انبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx)

انبعاثات NOx هي أكاسيد النيتروجين، وفي مقدمتها أحادي أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد النيتروجين، تنتج حين يُحرَق الهواء عند درجة حرارة عالية داخل المحرك. يتألّف الهواء من نحو ثمانية وسبعين بالمئة من النيتروجين، ومع أن النيتروجين خامل عادة، فإن الحرارة والضغط الشديدين في الاحتراق يكسران الروابط القوية في جزيئات النيتروجين والأكسجين ويتيحان اتحادها. ويُستعمل المصطلح الجامع NOx لأن المركبين يتحوّل أحدهما إلى الآخر في الغلاف الجوي ويُنظَّمان معاً.

الشرط الحاسم لتكوّن NOx هو الحرارة. فكلما ازداد الاحتراق سخونة زاد ما يتكوّن من NOx، ما يضع المهندسين في موقف صعب، لأن درجات الاحتراق العالية تميل أيضاً إلى تحسين الكفاءة الحرارية وتقليل ملوثات أخرى. تقع هذه المقايضة في صميم كثير من تصاميم المحركات والعادم الحديثة، وتفسّر لماذا قد ترفع التدابير التي تقلّل NOx استهلاك الوقود أو السخام أحياناً.

بخلاف ثاني أكسيد الكربون، لا يُعدّ NOx غازاً دفيئاً ذا أولوية بل ملوّثاً محلياً لجودة الهواء. يهيّج ثاني أكسيد النيتروجين المجاري التنفسية ويفاقم الربو وغيره من حالات الجهاز التنفسي، وتسهم أكاسيد النيتروجين في تكوّن الأوزون الأرضي والضباب الدخاني الكيميائي الضوئي، فضلاً عن المطر الحمضي والضباب الجسيمي. ويُشعَر بأذاها بأشد صوره في حركة المرور الحضرية الكثيفة، ولهذا صار NOx محور مناطق الهواء النظيف وقيود مراكز المدن.

محركات الديزل مصدر قلق خاص لأن احتراقها الفقير عالي الحرارة ينتج بطبيعته NOx أكثر من محركات البنزين، حتى مع تقديمه أرقام ثاني أكسيد كربون جيدة. واشتد هذا التوتر شهرة خلال ما عُرف بفضيحة الديزل (dieselgate)، حين تبيّن أن بعض المركبات هُندِست لتكتشف الاختبار المخبري وتخفّض إخراج NOx في تلك الظروف وحدها، فيما تطلق كميات أكبر بكثير على الطريق. وقد عجّلت الفضيحة بالانتقال إلى اختبار الانبعاثات في القيادة الفعلية على الطريق.

يعتمد ضبط NOx على استراتيجية ذات شقّين. عند المنبع، تعيد إعادة تدوير غاز العادم جزءاً من العادم الخامل إلى الأسطوانات، فتخفض ذروة حرارة الاحتراق وتكبح بذلك تكوّن NOx من المصدر. وعند المصبّ، يحقن الاختزال الحفاز الانتقائي محلول يوريا، يُباع باسم AdBlue، في العادم، حيث يطلق نشادراً يحوّل NOx إلى نيتروجين وماء غير ضارّين فوق محفّز. وتؤدي مصائد NOx الفقيرة دوراً ذا صلة في بعض المحركات.

لذا يرتبط NOx ارتباطاً مباشراً بحزمة من تقنيات المعالجة اللاحقة، وهي SCR وAdBlue وEGR، وبالإطار التنظيمي لمعايير الانبعاثات الأوروبية (Euro)، إذ يفرض Euro 6 أشد الحدود الحالية صرامة. وحسن إدارته من التحديات المركزية لجعل محركات الاحتراق مقبولة في المدن الحديثة.