CAPITOLUL 1. IMPACTUL FUNCȚIONĂRII AUTOVEHICOLELOR

ASUPRA MEDIULUI

1.1. Transportul terestru

Mijloacele de transport în baza motoarelor de ardere internă (MAI) reprezintă un din

sursele principale de poluare a atmosferei.

Transportul auto reprezintă o sursă majoră de poluare, în special a aerului din oraşele

mari. Spre exemplu, 1000 de automobile cu motoare cu aprindere prin scânteie (MAS) elimină

zilnic 3 t de dioxid de carbon, 200-400 kg de compuşi rezultaţi din arderea incompletă a

benzinei, 50-150 kg de oxizi de azot.

Numărul de autoturisme este într-o creştere continuă, îndeosebi în oraşele mari, crescând

respectiv şi emisiile de poluanţi. Substanţele toxice de la motoarele cu ardere internă însoţesc

gazele de eşapament, gazele de carter, vaporii de combustibil. Partea principală a acestor

poluanţi este emisă în atmosferă prin intermediul gazelor de eşapament. Gazele de carter şi

vaporii de combustibil conţin aproape 45% din toate hidrocarburile emise.

S-a stabilit, că gazele de eşapament ale MAI conţin câteva zeci de componenţi, cei mai

importanţi fiind cei indicaţi în tabelul 1.1. Bioxidul de sulf se formează în cazul arderii

combustibililor cu conţinut ridicat de sulf, de regulă, a celor folosiţi în motoarele diesel. Cele mai

toxice sunt gazele deeşapament ale MAS, fapt care conţin CO, NOx, CnHm (tabelul 1.1).

MAI de tipul motoarelor cu aprindere prin comprimare (MAC), generează în cantităţi

mult mai mari negru de fum, care în stare pură nu este toxic, însă care serveşte ca absorbant

pentru diverse substanţe toxice, incluzând cele cancerigene. Negrul de fum poate fi suspendat un

timp îndelungat în aer, ceea ce măreşte timpul de expunere a oamenilor acţiunii nocive a

poluanţilor.

Starea tehnică a automobilului, în special a motorului, determină cantitatea substanţelor

nocive, emise în aer. Dereglarea funcţionării normale a carburatorului măreşte emisiile de CO de

4-5 ori.

Tabelul. 1.1.

Componenții gazelor de eșapament [1].

Compusul Conţinutul, % voi. NotăMAS MAC

n2 74-77 76-78 NetoxiciO2 0,3-8,0 2,0-18,0

H2O (vapori) 3,0-3,5 0,5-4,0C02 5,0-12,0 1,0-10,0h2 0-5,0 -

CO 0,5-12,0 0,01-5,0 ToxiciNOx Până la 0,8 0,0002-0,5CnHm 0,2 0,008-0,5

Aldehidele Până la 0,2 mg/l 0,001-0,09 mg/lNegrul dt fum 0-0,04 g/m3 0,01-1,1 g/m3

Benzapirena 10-20 ng/m3 Până la 10 pg/m3

Folosirea benzinelor cu adaosuri de tetraetilat de plumb induce poluarea atmosferei cu

compuşii toxici ai plumbului, care prin intermediul solului se acumulează în plante, cauzând

prejudiciuri grav florei. Aproape 70% din plumbul, care se conţine în benzină este emis în

atmosferă cu gazele de eşapament, din care 30% se depun rapid pe suprafaţa solului, iar 40%

rămân în atmosferă. Un camion de tonaj mediu elimină anual aproximativ 2,5-3,0 kg plumb.

Concentraţia plumbului în aer depinde de conţinutul lui în carburant (tabelul 1.2).

Tabelul 1.2.

Concentrația plumbului în aer în funcție de conținutul lui în benzină [1].

Conţinutul de plumb în benzină, g/l

0,15 0,20 0,25 0,30

Concentraţia plumbului în aer, pg/mJ

0,40 0,50 0,55 1,00

În prezent, pe piaţa de produse petroliere, benzina cu conţinut de tetraetilat de plumb este

substituită cu benzină neetilată (care conţine doar 0,05 % vol. tetraetilat de plumb).

La nivel global emisiile anuale în atmosferă ale automobilelor cu motoare cu ardere

internă sunt prezentate în tabelul 1.3

Tabelul 1.3.

Emisiile anuale în atmosferă ale automobilelor cu MAI [1].

Poluantul Cantitatea anuală, [mln.t]Oxid de carbon 260Hidrocarburi volatile 40Oxizi de azot 20

Contribuţia transportului auto la poluarea aerului atmosferic în oraşele mari ale lumii

poate fi estimată din tabelul 1.4.

În intervale scurte de timp, conţinutul de CO într-un şir de oraşe atinge 200 mg/m3 şi mai

mult, în timp ce valorile maxim admisibile reglementate pot avea valori de 40 mg/m3 (SUA) şi

10 mg/m1 (Rusia).

Tabelul 1.4.

Contribuția transportului auto la poluarea aerului atmosferic in orașele mari ale lumii,

[%][1].

Oraşul CO N02 NOTokyo 99 33 95,0

New-York 97 31 63,0Moscova 96,0 32,6 64,4

Sankt-Petersburg 88,1 31,7 63,0

Normele de reglementare a conţinutului de oxid de carbon şi hidrocarburi în gazele de

eşapament ale automobilelor cu motor pe benzină reglementate de standardul GOST 17.2.2.03-

87 “Protecţia naturii. Atmosfera” sunt prezentate în tabelul 1.5.

Tabelul 1.5.

Normele de CO şi CnHm stabilite de întreprinderea producătoare [1].Turaţia,[min-1]

Conţinutul maxim admisibil de monoxid de carbon,[%, vol.]

Conţinutul maxim admisibil de hidrocarburi, participaţia de volum, [mln-1]

Pentru motoare cu numărul de cilindrimai mic sau egal cu 4 mai mare decât 4

nmin 1,5 1200 3000nmărit 2,0 600 1000

NOTĂ: numărul mărit de turaţii este stabilit în instrucţiunile tehnice şi de exploatare a automobilelor. nmărit

= 0,8 n„om. Controlul la o viteză de turaţie ridicată se execută doar pentru motorarele cu carburator. Uneori

este acceptată valoareanmin=(800±50) min-1, nmarit =(3000±100) min-1.

În tabelul 1.6 sunt indicate valorile conţinutului maxim admisibil de monoxid de carbon

în gazele de eşapament ale automobilelor (GOST 17.2.03-87).

Luând în considerare faptul că emisiile de C02 contribuie la schimbarea climei, factorii de

decizie din domeniul ecologiei şi al Comisiei Europene a UE au recomandat pentru perioada de

până în anul 2005 de a reduce nivelul de emisii de CO2 provenite de la motoarele automobilelor

noi până la limitele ce nu depăşesc 120 g de dioxid pe 1 km de cursă, ceea ce corespunde unui

consum de benzină ce nu depăşeşte 5 l pentru distanţa de 100 km parcursă de un automobil cu

carburator, sau 4,5 l pentru 100 km de cursă în cazul unui automobil diesel.

Tabelul 1.6.

Valorile conținutului maxim admisibil de monoxide de carbon

în gazele de eșapament ale automobilelor (GOST 17.2.03-87) [1].Turaţia,[min-1]

Monoxid de carbon, [% vol.]

