Smanjenje emisije izduvnih gasova upotrebom alternativnih goriva Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Mr Aleksandar Bukvić,

potpukovnik, dipl. inž.

Vojnoizdavački zavod, Beograd

Rezime:

SMANJENJE EMISIJE IZDUVNIH GASOVA UPOTREBOM ALTERNATIVNIH GORIVA

UDC: 662.756 : 502.17

Ekološki problemi izazvani saobraćajem pripadaju „prvoj vrsti “ zagađenja u urbanim sredinama. Emisije aerozagađenja štetnim materijama, poreklom iz motora SUS, visoke su, bez obzira na mogućnost smanjivanja. Prognoze o rezervama nafte uvek su nametale potrebu i intenzivirale istraživanja supstitucije mineralnih goriva. U svetu je sve aktuelniji trend is-traživanja obnovljivih izvora energije. Zaštita životne sredine i smanjenje potrošnje energije glavni su pravci budućeg razvoja motora i vozila. Sa tog aspekta analizirane su emisije pri-rodnog gasa i biodizela RME u poređenju sa klasičnim gorivom.

Ključne reči: saobraćaj, motori SUS, životna sredina, zagađenje, zaštita, alternativno gorivo, prirodni gas, biodizel RME.

DECREASE EMISSIONS „GREEN HOUSE“ GASES USING ALTERNATIVE FUELS

Summary:

Ecology problems of transport appertain „first class “ pollution in urban environment. The forecast about the reserves of crude petroleum have always imposed the need for intensified researches on substitution of conventional mineral fuels. The trend of research of renewable sources is more and more actual in the world. Environmental preservation and the reduction of energy consumption are the main directions for future engine and vehicle developments. From that aspect, emissions produced by certain fuels have been analyzed and compared with natural gas and biodiesel RME.

Key words: traffic, engine IC, human environment, pollution, protection, alternative fuel, natural gas, biodiesel RME.

Uvod

Motori SUS dostigli su zavidan nivo usavršenosti, kako u pogledu teorijske obrade njihovih procesa, tako i u pogledu konstrukcije. Pri postavci ove činjenice ne mogu se zanemariti sve oštriji zahtevi koji se postavljaju pred motore vezani za zagađenje čovekove sredine. Upotrebom naftnih derivata izduvni gasovi motora sadrže, u manjoj ili većoj meri, opasne toksične komponente, neprijatan miris i

čađ. Na normalne uslove životnog ambi-jenta utiču, takođe, i vibracije i buka koju stvaraju motori SUS.

Želja za čistijom i zdravijom prirod-nom sredinom, visokim životnim stan-dardom, ali i konačnost klasičnih ener-getskih izvora, navela je svetsku zajedni-cu da propisima natera proizvođače i po-trošače na drugačiji i sve stroži odnos prema životnoj okolini. Iz tabele 1 vidi se kako se zakonski propisi menjaju to-kom devedesetih godina u Evropi.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

19

U 1999. godini u odnosu na 1992. za 72% smanjen je procenat čestica, sadržaj CO za 82% i sadržaj HC+NOX za 48% [1].

Tabela 1

Zakonski propisi koji se odnose na izduvne emisije za vozila

EURO I EURO II EURO III

(1992) (1996) (1999)

IDU DU IDU DU IDU & DU

HC + NOx (g/km) 0,97 1,36 0,7 0,9 0,5

CO (g/km) 2,72 2,72 1,0 1,0 0,5

Čestice (g/km) 0,14 0,2 0,08 0,1 0,04

Zahtev svetske zajednice bio je da proizvođači do 2005. godine smanje po-trošnju goriva za 15% u odnosu na 1995. godinu, a za 20% do 2015. godine. Već su stupile na snagu regulative kojima se znatno smanjuju granice dozvoljenih štet-nih emisija, kao i niskosumpornog goriva. Može se reći da ovaj faktor zakonskog ograničenja usmerava pravac razvoja mo-tora i komponenata, ali i postavlja pitanje kom alternativnom energentu treba dati prednost u XXI veku, kao gorivu motora sa unutrašnjim sagorevanjem. U serijsku proizvodnju su ušli motori SUS, koji ispu-njavaju standarde EURO IV i V.

