Beogradu

http://chem.bg.ac.rs/~grzetic/predavanja/

Gržetić 1

O čemu će se razgovarati

O proizvodnji goriva i broju automobila: primer

2000. i 2011. godina

O zagađenju i buci

O proceni i egzaktnim podacima: 2002. i 2010.

godina

O evropskim propisima

O bezinskim i dizel katalizatorima

Preporuke Gržetić 2

Proizvodnja goriva

U našoj zemlji je daleke 2000. godine proizvedeno

oko 3.000.000 t različitih naftnih derivata:

280.000 t bezolovnog benzina,

429.000 t motornog benzina (sadržaj olovna do 0,4 g/dm3,

odnosno do 0,5 g/kg),

preko 1.000.000 t dizela,

28.000 t mlaznog goriva,

oko 47.000 t ulja i maziva, itd.

Tada se procenjivalo da će proizvodnja rasti oko

10 % godišnje. Gržetić 3

FINALNA POTROŠNJA

NAFNIH PROIZVODA

Gržetić 4

Kako radi motor i

izduvni sistem automobila

Gržetić 5

ADITIVI U BENZINU PROTIV

EKSPLOZIVNOG UDARA

To su supstance koje se dodaju u benzin radi poboljšanja oktanskog broja i suzbijanja eksplozivnog udara – detonacija (prevremenog i momentalnog sagorevanja) gorivne smeše u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem.

Gržetić 6

ADITIVI U BENZINU PROTIV

EKSPLOZIVNOG UDARA

Do 2010. godine kod nas se koristilo (CH3CH2)4Pb i (CH3)4Pb. Dodavao se oko 0,15g po litru benzina. Olovo je toksično za čoveka.

Od 2010. mi koristimo, kao i mnogi u svetu, BTEX smešu (benzen, toluen, etilbenzen i ksileni). Rafinerije obično dodaju ove hemikalije benzinu kako bi optimizovale oktanski broj benzina i ograničile eksplozivni udar benzina tokom sagorevanja u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Sve komponente BTEX su toksične za čoveka, a benzen je još i kancerogen.

Gržetić 7

Broj motornih vozila u Srbiji

tokom 2000. i 2011. godine

TIP VOZILA BROJ VOZILA

2000.

BROJ VOZILA

2011.

Motocikala 4.987 29.190

Putničkih automobila

(PA) 844.390 1.677.510

Autobusa 5.771 8.805

Teretnih vozila 53.262 158.873

Priključnih vozila 71.863 124.111

Od ovoga 2000. godine u Beogradu je bilo registrovano oko 310.000 vozila.

Od ovoga 2011. godine u Beogradu je bilo registrovano oko 473.436 vozila

Gržetić 8

PUTNIČKI AUTOMOBILI I

AUTOBUSI U BEOGRADU 2000.

U proseku na ulicama našeg grada kreće se oko

23 puta više putničkih automobila nego autobusa:

– putničkih automobila 92.8 % prosečne starosti 14,8

godina,

– autobusa + tramvaja 4.06 %,

– Prosečna brzina putničkih automobila oko 23-24

km/h (mala brzina = veliko zagađenje),

– Prosečna brzina autobusa + tramvaja oko 15-18 km/h.

Gržetić 9

Saobraćajna buka u Beogradu

Za grad Beograd nema sistematskih

merenja buke, ali neki podaci ukazuju da

se buka u našem gradu uglavnom kreće

od 56 do 80 dB(A) danju i od 53 do 73

dB(A) noću, mada su dozvoljene granice

55 dB(A) danju i 45 dB(A) noću.

Na primer, u Berlinu buka danju iznosi

oko 80 dB(A), a noćnu oko 72 dB(A). Gržetić 10

Odakle potiče automobilska

buka

Višedimenzionalni audiogram koji pokazuje glavne izvore

buke (usporen snimak).