Conţinutul maxim admisibil de hidrocarburi, participaţia volumică, [mln-1]

’Pentru motoare cu numărul de cilindri

mai mic sau egal cu 4 mai mare decât 4Automobile fără neutralizator catalitic

nmin Valoarea indicată de uzina producătoare

sau egală cu 3,5

1200 3000

nmărit 2,0 600 1000Automobile cu neutralizator catalitic

nmin Valoarea indicată de uzina producătoare

sau egală cu 1,0

400 600

nmărit Valoarea indicată de uzina producătoare

sau egală cu 0,7

200 300

1.2. Poluanţii atmosferici - impactul asupra oamenilor şi a naturii

Principalii poluanţi atmosferici sunt particulele solide, oxizii de carbon, oxizii de sulf,

oxizii de azot şi ozonul troposferic.

Particulele solide conţinute în gazele reziduale la arderea carburanţilor organici sunt

cenuşa, cocsul zburător şi funinginea.

Componenţa de cenuşă în gazele de ardere atinge 20-30 g/m la arderea şisturilor

bituminoase. Nivelul concentraţiei admise este de 0,5-0,7 g/cm3, chiar fără a avea în vedere

protecţia mediului.

Particulele solide provoacă uzura ventilatoarelor de gaze de ardere şi a traseului

deevacuare a acestora. Filtrarea gazelor de ardere este în primul rând necesară pentru asigurarea

fiabilităţii echipamentelor cazanului.

Ajunse în atmosferă, particulele solide produc efecte diferite asupra acesteia. Particulele

cu diametre de ordinul micronilor şi submicronilor pătrund prin căile respiratorii în plămâni unde

se depun, favorizând la anumite concentraţi apariţia efectelor cardio-respiratorii care pot deveni

cronice.

Efectul nociv al particulelor solide este mai acut atunci când acestea conţin substanţe

toxice ca, de exemplu, metale grele.

Un alt efect nociv al particulelor solide este depunerea acestora pe clădiri şi plante,

producând coroziunea clădirilor şi distrugerea vegetaţiei.

Oxizii de carbon (monoxidul de carbon CO şi dioxidul de carbon CO2), având proprietăţi

ce diferă au efecte specifice de impact asupra atmosferei.

Dioxidul de carbon CO2 nu este o substanţă toxică, ci unul din compuşii naturali ai

Pământului, prezenţa sa asociindu-se cu cea a materiei organice. Dioxidul de carbon joacă un rol

important în ciclul metabolic al vieţii, participând la alcătuirea regnului vegetal şi animal. în lipsa

urmelor de CO2 din atmosferă, temperatura medie a planetei ar avea valoarea -18°C, faţă de

temperatura medie anuală la sol care este de +15°C.

Creşterea concentraţiei dioxidului de carbon în atmosferă datorită intensificării emisiilor

acestuia şi a reducerii suprafeţelor împădurite, alături de celelalte gaze de seră (metan, dioxid de

azot, freoni, halogeni, etc.) conduce la creşterea sesizabilă a temperaturii atmosferice, prin

intermediul

Binecunoscutului efect de seră (moleculele gazelor de seră absorb radiaţia emisă de

Pământ în spectrul infraroşu). Creşterea nivelului oceanului planetar datorită efectului dăunător

al ridicării temperaturii pe Terra şi topirea parţială a calotelor de gheaţă polară se estimează până

în anul 2100 cu cca 20 cm.

Monoxodul de carbon (CO) este un gaz incolor, inodor şi insipid, puţin solubil în apă.

Acţiunea oxicarbonică a CO se manifestă prin blocarea hemoglobinei din sânge în care acesta

pătrunde pe cale pulmonară şi într-o măsură mai mică pe cale cutanată împiedicând mecanismul

oxidării sângelui şi producând anoxemie şi stări de asfixie a ţesuturilor.

La plante, expuneri la concentraţii de 100 ppm timp de 1-3 săptămâni nu au determinat

efecte de distrugere.

La bacteriile fixatoare de azot s-a observat o inhibare a funcţiilor numai după ce au fost

expuse o perioadă de cca 35 ore la concentraţia de 2000 ppm.

La concentraţii în atmosferă sub nivelul de 100 ppm monoxidul de carbon nu produce

daune asupra microfaunei şi florei.

Oxizii de sulf se formează la arderea sulfului conţinut în combustibil. din care, incluzând

dioxidul de sulf (SO2) care la rândul său se transformă parţial într-o cantitate mică de trioxid de

sulf (SO3), cauzând fenomenul coroziunii de joasă temperatură a elementelor cazanelor de abur.

În carburanţii lichizi sulful se conţine în cantităţi de la 0,05 până la 0,15% (în gazul

lampant şi carburanţii pentru cazane) şi până la 3,5% (în păcură). în gazele de ardere SO2 are

participaţia de masă de 98-99%, restul (1-2%) constituindu-1 SO3.

Dioxidul de sulf este un gaz incolor, neexploziv şi este considerat prima substanţă

dăunătoare din aer, principala acţiune distructivă având-o asupra plantelor şi mai puţin asupra

oamenilor şi animalelor. Efectele nocive asupra omului se manifestă prin acţiunea iritantă asupra

mucoaselor, provocând spasm şi contracţie a muşchilor, căilor respiratorii superioare. Pragul

olfactiv este de 1,6-4 mg/m3. Datorită afinităţii mari pentru apă trioxidul de sulf se combină cu

aceasta formând acidul sulfuric (H2SO4) care este prezent în atmosferă sub formă de ceaţă fină ce

difuzează lumina şi a cărei concentraţie depinde de umiditatea relativă a aerului. Acţiunea toxică

a S02 asupra plantelor se manifestă prin dereglarea conţinutului de apă a frunzelor, rezultând

veştejirea şi uscarea.

În România se emit anual în atmosferă cca 1700 mii tone de SO2 ale cărui efect negativ se

resimt pe o suprafaţă de 3,5 milioane hectare de pădure (aproape jumătate din fondul forestier),

pe întinse zone agricole, prin acidificarea şi, în zonele populate, prin periclitarea sănătăţii

oamenilor. Concentraţiile de SO2 în atmosferă înregistrează valori cu mult peste pragul critic. în

anul 1993, de fenomenul de uscare au fost afectate peste 45 700 ha din care se estima că poluarea

era cauza uscării, în diferite stadii a unei suprafeţe de 243 000 ha.

Oxizii de azot sunt prezenţi în gazele de ardere indiferent de combustibilul ars sub forma

unui amestec (notat NOx) format din cca 95% monoxid de azot (NO) şi restul dioxid de azot

(NO2). Cantitatea de NOx formată depinde de excesul de aer, de natura combustibilului folosit şi

de tipul focarului. Concentraţia de NOx atinge 1,8 g/m la focarele cu temperaturile cele mai

ridicate, în timp ce la focarele pe lignit în stare pulverizată se ridică la 0,4-0,8 g/m3. La arderea

cărbunelui în strat fluidizat, concentraţia de NOx este de până la 0,33 g/m3.

Monoxidul de azot (NO) este un gaz incolor, mirositor, instabil, la temperaturi ridicate,

fiind în echilibru chimic cu azotul şi oxigenul. La temperatura mediului ambiant, gazul este

supus concomitent unei reacţii de oxidare şi reducere, în anumite condiţii NO trecând în NO2.

Dioxidul de azot (NO) este un gaz colorat în roşu-brun, cu miros caracteristiciritant şi

caustic şi cu gust dulceag. La 10°C vaporii săi sunt coloraţi în galben şi devin roşii bruni la

150°C. Printr-o serie de reacţii NO2 formează cu apa acid azotic (HNO3) şi NO. Dacă oxigenul

este în exces, NO trece în NO2, care reacţionează din nou cu apa, astfel că întreaga cantitate de

NO2 se transformă în HNO3.

