ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΣΤΙΣ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΝΟΜΟΘΕΤΗΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΜΗ ΝΟΜΟΘΕΤΗΜΕΝΩΝ ΡΥΠΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ EURO 4+. ΜΕΡΟΣ 2 ο : ΜΗ ΝΟΜΟΘΕΤΗΜΕΝΟΙ ΡΥΠΟΙ

Transcript

1 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΣΤΙΣ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΝΟΜΟΘΕΤΗΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΜΗ ΝΟΜΟΘΕΤΗΜΕΝΩΝ ΡΥΠΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ EURO 4+. ΜΕΡΟΣ 2 ο : ΜΗ ΝΟΜΟΘΕΤΗΜΕΝΟΙ ΡΥΠΟΙ Γρηγοράτος Θ. 1, Καλογήρου Μ. 2, Φονταράς Γ. 2, Σαμαρά Κ. 1, Σαμαράς Ζ. 2, Rose K. 3 1 Εργαστήριο Ελέγχου Ρύπανσης Περιβάλλοντος, Τμήμα Χημείας, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη, grigorat@yahoo.gr 2 Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Θερμοδυναμικής, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Πολυτεχνική Σχολή, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 3 CONCAWE s Fuels & Emissions Area, Brussels, Belgium ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η εύρεση της επίδρασης του ποσοστού του βιοντίζελ στη σύσταση της σωματιδιακής ύλης (ΣΥ) τριών πετρελαιοκίνητων Ι.Χ. επιβατηγών οχημάτων τεχνολογίας Euro 4+. Σε όλες τις περιπτώσεις βρέθηκε ότι το διαλυτό οργανικό κλάσμα (Soluble Organic Fraction, SOF) προέρχεται από το καύσιμο σε ποσοστά που κυμαίνονται από 7% έως 9%. Στα οχήματα με παγίδα το SOF αποτέλεσε το κύριο συστατικό της ΣΥ ενώ το όχημα χωρίς παγίδα κατέγραψε σημαντικά χαμηλότερες εκπομπές SOF. Γενικά, καταγράφηκε αύξηση των εκατοστιαίων εκπομπών SOF με την αύξηση του ποσοστού του βιοντίζελ. Στα οχήματα με παγίδα η αύξηση του βιοντίζελ δε διαφοροποίησε τις εκατοστιαίες εκπομπές των νιτρικών. Θειικά ιόντα δεν ανιχνεύθηκαν. Οι εκατοστιαίες εκπομπές του στοιχειακού άνθρακα ελαττώθηκαν με την αύξηση του βιοντίζελ σε δύο από τα τρία οχήματα. EFFECT OF BIODIESEL ON THE REGULATED AND NON-REGULATED EMISSIONS OF EURO 4+ DIESEL VEHICLES. PART 2: ΝΟΝ-REGULATED EMISSIONS Grigoratos T. 1, Kalogirou M. 2, Fontaras G. 2, Samara K. 1, Samaras Z. 2, Rose K. 3 1 Environmental Pollution Control Laboratory, Department of Chemistry, A.U.Th., Thessaloniki, grigorat@yahoo.gr 2 Laboratory of Applied Thermodynamics, Mechanical Engineering Department, A.U.Th., Thessaloniki 3 CONCAWE s Fuels & Emissions Area, Brussels, Belgium ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the impact of higher biodiesel blends on unregulated emissions of three Euro 4-compliant light-duty diesel vehicles. Vehicles that were equipped with a diesel particulate filter (DPF) recorded a general tendency of increase of % total soluble organic fraction (SOF) and fuel-derived SOF with increasing blend. Oil-derived SOF emissions percentage was not affected by fuel change. The non-dpf equipped vehicle emitted significantly lower SOF compared to DPF equipped vehicles and recorded a tendency of increase of % total SOF and fuel-derived SOF with increasing blend. Fuel-derived SOF was the major constituent of total SOF ranging from 7% to 9% of total SOF. Fuel change did not affect % nitrate emissions in DPF equipped vehicles while sulphates were not detected at all. Elemental carbon percentage emissions were determined by subtraction and recorded a general tendency of decrease with increasing blend in two of the tested vehicles.