Sve izraženiji ekološki problemi iza-zvani saobraćajem, pripadaju danas „prvoj vrsti“ zagađenja u urbanim sredinama. Ta-kvo, u suštini drastično narušavanje život-ne sredine, uslovljeno je stvarnim stanjem saobraćajnih sistema kao posledicom odre-đenih promena. U stvarnom dometu štet-nosti, posebno su značajni uticaji prouzro-kovani eksploatacionim odlikama vozila u saobraćaju i (ne)kvalitetom goriva.

Emisije izduvnih gasova (ugljen-monoksid, azot, sumporni oksidi, ugljo-vodonici, olovo, formal dehidi i dr.) koji potiču iz motora SUS putničkog i teret-nog saobraćaja uvek su visoke, bez obzi-ra na mogućnost smanjivanja nekih zaga-

đivača. U Srbiji je stanje još nepovoljnije zbog lošeg tehničkog održavanja i dugog veka korišćenja motornih vozila. Prema nekim analizama, automobili u Srbiji su u proseku stari 12 godina, a ima ih oko milion. Konfuziju o stvarnom stanju uno-si podatak o skoro 250 000 uvezenih vozila koja, bez obzira na očuvanost karo-serije, najvećim delom predstavljaju teh-nički „otpad“ Evrope. Motori takvih vozila emituju gasove koji su po količini i sastavu štetnih sastojaka izvan postojećih ekoloških i tehničkih standarda. Zaštita životne sredine i smanjenje potrošnje energije glavni su pravci budućeg razvoja motora i vozila. Sa tog aspekta potreb-na je ozbiljna naučnoistraživačka analiza emisije alternativnih izvora energije, pre svega prirodnog gasa i biodizela RME u poređenju sa klasičnim gorivom.

Rafinerije u Srbiji, prvenstveno zbog NATO bombardovanja i nemogućnosti ulaganja u nove postupke prerade, mogle bi se ubrzo naći u ekološkom embargu Evrope. Količina sumpora u gorivu za di-zel motore veća je nego u zapadnoj Evro-pi, a odnedavno je smanjen i procenat olo-va u benzinu (sa 0,6 na 0,4). U razvijenim zemljama olovo skoro da je izbačeno iz goriva upotrebom bezolovnog benzina. Na ovaj povećan sadržaj ove dve, po zdra-vlje i okolinu izuzetno opasne materije nadovezuju se i emisije čvrstih čestica ka-rakterističnih za nepotpuno sagorevanje goriva u istrošenim motorima.

Emisija izduvnih gasova i saobraćaj-ne buke prvenstveno zavisi od tipa motora koje koristi motorno vozilo. Struktura aerozagađenja u izduvnim gasovima zavisi od režima rada motora. Buka izazvana ra-dom dizel motora veća je za oko 10 dB od buke koju stvara rad benzinskog motora.

20

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

Sve navedene činjenice ukazuju na to da Vojska Srbije, kao veliki potrošač goriva, mora pratiti razvoj motora i gori-va za motore SUS. Direktiva Evropske unije ukazuje na neophodnost supstituci-je fosilnog dizel goriva sa 0,75% biogori-va godišnje. U ukupnoj potrošnji tran-sportnih goriva biogorivo do 2010. godi-ne treba da učestvuje sa 5,75%, a sa 20% do 2020. godine. Što se tiče prirodnog gasa sve je više motornih vozila na ulica-ma koja pokreću motori koji su prilago-đeni da koriste prirodni gas (auto gas).

Modelirani rezultati primene dizel goriva D-2, biodizela i prirodnog gasa kod dizel motora V-6 sa direktnim ubrizgavanjem

Da bi neko gorivo zadovoljilo uslove primene mora se razmatrati sa više aspe-kata. Pored fizičko-hemijskih karakteristi-ka primenjeno gorivo mora dati zadovo-ljavajuće indikatorske pokazatelje rada

motora. Primenjene su tri vrste goriva: dizel D-2, biodizel RME i prirodni gas.

Kao rezultat matematičkog modeli-ranja visokopritisnog dela ciklusa u cilin-dru dizel motora V-6 slika 1 prikazuje neke od rezultata koji su dobijeni u toku modeliranja. U cilindru motora nalazio se realan gas sa disocijacijom, što je usložilo modeliranje procesa i dalo pri-bližno realne rezultate.