Efectele oxizilor de azot asupra omului au fost apreciate ca fiind următoarele:

morbiditate bronho-pulmonară excesivă;

exces de morbiditate prin infecţii respiratorii;

creşterea riscului de bronhopatie cronică;

tuse seacă frecventă;

frecvenţa crescută a enfizemului pulmonar;

frecvenţa crescută a iritaţiilor cronice ale mucoaselor nasului, conjunctivei, reducerea

capacităţii respiratorii.

Monoxidul de azot are efect asupra sistemului nervos provocând stare de excitaţie şi râs,

după câteva minute de respiraţie, motiv pentru care a fost numit de Davy gaz ilariant.

Precipitaţiile din Europa de Vest au un conţinut ridicat de azotaţi şi pH-ul mult sub 5,6.

Se apreciază că 30% din aciditatea ploilor se datorează oxizilor de azot.

Oxizii de azot, împreună cu poluanţii secundari care derivă din ei, în urma depunerilor

uscate şi a precipitaţiilor acide provoacă fenomenul de moarte lentă a pădurilor . Depunerile

uscate acide şi precipitaţiile acide ajung în contact cu foliajul plantelor, iar ploile chiar curate la

origine, când spală depunerile acide uscate devin la rândul lor acide. Ajunse în sol creşte

aciditatea acestuia, ceea ce duce la moartea rădăcinilor fine ale plantelor.

Din studiul distribuţiei spaţiale a claselor de precipitaţii, se constată existenţa pe spaţii

extinse a precipitaţiilor acide cu conţinut ionic mediu şi mare , în special în vestul şi sudul ţării.

Zonele în care s-au înregistra precipitaţii cu conţinut ionic având caracter neutru sau predominant

alcalin au fost acele zone afectate de transportul de praf, purtat de vânt, provenit de pe haldele de

steril sau terenuri dezgolite sau de transportul de amoniac provenit din surse antropice. în zonele

în care s-au înregistrat concentraţii ridicate ale ionilor sulfat, azotat, clorură, calciu şi amoniac în

apele de precipitaţii, se evidenţiază preponderenţa aportului surselor antropice locale la mică şi

medie distanţă [3].

Acidul azotic sub forma de aerosoli este deosebit de agresiv pentru suprafeţele metalice şi

cele vopsite.

Măsurile primare şi secundare, aplicate pentru reducerea emisiei de NOx sunt însoţite de

emisii secundare nedorite ca CO, N2O, NH3.

Protoxidul de azot (N2O) este un gaz stabil care se descompune la cca 600°C, iar în

straturile inferioare ale atmosferei se comportă ca un gaz inert. Efectul nociv al acestuia este

dublu. Se consideră că el are o contribuţie de 4% la încălzirea atmosferei, prin efectul de seră.

Cel mai nociv efect al său este contribuţia la distrugerea stratului de ozon din stratosferă. Acest

gaz este nociv atât în troposferă, cât şi în stratosferă datorită efectului său catalitic în cadrul unor

reacţii fotochimice din care rezultă radicali activi care atacă stratul de ozon.

Oxizii de azot se formează în zone cu temperaturi înalte (N2 + O2<->-2NO+180 kJ) şi la

încălzirea unor compuşi ai azotului ai combustibilelor lichizi în care azotul se află în stare legată

(spre exemplu, în petrolul nativ se conţin aproximativ 0,65% azot, în păcură 1,4%, în benzină -

0,07%). În timpul descompunerii aceşti compuşi elimină azot, care interacţionează activ cu

oxigenul. Creşterea coeficientului de exces de aer măreşte cantitatea de NOx.

Reducerea concentraţiei de NOx în regiunile amplasări centralelor termoelectrice (CET)

şi a altor consumatori majori de combustibil, precum şi în zonele cu trafic auto intens ale

oraşelor este o problemă deosebit de actuală.

Acţiunea oxizilor de azot, de sulf şi carbon asupra organismului uman este prezentată în

tabelul 1.7.

Tabelul 1.7.

Efectele acţiunii NOx, SO2 şi CO asupra oamenilor [1].

Durata şi caracterul acţiunii Continutu de poluanţi în aer, [%]NOx S02 CO

Câteva ore fără influenţă

vădită

0,0008 0,0025 0,01

Simptome de intoxicare slabă 0,001 0,005 0,01-0,05

Afecţiune gravă după 0

expunere de 30 min

0,005 0,008-0,015 0,2-0,3

Pericol pentru viaţă după 0

expunere de scurtă durată

0,015 0,06 0,5-0,8

Ozonul troposferic (O3) şi oxidanţii fotochimici sunt măsuraţi cu regularitate în ţară,

zonele cele mai afectate de poluare cu ozon troposferic fiind cele urbane, întrucât precursorii

acestuia (oxizii de azot şi compuşii organici volatili) provin în special din activităţile industriale

şi din traficul rutier. Oxidanţii fotochimici, în principal ozonul, reprezintă un factor nociv pentru

vegetaţie, pentru sănătatea oamenilor şi a animalelor.

Hidrocarburile aromatice policiclice (HAP). Arderea hidrocarburilor este însoţită de

piroliză care decurge paralel cu procesul de oxidare. Descompunerea termică a hidrocarburilor

este iniţiată de descompunerea monomoleculară a hidrocarburii iniţiale şi are caracter de

propagare radială în lanţ.

Dacă combustibilul, spre exemplu, păcura, conţine hidrocarburi cu masă moleculară

mare, atunci în procesul de ardere are loc emisia unor cantităţi considerabile de hidrocarburi

aromatice.

Arderea combustibililor gazoşi este caracterizată de emisia unor cantităţi mai mici de

hidrocarburi aromatice policiclice (HAP), dat fiind că în gaze nu se conţin compuşi

macromoleculari. La arderea combustibililor gazoşi poate avea loc sinteza compuşilor cu masă

moleculară mai mare din hidrocarburi mai uşoare, iar la arderea carburanţilor lichizi - procese de

distrugere, recombinare şi sinteză a hidrocarburilor uşoare, inclusiv conversia HAP din

combustibil în produse de ardere.

Conţinutul final de HAP depinde de regimul de ardere a combustibi¬lului: cantitatea de

oxidant şi calitatea procesului de amestecare a ingredien- ţilor supuşi arderii, regimul termic şi

timpul de aflare a gazelor în zona de înaltă temperatură.

Hidrocarburile cancerigene sunt compuşi capabili să genereze tumori maligne în

rezultatul expunerii organismului uman la acţiunea acestor substanţe pe perioade determinate de

timp. Compuşii chimici grupaţi pe anumite clase conţin sute de substanţe cancerigene.

Acţiunea nefastă a substanţelor cancerigene depinde de doza şi perioada de acţiune.

Cancerul nu apare imediat după expunerea la acţiunea substanţei cancerigene, ci în termen de 15-

20 ani, adică după un termen egal cu 1/5-1/7 din durata maximă,de viaţă a omului. Organismul

uman acumulează intensiv şi reţine B(a)P atât în timpul copilăriei, cât şi la vârsta de 50 de ani.

Hidrocarburile enumerate mai sus interacţionează în atmosferă cu oxidanţii azotului, iar

sub influenţa radiaţiei solare formează oxidanţi fotochimici.

Analiza emisiilor provenite din transportul auto şi întreprinderile industriale amplasate în

localităţile urbane indică prezenţa în ele a unui şir de poluanţi indicaţi în tabelul 1.8, inclusiv a

amoniacului, fenolului, clorului, gudroanelor, CS2, compuşilor fluorului şi acidului sulfuric.

Tabelul 1.8.

Concentraţiile limită admisibile ale substanţelor toxice în aer [2].