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ευρωπαϊκή νομοθεσία προβλέπει ότι μέχρι το 22, το 1% των συνολικών ενεργειακών απαιτήσεων για τις μεταφορές θα πρέπει να έχει καλυφθεί από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στο πλαίσιο αυτό έχουν δοκιμαστεί πολλά συστατικά με τους μεθυλεστέρες των λιπαρών οξέων (Fatty Acid Methyl Esters, FAMEs) να αποτελούν το επικρατέστερο είδος για τη παραγωγή βιοκαυσίμων. Ο μεθυλεστέρας κραμβελαίου (Rapeseed Methyl Ester, RME) είναι ο συχνότερα χρησιμοποιούμενος παγκοσμίως και επιλέχθηκε για την παρούσα μελέτη. Υπάρχουν πολλές βιβλιογραφικές αναφορές που περιγράφουν την επίδραση της αύξησης του βιοντίζελ σε νομοθετημένους ρύπους, πχ [1, 2, 3]. Αντίθετα, πολύ λίγες είναι οι αναφορές στις επιδράσεις σε μη-νομοθετημένους ρύπους, ειδικά στα πολύ σύγχρονα οχήματα. Στο πρώτο μέρος της εργασίας μελετήθηκε η επίδραση της αύξησης του βιοντίζελ στην κατανάλωση καυσίμου αλλά και στους νομοθετημένους ρύπους οχημάτων τεχνολογίας Euro 4+. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της αύξησης του ποσοστού του RME στις αντίστοιχες εκπομπές μη-νομοθετημένων σωματιδιακών ρύπων. 2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε τρία σύγχρονα πετρελαιοκίνητα επιβατηγά οχήματα προδιαγραφών Euro 4 πάνω σε δυναμομετρική εξέδρα. Όλα τα οχήματα φέρουν σύστημα ανακύκλωσης καυσαερίων (EGR) καθώς και κάποιο τύπο οξειδωτικού καταλύτη (DOC). Το πρώτο όχημα (V1) είναι εφοδιασμένο με φίλτρο σωματιδίων (CDPF) ενώ στο τρίτο όχημα (V3) χρησιμοποιήθηκε σύστημα φίλτρου σωματιδίων - προσθέτου καυσίμων. Το όχημα 2 (V2) δε φέρει κάποιο σύστημα ελέγχου εκπομπών ΣΥ. Τα οχήματα εξετάστηκαν με 4 διαφορετικά καύσιμα στον νομοθετημένο κύκλο οδήγησης NEDC και στον Artemis Urban [4]. Ως καύσιμο αναφοράς χρησιμοποιήθηκε ένα τυπικό ντίζελ προδιαγραφών ΕΝ59 μηδενικής περιεκτικότητας σε βιοντίζελ (B). Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν τρία μίγματα του B με RME σε περιεκτικότητα 1% (B1), 3% (Β3) και 5% (B5) κ.ο. Περισσότερες πληροφορίες για το σχεδιασμό δίνονται στο 1 ο μέρος της εργασίας. Η δειγματοληψία για τον χαρακτηρισμό της ΣΥ έγινε με δειγματολήπτη χαμηλού όγκου εφοδιασμένου με φίλτρο Teflon 47 mm. Ο προσδιορισμός της ΣΥ έγινε με τη νομοθετημένη σταθμική μέθοδο. Το ολικό SOF προσδιορίστηκε στο μισό φίλτρο με εκχύλιση τύπου Soxhlet, σύμφωνα με το πρωτόκολλο IP 443/99 [5]. Ο διαχωρισμός του SOF σε προερχόμενο από το καύσιμο (F-D SOF) και το λιπαντικό (O-D SOF) πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο της αέριας χρωματογραφίας με ανιχνευτή ιονισμού φλόγας σύμφωνα με το πρωτόκολλο IP 442/99 [6]. Τα ανόργανα ιοντικά συστατικά προσδιορίστηκαν στο δεύτερο μισό των φίλτρων με τη μέθοδο της ιοντικής χρωματογραφίας μετά από υδατική εκχύλιση σε λουτρό υπερήχων [2]. Ο προσδιορισμός του στοιχειακού άνθρακα (Elemental Carbon, EC) πραγματοποιήθηκε με αφαίρεση από τη ΣΥ των F-D SOF, O-D SOF και των ιοντικών συστατικών. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ 3.1. Επίδραση του βιοντίζελ στις εκπομπές μάζας Το όχημα 2 καταγράφει φορές υψηλότερες εκπομπές ΣΥ από τα οχήματα με παγίδα (mg/km). Η διαφορά αποδίδεται στην παρουσία παγίδας, η οποία συγκρατεί μεγάλο ποσοστό της ΣΥ στην περίπτωση των οχημάτων 1 και 3. Το νομοθετημένο όριο Euro 4 και Euro 5 (25 mg/km) ικανοποιείται ξεκάθαρα στα οχήματα με παγίδα καθώς και στην περίπτωση του οχήματος 2 στον NEDC όταν χρησιμοποιούνται τα B3 και B5. Σε όλα τα οχήματα οι εκπομπές ΣΥ είναι υψηλότερες στον Artemis Urban από ότι στον NEDC. Συγκεκριμένα, τα

3 οχήματα με παγίδα εκπέμπουν 3-5 φορές υψηλότερη ΣΥ ενώ το όχημα 2 εκπέμπει φορές υψηλότερα. Αυτή η τάση καταγράφεται και σε παλιότερες έρευνες [2] και αποδίδεται στο ότι ο Artemis Urban είναι περισσότερο πιεστικός κύκλος με μεγαλύτερες διακυμάνσεις ταχύτητας σε σχέση με τον NEDC. Στο Σχήμα 1 δίνεται η μέση % μεταβολή μάζας με τη χρήση των βιοντίζελ σε σχέση με το καύσιμο αναφοράς. Τα οχήματα με παγίδα καταγράφουν τις χαμηλότερες εκπομπές μάζας με το B3. Στον NEDC, η μείωση της μάζας με τη χρήση του B3 ανέρχεται στο 2% ενώ στον Artemis Urban κυμαίνεται από 8-3%, ποσοστά που βρίσκονται σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία [1]. Στην περίπτωση του B5 οι μειώσεις της ΣΥ είναι ελαφρώς μικρότερες. Η ελάττωση της σωματιδιακής μάζας με την αύξηση του βιοντίζελ σχετίζεται με την αυξημένη διαθεσιμότητα οξυγόνου του καυσίμου στην περίπτωση των βιοντίζελ. Επίσης, σε κάποιες περιπτώσεις σχετίζεται με την ελάττωση ή την πλήρη απουσία αρωματικών ενώσεων στο βιοντίζελ. Εξαίρεση αποτελεί το όχημα 3 στον Artemis Urban, όπου καταγράφεται αύξηση της μάζας με τα B1 και B5. Αυτό αποδίδεται στη χαμηλή θερμοκρασία του κινητήρα κατά την έναρξη των πειραμάτων και σε φαινόμενα συνέργειας [3]. Στο όχημα 2, οι εκπομπές μάζας ελαττώνονται με τη χρήση βιοντίζελ οποιαδήποτε αναλογίας. Στον NEDC οι χαμηλότερες εκπομπές καταγράφονται με το Β5 και αντιστοιχούν σε μείωση πλέον του 5% σε σχέση με το Β ενώ στον Artemis Urban η μέγιστη μείωση καταγράφεται με το Β3 και φτάνει το 4%. Γενικά, η ελάττωση μάζας στην περίπτωση του οχήματος 2 είναι μεγαλύτερη σε σχέση με τα οχήματα με παγίδα. Μέση % μεταβολή ΣΥ από το B V1 NEDC V3 NEDC V2 NEDC V1 Artemis V3 Artemis V2 Artemis B1 B3 B5 Σχήμα 1. Μέση % μεταβολή μάζας με τη χρήση βιοντίζελ σε διάφορες αναλογίες 3.2. Επίδραση του βιοντίζελ στις εκπομπές διαλυτού οργανικού κλάσματος Το όχημα 2 καταγράφει 8-16 φορές υψηλότερες εκπομπές ολικού SOF σε σχέση με τα οχήματα που φέρουν παγίδα (mg/km). Η διαφορά είναι μικρότερη από την αντίστοιχη της ΣΥ. Αυτό οφείλεται στο ότι η παγίδα είναι περισσότερο αποτελεσματική στη συγκράτηση του EC παρά του