Emisní systémy spalovacích motorů: Princip a vývoj

Evropská komise částečně ustoupila tlaku automobilového průmyslu a navrhla zmírnění zákazu prodeje nových aut se spalovacími motory od roku 2035. Emise oxidu uhličitého by se u aut neměly snížit úplně, ale jen o 90 procent.

Regulace a automobilový průmysl

Jak automobilový průmysl, tak politici jsou v této otázce docela rozdělení, přičemž větší část automobilového průmyslu žádala větší rozvolnění pravidel. Evropská komise jim nyní vyšla vstříc způsobem, který by neměl poškodit strategické cíle - snížení závislosti na fosilních palivech, ochranu přírody a snižování emisí.

Znejistění průmyslu a občanů

Regulace vznikla na popud automobilek, které chtěly mít jasno, do kterých technologií je třeba investovat, aby to usnadnilo investiční rozhodnutí. Změna pravidel může být znejišťující pro evropský automobilový průmysl.

Regulace vznikla na popud automobilek, které chtěly mít jasno, do kterých technologií je třeba investovat, aby to usnadnilo investiční rozhodnutí.

Od začátku existuje dohoda na tom, že spalovací motory poháněné takzvanými syntetickými palivy se mají do regulace vejít.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Role politiků a trhu

Neměli by to být politici, kteří budou rozhodovat o tom, co zde budeme mít a co mít nebudeme, co budeme zakazovat a co budeme povolovat. To by měl být trh. Pokud to bude pro občany výhodné koupit například elektromobil, tak k tomu přirozenou cestou přijdou a elektromobil si pořídí. Stejně, jako to bylo s mobilními telefony - lidi si postupně pořídili chytré telefony bez toho, abychom zakazovali tlačítkové telefony.

Pokud je to výhodné pro občany, tak si to nakoupí a postupem času k tomu samozřejmě přejdou. Proto říkám, nezakazujme nové technologie, ale vyvíjejme nové. Není problém to, že jezdíme auty se spalovacím motorem, ale otevřeme opravdu i náš trh tomu, abychom mohli vyvíjet nové technologie.

V České republice tolik lidí na elektromobily nepřechází, protože nemáme dostatečnou infrastrukturu a elektromobily jsou velice drahé.

Emise a globální řešení

Evropa produkuje nějakých 6,7 procent emisí na světě, a proto je potřeba to řešit globální cestou, ne pouze v Evropské unii. Měli bychom přecházet na nové technologie a vyvíjet je, ale nezakazovat to, co už roky funguje.

Členské země se dobrovolně zavázaly ke snižování emisí v dopravě a v bydlení. Ten systém už funguje v podstatě 20 let a v rámci toho potřebují snížit emise v dopravě, protože jinak budou muset kompenzovat vyšší emise na systém povolenek - a bez elektromobility se tohoto dosáhnout nedá.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

Zničení průmyslu a alternativní technologie

Tím, že si absolutně zničíme průmysl, přece ničemu nepomůžeme. Je třeba myslet na náš průmysl, na naše občany a vyvíjet technologie, ale nemusíme si úplně zrujnovat vlastní firmy. Například všechny tři automobilky aktivní v České republice mají velmi dobrou pozici na trhu elektromobilů, zejména Škodovka.

Snižování emisí a technologie

Přísnější limity pro emise síry, oxidů dusíku a tuhých znečisťujících látek, které začnou platit počínaje rokem 2016 (resp. od roku 2020 pokud provozovatelé výroben využili možnosti přechodového období), nutí majitele teplárenských zdrojů instalovat elektrostatické filtry nebo tkaninové filtry se zhášeči jisker, a to především u zdrojů spalující biomasu nebo jiná méně kvalitní paliva.

Pojem denitrifikace znamená snížení znečišťujících látek, především sloučenin NOx z plynných spalin. Tyto sloučeniny vznikají při spalování paliv za vysokých teplot (řádově teploty přesahující 1100 °C), kdy nejvýrazněji vznikají termické sloučeniny dusíku.

Základními prvky pro primární snížení oxidů dusíku jsou opatření upravující samotný spalovací systém. Jako třetí princip se využívají různé metody kombinující předešlé dvě kategorie, a to především úpravy mlecích okruhů paliva společně s regulací přívodu primárního, ale především sekundárního vzduchu do spalovací komory.