Substanța CLA, [mg/m] Indicele de toxicitate, KOxid de carbon, CO 1,0 1,0Oxizi de azot, NOx 0,085 11,8Hidrocarburi, CnHm 1,5 0,67

Carbon, C 0,5 20,00Plumb, Pb 0,0007 1,43*103

HAP 0,000001 1*106

Dioxid de sulf, SO2 0,05 -Hidrogen sulfurat, H2S 0,008 -

Aldehidă formică, HCHO 0,012 -Nitrobenzen, C6H5NO 0,008 -

Deosebit de nocive sunt combinaţiile plumbului, fluorurile, hidrocarburile aromatice

policiclice cancerigene, oxizii de azot, sulful, carbonul etc. în tabelul 1.13 K indică proporţia

necesară de diluţie pentru a atinge nivelul inofensiv a substanţei în cauză.

După cum se observă, atingerea CLA prin metoda diluării cu aer a unor substanţe toxice

este practic imposibilă. Pentru diminuarea emisiilor poluante până la valoarea CLA, pot fi

aplicate următoarele măsuri:

utilizarea în calitate de combustibil a substanţelor gazoase (H2, CH4, etc.);

utilizarea amestecurilor de combustibili;

îmbunătăţirea injectării benzinei în tractul de aspiraţie şi obţine¬rea amestecurilor

carburante optime;

perfecţionarea prdceselor de ardere (utilizarea sistemului anticameră-flacără);

utilizarea convertizorilor catalitici (neutralizatorilor catalitici).

utilizarea catalizatorilor omogeni (adaosurilor carburante multi¬funcţionale) prin injectarea lor nemijlocită în carburant (spre exemplu, benzină şi motorină).

Punctul şase nu-1 exclude pe al cincilea, ci îl completează, contribuind la reducerea

considerabilă a emisiilor nocive în atmosferă.

CAPITOLUL 2. ASPECTE LEGISLATIVE

Uniunea Europeană – dirijor şi autor în politica de mediu (la nivel naţional, regional şi

internaţional), orientată către dezvoltarea durabilă a stabilit o serie de reglementări privind

emisiile autovehiculelor [4]:

standardele Euro 1 - Directiva 91/441/EEC sau 93/59/EEC;

standardele Euro 2 - Directiva 94/12/EC sau 96/69/EC;

standardele Euro 3/4 (2000/2005) - Directiva 98/69/EC cu modificări în 2002/80/EC

(standardul Euro 4 în vigoare de la 1 ianuarie 2005); standardele Euro 5 (2009/2014) –

reglementate în decembrie 2005;

standardele Euro 6 – propunerea limitelor pentru Euro 6 publicate în decembrie 2006 în

Parlamentul European (T6-0561/2006), ce vor intra în vigoare în anul 2014. În figurile 1

şi 2 , care prezintă emisiile standard ale autoturismelor pe benzină, respectiv pe motorină,

conform Euro 1 – Euro 4, se observă tendinţa acestora de scădere permanentă, cu referire

şi la tehnologiile existente.

Figura 1. Emisiile standard ale autotorismelor pe benzină [5].

Figura 2. Emisiile standard ale autotorismelor pe motorină [5].

Regulamentul nr. 715/2007 al Parlamentului European şi al Consiliului din 20 iunie 2007

privind omologarea vehiculelor ce privesc emisiile provenite de la vehiculele uşoare şi cele

comerciale (Euro 5 şi Euro 6), privind accesul la informaţiile referitoare la repararea şi

întreţinerea vehiculelor [6].

Pentru a limita poluarea provenită de la vehicule, regulamentul introduce cerinţe comune

privind emisiile autovehiculelor şi ale pieselor de schimb. Regulamentul stabileşte, de asemenea,

măsuri ce permit îmbunătăţirea accesului la informaţii, privind repararea vehiculelor şi

promovarea producţiei rapide de vehicule conforme cu dispoziţiile respective [6].

Regulamentul vizează vehiculele a căror masă nu depăşeşte 2 610 kg. Acestea includ,

vehiculele pentru pasageri, camionetele şi vehiculele comerciale destinate transportului de

pasageri sau de mărfuri sau cu anumite destinaţii speciale, fie că sunt echipate cu motoare cu

aprindere prin comprimare (motoare diesel) sau cu motoare cu aprindere prin scânteie (motoare

pe benzină, cu gaz natural sau cu gaz petrol lichefiat – GPL) [6].

Pe lângă vehiculele de mai sus producătorii pot solicita ca și vehiculele destinate

transportului de pasageri sau de mărfuri, ce au o masă de referinţă cuprinsă între 2 610 kg şi 2

840 kg, să fie incluse în regulament [6].

Pentru a limita cât de mult impactul negativ al autovehiculelor asupra sănătății și mediului,

regulamentul acoperă o gamă largă de emisii poluante: monoxid de carbon (CO), hidrocarburi

totale şi hidrocarburi nemetanice, oxizi de azot (NOx) şi particule (PM). Acestea includ si unele

emisii din gazele de eşapament, emisiile evaporative şi emisiile carterului [6].

Valorile limită ale emisiilor

Sunt valori limită ale emisiilor pentru fiecare categorie de emisii poluante şi pentru

diferitele tipuri de vehicule precizate mai sus.

Norma Euro 5

Emisii provenite de la maşinile cu motoare cu aprindere prin comprimare(diesel) [6]:

- monoxid de carbon: valoarea maximă este de 500 mg/km;

- oxizi de azot (NOx): valoarea maximă este de 180 mg/km (adică o reducere cu peste 20

% a emisiilor faţă de norma Euro 4);

- particule: valoarea maximă este de 5 mg/km (adică o reducere cu 80 % a emisiilor faţă

de norma Euro 4);

- emisii combinate de hidrocarburi şi oxizi de azot: valoarea maximă este de 230 mg/km.

Emisiile provenite de la maşinile pe benzină sau cele ce funcţionează cu gaz natural sau

cu GPL (cu aprindere prin scânteie) [6]:

- monoxid de carbon: valoarea maximă este de 1 000 mg/km;

- hidrocarburi totale: valoarea maximă este de 100 mg/km;

- hidrocarburi nemetanice: valoarea maximă este de 68 mg/km;

- oxizi de azot (NOx): valoarea maxima este de 60 mg/km

- particule: valoarea maxima este de 5 mg/km (introducerea unei limite care nu exista în

cazul normei Euro 4).

Norma Euro 6

Toate vehiculele echipate cu un motor cu aprindere prin comprimare (diesel) vor fi

obligate să îşi reducă în mod semnificativ emisiile de oxizi de azot odată cu intrarea în vigoare a

normei Euro 6. M-ai exact, emisiile provenite de la maşini şi alte vehicule destinate transportului

vor fi limitate la 80 mg/km (adică o reducere suplimentară de peste 50 % faţă de norma Euro 5).

Emisiile combinate de hidrocarburi şi oxizi de azot provenite de la vehiculele diesel vor fi

reduse, pentru a fi limitate, de exemplu la 170 mg/km în ceea ce priveşte maşinile şi celelalte

vehicule destinate transportului [6].

Aplicarea normelor

După intrarea în vigoare a normelor Euro 5 şi Euro 6, statele membre trebuie să refuze

înmatricularea, comercializarea şi punere în circulaţie a vehiculelor care nu respectă aceste valori

limită ale emisiilor. Un termen suplimentar de un an este prevăzut de fiecare dată pentru

vehiculele destinate transportului de mărfuri şi vehiculele concepute pentru satisfacerea unor

nevoi sociale specifice. Calendarul este următorul [6]:

- norma Euro 5 se aplică de la 1 septembrie 2009 în ceea ce priveşte omologarea de tip şi

va fi aplicabilă de la 1 ianuarie 2011 în ceea ce priveşte înmatricularea şi comercializarea noilor

tipuri de vehicule;

- norma Euro 6 se aplică de la 1 septembrie 2014 şi va fi aplicabilă de la 1 ianuarie 2015

în ceea ce priveşte înmatricularea şi comercializarea noilor tipuri de vehicule.