αντίστοιχου οργανικού κλάσματος. Ανεξαρτήτως οχήματος, οι εκπομπές SOF είναι φορές υψηλότερες στον Artemis Urban από ότι στον NEDC, σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία [7]. Παρότι ο NEDC είναι λιγότερο πιεστικός από τον Artemis Urban, η ψυχρή εκκίνηση του κινητήρα σε αυτόν έχει ως συνέπεια την αυξημένη εκπομπή άκαυστων υδρογονανθράκων, με συνέπεια την εκπομπή υψηλότερου διαλυτού οργανικού κλάσματος. Στο Σχήμα 2 δίνεται η μέση % μεταβολή του ολικού SOF με τη χρήση βιοντίζελ σε σύγκριση με το καύσιμο αναφοράς. Ανεξαρτήτως οχήματος, η χρήση του Β3 έχει ως συνέπεια την ελάττωση του εκπεμπόμενου SOF. Στο όχημα 1, η ελάττωση του SOF κυμαίνεται από 1-5%, ανάλογα με τον κύκλο οδήγησης και το καύσιμο. Στο όχημα 2, η αντίστοιχη μείωση

4 κυμαίνεται από 12-4% με εξαίρεση το Β1 στον Artemis Urban, το οποίο εκπέμπει SOF στα ίδια επίπεδα με το Β. Σε αντίθεση με τα οχήματα 1 και 2, το όχημα 3 καταγράφει αύξηση του SOF με τα Β1 και Β5. Το φαινόμενο αυτό αποδίδεται στη χαμηλότερη πτητικότητα των άκαυστων υδρογονανθράκων που διαφεύγουν της καύσης στην περίπτωση του βιοντίζελ και η οποία ευνοεί τη συμπύκνωση και προσρόφησή τους στην επιφάνεια των υφιστάμενων σωματιδίων [1]. Γενικά, σε ότι αφορά στις εκπομπές SOF, δύο φαινόμενα δρουν ανταγωνιστικά. H ελάττωση της πτητικότητας με την αύξηση του ποσοστού του βιοντίζελ αυξάνει τις πιθανότητες κάποιοι υδρογονάνθρακες του καυσίμου να διαφύγουν της καύσης, άρα και τις πιθανότητες εκπομπής αυξημένου SOF. Αντίθετα, η αύξηση του διαθέσιμου οξυγόνου με την αύξηση του βιοντίζελ οδηγεί σε πληρέστερη καύση σε σχέση με το Β ακόμη και σε περιοχές του θαλάμου καύσης με υψηλό λόγο καύσιμου-αέρα. Στις περισσότερες περιπτώσεις το δεύτερο φαινόμενο υπερισχύει, οπότε και καταγράφεται ελάττωση του SOF με την αύξηση του βιοντίζελ [8]. Μέση % μεταβολή SOF από το B V1 NEDC V3 NEDC V2 NEDC V1 Artemis V3 Artemis V2 Artemis B1 B3 B5 Σχήμα 2. Μέση % μεταβολή SOF με τη χρήση βιοντίζελ σε διάφορες αναλογίες Όλα τα οχήματα καταγράφουν υψηλότερες εκπομπές (mg/km) SOF προερχόμενου από το καύσιμο (Fuel-derived Soluble Organic Fraction, F-D SOF) στον Artemis Urban σε σχέση με τον NEDC. Στα οχήματα με παγίδα οι χαμηλότερες εκπομπές καταγράφονται με το B3, ανεξαρτήτως κύκλου. Προφανώς η καύση είναι πληρέστερη με το Β3 σε σχέση με τα υπόλοιπα εξεταζόμενα καύσιμα. Στην περίπτωση του οχήματος 2 καταγράφεται αύξηση του F-D SOF με την αύξηση του βιοντίζελ στον NEDC ενώ στον Artemis Urban οι εκπομπές είναι χαμηλότερες με το Β3. Σε ότι αφορά στις εκπομπές του διαλυτού οργανικού κλάσματος προερχόμενου από το λιπαντικό (Oil-derived Soluble Organic Fraction, O-D SOF) όλα τα οχήματα καταγράφουν τις υψηλότερες εκπομπές τους στον Artemis Urban. Αν και σε όλες τις περιπτώσεις το O-D SOF είναι χαμηλότερο με το Β5 σε σχέση με το Β, εντούτοις δεν καταγράφεται κάποια