Na slici 1 prikazana je zavisnost toka pritisaka od ugla kolena kolenastog vratila za različite vrste goriva, pri prvom prolazu proračuna radnog ciklusa modeliranog motora. Osnovni podaci za modelirani motor uzeti su iz tehničkog uputstva TU-1 za PT-76, kako je dato za dizel motor V-6 [6], dok su ostali usvojeni. Pritisak na po-četku kompresije je pretpostavljen pi = 0,8 bar. Takt kompresije počinje od trenutka kada je usisni ventil zatvoren, a u ovom slučaju to je a2 = 48 KV posle UMT. Sa-bija se čist vazduh, pa u periodu sabijanja na dijagramu postoji jedna linija.

Pz

60

50

40

30

20

10

pi = 0,8 bar Ti = 340 K p0 = 1 bar T0 = 300 K

X =1,39 s = 15

aps = 168 step. KV n = 1800 o/min D/H = 150/180

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

Ugao KV [step.]

0

Sl. 1 - Uporedni tok pritisaka u cilindru dizel motora V-6 sa direktnim ubrizgavanjem pri istim uslovima kada se u cilindru nalazi dizel gorivo D-2, biodizel RME i prirodni gas

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

21

Prva razlika u dijagramu odnosi se na ubrizgavanje različitih vrsta goriva, što je prikazano u tabeli 2. Ta razlika po-činje od početka sagorevanja goriva, aPS = 168° KV posle UMT (ili aPS = 12° KV pre SMT). Primećuje se da se najveći pritisak (pz = 55,62 bar, kod a = 189° KV posle UMT) ostvaruje kada se u cilindru nalazi dizel gorivo D-2, nešto niži je pritisak za biodizel RME (pz = 52,21 bar kod a=189° KV posle UMT), a najniži pritisak ostvaruje se kada se u cilindru nalazi prirodni gas (pz = 48,24 bar kod a = 189° KV posle UMT). Najveći uzrok takve razlike u veličini ostvarenog priti-ska je u toplotnoj moći različitih goriva. Najveću toplotnu moć ima dizel gorivo D-2 (42 700 kJ/kg) [7], nešto nižu toplot-nu moć goriva ima biodizel RME (36 800 kJ/kg prema standardu ONORM, mada neki autori daju veće vrednosti do-nje toplotne moći za biodizel RME), dok najnižu toplotnu moć goriva poseduje prirodni gas (33 232 kJ/m3) (prema izveš-taju sa čvorišta u Batajnici).

Tabela 2

Uporedna tabela pritisaka i temperatura dobijenih matematičkim modeliranjem

Vrsta goriva Maks. pritisak dobijen modeliranjem (bar) Srednji indikator. pritisak dobijen modeliranjem (bar) Maks. temp. dobijena modeliranjem (°K) Srednja temp. dobijena modeliranjem (°K)

Dizel D-2 55,6 6,7 2282,5 1202,5

Biodizel RME 52,2 6,0 2115,0 1123,6

Prirodni gas 48,2 5,27 1920,0 1049,7

Do razlike u sagorevanju dovodi i elementarni sastav različitih goriva. U opštu formulu za procentualno učešće pojedinih hemijskih elemenata u gorivi-ma dodato je procentualno učešće vlage i

mineralnih primesa (u gasovitim gorivi-ma ne postoje mineralne primese):

C + H + S + O + N + W + A = 100%

Elementarni procentualni sastav dizel goriva D-2 sačinjava ugljenik sa oko 85,63% i vodonik sa oko 14,37% [8]. Nešto manji procenat ugljenika poseduje biodizel RME, 77,6%, dok vodonika ima 12,1%. Prirodni gas u svom sastavu ima oko 75% ugljenika, a vodonika oko 25%. Iz izloženog se vidi da procenat ugljeni-ka pada od dizel goriva D-2 preko biodi-zela RME do prirodnog gasa, a da proce-nat vodonika raste kod prirodnog gasa.

Sa slike 1 može se videti da je takt ekspanzije kod ove tri vrste goriva skoro „paralelan“ Stvaran oblik indikatorskog dijagrama najpribližniji je kod dizela D-2 i biodizela RME, što se ne može reći i za prirodni gas. Verovatno bi se politropska linija ekspanzije promenljivog eksponen-ta produkata sagorevanja prirodnog gasa mnogo razlikovala od dobijene, jer bi se ovaj gas morao paliti nekom određenom količinom „pilot“ goriva (verovatno dizel gorivom D-2) ili bi se motor morao pre-praviti u dizel (gasni) motor koji radi po oto principu (upaljenje mase gasa u cilindru svećicom, što se u ovom radu nije razmatralo), tako da bi rezultat bio razli-čit od prikazanog. To će potvrditi i pro-centualni elementarni sastav prirodnog gasa. Vidi se da je procenat vodonika u ovom gorivu najveći i uzrokovao bi dru-gačiji tok ekspanzije.