Alte obligaţii ale producătorilor

Pe lângă respectarea valorilor limită ale emisiilor menţionate anterior, producătorii

trebuie să garanteze durabilitatea aparatelor de control ale poluării pentru cel putin 160 000

km. În plus, conformitatea în funcţionare trebuie să poată fi supusă unor teste timp de cinci ani

sau pe parcursul a 100 000 km [6].

Comisia stabileşte proceduri, încercări şi cerinţe specifice pentru următoarele elemente

[6]:

- sistemele OBD şi performanţa în funcţionare a dispozitivelor pentru controlul poluării;

- extinderea omologărilor de tip şi a cerinţelor pentru micii producători;

- emisiile evaporative şi emisiile carterului;

- emisiile la ţeava de evacuare, inclusiv ciclurile de încercare, emisiile la temperatură

ambientală scăzută, emisiile la turaţia de mers în gol, opacitatea fumului, funcţionarea corectă şi

regenerarea sistemelor de post-tratare;

- durabilitatea dispozitivelor anti-poluare, a dispozitivelor de schimb pentru sistemele de

control al emisiilor, conformitatea în funcţionare, conformitatea producţiei şi inspecţiile tehnice;

- măsurarea puterii motorului;

- emisiile de dioxid de carbon şi consumul de carburant;

- vehiculele hibride;

- cerinţele legate de echipamentele de încercare;

CAPITOLUL 3. MODALITĂȚI DE REDUCERE A IMPACTULUI

ASUPRA MEDIULUI A NOXELOR PRODUSE DE AUTOVEHICOLE.

3.1. Epurarea catalitică a gazelor de eşapament

Una din metodele de reducere a emisiilor poluante provenite din transportul auto este

utilizarea convertizorilor catalitici (catalizatorilor) pe diverşi suporţi: ceramică tip fagure,

ceramică poroasă, ceramică poroasă granulată şi la suporţi metalici.

În figura 3 este prezentat locul convertizorului catalitic.

Fig.3. Convertizor catalitic [8]

3.1.1.Problema elaborării catalizatorilor pentru epurarea gazelor de eşapament al

motoarelor auto

Motoarele cu ardere internă (MAI) se împart în două mari grupe:

1. Motoare cu formarea externă a amestecului (în injector, carburator etc.), care

funcţionează pe benzină;

2. Motoare cu formarea internă a amestecului (Diesel), care funcţionează pe motorină.

Pentru primul grup de motoare aprinderea combustibilului în camera de ardere are loc la

temperaturi înalte ale aerului stabilite în procesul de comprimare; pentru al doilea grup

aprinderea amestecului în camera de ardere este iniţiată de o scânteie de străpungere a gazului în

câmp de înaltă intensitate.

Deoarece majoritatea automobilelor moderne sunt înzestrate cu motoare de primul tip,

problema elaborării catalizatorilor trebuie soluţionată, în primul rând, pentru acest tip de

motoare.

În motoarele cu benzină, amestecul de vapori combustibili (benzină) şi aer se formează în

carburator sau în conducta de admisie (pentru injectoare) iar în motoarele cu carburator

amestecul deja obţinut este refulat spre conducta de admisie în camera de ardere.

Amestecul de ardere care este introdus în cilindrii motorului cu conţinut de produse de ardere

a ciclului anterior (gaze reziduale) poartă denumirea de amestec de lucru.

In procesul de exploatare pot apărea unele dereglări şi defecte ale conductei de admisie, cât şi

imperfecţiuni de proces la formarea amestecului.De aceea nu se poate vorbi despre o ardere

totală a combustibilului (chiar şi în condiţiile unui exces corelat de aer).

Coeficientul de exces de aer se calculează cu relaţia:

∝=Ga

Gc∗I 0 (1)

în care Ga este debitul real de aer aspirat la formarea amestecului de lucru, [fcg/s];

I0 - cantitatea teoretic necesară pentru arderea completă a unui kilogram de combustibil, [kg/kg];

Gc - consumul real de combustibil, [kg/s].

La presiune normală (760 mm Hg) şi temperatura de 20°C pentru arderea unui kilogram

de benzină este nevoie teoretic de cca 14,7-15,0 kg aer. Valoarea stoechiometrică reprezintă

media, şi anume 14,96 kg.

Cantitatea de aer, necesară pentru arderea completă a combustibilului şi funcţionarea

efectivă a motorului trebuie să fie puţin mai mare decât cea teoretică, aproximativ egală cu 16-17

kg/kg de combustibil. Coeficientul α(λ) a amestecurilor sărace este o mărime supraunitară egală

cu cca 1,05- 1,15. Pentru amestecurile bogate această mărime are valoare subunitară.

Benzina, fiind constituită în majoritate din hidrocarburi, în procesul de ardere în MAI se

formează bioxid de carbon (CO2) şi apă (H20). La arderea unui litru de benzină se obţin 0,9 litri

de apă, care se elimină sub formă de aburi. Produsele arderii complete - CO2 şi H2O sunt formate

pentru raportul optim benzină/aer egal cu 1:14,96. în realitate însă, deoarece valoarea acestui

raport este mai mică, gazele de eşapament conţin şi compuşi toxici [9]:

a) CO - monoxidul de carbon, care se elimină la funcţionarea motorului în regim staţionar

sau la ambalarea acestuia. Conţinutul de CO este mai mare în cadrul amestecurilor sărace sau în

cazul reglării incorecte a aprinderii; în cazul repartiţiei uniforme a amestecului în camera de

ardere cantitatea acestuia este mai redusă;

b) CHX - hidrocarburile care se formează la arderea incompletă, atunci când frontul de

ardere este suprimat în unele sectoare ale camerei de ardere a motorului rece. Un amestec sărac

sau prea bogat sporesc emisiile de hidrocarburi. Cantitatea de CHXeste determinată de construcţia

motorului şi, în timpul exploatării automobilului, se schimbă nesemnificativ. Adaosul de

antidetonant cu care combustibilul este adiţionat este eliminat cu gazele de eşapament în

cantitate de cca 75%;

c) SO2 - dioxidul de sulf, care se fortnează doar în camerele de ardere ale motoarelor

Diesel;

d) NOx - oxizii de azot, denumite şi noxe.

Monooxidul de carbon este toxic, dar în condiţii atmosferice se leagă repede cuoxigenul

atmosferic şi formează CO2.

CHX şi oxizii toxici emişi în atmosferă participă la aşa numitul efect de seră. Aditivii din

combustibili sedimentează pe suprafaţa solului, ca apoi, cu hrana, să se depoziteze în organism.

În lipsa catalizatorului, la funcţionarea motoarelor în regim staţionar, conţinutul de CO în

gazele de eşapament nu trebuie să depăşească 5%. La mişcarea accelerată a automobilului, în

regim de ambalare imediată a motorului, are loc amplificarea emisiilor de CO de 1,6-2,1 ori, iar a

celor de CHX - de 1,5-2,0 ori.

Metodele de reducere a cantitătii emisiilor toxice de la motoarele cu ardere internă sunt

următoarele [9]:

1. Utilizarea combustibililor gazoşi (H2, CH4), care previne formarea unor compuşi toxici

în gazele, de eşapament iar utilizarea metanului conduce la reducerea emisiilor toxice în

atmosferă. Utilizarea acestor gaze este eficientă pentru transportul auto urban. Cu părere de rău,

utilizarea hidrognului ca combustibil implică un şir de dificultăţi de ordin tehnic.