Článek se zaměřuje především na odsíření spalin z tepelného zdroje, což znamená odstranění sloučenin síry z plynných produktů spalování, a to spalin na výstupu z kotlů, případně filtrů pro zachycení tuhých znečišťujících látek (TZL).

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

Pyritová síra v uhlí je ta forma síry, která je v případě nerozptýleného výskytu v palivu relativně dobře odstranitelná klasickými metodami, mezi které patří např. úprava v hydrocyklonech.

Dnes prakticky nejvíce používané metody odstraňování sloučenin síry jsou právě ze spalin vstupujících do komína.

V některých zdrojích můžeme dále nalézt metodu odstraňování síry přímo ve spalovací komoře, ovšem v dnešní době je tato metoda využívána hojně pouze u fluidních kotlů, kde je jednodušší rozprášení aditiva do spalovací komory, čímž se dosahuje dostačující účinnosti odsíření. Jedná se o suchou metodu dávkování aditiva přímo do spalovacího procesu v nejvhodnějším teplotním oknu.

Nejobvyklejší užívaná aditiva jsou např. Právě zmíněné fluidní kotle jsou vhodné z toho důvodu, že tato aditiva setrvají ve spalovacím procesu dlouhou dobu v optimálních podmínkách. Ovšem i u těchto ohnišť reaguje s palivem pouze určitá část přiváděného aditiva.

Další hojně používaná metoda je tzv. polosuchá metoda odsíření, která je upřednostňována hlavně pro elektrárenské bloky o instalovaném výkonu max. do 300 MW. Vyznačuje se především tím, že produkt odsíření je vhodný pro trvalé uložení na běžnou skládku, ale není příliš vhodný pro další použití jako druhotná surovina. Principiálně se jedná o jednoduchý proces lehce zvládnutelný v praxi.

Poslední a v dnešní době nejvíce využívanou metodou je tzv. mokrá vápencová vypírka. Je to nejrozšířenější metoda v uhelné energetice a víceméně jediná dnes používaná metoda moderních elektráren. Základním rozdílem oproti předešlým metodám je ten, že se jedná o mokrou vypírku proudu spalin reakčním činidlem v reaktoru současně za vzniku tzv. end-produktu (energosádrovec), který může být nadále použit jako druhotná surovina pro využití ve stavebnictví jako základy silničních pojezdů nebo výrobu např.

Pracovní schéma - Mokrá vápencová metoda

Celý proces se skládá z řad dílčích procesů, které realizují jednotlivé zóny odsiřovacího reaktoru. Tento reaktor se často nazývá absorbér. Základním principem je přivedení nevyčištěných spalin do absorbéru, kde dochází ke sprchování těchto spalin vápencovou suspenzí v několika úrovních.

Vyčištěné spaliny odchází poté horní částí absorbéru do stávajícího komína elektrárny. Na výstupu těchto spalin z absorbéru bývá kontinuální měření nejen emisí spalin, ale především teploty spalin tak, aby bylo zajištěno, že je tato teplota vždy alespoň o 10 °C vyšší než je teplota rosného bodu spalin za daného tlaku. V praxi se tato teplota spalin pohybuje v rozmezí 68-58 °C.

Tato metoda je velmi účinná a efektivní, avšak potřebuje velké prostory pro vápencové hospodářství, pro zajištění procesní vody pro proplachy všech čerpadel, výstavbu nových budov s nádržemi pro sádrovcovou a vápencovou suspenzi a mnohé další provozní média potřebná pro kontinuální čištění proudu spalin. Metoda je často označována jako WLST FGD a dosahuje účinnosti až 98,5 %.

Dle nedávného prohlášení Teplárenského sdružení ČR bude nutné do teplárenských zdrojů v ČR investovat do konce příštího roku 18 mld. Kč, aby byly dodrženy stanovené přísnější emisní limity.

Retrofit elektráren

V současnosti probíhá retrofit 3 velkých elektráren, a to teplárny Karviná, elektrárny Opatovice a elektrárny v Českých Budějovicích. Tyto projekty jsou nejen ekonomicky velmi nákladné (řádově miliardy korun), ale také velmi složité po technické stránce výstavby a návaznosti jednotlivých technologií. Realizace takového rozsáhlého projektu bývá vždy nesnadný úkol.

Doprava a znečištění životního prostředí

Doprava je v současnosti jedním z hlavních zdrojů znečištění životního prostředí. Celkový počet motorových vozidel ve světě se pohybuje kolem jedné miliardy a neustále se zvyšuje.

