211service.com
Högteknologisk hjälp för smutsiga dieslar
Att köra bakom en buss eller lastbil när det rapar illaluktande avgaser räcker för att övertyga någon om att utsläppen från dieselmotorer bör saneras. Men medan tillverkare av bensinmotorer har minskat de skadliga utsläppen från sina nya fordon med cirka 90 procent under de senaste 25 åren, har tillverkare av dieselmotorer hittills lyckats minska de skadliga avgaserna med bara ungefär hälften av den procentandelen.
Men nu utvecklar forskare vid University of Southern California en enhet som använder högenergielektroner för att zapga skadliga dieselavgaser, vilket reducerar det till vattenånga, koldioxid och luft. Inom några år kan tekniken visa sig vara ett kostnadseffektivt sätt att få dieselmotorer att uppfylla allt strängare utsläppskrav.
Den här historien var en del av vårt majnummer 1997
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Enligt Environmental Protection Agency (EPA) producerar tunga dieselmotorer 25 procent av alla fordonsgenererade kväveoxider (NOx) - källan till salpetersyra (HNO3), en huvudkomponent i surt regn och en viktig källa till urbana smog. Även om de första omfattande federala reglerna som kontrollerar utsläppen från motordrivna fordon initierades under Clean Air Act från 1970, trädde de första NOx-standarderna specifikt för dieselutsläpp i kraft inte förrän 1984. Sedan, när luftkvaliteten fortsatte att försämras från ökad trafik, Kongressen antog Clean Air Act från 1990, som tvingade tillverkare av lastbilar och bussar att minska NOx-utsläppen med 50 procent jämfört med 1984 års standard. Slutligen, 1995, utarbetade EPA, i samråd med California Air Resources Board och tillverkare av tunga motorer, ett principförklaring som ledde till att EPA satte de senaste standarderna som syftade till att minska diesel-NOx-utsläppen med ytterligare 50 procent till 2004.
Dieselingenjörer har hittills minskat utsläppen till stor del genom att ersätta mekaniska luftintags- och bränsletillförselkontroller med effektivare elektroniska system. Nu undersöker forskare, inklusive Martin Gundersen och Victor Puchkarev, ett par elektriska ingenjörer vid University of Southern California, system för efterbehandling av avgaser. Baserad på en elektronisk krets med pulserande kraft som har sitt ursprung på 1950-talet och som förfinades under arbetet med Strategic Defense Initiative på 1980-talet, använder deras enhet korta skurar av högenergielektroner för att bryta ner NOx och andra sotiga partiklar i dieselavgaserna innan de ta sig till atmosfären.
USC-gruppen har utvecklat en kammare som kan integreras i ett diesel-avgassystem ungefär som en katalysator används i bensindrivna fordon. Inuti kammaren producerar en speciell elektronisk omkopplare en kort elektrisk puls, som skuren från kamerans elektroniska blixtfäste, med en hastighet av tusentals elektriska urladdningar per sekund. När energiska elektroner från dessa snabbt eldande högspänningsgnistor sprutas in i avgasströmmen, på samma sätt som en elektronstråle skjuts in i ett lysrör, träffar de luft- och vattenångamolekyler som finns i avgaserna. Kollisionerna skapar en jonplasma - ett sortiment av elektroner och laddade partiklar av kväve, syre och hydroxid - som i sin tur reagerar med NOx och partikelformiga kolväten för att producera koldioxid, luft och vattenånga.
Tidiga prototyper bevisade konceptet men var ineffektiva och krävde så mycket som 50 procent av motorns effekt för att fungera. Gundersen hävdar dock att teamet nyligen har förbättrat enhetens effektivitet med en storleksordning, vilket fört in den i ett sortiment som tillverkare av dieseldrivna fordon skulle finna tilltalande.
För att uppnå den dramatiska förbättringen säger Gundersen att hans team justerade enheten för att förkorta varaktigheten för varje puls från cirka 200 nanosekunder (miljarddelar av en sekund) till cirka 50 nanosekunder. Eftersom elektronacceleration endast sker i de inledande stadierna av pulsen, höjde förkortningen av skurarna energin hos elektronerna i plasman samtidigt som den totalt förbrukade mycket mindre energi.
Enligt Bernard M. Penetrante, en fysiker som leder gruppen Environmental Plasma Technologies vid Lawrence Livermore National Laboratory, är ett dussin eller fler grupper över hela världen nu engagerade i liknande FoU-arbete som så småningom kan konkurrera om en del av en enorm potentiell marknad. Faktum är att EPA uppskattar att cirka 5 miljoner tunga och 2 miljoner lätta dieselfordon nu rullar längs amerikanska vägar, och att flera hundra tusen nya dieselfordon säljs i landet varje år.
Gundersen uppskattar att en efterbehandlingsapparat med pulserande kraft skulle kosta i storleksordningen 1 000 dollar. Om så visar sig vara fallet kan marknaden lätt vara värd flera miljarder dollar. Och marknaden kanske inte är begränsad till dieselmotorer. Penetrante noterar att vilken anordning som helst som kan reducera NOx till godartade produkter i ett dieselavgasrör också kan appliceras på bensinmotorer. Han förklarar att liknande förhållanden finns i nya bensinmotorer med magert förbränning (högt luft-till-bränsleförhållande) och att ny teknik som pulserande kraft kommer att vara avgörande för att nästa generations fordon ska kunna möta allt strängare utsläppskrav.