Uticaj prelaza toplote, na osnovu dobijenog dijagrama, različit je kod sve tri vrste goriva. Najveća količina toplote odaje se kada je u cilindru dizel gorivo D-2, nešto manja količina pri ubrizga-

22

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

2500

Tz

2000

1500

1000

500

0

p1 = 0,8 bar и '

T1 = 340 K ! ! % \

p0 = 1 bar 1 A'.-. *

Tq = 300 K 1 ■ ■ /7 . ч « \

II OJ kO Ч'ч \

— s = 15 P

aps = 168 step. KV 1 1 : : : : * *ч . » : :

n = 18QQ o/min 1 1

D/H = 15Q/18Q : f : Dizel D-2

Biodizel RME

1 i i i i i i ! i i i i L Prirodni gas _i 1 i 1 i i !

J___i__i_i__i_i___i_I___I_i__I_i___I_i___i_i__i_i___i_I__i_

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

Ugao KV [step.]

Sl. 2 - Uporedni tok temperature visokopritisnog dela ciklusa kod dizel motora V-6 sa direktnim ubrizgavanjem dizel goriva D-2, biodizela RME ili prirodnog gasa

nom biodizel gorivu RME, a najmanja količina toplote odaje se kada je u cilin-dru prirodni gas. Ova konstatacija prois-tiče iz procentualnog elementarnog sasta-va pojedinih goriva, koja je već navede-na. Pri proračunu je korišćena formula Eichelberga za koeficijent prelaza toplote kod sve tri vrste goriva.

Sa slike 2 može se videti da tok temperature ima istu liniju do početka sa-gorevanja. Od tog trenutka (168° KV po-sle UMT) u cilindru sagorevaju tri razli-čite vrste goriva sa različitim hemijskim sastavom i vrednostima donje toplotne moći. Različit hemijski sastav utiče na vrednosti koeficijenata linearizovanih iz-raza za veoma brza izračunavanja termo-dinamičkih svojstava gasa u cilindru, kao i na maksimalnu temperaturu koja se ostvaruje u cilindru. Tako je pri upotrebi dizel goriva u cilindru ostvarena najveća temperatura (TZ, max = 2282,491° K pri a = 208° KV posle UMT), nešto niža pri upotrebi biodizela (TZ, max = 2115,048° K pri a = 208° KV posle UMT), a najniža

pri upotrebi prirodnog gasa (TZ, max = 1920,046°K pri a = 207° KV posle UMT). S tim u vezi najopterećeniji su elementi motora koji koristi dizel gorivo D-2, nešto manje kod motora koji koristi biodizel gorivo RME, a najmanje su op-terećeni elementi motora koji koristi prirodni gas. Treba naglasiti da stvarna vrednost temperature pri upotrebi prirod-nog gasa mora biti različita od dobijene iz već pomenutih razloga (načina palje-nja goriva).

Emisija izduvnih gasova

primenom prirodnog gasa

Brzi razvoj svetske privrede baziran je, uglavnom, na eksponencijalnom rastu potrošnje energenata i sirovina. Pod „ga-sovima staklene bašte“ podrazumevaju se ugljen-dioksid, metan, azotni oksidi, ugljen-monoksid i nemetanske isparljive komponente. Kada se uzme u obzir da na saobraćaj otpada 31,5% ukupne potroš-nje energije u svetu, a samo na drumski

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

23

saobraćaj 75,6%, može se zaključiti da ova istraživanja sve više zahvataju oblast motora i mogu se očekivati stroži zakon-ski propisi koji će naterati proizvođače motora da svoj proizvod prilagode ovim uslovima. Drugi pravac razvoja motora SUS daje mogućnost uvođenja alterna-tivnih goriva čije su rezerve znatno veće u odnosu na naftu, podrazumevajući pod tim i uvođenje novih pogonskih sistema, zasnovanih na drugim vidovima energije. Mada postoje različite procene i predvi-đanja, najveće šanse ima prirodni gas kao gorivo motora SUS za neki konačan period. Najbolje uslove za kvalitetno gori-vo ispunjava vodonik, ali tehnološki raz-voj još uvek ne dozvoljava njegovu pri-menu. Postoje uspeli eksperimenti vozi-la, čije motore pokreće vodonik. Relativ-no velike zalihe ovog goriva omogućava-ju rešenje pogona motora na dug period.