Zatímco u nových motorových vozidel se produkce emisí razantně snižuje, průměrné emise CO2 z automobilové dopravy se zatím stále zvyšují. U nových osobních automobilů registrovaných v České republice klesly průměrné emise CO2 z 154,0 g/km v roce 2004 na 134,6 g/km v roce 2013 a od roku 2020 jsou v platnosti přísnější limity pro emise u nově prodaných automobilů, které mají v průměru dosahovat 95 gramů CO2 na ujetý kilometr.

V roce 2018 se v České republice podílela doprava na emisi skleníkových plynů téměř 15 %, z toho 2/3 tvoří osobní automobilová doprava. Spalovací motory při své činnosti neprodukují pouze už zmíněný oxid uhličitý, ale také jiné skleníkové plyny jako jsou oxidy dusíku, oxidy síry a vodní páru.

Celkový počet motorových vozidel ve světě se v roce 2018 pohyboval kolem 1,3 miliardy a do roku 2040 se odhaduje nárůst na 2 miliardy. Motorových vozidel je tedy zhruba 10krát méně než obyvatel planety Země.

Nejvyšší úroveň motorizace je v USA a v některých zemích západní Evropy (např. Velká Británie, Německo, Itálie, Francie). V zemích, jako je Bangladéš, Burundi nebo Mosambik, připadá na tisíc obyvatel pouze jeden automobil.

Roční celosvětová produkce automobilů obnáší 91 milionů vozů nejrůznějších kategorií. V Evropě se ročně vyrobí téměř 20 milionů automobilů, z toho 1,3 milionu v České republice. V roce 2020 bylo ve 27 zemích Evropské unie v provozu 229 montážních závodů automobilového průmyslu, kde pracovalo 2,6 milionu zaměstnanců.

Skleníkové plyny a atmosféra

Složení zemské atmosféry je významným faktorem, který určuje teploty na naší planetě. Průměrná celosvětová teplota atmosféry těsně nad zemským povrchem je 15 °C. Kdyby byla atmosféra bez skleníkových plynů, snížila by se tato teplota na pouhých -18 °C.

Jde o zcela přirozený proces, ve kterém hlavní roli „skleníkového plynu“ hraje vodní pára, jakožto přirozená součást atmosféry. Z ostatních plynů jsou do určité míry přirozenou součástí atmosféry ještě oxid uhličitý, metan, oxid dusný a troposférický ozón. Některé syntetické látky jako freony byly do atmosféry dodány lidskou činností.

Je změřeno, že za posledních asi 200 let (od začátku průmyslové revoluce) narostl obsah CO2 v atmosféře z 280 ppm na současných 410 ppm. Je prakticky jisté, že nárůst hodnot je v současné meziledové době přirozený proces, ale je také pravda, že tak rychlý růst jeho obsahu v atmosféře způsobuje lidstvo svojí nešetrnou a často bezohlednou činností.

Hlavní příčinu zvyšujících se obsahů CO2 v atmosféře představuje spalování fosilních paliv (ropa, uhlí, zemní plyn), některé průmyslové činnosti produkující oxidy dusíku, metan a dříve také freony a samozřejmě i doprava.

Atmosféra má ve změnách globálního klimatu nezastupitelný význam. Je to médium, které velmi rychle (řádově hodiny a dny) absorbuje nebo uvolňuje teplo a transportuje ho na velké vzdálenosti.

Uhlíkový cyklus

V přírodě probíhá velké množství chemických reakcí mezi živou a neživou přírodou a uhlík je prvkem, který se na těchto procesech podílí velkou měrou. Jednotlivé procesy jsou propojeny do uhlíkového cyklu a probíhají v určitém pořadí a s různou rychlostí. Součástí tohoto cyklu je i vznik a spotřeba oxidu uhličitého. Celý cyklus probíhá na planetě prakticky od jejího vzniku, tak jak ho známe dnes, funguje asi 3,5 miliardy let, kdy se objevily první fotosyntetizující organismy.

Na kontinentech jsou molekuly CO2 odebírány z atmosféry rostlinami při fotosyntéze a vznikají z nich složitější uhlíkaté sloučeniny (bílkoviny, cukry, tuky). Rostliny pak slouží jako potrava živočichům, kteří tyto energeticky bohaté uhlovodíky dále zpracovávají. Všechny organismy dýchají, takže část uhlíku se vrací do atmosféry jako CO2. Pokud rostlina nebo živočich odumře, mikroorganismy jejich tělo rozloží a na konci vznikne voda a oxid uhličitý.