2. Folosirea amestecurilor de combustibili, spre exemplu, de gaze- benzină. Această

metodă permite de a reduce emisiile toxice la funcţionarea motorului în regim staţionar, deoarece

în acest caz ard doar gazele combusti¬bile - fenomen important pentru exploatarea transportului

auto în zonele urbane.

3. Utilizarea dirijării electronice a jetului de combustibil lichid (benzinei) prin

intermediul unui bloc electronic automat, cu reglarea acestuia în funcţie de coeficientul de exces

de aer, obţinându-se astfel amestecuri sărace de aer cu benzină. Traductorul care reglează

raportul aer-benzină din amestec este amplasat în toba de eşapament, în vecinătatea imediată a

catalizatorului, reacţionând astfel la cantitatea de oxigen din gazele de eşapament şi reglând

astfel mărimea coeficientului de exces de aer α(λ), menţinându-1 la valori apropiate de unitate.

Un astfel de traductor a fost denumit λ-sondă sau sondă de oxigen. Prin intermediul unei

suprafeţe de lucru sonda contactează cu aerul iar prin altă suprafaţă - cu gazele de eşapament.

Din cauza concentraţiilor diferite de oxigen în aceste medii, se formează o diferenţă de

potenţiale, care la un anumit exces de oxigen în gazele de eşapament corespunde normelor

pentru raportul dat de aer- combustibil şi α(λ)= 1,0. în cazul insuficienţei de oxigen (λ< 1,0) sau

a excesului de oxigen în amestec, diferenţa de potenţiale are valoarea de 0,9- 1,1 V, iar pentru

amestecurile sărace (λ> 1,0) - 0,1 V. Cu ajutorul unui sistem automat cu releuλ-sonda dirijează

sistemul electronic de injectare a combustibilului lichid şi reglează cantitatea de oxigen în

conducta de admisie, menţinând valoarea λconstantă şi anume în jurul unităţii.

Viteza de reacţie a sondei depinde de temperatură. Dacă temperatura sondei este de

300°C atunci timpul de reacţie este de cca 1 s, la 600°C - mai puţin de 50 ms. Dacă cantitatea de

oxigen rezidual diferă de cea din gazele de eşapament şi de cea optimă, atunci sistemul electronic

de injecţie emite un semnal de corecţie, crescând pentru amestecuri sărace şi micşorându-se

pentru amestecurile bogate. Valoarea coeficientului de exces de aer se reglează în limitele 0,8-

1,2. Sistemul de corecţie reacţionează rapid, adoptând un exces mare de aer pentru arderea

hidrocarburilor sau deficitul acestuia pentru reducerea oxizilor toxici. Gazele toxice formate în

urma descompunerii compuşilor respectivi sunt dezamorsate pe catalizator.λ-sonda funcţionează

la temperaturi mai mari de 300°C. Sonda, cu ajutorul unui încălzitor, se încălzeşte imediat după

punerea în funcţiune a motorului.Împreună cu sistemul electronic de injectare a combustibilului

catalizatorii funcţionează destul de eficient.

4. Perfecţionarea procesului de ardere a amestecului prin intermediul unei anticamere,

care printr-un mic orificiu comunică cu camera de bază, unde are loc arderea propriu-zisă. Cu

ajutorul flăcării din anticameră, care penetrează orificiul, această construcţie permite de a aprinde

amestecuri sărace. Anticamera este alimentată cu amestec având valoare normală a coeficientului

α(λ), unde, cu ajutorul unei bujii, se produce aprinderea acestuia. Metoda dată mai este cunoscută

şi sub numele de procedeu de reducere a emisiilor poluante cu antecameră-flacără.

5. Purificarea catalitică a gazelor de eşapament. Chiar şi atunci când gazele de eşapament

cu ajutorul catalizatorilor sunt epurate parţial (65%), CLA de compuşi toxici au valori care

satisfac standardele în vigoare. în prezent majoritatea automobilelor de tip “Jiguli” şi

“Moskwich” sunt înzestrate cu carburatoare fabricate conform licenţei firmei “Sollex” care, la

reglarea corectă a sistemului de aprindere, asigură următoarele performanţe: în regim staţionar, la

frecvenţa de rotaţie a arborelui cotit de 900-50 min-1, conţinutul de CO în gazele de eşapament

prelucrate cu ajutorul catalizatorilor se află limitele 0,5-1,2%, hidrocarburile CHX nedepăşind

1200 ppm. Carburatoarele de tipul “Ozon”, la frecvenţă minimă de turaţie a arborelui cotit de

850 ±50 min-1, posedă caracteristici identice cu cele ale carburatorului de tip “Sollex”.

3.1.2.Stadiul tehnico-ştiinţifîc actual al problemei elaborării catalizatorilor pentru

epurarea gazelor de eşapament

Sarcina primordială vizând protecţia atmosferei constă în diminuarea nocivităţilor

provenite din arderea combustibililor în motoarele cu ardere internă.

După cum s-a menţionat şi mai sus, în gazele de eşapament nocivităţile sunt constituite

din CO, NOx, CxHy. Pe traseul de evacuare a gazelor de eşapament se introduc diverşi catalizatori

care contribuie la conversia acestora în substanţe netoxice - CO2, N2, H2O. [1]

În figura 4 este prezentată conversia gazelor de eşapament.

Fig.4. Conversia gazelor de eşapament [10].

3.1.3.Catalizatori utilizaţi pentru epurarea gazelor de eşapament de la motoarele cu

ardere internă

Catalizatorii folosiţi pentru înlăturarea diferiţilor componenţi toxici din gazele de

eşapament şi a oxidului de carbon (II) pot fi grupaţi în următoarele grupe: metalele din grupa

platinei, catalizatori ce conţin cupru', catalizatori pe bază de metale rare', catalizatori pe bază de

fier, cobalt, mangan [1].

3.1.3.1. Catalizatori pe bază de metale din grupa platinei

Din metalele din grupa platinei cel mai frecvent se folosesc Pt, Pd şi ceva mai rar Rh, Tr.

De obicei se folosesc straturi subţiri de metal sau aliaj depus pe strat de λ - Al2O3, SiO2, TiO2,

ZrO2, zeoliţi etc. [1]

În SUA, pentru înlăturarea NOx din gazele de eşapament, se întrebuinţează zeoliţii ZSM-

5. S-a observat, că o importanţă deosebită pentru temperaturile procesului de conversie a CO în

C02 o prezintă porozitatea materialului de support [1].

Paladiul acţionează la fel ca şi platina.Pentru a stabiliza activitatea catalizatorului, se

adaugă compuşi ai Zr, Si, La, Ba.Cel mai bun efect îl exercită La şi Zr (Zr stabilizează activitatea

Rh iar La - a Pt şi Rh) [1].

Catalizatorii se pot prepara şi în bază de SiO2, în care sunt introduşi unul sau mai multe

metale din grupa platinei, inclusiv Cu şi Cr. Catalizatorul obţinut se acoperă cu un strat de SiO2

coloidal la pH = 2-10, după care materialul se calcinează timp de 2 ore la 450-650°C. Dacă pe

zeoliţi se depune un strat de compuşi ai Rh, Pd, Pt la care se adaugă cantităţi mici de metale de

tip 3d, aceştia pot elimina din gazele de eşapament chiar şi oxizii de azot. Zeolitul prezintăun

amestec în care raportul SiO2/Al2O3 constituie 5:1 [1].

In Marea Britanie a fost elaborat un nou principiu de înlăturare catalitică a noxelor NOx.