συγκεκριμένη τάση με την αύξηση του βιοντίζελ. Στο Σχήμα 3 δίνεται η μέση % περιεκτικότητα της ΣΥ σε F-D και O-D SOF, στους δύο κύκλους οδήγησης για όλα τα εξεταζόμενα καύσιμα. Στα οχήματα με παγίδα το F-D SOF αποτελεί το κύριο συστατικό της ΣΥ σε ποσοστά που κυμαίνονται από % της ΣΥ, ανάλογα με το καύσιμο και τον κύκλο οδήγησης. Στον NEDC, το F-D SOF αποτελεί το % της ΣΥ, σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία [9], [1]. Στο όχημα 2, το F-D SOF δε ξεπερνά το 23% της ΣΥ, σε συμφωνία με βιβλιογραφικά δεδομένα [7]. Το O-D SOF είναι χαμηλό σε όλα τα οχήματα λόγω της χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο του λιπαντικού. Τα οχήματα 2 και 3 καταγράφουν μία τάση αύξησης του % F-D SOF με την αύξηση του βιοντίζελ και στους δύο κύκλους οδήγησης. Αυτό αποδίδεται στην ολοένα και χαμηλότερη πτητικότητα των υδρογονανθράκων με την αύξηση του βιοντίζελ, η οποία ευνοεί τη

5 συμπύκνωση και προσρόφησή τους στην επιφάνεια των ήδη υπαρχόντων σωματιδίων [1]. Στο όχημα 1, η περιεκτικότητα της ΣΥ σε F-D SOF φτάνει περίπου στο 3% στον Artemis Urban και στο 4% στον NEDC, ανεξαρτήτως καυσίμου. Στο όχημα αυτό, με εξαίρεση τη σημαντική αύξηση του F-D SOF με το Β5 στον NEDC, δεν καταγράφεται κάποια αξιοσημείωτη επίδραση στο F-D SOF, λόγω της αύξησης του βιοντίζελ. Το O-D SOF είναι χαμηλό σε όλα τα οχήματα και δεν επηρεάζεται σημαντικά από την αύξηση του βιοντίζελ. Μέση % εκπομπή F-D SOF V1 NEDC V3 NEDC V2 NEDC V1 Artemis V3 Artemis V2 Artemis B B1 B3 B5 Μέση % εκπομπη O-D SOF V1 NEDC V3 NEDC V2 NEDC V1 Artemis V3 Artemis V2 Artemis B B1 B3 B5 Σχήμα 3. Μέση % περιεκτικότητα της ΣΥ σε F-D και O-D SOF για όλα τα εξεταζόμενα καύσιμα. Τα σφάλματα αντιστοιχούν σε ±Τυπική Απόκλιση Στο Σχήμα 4 δίνεται η % περιεκτικότητα του SOF σε F-D SOF στους δύο κύκλους οδήγησης για όλα τα εξεταζόμενα καύσιμα. Τα οχήματα με παγίδα καταγράφουν μία μικρή αύξηση της % περιεκτικότητας του SOF σε F-D SOF με την αύξηση του βιοντίζελ, και στους δύο κύκλους οδήγησης. Στο όχημα 1, το F-D SOF κυμαίνεται από 8% (Β) έως 9% (Β5) του ολικού SOF ενώ στο όχημα 3 τα αντίστοιχα ποσοστά είναι 75% και 85%. Αντίθετα, στο όχημα 2 η αύξηση του βιοντίζελ δεν επηρεάζει τις % εκπομπές του F-D SOF, το οποίο αποτελεί περίπου το 75% του ολικού SOF στον NEDC και το 7% στον Artemis Urban. Τα οχήματα με παγίδα καταγράφουν μία μικρή ελάττωση των % εκπομπών του O-D SOF με την αύξηση του βιοντίζελ. Το όχημα 2 εκπέμπει σταθερό % O-D SOF, ανεξαρτήτως καυσίμου. % περιεκτικότητα του SOF σε F-D SOF V1 NEDC V3 NEDC V2 NEDC B B1 B3 B5 V1 Artemis V3 Artemis V2 Artemis Σχήμα 4. Μέση % περιεκτικότητα του SOF σε F-D SOF για όλα τα εξεταζόμενα καύσιμα 3.3. Επίδραση του βιοντίζελ στις εκπομπές ανόργανων συστατικών Οι συνολικές εκπομπές ιόντων του οχήματος 2 (NO 3 -, SO 4 2-, NH 4 + ) είναι 5-2 φορές υψηλότερες σε σχέση με τις αντίστοιχες των οχημάτων που φέρουν παγίδα (mg/km). Όπως και στην περίπτωση του SOF, η διαφορά είναι μικρότερη από την αντίστοιχη της ΣΥ, οπότε η