Prirodni gas ima nižu cenu u odnosu na konvencionalna goriva, a i emisija iz-duvnih gasova je niža od emisije goriva na bazi naftnih derivata. To sve čini ovo gorivo atraktivnim za upotrebu u grad-skim uslovima. Procenjuje se da u SAD, Kanadi, Japanu, Novom Zelandu, Italiji i Holandiji ima oko četiri miliona vozila koja koriste prirodni gas kao gorivo [1]. Na primer, u Gethenburgu (Švedska) ve-

liki broj gradskih autobusa koriste pri-rodni gas kao gorivo. U Srbiji se, za sa-da, prirodni gas primenjuje za pokretanje samo kod benzinskih motora, uglavnom u privatnom vlasništvu.

Najveći problem kod ovog goriva je skladištenje. Međutim, jedna od najvećih njegovih prednosti je postizanje nisko-toksične emisije izduvnih gasova. To po-tvrđuju i primeri gde je emisija CO niža zbog nepostojanja lokalne nehomogeno-sti smeše u komori motora. Emisija HC je niža zbog manje debljine zone gašenja plamena iz koje potiču nesagoreli HC. Emisija NOX može biti niža zbog moguć-nosti rada sa siromašnijim smešama, u kojima je temperatura sagorevanja niža, i sa kasnijim pretpaljenjem. Emisija česti-ca (čađi) niža je zbog nepostojanja nu-kleusa goriva bez dodira sa vazduhom, koji mogu biti izvor izdvojenog ugljenika koji bi stvorio toksične čestice.

Korišćenje prirodnog gasa kod teš-kih vozila omogućuje smanjenje izduvne emisije naročito vidljivog dima, a time i smanjenja zagađenja životne sredine. Najveći problem je smanjenje emisije NOX koja se kreće od 3 do 5 g/kWh. Ni-že vrednosti postižu se korišćenjem tro-stepenih katalizatora. U tabeli 3 prikaza-ne su emisije nekih gasnih motora [1].

Tabela 3

Emisija izduvnih gasova pri upotrebi prirodnog gasa

Motor, gorivo Vz dm3 Pz kW CO g/kWh HC g/kWh NOx g/kWh Čestice g/kWh Metoda ispitiv.

MAN 2866, TWC, LPG 12,0 177 1,0 0,3 4,0 < 0,05 ECE R49

VALMET 612, TWC, LPG 7,4 130 2,1 0,7 1,1 - ECE R49

GMC 454, TWC, NG, TC 7,4 170 14,2 1,6 1,9 0,02 US HDT

SCANIA/RICARDO, TWC, NG, TC 11,0 180 1,4 1,5 2,5 0,02 US HDT

DAF 1160, LB, NG 11,6 122 0,15 2,5 3,4 < 0,05 ECE R49

CUMMINS, LB, NG, TC 10,0 180 3,0 3,8 4,6 - 13 Mode

VOLVO/MARINTEK, LB, LPG, TC 9,6 180 0,1 0,4 3,7 - ECE R49

24

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

Upoređenjem dobijenih podataka sa propisima koji su dati za emisiju dizel motora može se konstatovati da većina ovih motora ispunjava propise EURO 2.

Gasna goriva oslobađaju manje ko-ličine CO2 (0,20 kg CO2/kWh) nego dizel goriva (0,26 kg CO2/kWh). Uputstva koja se daju za granice emisije u 2000 (smanjenje za 50-60%) nameću pravac razvoja motora koji ih moraju zadovolji-ti. Radi toga je Mercedes-Benz razvio gasne motore za laka i srednje teška vo-zila i autobuse čije su emisije manje za 50% od onih koje propisuje EURO-2. To se može videti iz tabele 4.

Tabela 4

Emisija gasnih motora u odnosu na EURO propise

Vrsta propisa, motora CO g/kWh HC g/kWh NOx g/kWh Cestice g/kWh

EURO 1 4,5 1,1 8 0,36

EURO 2 4,0 1,1 7 0,15

GASNI MOTOR 2,0 0,5 3,5 0,05

Znatno smanjenje emisija kod gasnih motora postignuto je uz korišćenje Lambda sonde i trostepenog Oxy-katali-zatora. Baza za razvoj gasnih motora M366 LAG (6-cilindrični, vodom hlađe-ni, od 170 kW) i M447 (6-cilindrični, vodom hlađeni, od 175 kW) bili su dizel motori OM366 i OM447 za laka i srednje teška vozila.