în acest scop catalizatorul de Pt se promovează cu metale alcaline sau alcalino-pământoase (mai

ales Ba). Oxizii de azot sunt oxidaţi pe suprafaţa catalizatorului până la nitraţi, care apoi sunt

reduşi în prezenţa CO, H2 şi a hidrocarburilor la N2 [1].

La confecţionarea catalizatorilor utilizaţi pentru purificarea gazelor de eşapament,

particulele de zeoliţi sau de SiO2 sunt tratate, aplicându-se următoarele proceduri: îmbibarea cu

amestecuri din mai multe metale, spre exemplu, Pt, Pd, Ru, Rh; formarea suspensiei de o

anumită consistenţă, aplicarea unui strat subţire de suspensie pe suport', uscarea şi calcinarea

materialului obţinut [1].

În Germania, pentru automobile, a fost confecţionat un convertizor catalitic ce constă

dintr-un tub cilindric acoperit cu ceramică, în partea internă a căruia sunt amplasate plăci din

tablă metalică gofrată, formând canale orientate de-a lungul convertizorului [1]

La studierea comportării catalizatorilor de Pt-Rh în procesul de ardere a combustibilului a

fost depistată prezenţa compuşilor de sulf. Acest fenomen se explică prin faptul că catalizatorul

de Pt se dezactivează destul de repede în prezenţa oxidului de sulf (IV), având loc sulfitarea

suprafeţei acestuia. La introducerea a 0,1% de Rh acest efect dispare. Cel mai eficient s-a dovedit

a fi catalizatorul Pt-Rh/Al2O3-CeO2 preparat prin tratare treptată cu soluţii de componenţi active

[1].

În Italia s-a studiat reducerea oxidului de azot (II) cu COîn prezenţa catalizatorilor CeO2-

ZrO2 şi Pt-Rh/CeO2-ZrO2. S-a stabilit, că catalizatorul Pt-Rh/CeO2-ZrO2 posedă o activitate

catalitică considerabilă la temperaturi relativ joase (400-470 K), fapt ce se datorează capacităţii

metalului de a promova formarea centrelor CJ care, în continuare, se reoxidează uşor în prezenţa

NO [1].

În Japonia se confecţionează suporţi pentru catalizatori din aliaj de aluminiu pe care se

aplică un strat de AI2O3, se usucă la 600-700°C, aplicându-se apoi cel de al doilea strat, care

constă din suspensie de Υ - AI2O3 , Al(OH)3 în apă. în continuare acesta de asemenea se usucă şi

se calcinează, pe al doilea strat depunându-se un strat subţire de Pt şi Rh [1].

Adaosul de BaO la catalizatorul Pt/Υ - AI2O3 măreşte stabilitatea termică şi activitatea

catalizatorului în reacţia de oxidare CO —> CO2 la temperaturi joase (300-570°C) [1].

În figura 5este prezentat un catalizator din grupa platinei.

Fig.5. Catalizator din grupa platinei [11].

3.1.3.2. Catalizatori pe bază de cupru

În procesul de obţinere a catalizatorilor pentru înlăturarea din gazele de ardere a NOx, CO,

SO2, hidrocarburilor etc. se folosesc de asemenea şi compuşi ai cuprului, mai ales oxizi de cupru

şi mai frecvent împreună cu alte metale de tip 3d (Ni, Fe, Mn, V, Ti, etc.) [1].

Pentru înlăturarea funinginii din gazele de ardere se utilizează catali¬zatori acoperiţi cu strat

de cupru sau de compuşi ai acestuia.în prezenţa unor adaosuri se înlătură şi reziduurile de

hidrocarburi [1].

Oxidul de cupru, împreună cu oxizii de fier, cobalt, nichel sunt folosiţi pentru arderea

completă a carburanţilor. Activitatea catalizatorului este determinată de schimbarea capacităţii de

oxidare a metalului din catalizator: Cu1+ Cu2+ [1].

În figura 6este prezentat obţinerea catalizatorului pe bază de cupru.

Fig.6. Obţinerea catalizatorului pe bază de cupru [12].

În cazul utilizării amestecului de CuO şi MnO2, în gazele de ardere nu se formează H2S [1].

Deseori în calitate de suport pentru catalizatori se întrebuinţează diferite modificaţii de

zeoliţi, în compoziţia cărora sunt introduşi ioni de Cu2+ şi de alte metale. De exemplu, pentru

înlăturarea oxizilor de azot în prezenţa hidrocarburilor şi a oxidanţilor, catalizatorul se prepară

prin metoda de depunere a ionilor de metal pe Al2O3-SiO2, utilizând şi zeoliţi sau amestec de

zeoliţi cu ceramică. De regulă, se utilizează soluţie de azotat de cupru.Suportul se ţine în această

soluţie timp de 24 ore la 80°C, după aceea zeolitul se spală cu apă. Această procedură se repetă

de câteva ori.După uscare, materialul se calcinează la 600°C timp de 3 ore în atmosferă de aer

[1].

Catalizatorul obţinut conţine circa 2% cupru şi asigură înlăturarea completă a NOx din gaze.

O altă metodă de obţinere a catalizatorilor pe bază de zeolit constă în aplicarea directă a

oxidului de cupru pe suprafaţa zeolitului Na-Y sau ZSM-5. Cele mai bune rezultate au fost

obţinute pe catalizatorul Cu-ZSM-5 în atmo¬sferă cu exces de oxigen. S-a stabilit, că

catalizatorii ce conţin Cu2+ pot fi utilizaţi atât pentru descompunerea, cât şi pentru reducerea

oxizilor de azot [1].

În figura 7 este prezentat catalizatorul pe bază de cupru.

Fig.7. Catalizatorul pe bază de cupru [13].

În continuare, s-a stabilit că la aproximativ 700°C, din cauza reducerii parţiale a cuprului şi

distrugerii structurii zeolitului, activitatea catalizatorului Cu - ZSM-5 se micşorează. Adaosul

ionilor de crom conduce la mărirea termostabilităţii catalizatorului [1].

Pentru purificarea gazelor de eşapament se mai foloseşte şi amestec de ioni de Cu2+ şi Ni2+ .

În SUA, pentru purificarea gazelor de eşapament, se folosesc zeoliţi cu strat dublu: primul

în bază de Cu2+ - ZSM-5, al doilea - de Cu2+ - ZrO2. Aceştea s-au dovedit a fi eficienţi pentru

eliminarea NOx şi HCl [1].

Au fost elaboraţi catalizatori pentru eliminarea concomitentă a CO, SO2, hidrocarburilor

etc., precum şi pentru diminuarea cantităţii de sulfaţi. Suportul catalizatorului este de forma

fagure, confecţionat din cordierită sau oţel inoxidabil. Acesta, la rândul său, se introduce în

suspensia unui oxid termorezistent (AI2O3, Ti02, Z1O2, alumosilicaţi etc.), se usucă la 80-250°C şi

se calcinează la 300-850°C. După răcire, se adaugă soluţie de săruri de Cu2+, Co2+, Ni2+, apoi se

usucă din nou, se calcinează, astfel obţinându-se un strat stabil de catalizator pe support[1].

Conform altor metode, pe suprafaţa suportului se aplică suspensie de amestec de oxid

termorezistent, oxizi de Cu, Co şi Ni, apoi se usucă şi se calcinează [1].

3.1.3.3.Catalizatori pe bază de metale rare

Catalizatorii pentru purificarea gazelor de eşapament de la motoarele cu ardere internă se

fac din alumosilicaţi cristalini cu raport SiCO2/AI2O3 maximal (>20) şi care conţin o anumită

cantitate de oxizi ai metalelor rare, de exemplu, lantan şi ceriu, sau o cantitate mică de metale

alcalino-pământoase (Ca, Sr, Ba, Mg), raportul La/Al sau Ba/Al fiind de 0,05... 1.