Gržetić 11

PROCENJENA EMISIJA ZAGAĐIVAČA

NA 1000 km GRADSKE VOŽNJE ZA

JEDNO VOZILO KLASE Evro I

ZAGAĐIVAČA

na 1000 km

Putnički

automobil

Teška

transportno

sredstvo

Lako

transportno

sredstvo

Autobus

Prosečna potrošnja u dm3 (lit) 104 43 140 549

Prosečna potrošnja u kg 73 30 98 386

Ugljovodonici u kg 1.67 2.82 1.19 2.75

Benzol u kg 0.092 0.025 0.054 0.245

Ugljen dioksid u kg 218 937 299 1203

Ugljen monoksid u kg 9.86 4.26 7.04 9.84

Azotovi oksidi u kg 0.864 11.5 1.41 19.0

Suspendovane čestice u kg 0.030 0.868 0.207 1.07

Abrazija guma u kg 0.064 0.768 0.112 0.768

Elementarni ugljenik u kg 0.028 6.41 0.141 0.694

Sumpor dioksid u kg (min.) 0.047 0.960 0.210 1.23

Gržetić 12

PROCENJENA EMISIJA ZAGAĐIVAČA ZA

300.000 VOZILA KOJA U PROSEKU PRELAZE

5000 km GODIŠNJE U GRADSKOJ VOŽNJI

ZAGAĐIVAČ Količina

Prosečna potrošnja u dm3 (lit) 156.000.000

Prosečna potrošnja u kg 109.500.000

Ugljovodonici u kg 2.505.000

Benzol u kg 138.000

Ugljen dioksid u kg 327.000.000

Ugljen monoksid u kg 14.790.000

Azotovi oksidi u kg 1.296.000

Suspendovane čestice u kg 45.000

Abrazija guma u kg 96.000

Elementarni ugljenik u kg 42.000

Sumpor dioksid u kg (min.) 71.000

Ukupno pređen put:

1.500.000.000 km

Gržetić 13

Podaci iz Ekološkog biltena za XII 2002.

o zagađenju vazduha u Beogradu

1 Srpskih vladara – raskrsnica London

2 Nušićeva – tunel

3 Bul. Revolucije kod Liona

4 Raskrsnica 29. novembar – Cvijićeva

5 Raskrsnica Otona Župančića – Pariske komune

Gržetić 14

Podaci iz Ekološkog biltena za XII 2010.

o zagađenju vazduha u Beogradu

http://www.beograd.rs/cms/view.php?id=1516

Gržetić 15

Olovo iz benzina

problem pre 2010.

Godišnje na putevima Srbije ostane oko 214 t fino dispergovanog olova.

Olovo je veoma toksično, videti sliku.

Vrednost do 10 mg/dl Pb u krvi vrlo je moguća i kod nas, a to izaziva hipertenziju kod odraslih ili zdravstvene probleme kod dece, odnosno smanjenje intelektualnih sposobnosti.

Gržetić 16

Kako se smanjuje zagađenje ?

Nov način proizvodnje vozila - novi standardi.

Smanjenjem potrošnje goriva - manjom upotrebom vozila (što je nerealni), korišćenjem malolitražnih vozila ili onih sa malom potrošnjom. Posledica smanjenje emisije CO2.

Korišćenjem vozila sa katalizatorom koji efikasnije sagorevaju gorivo. Posledica smanjenje emisije NOx, CO, VOC i drugih zagađivača.

Evropska zajednica (EZ ili EU) ima rešenje koje sprovodi EVRO standardima. Gržetić 17

Komparativni primer

VOLVO 740 2,3 lit (1987) 136 kW, 1589kg, 14-15lit/100km

VOLVO S80 1,6 lit (2014), 132 kW, 1529kg 4,9-6,1lit/100km

Gržetić 18

Category† Stage Date CO HC HC+NOx NOx PM PN

g/km #/km

Compression Ignition (Diesel)