Sličan primer gasnog motora ostvaren je u mađarskoj firmi RABA, gde su izgrađena tri (jedan je još u fazi ispitivanja) gasna motora. Kakve su re-zultate stručnjaci ove firme postigli u izgradnji gasnih motora G 10 DE-190, G 10 TE-165 i G 10 TE-190 (ovaj po-slednji je još u fazi ispitivanja) može se videti iz tabele 5.

Tabela 5

Emisija izduvnih gasova RABA-gasnih motora

Vrsta motora HC g/kNJh CO g/kNJh NOx g/kNJh Katalizator

G 10 DE-190 0,2 0,29 2,07 da

G 10 TE-165 0,36 1,0 3,8 da

G 10 TE-190 < 0,6 < 2,0 < 5,0 ne

Kada se ovi podaci uporede sa pro-pisima EURO 2 može se konstatovati da gasni motori proizvedeni u fabrikama RABA u potpunosti zadovoljavaju propise. Čak se može konstatovati da su sma-njili količinu štetnih izduvnih gasova u odnosu na gasne motore koji su proizvedeni u Mercedes-Benzu. Snižavanje emisije NOX izvršeno je na prva dva modela primenom katalizatora.

To su do sada bili gasni motori sa paljenjem smeše električnom varnicom, stvoreni na konstrukciji serijskih dizel motora koji pokreću mnoga vozila širom sveta.

Programe multipoint dvogorivih di-zel motora održavaju mnogi proizvođači. Takvi motori pokreću autobuse i kamio-ne u mnogim zemljama od kojih su neke: Brazil, Kanada, Mađarska, Iran, Japan, Koreja, Rusija, Velika Britanija, USA i dr. [3]. Primer jednog takvog motora je dizel motor RABA 2156 koji je ugrađen u autobuse moskovskog gradskog sao-braćaja. On radi i zimi i leti, po 12 časo-va na dan. Procenat prirodnog gasa u go-rivu koje pokreće ovaj motor je 83%. Emisija izduvnih gasova je niža nego kod klasičnih dizel motora, ali emisija NOX je visoka u početnom periodu rada motora. Što je veća upotreba prirodnog gasa na uštrb smanjenja pilot goriva (za oko 3-4% manje pilot goriva), to će se i ova emisija smanjiti za oko 1 g/kWh.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

25

Slično iskustvo može se preneti i iz Japana [3], gde je korišćen multipoint dvogorivi dizel motor za pokretanje ka-miona. On je izrađen na osnovu motora Isuzu Elf, gde je, takođe, primenjen kata-lizator i recirkulacija izduvnih gasova. Rezultat takve primene je motor koji u potpunosti zadovoljava stroge japanske propise zaštite čovekove okoline. Taj test nalazi se u Japanskom automobilskom is-traživačkom institutu (JARI).

U istraživanju [4] koje je izvedeno u Calgaryu (Kanada) došlo je do zanimlji-vih rezultata u vezi sa emisijom izduvnih gasova. Upoređivani su motori snage preko 100 kW: klasičan dizel motor, ste-hiometrijski motor, motor sa siromašnim sagorevanjem (100% CNG) i multipoint dvogorivi dizel motor.

■ Stehiometrijski motor-100%

□ Siromašno sagorevani motor-100% CNG

□ 100% dizel motor

^ Dvogorivi dizel motor

Sl. 3 - Poređenje potrošnje različitih motora

Može se videti da je potrošnja stehi-ometrijskog motora i motora sa siromaš-nim sagorevanjem (100% CNG) veća od dvogorivog dizel motora i klasičnog dizel motora za oko 30-40%.

Ako se uporedi npr. emisija izduv-nih gasova kod ovakvih motora [4] dobi-jaju se rezultati kao što su u tabeli 6.

Tabela 6

Uporedna zagađenja različitih goriva

Izduvni gas Jed. Oto motor Dizel motori

kombinovani dvogorivi 100% dizel

CO g/100 km 262 13 524

NOX g/100 km 459 302 708

HC g/100 km 918 354 131

Čestice g/100 km 7 7 13

Vidi se da su u toku ovog ispitivanja dvogorivi dizel motori imali manje toksičnu emisiju izduvnih gasova u odnosu na kom-binovani oto motor. Emisija izduvnih gaso-va multipoint dvogorivog dizel motora u odnosu na klasičan dizel je neuporedivo ni-ža, što opravdava njegovu upotrebu.

