Emisje NOx

Emisje NOx to tlenki azotu, przede wszystkim tlenek azotu i dwutlenek azotu, powstające, gdy powietrze spala się w wysokiej temperaturze wewnątrz silnika. Powietrze składa się w około siedemdziesięciu ośmiu procentach z azotu i choć azot jest zwykle obojętny, intensywne ciepło i ciśnienie spalania rozrywają silne wiązania w cząsteczkach azotu i tlenu, pozwalając im się łączyć. Zbiorczy termin NOx stosuje się, ponieważ oba związki przechodzą w siebie w atmosferze i są regulowane łącznie.

Warunkiem decydującym o powstawaniu NOx jest temperatura. Im gorętsze spalanie, tym więcej tlenków azotu, co stawia inżynierów w trudnym położeniu, bo wysokie temperatury spalania zwykle poprawiają sprawność cieplną i ograniczają inne zanieczyszczenia. Ten kompromis leży u podstaw znacznej części współczesnego projektowania silników i układów wydechowych i tłumaczy, dlaczego działania ograniczające NOx potrafią niekiedy podnieść zużycie paliwa lub ilość sadzy.

W odróżnieniu od dwutlenku węgla NOx nie jest gazem cieplarnianym pierwszorzędnego znaczenia, lecz lokalnym zanieczyszczeniem powietrza. Dwutlenek azotu drażni drogi oddechowe oraz nasila astmę i inne schorzenia układu oddechowego, a tlenki azotu przyczyniają się do powstawania ozonu przyziemnego i smogu fotochemicznego, a także kwaśnych deszczy i zamglenia pyłowego. Ich szkodliwość najmocniej odczuwa się w gęstym ruchu miejskim, dlatego NOx stał się głównym przedmiotem stref czystego powietrza i ograniczeń w centrach miast.

Silniki Diesla budzą szczególne obawy, ponieważ ich ubogie, wysokotemperaturowe spalanie z natury wytwarza więcej NOx niż silniki benzynowe, dając przy tym dobre wyniki emisji dwutlenku węgla. To napięcie zyskało rozgłos podczas tzw. afery dieselgate, gdy ujawniono, że niektóre pojazdy skonstruowano tak, by wykrywały test laboratoryjny i ograniczały emisję NOx wyłącznie w tych warunkach, emitując znacznie więcej na drodze. Skandal przyspieszył przejście na drogowe badanie emisji w rzeczywistych warunkach jazdy.

Kontrola NOx opiera się na dwutorowej strategii. Po stronie wlotowej recyrkulacja spalin (EGR) kieruje część obojętnych spalin z powrotem do cylindrów, obniżając szczytową temperaturę spalania, a tym samym tłumiąc powstawanie NOx u źródła. Po stronie wylotowej selektywna redukcja katalityczna (SCR) wtryskuje do układu wydechowego roztwór mocznika sprzedawany jako AdBlue, który uwalnia amoniak przekształcający NOx w nieszkodliwy azot i wodę na katalizatorze. Pułapki NOx pełnią pokrewną rolę w niektórych silnikach.

NOx łączy się zatem bezpośrednio z grupą technologii oczyszczania spalin, czyli SCR, AdBlue i EGR, oraz z ramami regulacyjnymi norm emisji Euro, przy czym Euro 6 narzuca najostrzejsze obecne limity. Sprawne zarządzanie nim to jedno z głównych wyzwań, by silniki spalinowe były akceptowalne we współczesnych miastach.