N1, Class I ≤1305 kg

Euro 1 1994.10 2.72 - 0.97 - 0.14 -

Euro 2 IDI 1998.01 1.0 - 0.70 - 0.08 -

Euro 2 DI 1998.01a 1.0 - 0.90 - 0.10 -

Euro 3 2000.01 0.64 - 0.56 0.50 0.05 -

Euro 4 2005.01 0.50 - 0.30 0.25 0.025 -

Euro 5a 2009.09b 0.50 - 0.23 0.18 0.005f -

Euro 5b 2011.09d 0.50 - 0.23 0.18 0.005f 6.0×1011

Euro 6 2014.09 0.50 - 0.17 0.08 0.005f 6.0×1011

N1, Class II 1305-1760 kg

Euro 1 1994.10 5.17 - 1.40 - 0.19 -

Euro 2 IDI 1998.01 1.25 - 1.0 - 0.12 -

Euro 2 DI 1998.01a 1.25 - 1.30 - 0.14 -

Euro 3 2001.01 0.80 - 0.72 0.65 0.07 -

Euro 4 2006.01 0.63 - 0.39 0.33 0.04 -

Euro 5a 2010.09c 0.63 - 0.295 0.235 0.005f -

Euro 5b 2011.09d 0.63 - 0.295 0.235 0.005f 6.0×1011

Euro 6 2015.09 0.63 - 0.195 0.105 0.005f 6.0×1011

EU emisioni standardi za dizel vozila

Dozvoljena emisija (EU Regulation 715/2007) http://www.dieselnet.com/standards/eu/ld.php

Gržetić 19

Stage Date CO HC HC+NOx NOx PM PN

g/km #/km

Compression Ignition (Diesel)

Euro 1† 1992.07 2.72 (3.16) - 0.97 (1.13) - 0.14 (0.18) -

Euro 2, IDI 1996.01 1.0 - 0.7 - 0.08 -

Euro 2, DI 1996.01a 1.0 - 0.9 - 0.10 -

Euro 3 2000.01 0.64 - 0.56 0.50 0.05 -

Euro 4 2005.01 0.50 - 0.30 0.25 0.025 -

Euro 5a 2009.09b 0.50 - 0.23 0.18 0.005f -

Euro 5b 2011.09c 0.50 - 0.23 0.18 0.005f 6.0×1011

Euro 6 2014.09 0.50 - 0.17 0.08 0.005f 6.0×1011

Positive Ignition (Gasoline)

Euro 1† 1992.07 2.72 (3.16) - 0.97 (1.13) - - -

Euro 2 1996.01 2.2 - 0.5 - - -

Euro 3 2000.01 2.30 0.20 - 0.15 - -

Euro 4 2005.01 1.0 0.10 - 0.08 - -

Euro 5 2009.09b 1.0 0.10d - 0.06 0.005e,f -

Euro 6 2014.09 1.0 0.10d - 0.06 0.005e,f -

EU emisioni standardi za putnička vozila

Dozvoljena emisija (EU Regulation 715/2007) http://www.dieselnet.com/standards/eu/ld.php

Gržetić 20

Auto katalizatori

Prvi auto katalizatori se koriste još od 1970.

Mesto katalizatora

A = oksidacioni deo

B = redukcioni deo

C = “saće” na kome se nalazi katalizator

Saće = Keramički katalizator na koji su naneti

platina, paladijum i rodijum kao katalizatori Gržetić 21

Auto katalizatori

Auto katalizatori se dele na:

Benzinske katalizatore – koji se koriste u morima sa unutrašnjim sagorevanjem sa benzinskim gorivom

Dizel katalizatore - koji se koriste u morima sa unutrašnjim sagorevanjem sa dizel gorivom

Gržetić 22

BENZINSKI

KATALIZATORI

Gržetić 23

Gržetić 24

Kako radi benzinski motor

Benzinski katalizatori

Gržetić 25

Kako radi katalizator ?

I DEO – oksidacioni (A)

– 2CO + O2 => 2CO2

(uklanjanje ugljen monoksida - CO)

– CH ili VOC + O2 => CO2 + H2O

(uklanjanje volatilnih ugljovodonika - VOC)

(u VOC se ubrajaju i BTEX)

II DEO – redukcija (B)

– 2NO => N2 + O2 ili 2NO2 => N2 + 2O2

(uklanjanje azotovih oksida - NOx) Gržetić 26

Šta uništava auto katalizatore? Na prvom mestu olovni benzin koji truje platinu i rodijum

koji imaju katalitičke sposobnosti, a time katalizator

postepeno prestaje da radi i tada automobil emituje velike

količine zagađivača. Konačno, u Srbiji je prekinuta

proizvodnja olovnog benzina avgusta 2010. godine.