Smanjenje zagađivanja biodizel gorivom

Danas se velika pažnja u svetu (kod nas od 1994. do 1995. godine) poklanja is-traživanju biodizela kao alternativnog goriva dobijenog iz biljnih ulja. Korišćenjem biodizela za pokretanje poljoprivrednih mašina zatvorio bi se ciklus proizvodnje.

□ Bez katalizatora QSa katalizatorom

Sl. 4 - Emisija CO kod dizela i biodizela

26

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

Do sada se kod dizel motora najboljim po-kazalo u upotrebi biljno esterifikovano ulje od uljane repice [1] ili repičin metil-estar. Potrošnja metil-estra repičinog ulja u od-nosu na dizel gorivo D-2 za oko 10% je veća, jer je donja toplotna moć ovog goriva 86% od one koju ima dizel gorivo D-2.

Sl. 5 - Emisija HC kod dizela i biodizela

Proizvođači biodizela, uglavnom za-govaraju njegovu upotrebu upravo iz ekoloških razloga. Međutim, ispitivanja koja su vršena u Nemačkoj 1995. godine ne pružaju veliku nadu da će se ovo gorivo koristiti kao ekološko. Ispitivanja su izvršena na motorima 200 kW-NFZ i De-utz-Diter. Pokazalo se da je emisija CO, slika 4, kod biodizela za oko 20% manja od one koja je izmerena kod dizel goriva D-2. Isto se pokazalo i u stacionarnim i u nestacionarnim uslovima, dok je upotre-bom Oxy-katalizatora emisija smanjena za oko 30%. Razlike u emisiji HC su znatno veće, što prikazuje slika 5.

Sa slike 5 se vidi da je emisija HC oko 20-50% niža kod biodizela od one kod dizel goriva, i u stacionarnim i u ne-stacionarnim uslovima rada motora. Znatno manja emisija HC kod biodizela objašnjava se njegovom višom tačkom ključanja, tj. isparavanja.

Emisije NOx su oko 15% veće kod biodizela nego kod dizela i u stacionar-nim i u nestacionarnim uslovima.

Što se tiče emisije čestica one su u sta-cionarnim uslovima kod biodizela oko 20% veće nego kod dizela, dok je ta razlika za nestacionarne uslove nešto manja. Kada se upotrebi katalizator situacija je obrnuta.

Možda je emisija aldehida, pored negativnog uticaja na zaptivke i boje, najveći nedostatak biodizela, pošto je ova materija kancerogena. Emisija alde-hida je znatno veća i u stacionarnim i u dinamičkim uslovima rada motora kod biodizela u odnosu na dizel gorivo D-2. Naročito je veći sadržaj formaldehida [1], što potvrđuje slika 7, gde su prikaza-ni svi aldehidi zajedno.

Drugi izvor [5] govori o upotrebi bi-odizela u Evropi, kao goriva koje ima ve-liku perspektivu. Primer je uzet iz ne-mačke firme Mercedes-Benz, gde je vr-šeno ispitivanje metil-estra repičinog ulja, po standardu za biodizel DIN V 51606, što prikazuje slika 8.

■ Bez katalizatoroa □ Sa katalizatorom

В Dinamicki uslovi rada bez katalizatora □ Dinamicki uslovi rada sa katalizatorom

120-1

100- /

80-

g/kWh 60- /

40-

20

0 £

Biodizel

Biodizel

Sl. 6 — Emisija NOx kod dizela i biodizela

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

27

Dizel Biodizel

Sl. 7 - Emisija aldehida u stacionarnim uslovima rada

Zaključci se mogu svesti na sledeće

[9]:

- konvencionalni dizel motori mogu raditi na biodizel RME bez velike modi-fikacije;

- biodizel RME može biti upotre-bljen čist ili pomešan sa konvencional-nim dizel gorivom D-2;

- metil-ester goriva su netoksična za ljude, sigurna u rukovanju i biodegradiv-na. Osim toga, preporučuje se njihovo čuvanje u rezervoarima sa vodom;

- takođe, komponente nisu isparlji-ve ispod tačke ključanja;

- izduvni gasovi oslobođeni su komponenti olova, SO2 i halogena;

- čađ je ovde znatno smanjena, što pokazuje i slika 4.8. Smanjeni su i nesa-goreli ugljovodonici i ugljenmonoksid, kada se koristi oksidacioni katalizator;

- emisija NOX je u znatnom porastu, ukoliko nisu izvršene promene na motoru;

- dobre performanse u samopaljenju daju esterski rezultati pri lakom pokreta-nju motora;

- potrošnja goriva slična je potrošnji pri korišćenju konvencionalnog dizel go-riva D-2.

