Εκπομπές NOx (οξείδια του αζώτου)

Οι εκπομπές NOx είναι οξείδια του αζώτου, κυρίως μονοξείδιο και διοξείδιο του αζώτου, που παράγονται όταν ο αέρας καίγεται σε υψηλή θερμοκρασία μέσα σε έναν κινητήρα. Ο αέρας αποτελείται κατά εβδομήντα οκτώ τοις εκατό περίπου από άζωτο, και μολονότι το άζωτο είναι κανονικά αδρανές, η έντονη θερμότητα και πίεση της καύσης σπάζουν τους ισχυρούς δεσμούς στα μόρια αζώτου και οξυγόνου και τους επιτρέπουν να ενωθούν. Χρησιμοποιείται ο συλλογικός όρος NOx επειδή οι δύο ενώσεις μετατρέπονται η μία στην άλλη μέσα στην ατμόσφαιρα και ρυθμίζονται νομοθετικά από κοινού.

Ο καθοριστικός παράγοντας σχηματισμού NOx είναι η θερμοκρασία. Όσο θερμότερη η καύση, τόσο περισσότερα NOx δημιουργούνται, κάτι που φέρνει τους μηχανικούς σε δύσκολη θέση, διότι οι υψηλές θερμοκρασίες καύσης βελτιώνουν συνήθως και τον θερμικό βαθμό απόδοσης και μειώνουν άλλους ρύπους. Αυτός ο συμβιβασμός βρίσκεται στην καρδιά μεγάλου μέρους του σύγχρονου σχεδιασμού κινητήρων και εξατμίσεων και εξηγεί γιατί μέτρα που περιορίζουν τα NOx μπορούν ενίοτε να αυξήσουν την κατανάλωση καυσίμου ή την αιθάλη.

Σε αντίθεση με το διοξείδιο του άνθρακα, τα NOx δεν αποτελούν αέριο του θερμοκηπίου πρωταρχικής σημασίας, αλλά ρύπο της τοπικής ποιότητας του αέρα. Το διοξείδιο του αζώτου ερεθίζει τους αεραγωγούς και επιδεινώνει το άσθμα και άλλες αναπνευστικές παθήσεις, ενώ τα οξείδια του αζώτου συμβάλλουν στον σχηματισμό όζοντος στο επίπεδο του εδάφους και φωτοχημικής αιθαλομίχλης, καθώς και στην όξινη βροχή και στην αχλή αιωρούμενων σωματιδίων. Η βλάβη τους γίνεται αισθητή κυρίως στην πυκνή αστική κυκλοφορία, γι' αυτό και τα NOx βρέθηκαν στο επίκεντρο των ζωνών καθαρού αέρα και των περιορισμών στα κέντρα των πόλεων.

Οι πετρελαιοκινητήρες προκαλούν ιδιαίτερη ανησυχία, διότι η φτωχή, υψηλής θερμοκρασίας καύση τους παράγει εγγενώς περισσότερα NOx από τους βενζινοκινητήρες, ακόμη κι όταν αποδίδει καλές τιμές διοξειδίου του άνθρακα. Η ένταση αυτή έγινε διαβόητη με την υπόθεση που έμεινε γνωστή ως dieselgate, όταν αποκαλύφθηκε ότι ορισμένα οχήματα είχαν σχεδιαστεί ώστε να αναγνωρίζουν την εργαστηριακή δοκιμή και να μειώνουν τις εκπομπές NOx μόνο υπό εκείνες τις συνθήκες, εκπέμποντας πολύ περισσότερα στον δρόμο. Το σκάνδαλο επιτάχυνε τη μετάβαση στη δοκιμή Εκπομπών σε Πραγματικές Συνθήκες Οδήγησης (RDE).

Ο έλεγχος των NOx στηρίζεται σε στρατηγική δύο σκελών. Στην πηγή, η ανακυκλοφορία καυσαερίων (EGR) επιστρέφει ένα μέρος αδρανών καυσαερίων στους κυλίνδρους, χαμηλώνοντας τη μέγιστη θερμοκρασία καύσης και καταστέλλοντας έτσι τον σχηματισμό NOx εκ των προτέρων. Στη συνέχεια, η επιλεκτική καταλυτική αναγωγή (SCR) ψεκάζει στην εξάτμιση διάλυμα ουρίας, που πωλείται ως AdBlue, το οποίο απελευθερώνει αμμωνία και μετατρέπει τα NOx σε αβλαβές άζωτο και νερό πάνω σε καταλύτη. Σε ορισμένους κινητήρες, παρόμοιο ρόλο επιτελούν οι παγίδες NOx φτωχού μείγματος.

Τα NOx συνδέονται, επομένως, άμεσα με μια ομάδα τεχνολογιών μετεπεξεργασίας, συγκεκριμένα τα SCR, AdBlue και EGR, και με το κανονιστικό πλαίσιο των προτύπων εκπομπών Euro, με το Euro 6 να επιβάλλει τα αυστηρότερα ισχύοντα όρια. Η αποτελεσματική διαχείρισή τους αποτελεί μία από τις κεντρικές προκλήσεις για να παραμείνουν οι κινητήρες εσωτερικής καύσης αποδεκτοί στις σύγχρονες πόλεις.