Avgassene er en utfordring å kontrollere – og å rense. Her ser du hvorfor dette ikke er helt liketil.

Bildet øverst: I en bilkø blir det alltid mer avgass fordi motorene ikke går ideelt. Og kø blir det fordi alle på liv og død må kjøre samtidig, og fordi det alltid er veiarbeid… (Foto: Australia News)

Av Stein Bekkevold

Om ikke bilen drives elektrisk, drives den jo ved forbrenning av et karbondrivstoff i en ICE (Internal Combustion Engine), forbrenningsmotor. En mellomting er hydrogen-bilene, der urstoffet hydrogen driver en brenselcelle som gir strøm til en elmotor – og et batteri; avfallet er rent vann.

Drivstoffet i en ICE er bensin eller dieselolje, noen ganger gass. Og her er fysikken: Når alt er antent og brent, har forbrenningsproduktene – glovarme gasser – mye mer termisk energi enn drivstoff/luftblandingen i sylinderen hadde, altså er det høyere latent, kjemiskenergi (iboende) i avgassen.

Startenergien gir høy temperatur og høyt trykk som jo blir kinetisk energi i motoren, bevegelsesenergi. I en stempelmotor dytter utvidelsen på stemplene. Når (den kinetiske) energien er brukt, blåses resten av de varme gassene – eksosen – gjennom et utløp, og stempelet går tilbake til øverste dødpunkt, eller TDC.

Men: Om vi kunne brenne opp alt motoren fylles med, blir jo ikke avgassen giftig, den blir stort sett bare varm luft. Og litt vanndamp. Og dessverre CO₂ …

Går det an?

Varme som ikke blir arbeid er avfall, og fjernes med kjøling. ICE er varmemotorer, med effektivitet som i ideelle termodynamiske sykluser. Virkningsgraden kan ikke overstige Carnot-syklusen, der effektivitet er forskjellen mellom nedre og øvre driftstemperatur.

Den øvre begrenses av to ting; de termiske driftsgrensene for materialene, og tenntregheten i drivstoffet.

Metaller og legeringer har en driftsgrense, over denne blir de myke – og så smelter de. Det foregår mye forskning på keramiske materialer med bedre termisk stabilitet og mekaniske egenskaper. Høyere termisk stabilitet ville gi større forskjell mellom nedre og øvre driftstemperatur, og vi ville få større termodynamisk effektivitet. Og bedre driftsøkonomi. Eia var vi der …

Men: Når sylindertemperaturen øker, kan motoren selvtenne. Det skjer når temperaturen når flammepunktet for drivstoff/luft-miksen. Da kan antenning komme for tidlig og gi svært høyt sylindertrykk – banking. Selvtenning dempes med drivstoff med høy tenn-treghet (oktantall).  Problemet

Forbrenningen er aldri komplett. En liten mengde drivstoff og luft er fortsatt der fordi det ikke rekker å brenne opp, og noe reagerer ved å danne uønskede stoffer. Disse kan være formal- eller acetal-dehyd, eller saker som ikke var i drivstoff-blandingen, som motorolje. Ufullstendig forbrenning skyldes for lite oksygen – motoren går uten korrekt støkiometriskforhold –14,5 kg luft til 1 kg bensin. Flammen slukkes av de kjølte sylinderveggene, og lar uforbrent drivstoff gå ut med eksosen.

Ekshaust? Ja visst, men akkurat dette er stort sett vanndamp, som utgjør en stor del av avgassene fra en forbrenningsmotor. (Foto: Ford)

Ozon

Ufullstendig forbrenning gir giftig karbonmonoksid (CO). Andre stoffer er benzen og 1,3-butadien, også farlige forurensninger. Å øke mengden innluft reduserer slike utslipp, men øker reaksjonen mellom oksygen og nitrogen – og skaper nitrogenoksider som NO og NO₂(NO x). Disse er skadelige for plante- og dyrehelse, og gir ozon (O₃). Ozon slippes ikke ut direkte, men er en sekundær luftforurensning, som oppstår i sollys som en reaksjon med NO x  – og andre flyktige saker.

Ozon nær bakken er skadelig for helse og miljø. Det er det samme kjemiske stoffet, men ozon skal ikke forveksles med ozonlaget, som beskytter kloden mot skadelig UV-lys.

Dessuten:

Karbonbasert drivstoff kan inneholde svovel og urenheter som skaper svovelmonoksider (SO) og svoveldioksid (SO₂) i eksosen, dette kan gi sur nedbør. I dag er NOx, partikler PM, karbonmonoksid, svoveldioksid og ozon forurensning, og helse og velferd er lovbeskyttet. Andre forurensninger, som benzen og 1,3-butadien, er også farlige, med utslipp som må reduseres mest mulig, avhengig av tekniske og praktiske muligheter.

Svevestøv

Mengden nitrogenoksid og karbonmonoksid kontrolleres med resirkulering der noe av eksosen går tilbake til motoren, og med katalysatorer som gjør om stoffene til mindre farlige saker. Men CO₂ har vi fortsatt, klimagassen. Som forøvrig er den tredje mest effektive drivhusgassen, etter vanndamp (skyer!) og metangass.

En annen forurensning er svevestøv, som ikke minst kommer av piggdekkbruk og manglende veivedlikehold og vask.

Bare så du vet det.

Les også: Forbrenningskjemi: Mirakler i full fyr med avansert kjemi