Catalizatorul se obţine la amestecarea alumosilicaţilor cu soluţii de săruri de lantan sau

ceriu ori cu săruri de calciu, stronţiu, bariu sau magneziu.După realizarea acestei proceduri la

catalizator se adaogă sare de Cu, Ag, Pd, Pt, Co, Ni, apoi se calcinează.Catalizatorul obţinut

manifestă rezistenţă catali¬tică înaltă la temperaturi ridicate şi curăţă gazele de ardere de

componenţii toxici (CO, NOx, S02) [1].

Pentru purificarea gazelor de eşapament de oxizii de azot şi de praf se foloseşte

neutralizatorul având un filtru poros, rezistent la temperaturi înalte, pe suprafaţa căruia este

depus un strat de pulbere din ceramică. în componenţa catalizatorului întră unul sau mai multe

metale alcaline, cobalt sau mangan, vanadiu, inclusiv unul sau mai multe metale rare. Purificarea

gazelor are loc în rezultatul reducerii oxizilor de azot cu ajutorul prafului care se conţine în gaze

şi care acţionează ca un reducător.

Pentru epurarea gazelor de oxizii de azot şi particulele de carbon, catalizatorul trebuie să

conţină [1]:

a) unul sau mai multe metale alcaline (Li, Na, K);

b) metale de tip 3d (Mn, Cr, Fe, Co, Ni, Cu);

c) unul sau mai multe metale ce fac parte din grupele lantanidelor şi actinidelor.

Aplicarea corectă a metodelor de preparare a catalizatorilor şi folosirea amestecurilor de

mai mulţi componenţi reduc considerabil conţinutul de componenţi nocivi (CO, NOx, SO2, HC1)

din gazele de eşapament, ceea ce facilitează respectarea normelor sanitare.

3.1.3.4. Catalizatori din fier, cobalt, mangan 3

Catalizatorii utilizaţi la arderea completă a combustibililor au următoarea compoziţie: M-

Ce-Zr-O, ( M = Fe, Ca, Cr), pe suport de Al2O3.

O importanţă primordială o are metoda de obţinere a catalizatorului. La încălzirea amestecului

iniţial până la 850°C se obţine amestecul de CeO2, ZrO2, Cr2O3, α-Fe2O3, Co3O4. Probele ce

conţin crom şi fier posedă aceeaşi capacitate catalitică specifică. În probele ce conţin cobalt se

formează CoAl2O4. Cea mai mare activitate o posedă proba Cr-Ce-Zr-O/γ-Al2O3, care, ca şi

termostabilitatea acestuia, depinde în mare măsură de succesiunea aplicării componenţilor activi

pe support [1].

3.1.4. Particularităţi constructive ale instalaţiilor de epurare a gazelor de eşapament ale

motoarelor din transportul auto

Spre deosebire de catalizatorii utilizaţi în procesele chimice, acestor catalizatori li se impun

cerinţe mai stricte.

3.1.4.1. Cerinţe constructive şi tehnologice impuse catalizatorilor utilizaţi în transportul

auto

1. Dacă catalizatorul trebuie să asigure oxidarea completă, atunci reacţiile din gazele de

eşapament al transportului auto trebuie să fie iniţiate la temperaturi joase de cca 150°C. Totodată

catalizatorul trebuie să reziste la supraîncălziri locale şi totale de cca 1000°C şi, în acelaşi timp,

nu trebuie să-şi modifice structura, activitatea şi compoziţia chimică.

2. Catalizatorii trebuie să asigure un înalt grad de transformare asubstanţelor toxice la limita

de 80-100% şi o productivitate a procesului de până la (100...200) 103 h-1 la variaţii

considerabile ale compoziţiei

amestecului gazos şi într-un interval de temperatură, în care nu se formează compuşi secundari

(aldehide, cetone etc.).

3. Rezistenţa gazodinamică a catalizatorului trebuie să fie minimă, fiindcă altfel

antipresiunea ridicată ar necesita utilizarea unui compresor special şi consumuri mai mari de

combustibil. Pentru obţinerea rezistenţei minime este raţională utilizarea granulelor sferice cu

diametre nu mai mici de 3 mm şi a unui strat de catalizator cu grosimea nu mai mare de 20 mm

sau utilizarea unui suport special (ceramica tip fagure, ceramica poroasă, materiale fibrilare sau

site speciale).

4. Din cauza vitezelor liniare mari ale fluxului de gaze este necesar să se asigure şi valori

corelate ale rezistenţei mecanice la uzură (nu mai puţin de 92%) şi rezistenţei mecanice la

fărâmiţare (până la 70 kg/cm ) pentru evitarea acţiunilor excesive asupra straturilor de

catalizator. Plus la aceasta este necesar să se asigure o bună adeziune a straturilor superficiale cu

granulele de catalizator, în special la aplicarea catalizatorilor pe suport.

5. Compoziţia chimică a catalizatorului trebuie să fie puţin sensibilă la acţiunea apei,

compuşilor fosforului, sulfului, clorului, funinginii etc. şi să fie stabilă pe parcursul a 50 000-100

000 km.

6. Deoarece reacţiile exotermice de oxidare totală decurg la un grad înalt şi cu viteze mari

în regiunea de difuzie, este necesar să se obţină pătrunderea maximală a substanţei active în

straturile externe ale suportului la o anumită adâncime, care depinde de timpul de contact (acesta

poate varia în limitele de 50-500 jUm şi chiar mai mult), pentru a asigura un coeficient mai

ridicat de utilizare a suprafeţei de contact.

7. Este important ca fabricarea catalizatorilor să se realizeze din materiale ieftine şi

nedeficitare, prin aplicarea unor tehnologii fără deşeuri, care oferă posibilitatea de a regenera

materialele iniţiale din cele uzate.

BIBLIOGRAFIE

1.Gheorghe Duca, Alexandru Crăciun, Tudor Sajin, Igor Mardari, Poluarea și protecția

atmosferei. Centru Editorial al USM, Chișinău 2003.

2. Rus, D., Gliguţă, N., Ramona, Florea, R., Evoluţia standardelor de emisii şi tehnologiilor

antipoluare. În: Ştiinţă şi Inginerie, vol. 10, Editura AGIR, Bucureşti, 2006.

3. *** http://www.studentie.ro/referate/geografie/referat-geografie-aerul-otrava-noastra-cea-de-

toate-zilele_i46_c979_64599.html.

4. *** http://www.agir.ro/buletine/512.pdf.

5. *** http://www.aggroup.ro/combina-benzina-gpl-diesel.

6. *** http://europa.eu/legislation_summaries/environment/air_pollution/l28186_ro.htm.

7. *** http://www.epcmediu.ro/blog/masuri-pentru-reducerea-poluarii-din-traficul-auto.

8. *** http://www.autosaga.ro/lectia-auto/catalizatorul-si-filtrul-de-particule-dpf.html9. *** http://www.e-referate.ro/referate/Gazul_de_esapament2012-02-23.html10. *** http://newpartsauto.wordpress.com/2012/05/14/catalizator-poate-nu-stiati.11. *** http://www.tobecarbon.ro/catalizator.php.12. *** http://www.ipedia.ro/nichelul-868/.13. *** http://www.all.biz/ro/catalizatoare-ce-contin-cupru-bgg108792114. *** http://autotools.me/?post_type=products&p=207.15. *** http://www.epcmediu.ro/blog/masuri-pentru-reducerea-poluarii-din-traficul-auto