6 παγίδα είναι περισσότερο αποτελεσματική στη συγκράτηση του EC παρά των αντίστοιχων ιοντικών συστατικών. Οι εκπομπές ιοντικών συστατικών είναι 5-7 φορές υψηλότερες στον Artemis Urban από ότι στον NEDC στο όχημα 1 και 3-4 φορές στο όχημα 3, ακολουθώντας τις αντίστοιχες τάσεις των αερίων οξειδίων του αζώτου. Το όχημα 2 εκπέμπει 2-3 φορές περισσότερα νιτρικά στον Artemis Urban, σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία [2]. Όλα τα οχήματα εκπέμπουν 3-7 περισσότερα αμμωνιακά στον Artemis Urban σε σχέση με τον NEDC. Αυτές οι διαφορές ακολουθούν τις αντίστοιχες της ΣΥ, οπότε οι εκπομπές των ιόντων δεν επηρεάζονται από τη ψυχρή εκκίνηση του κινητήρα στον NEDC, σε αντίθεση με το SOF. Η αύξηση του βιοντίζελ δεν επηρεάζει τις εκπομπές των νιτρικών στα οχήματα με παγίδα. Στο όχημα 2, οι εκπομπές των νιτρικών ελαττώνονται οριακά με την αύξηση του βιοντίζελ στον NEDC ενώ παραμένουν σταθερές στον Artemis Urban. Στα οχήματα με παγίδα δεν ανιχνεύονται θειικά, σε συμφωνία με κάποια βιβλιογραφικά δεδομένα [11]. Πιθανώς, τα θειικά αφού παγιδεύονται στο φίλτρο σωματιδίων κατόπιν απελευθερώνονται σε αέρια μορφή κατά την αναγέννηση της παγίδας. Στο όχημα 2 η αύξηση του βιοντίζελ δεν επηρεάζει τις εκπομπές θειικών, οι οποίες είναι οριακά υψηλότερες από τις αντίστοιχες των νιτρικών. Σε όλες τις περιπτώσεις οι εκπομπές αμμωνιακών δε επηρεάζονται από την αύξηση του βιοντίζελ και είναι χαμηλότερες από των νιτρικών, σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία [7]. Μέση % εκπομπή ανιόντων V1 NEDC V1 Artemis V3 NEDC V3 Artemis V2 NEDC V2 Artemis B B1 B3 B5 Μέση % εκπομπή κατιόντων V1 NEDC V1 Artemis V3 NEDC V3 Artemis V2 NEDC V2 Artemis B B1 B3 B5 Μέση % εκπομπή EC V1 NEDC V3 NEDC V2 NEDC V1 Artemis V3 Artemis V2 Artemis B B1 B3 B5 Σχήμα 5. Μέση % εκπομπή ανιόντων, κατιόντων και EC για όλα τα εξεταζόμενα καύσιμα. Τα σφάλματα, όπου δίνονται, αντιστοιχούν σε ±Τυπική Απόκλιση Στο Σχήμα 5 δίνεται η μέση % περιεκτικότητα της ΣΥ σε ανιόντα (NO - 3 στα οχήματα με - 2- παγίδα, άθροισμα NO 3 και SO 4 στο όχημα 2), κατιόντα (NH + 4 ) και EC, για όλα τα εξεταζόμενα καύσιμα. Σε ότι αφορά στα οχήματα με παγίδα, τα νιτρικά κυμαίνονται από 21-29% της ΣΥ στον NEDC και από 27-35% στον Artemis Urban, σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία [7]. Σε αντίθεση με το SOF, η % περιεκτικότητα της ΣΥ σε νιτρικά είναι υψηλότερη στον Artemis Urban στα οχήματα με παγίδα. Στο όχημα 1, η % περιεκτικότητα των νιτρικών αυξάνεται με την αύξηση του βιοντίζελ και στους δύο κύκλους ενώ στο όχημα 3 δεν μεταβάλλεται. Στο όχημα 2 το σύνολο των ανιόντων δεν ξεπερνά το 2% της ΣΥ. Αν και οι υψηλότερες εκπομπές ανιόντων καταγράφονται με το Β5, εντούτοις δεν υπάρχει