Do tohoto cyklu však vstupuje člověk, který do atmosféry přidává oxid uhličitý především spalováním fosilních paliv. Celou situaci ještě komplikuje skutečnost, že člověk má stále vyšší nároky na prostor a potravu, takže intenzivně redukuje rostlinné porosty na planetě.

Obrovská množství CO2 se rozpouští ve studených vodách povrchových částí oceánů ve vyšších zeměpisných šířkách, aby se pak v teplejších rovníkových oblastech zase uvolňoval zpátky do atmosféry. Do atmosféry se ale vrací jen menší část, protože velké množství oxidu uhličitého je využíváno mořským fytoplanktonem (řasy a sinice). Ten je základem potravního řetězce směrem k vyšším živočichům.

Evropská unie a snižování emisí

Evropská unie vyvíjí značný tlak na snižování emisí skleníkových plynů a to i v oblasti dopravy. Zatím se většina automobilových koncernů ubírá směrem k elektromobilitě nebo hybridním typům automobilů. Na spalovací motory jsou kladeny stále vyšší nároky, což v konečném důsledku představuje hlavní úkol pro jejich konstruktéry - snižování spotřeby paliva.

Vzrůst prodeje elektromobilů je v posledních letech nepřehlédnutelný. Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) jezdilo v roce 2019 po silnicích celého světa 7,2 milionu elektromobilů, z toho 47 % v Číně.

Přechod ke kompletnímu elektrickému vozovému parku není úplně snadný a levný. Pravdou je, že elektromotor je složen z méně součástek než motor spalovací, jednodušší je převodovka a zcela odpadá výfuková soustava s katalyzátorem či filtrem, což představuje asi o 30 % menší pracnost při výrobě. I tak je cena vozu téměř dvojnásobná v porovnání s konvenčním, protože bateriové články tvoří 30 až 50 % ceny vozu.

Abychom mohli bez omezení používat elektromobily, potřebujeme dostatečně silnou elektrickou infrastrukturu - zejména síť dobíjecích stanic. Dosavadní statistiky ukazují, že více jak 90 % všech dobíjení se děje doma nebo v zaměstnání.

Odborníci předpokládají, že v roce 2030 zde bude jezdit 250 - 500 tisíc elektromobilů. To bude vyžadovat instalaci až 40 000 dobíjecích stanic, což představuje náklady kolem 40 miliard korun.

Některá evropská města zakázala nebo zpoplatnila vjezd starším automobilům a vozidlům s dieselovým motorem. Velké rezervy jsou také v objemech dopravovaného zboží, je mnohem efektivnější využívat lokální produkty a výrobky, než vozit prakticky stejné přes polovinu světa. Nemalé rezervy máme také ve větším využívání železniční dopravy při přepravě osob i zboží.

Druhy motorů

Spalovací motory je možné klasifikovat podle velkého množství kritérií. Následuje stručný přehled druhů motorů. Motory s vnitřním a uzavřeným oběhem (např. Stirlingův motor).

Spalovací motory slouží k termodynamické přeměně hořením získaného tepla na energii mechanickou. Děje při spalování jsou spojeny s přenosem látek (např. paliva do vzduchu nebo vytvořením palivového filmu na stěně válce).

Pracovní oběh pístových motorů

Pracovní oběh pístových motorů se skládá z několika dějů. Při kompresi ve válci dochází k odpaření paliva a ohřátí směsi. Dochází k hoření v tvořící se směsi paliva, vzduchu a spalin. A druh paliva u těchto motorů neumožňuje samovznícení směsi, ve většině případech zapalována elektrickou jiskrou.

Řídící jednotka

Řídící jednotka je v současné době vyráběna společností Magneton Kroměříž a je určena především k řízení vznětových motorů upravených na plynné palivo. Vlastního zážehu se docílí jiskrovým výbojem.

tags: #emise #system #spalovacich #motoru #princip

Oblíbené příspěvky:

• Podrobný přehled SŠ ekologie Trutnov
• Dluhopisy Rohlik Finance II a.s.
• Průvodce výpočtem poplatku za odpad
• Prezentace o ochraně přírody
• Co je odvoz zeleného odpadu?