Na slici 8 prikazani su rezultati više-godišnjeg ispitivanja nakon čega se u Mercedes-Benzu 1994. daje odobrenje za korišćenje biodizela RME u serijskim automobilskim i kamionskim dizel moto-rima. Samo godinu dana kasnije, 1995, u Volkswagenu daju isto takvo odobrenje.

Slične standarde proteklih godina su usvojile Austrija, Italija i još neke druge evropske zemlje.

Zaključak

Saobraćaj uzrokuje 40-50% zagađe-nja, koja ugrožavaju kvalitet vazduha u gradovima. Nivo azotnih oksida je u tre-ćini gradova u svetu iznad propisanih granica, a više od polovine ima preko-merne nivoe.

Primenom novih motora i kvalitet-nijih goriva, kontrolom emisija stanje u svetu postaće bolje u narednih 10 godina,

■ Dizel sa oksidac. katalizatorom В RME bez oksidacionog katalizatora □ RME sa oksidacionim karalizatorom

100-

g/kWh

CO HC NO x Čestice

Sl. 8 - Rezultati 13-modnog testa emisije izduvnih gasova dosledno ECE, R 49

28

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

ali će znatnim povećanjem broja motor-nih vozila globalno zagađivanje vazduha ponovo početi da raste.

Uloga ulične mreže u gradu mnogo je značajnija od samog zadovoljenja kre-tanja i parkiranja vozila. Ona mora da se gradi i rekonstruiše tako da, pored zadovoljenja funkcionalnih zahteva saobraća-ja, obezbedi očuvanje životne sredine.

Pored tehničkih inovacija na motori-ma, primene kvalitetnijih izvora energije, stroge kontrole emisija, strožih standarda kvaliteta vazduha, neophodno je preduzi-mati mere za ograničavanje upotrebe auto-mobila i korišćenje masovnog prevoza put-nika. Kvalitet organizacije javnog putnič-kog prevoza u gradu i nivoi usluge najviše utiču na masovnije korišćenje javnog pre-voza, a time i na kvalitet životne sredine.

Konvencionalni dizel motori mogu koristiti biodizel RME bez velike modifi-kacije [9]. Metil-ester goriva su netoksič-na za ljude, sigurna pri rukovanju i biode-gradivna. Izduvni gasovi su oslobođeni komponenti olova, SO2 i halogena, a čađ je znatno smanjena. Smanjeni su i nesago-

reli ugljovodonici i ugljen-monoksid, ka-da se koristi oksidacioni katalizator. Emisija NOX je u znatnom porastu, ukoliko nisu izvršene promene na motoru. Dobre performanse u samopaljenju daju rezultat pri lakom pokretanju motora, a potrošnja goriva je slična potrošnji pri korišćenju konvencionalnog dizel goriva D-2.

Literatura:

[1] Radojević, N. i dr.: Razvoj dizel motora sa aspekta ekono-mičnosti i zaštite životne sredine i mogućnosti primene al-ternativnih goriva, Savetovanje ,Racionalno gazdovanje energijom u širokoj potrošnji“, Beograd, 1997.

[2] Kuburović, M. i dr.: Emisija „gasova staklene bašte“ pri ko-rišćenju goriva u širokoj potrošnji, Savetovanje „Racional-no gazdovanje energijom u širokoj potrošnji“, Beograd, 1997.

[3] Beck, J. i dr.: The diesel dual fuel engine-practical experience and future trends, Internal paper, Toronto, Ontario, Canada, 1995.

[4] Badakhshan, A. i dr.: The multipoint diesel dual fuel transport engine its merits in fuel efficiency, economics and green house gas emission, Internal paper, The University of Calgary, 1996.

[5] Varese, R., Varese, M.: Methil ester biodiesel: opportunity or necessity?, Padova, Italy, 1994.

[6] BTR-50, TU-I, opis, rukovanje i tehničko održavanje, SSNO Beograd, 1981.

[7] Živković, M.: Motori sa unutrašnjim sagorevanjem, I deo, Mašinski fakultet, Beograd, 1988.

[8] Bukvić, A.: Aspekti primene alternativnih goriva, specijali-stički rad, Mašinski fakultet, Beograd, 1999.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2007.

29