7 κάποια τάση που να περιγράφει την επίδραση της αύξησης του βιοντίζελ στις % εκπομπές ανιόντων. Όλα τα οχήματα εκπέμπουν αμμωνιακά σε ποσοστό μικρότερο του 4% της ΣΥ ενώ δεν κάποια τάση που να περιγράφει την επίδραση του βιοντίζελ στις % εκπομπές του. Σε ότι αφορά στον EC στα οχήματα με παγίδα κυμαίνεται από 12-34% της ΣΥ, ανάλογα με τον κύκλο και το καύσιμο. Οι εκπομπές EC είναι υψηλότερες στον Artemis Urban από ότι στον NEDC. Στο όχημα 3 καταγράφεται μία τάση ελάττωσης του EC με την αύξηση του βιοντίζελ, ανεξαρτήτως κύκλου. Αντίθετα, στο όχημα 1 η μέγιστη % περιεκτικότητα της ΣΥ σε EC καταγράφεται με το Β1. Στο όχημα 2 ο EC κυμαίνεται από 48-75% της ΣΥ και αποτελεί το κυρίαρχο συστατικό της. Όπως και στο όχημα 3, καταγράφεται μία τάση ελάττωσης του EC με την αύξηση του βιοντίζελ και στους δύο κύκλους οδήγησης. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι εκπομπές SOF και ανόργανων ιόντων του οχήματος 2 είναι υψηλότερες από τις εκπομπές των οχημάτων με παγίδα, αλλά σε μικρότερο ποσοστό από τις αντίστοιχες εκπομπές μάζας. Αυτό δείχνει ότι η παγίδα είναι περισσότερο αποτελεσματική στη συγκράτηση του EC παρά του SOF και των ιόντων. Αν και οι εκπομπές SOF (mg/km) είναι υψηλότερες στον Artemis Urban, η % περιεκτικότητα της ΣΥ σε SOF είναι υψηλότερη στον NEDC. Αυτό αποδίδεται στη ψυχρή εκκίνηση του κινητήρα κατά τον NEDC. Αντίθετα, τόσο οι εκπομπές των ιόντων (mg/km) όσο και οι % περιεκτικότητες τους στη ΣΥ είναι χαμηλότερες στον NEDC, δείγμα ότι η ψυχρή εκκίνηση του κινητήρα δεν επηρεάζει τις εκπομπές τους. F-D SOF O-D SOF Anions Cations EC F-D SOF O-D SOF Anions Cations EC 29% 35% 24% 37% 3% 4% 22% 11% 25% 1% B B1 F-D SOF O-D SOF Anions Cations EC F-D SOF O-D SOF Anions Cations EC 21% 17% 4% 43% 3% 5% 23% 9% B3 Σχήμα 6. Εκατοστιαία χημική σύσταση οχήματος 3 στο νομοθετημένο κύκλο Στα οχήματα με παγίδα το F-D SOF είναι το κύριο συστατικό της ΣΥ. Σε ότι αφορά στα ανόργανα συστατικά τα νιτρικά επικρατούν των αμμωνιακών και του EC. Στο όχημα 2, ο EC είναι το κυρίαρχο συστατικό της ΣΥ ενώ εκπέμπονται και θειικά σε μεγαλύτερο ποσοστό από τα νιτρικά. Tο O-D SOF είναι χαμηλό και δε ξεπερνά το 1% της ΣΥ, ανεξαρτήτως οχήματος. Σε όλα τα οχήματα το F-D SOF επικρατεί του O-D SOF και κυμαίνεται από 7-9% του συνολικού SOF, ανάλογα με το όχημα, το καύσιμο και τον κύκλο οδήγησης. 22% 8% B5

8 Στο Σχήμα 6 δίνεται η % χημική σύσταση της εκπεμπόμενης ΣΥ του οχήματος 3 στον NEDC, για όλα τα εξεταζόμενα καύσιμα. Τα οχήματα 2 και 3 παρουσιάζουν αύξηση του % F-D SOF με την αύξηση του βιοντίζελ και στους δύο κύκλους. Αυτό αποδίδεται στη χαμηλότερη πτητικότητα των υδρογονανθράκων με την αύξηση του βιοντίζελ, η οποία ευνοεί τη συμπύκνωση και προσρόφησή τους στην επιφάνεια των υπαρχόντων σωματιδίων. Επίσης, καταγράφουν ελάττωση του % EC με την αύξηση του βιοντίζελ, η οποία αποδίδεται στη βελτίωση της καύσης με την αύξηση του βιοντίζελ. Στο όχημα 1 δεν καταγράφεται κάποια συγκεκριμένη τάση. Ανεξαρτήτως οχήματος, το % O-D SOF και το % άθροισμα των ιόντων δεν επηρεάζονται σημαντικά από την αλλαγή του καυσίμου. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία έγινε στα πλαίσια του προγράμματος Επίδραση του βιοντίζελ στην κατανάλωση καυσίμου και στις εκπομπές νομοθετημένων και μη ρύπων οχημάτων τεχνολογίας EURO 4 που χρηματοδοτείται από την CONCAWE. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Lapuerta M., Armas O. and Fernandez J. (28) Effect of biodiesel fuels on diesel engine emissions, Progress in energy and combustion science, 34: Vouitsis E., Ntziachristos L., Pistikopoulos P., Samaras Z., Chrysikou L., Samara C., Papadimitriou C., Samaras P. and Sakellaropoulos G. (29) An investigation on the physical, chemical and ecotoxicological characteristics of particulate matter emitted from light-duty vehicles, Environmental Pollution, 157: Tinaut F.V., Melgar A., Briceno Y. and Horrillo A. (25) Performance of vegetable derived fuels in diesel engine vehicles, Proc. International Congress on Combustion Engines [PTNSS Kongres], September 25 th - 28 th, 25, Bielsko-Biała / Szczyrk, Poland, Andre M. and Joumard R. (26) Real-world European driving cycles, for measuring pollutant emissions from high- and low-powered cars., Atmospheric Environment, 4: Extraction of the soluble organic fraction (SOF) of diesel particulates collected on filters Soxhlet extraction method, Institute of Petroleum 443/99 6. Analysis of fuel- and oil- derived hydrocarbons in diesel particulates on filters Gas chromatography method, Institute of Petroleum 442/99 7. Cheung K.L., Polidori A., Ntziachristos L., Tzamkiozis T., Samaras Z., Cassee F.R., Gerlofs M. and Sioutas C. (29) Chemical characteristics and oxidative potential of particulate matter emissions from gasoline, diesel and biodiesel cars, Environmental Science and Technology, 43: Choi C.Y., Bower G.R. and Reitz R.D. (1997) Effects of biodiesel blended fuels and multiple injections on D.I. diesel engine emissions, SAE Paper, 97218: Lin Y.C., Lee W.J. and Hou H.C. (26) PAH emissions and energy efficiency of palmbiodiesel blends fuelled on diesel generator, Atmospheric Environment, 4: Geller M., Ntziachristos L., Mamakos A., Samaras Z., Schmitz D., Froines J. and Sioutas C. (26) Physicochemical and redox characteristics of particulate matter emitted from gasoline and diesel passenger cars, Atmospheric Environment, 4: Liu Z.G., Berg D.R., Swor T.A. and Schauer J.J. (28) Comparative analysis on the effects of diesel particulate filter and selective catalytic reduction systems on a wide spectrum of chemical species emissions, Environmental Science and Technology, 42: