كشف العلم وراء تكوين الهباء الجوي الثانوي

تخيل أن ضوء الشمس يتدفق فوق أفق المدينة. بينما يبدو الهواء هادئًا، تعمل التفاعلات الكيميائية غير المرئية على تحويل عوادم المركبات إلى ملوثات جديدة أكثر خطورة - الهباء الجوي الثانوي. ولا تؤدي هذه الجزيئات الصغيرة إلى تدهور جودة الهواء فحسب، بل تشكل أيضًا مخاطر كبيرة على صحة الإنسان. ولكن كيف تحدث "كيمياء الانبعاث" هذه بالضبط؟

بحثت دراسة رائدة في دور التحولات الكيميائية الضوئية في تكوين الهباء الجوي الثانوي. تم إجراء البحث في مختبر الاحتراق ILMARI بجامعة شرق فنلندا، وركز البحث على سيارتي ركاب متوافقتين مع معايير Euro 6:

• سيارة SEAT Arona (Euro 6b) تعمل بالبنزين ومجهزة بمحول حفاز ثلاثي الاتجاهات
• سيارة سيات أتيكا (Euro 6d-temp) تعمل بالديزل وتتميز بمحفز الأكسدة، ومرشح جسيمات الديزل (DPF)، ونظام التخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR)

باستخدام مقياس قوة الهيكل (Rototest VPA-RX3 2WD)، قام الباحثون بمحاكاة أربعة سيناريوهات قيادة مختلفة لتكرار ظروف العالم الحقيقي وتحليل تأثيرها على تكوين الهباء الجوي الثانوي.

أعادت الدراسة بناء أربعة سيناريوهات قيادة بعناية لفهم أنماط الانبعاثات في ظل ظروف مختلفة:

• بداية باردة وسرعة 70 كم/ساعة (CSC70):محاكاة لبدء تشغيل المحرك بعد فترة طويلة من عدم النشاط (12 ساعة على الأقل)، مع بدء أخذ العينات فورًا عند الإشعال والوصول إلى سرعة مستقرة خلال 15 ثانية.
• القيادة على الطرق السريعة بسرعة 120 كم/ساعة (D120):إعادة إنشاء السفر المستدام عالي السرعة لتقييم الانبعاثات أثناء ظروف الطريق السريع النموذجية.
• حمل عالي للمحرك (3000 دورة في الدقيقة، قوة العجلات ~40 كيلووات):محاكاة المواقف الصعبة مثل تسلق التلال أو التسارع عند التجاوز.
• حمل المحرك الشديد (5000 دورة في الدقيقة، قوة العجلات ~50 كيلووات):يمثل سيناريوهات الأداء الأقصى لتقييم حدود الانبعاثات.

بالنسبة للاختبارات غير الباردة، قام الباحثون بتكييف المحركات من خلال التشغيل بسرعة 3000 دورة في الدقيقة مع حمل 50 نيوتن متر لمدة خمس دقائق قبل التكيف مع معايير الاختبار، مما يضمن استقرار درجات حرارة المحرك وتركيزات الانبعاثات.

تضمنت الدراسة تركيبات وقود متنوعة لتقييم تأثيرها البيئي:

• مركبات الديزل:تم اختباره باستخدام وقود الديزل الحيوي القياسي B7 (محتوى متجدد بنسبة 7%) وزيت نباتي معالج مائيًا بنسبة 100% (HVO)، وهو بديل متجدد أكثر نظافة في الاحتراق.
• مركبات البنزين:تم تقييمه باستخدام خلطات الإيثانول التجارية (E5، E10) والبنزين المعاد تركيبه (RFG) الذي يحتوي على نسبة كحول تصل إلى 20% تقريبًا.

تمت جميع تغييرات الوقود في مراكز الخدمة المعتمدة مع تنظيف الخزان بشكل شامل بين الاختبارات لمنع التلوث المتبادل.

يقدم هذا البحث رؤى مهمة حول كيفية تطور انبعاثات المركبات في ضوء الشمس، خاصة فيما يتعلق بأكاسيد النيتروجين (NOx) والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) - السلائف الرئيسية للأوزون والهباء الجوي الثانوي. تشير النتائج إلى:

• تولد ظروف الحمل العالي انبعاثات مرتفعة من أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة، مما يؤدي إلى تسريع التفاعلات الكيميائية الضوئية
• قد يؤدي البنزين المخلوط بالإيثانول إلى زيادة انبعاثات الألدهيد، مما قد يؤدي إلى زيادة إنتاج الهباء الجوي الثانوي
• تُظهر أنظمة المعالجة اللاحقة المتقدمة (DPF، SCR) فعالية متفاوتة وفقًا لظروف التشغيل

ستوفر هذه النتائج نماذج أكثر دقة لجودة الهواء وتساعد صناع السياسات على تطوير استراتيجيات مستهدفة لخفض الانبعاثات. مع تطور تكنولوجيا المركبات مع زيادة الكهرباء، قد تدرس الدراسات المستقبلية كيفية تأثير المركبات الهجينة والكهربائية على تكوين الهباء الجوي الثانوي من خلال الانبعاثات غير العادمة ومسارات إنتاج الطاقة.