Radna temperatura katalizatora je 150-

600 oC. Ukoliko se katalizator često

pregreva do 1000 oC to uništava

katalitičku površinu, a katalizator

posle toga mnogo slabije radi.

Prisustvo većih količina sumpora u

gorivu, ili fosfora u motornom ulju trajno

može da ošteti katalizator. Gržetić 27

DIZEL KATALIZATORI

Gržetić 28

Kako radi dizel motor

Gržetić 29

Dizel katalizatori

Tehnologije za prečišćavanje otpadnih

gasova iz dizel motora obuhvataju:

1. Dizel oksidacione katalizatore koji

odstranjuju CO i kapljice goriva

2. Dizel filtre za PM koji otklanjaju

čađ

3. Selektivna katalitička reakcija

(SCR) koja otklanja NOx i SO2 Gržetić 30

Dizel oksidacioni katalizatori

Izduvni gasovi dizel motora sadrže kiseonik koji u prisustvu katalizatora (Pt, Pd i Pd na saću od keramičkom materijala) reaguje na povišenoj temperaturi sa ugljen-monokisidom, ugljovodonicima (kapljice goriva i ulja) i česticama iz izduvnih gasova i oksiduje ih.

CO + ½O2 -> CO2

[HC] + O2 -> CO2 + H2O

Gržetić 31

Dizel oksidacioni katalizatori

Oko 30% čestica izduvnih gasova iz dizel motora su ustvari kapljice goriva i ulja.

Oksidacioni dizel katalizator ukloni oko 80-90% ovih kapljičastih čestica. Oksidacija zahvati i deo čvrstih čestica, ali ne sve. Dobar deo čvrstih čestica ova vrsta katalizatora ne može da ukloni.

Prosečna efikasnost ovakvih katalizatora ne prelazi 50%.

Gržetić 32

Dizel filtri za PM

Da bi se povećao procenat efikasnosti dizel katalizatora dizel oksidacionom katalizatoru se dodaje još i dizel filtar koji na povišenim temperaturama (oko 3000C) sagorevaju većinu suspendovanih čestica (PM) koje se emituju iz dizel motora. Ovi filtri se regenerišu tako što se u njih ubrizga nešto goriva koje tada potpomaže sagorvanje viška čestica (PM) nagomilanih u filtru. Efikasnost ovakvih katalizatora dostiže 90%. Gržetić 33

Dizel motori - SCR

za uklanjanje NOx

Uklanjanje NOx iz otpadnih gasova dizel motora radi se pomoću uree selektivnom katalitičkom reakcijom (SCR). Efikasnost uklanjanja je od 75% do 90%. U izduvni sistem, posle dizel katalizatora i filtera u vrele otpadne gasove (do 5500C) ubrizgava se vodeni rastvor uree (30-35% rastvor).

Gržetić 34

Selektivna katalitička reakcija (SCR)

Reaskcija dekompozicija uree: CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2

Osnovne katalitičke reakcije: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O

Sporedne katalitičke reakcije u prisustvu sumpora iz goriva: 2SO2 + O2 → 2SO3 2NH3 + SO3 + H2O → (NH4)2SO4 NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4

Zbirna reakcija uree sa azotovim oksidima: 4NO + 2(NH2)2CO + O2 → 4N2 + 4H2O + 2CO2

Gržetić 35

PREPORUKE

Ne kupujte automobile bez katalizatora – još ih ima.

Raspitajte se kojoj klasi motora pripada motor Vašeg

automobila: Evro I, II, III ili IV.

Evro IV klasa se zahteva od januara 2005. Danas

najbolji motori su klase V koji se prodaju u 2011.

Kupujte dizel vozila koja imaju savremene motore, ne

starije od Evro IV klase koja važi od 2006, dok Evro V

već važi u 2011.

Sa automobilima, autobusima i kamionima koji ne

pripadaju Evro standardima to su krntije koje truju sve

nas i našu decu. Da li ste spremni da to i dalje radite ? Gržetić 36