การเปิดเผยวิทยาศาสตร์เบื้องหลังการก่อตัวของละอองลอยทุติยภูมิ

ลองนึกภาพแสงแดดส่องเหนือเส้นขอบฟ้าของเมือง ในขณะที่อากาศดูสงบ ปฏิกิริยาเคมีที่มองไม่เห็นกำลังเปลี่ยนไอเสียจากยานพาหนะให้กลายเป็นมลพิษใหม่ที่อันตรายกว่าเดิม—ละอองลอยทุติยภูมิ อนุภาคเล็กๆ เหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำให้อากาศเสื่อมสภาพเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์อีกด้วย แต่การเกิด "การเล่นแร่แปรธาตุของการปล่อยมลพิษ" นี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

การศึกษาครั้งสำคัญได้ตรวจสอบบทบาทของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีแสงในการสร้างละอองลอยทุติยภูมิ ดำเนินการที่ห้องปฏิบัติการ ILMARI Combustion Laboratory ของ University of Eastern Finland การวิจัยมุ่งเน้นไปที่ยานพาหนะโดยสาร Euro 6 สองคัน:

• SEAT Arona ที่ใช้พลังงานเบนซิน (Euro 6b) พร้อมตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสามทาง
• SEAT Ateca ที่ใช้พลังงานดีเซล (Euro 6d-temp) ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ตัวกรองอนุภาคดีเซล (DPF) และระบบลดตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือก (SCR)

โดยใช้เครื่องวัดแรงบิดแชสซี (Rototest VPA-RX3 2WD) นักวิจัยจำลองสถานการณ์การขับขี่ที่แตกต่างกันสี่แบบเพื่อจำลองสภาวะในโลกแห่งความเป็นจริงและวิเคราะห์ผลกระทบต่อการก่อตัวของละอองลอยทุติยภูมิ

การศึกษาได้สร้างสถานการณ์การขับขี่สี่แบบขึ้นมาอย่างระมัดระวังเพื่อทำความเข้าใจรูปแบบการปล่อยมลพิษภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน:

• การสตาร์ทเครื่องยนต์เย็นและการล่องเรือ 70 กม./ชม. (CSC70): จำลองการสตาร์ทเครื่องยนต์หลังจากไม่ได้ใช้งานเป็นเวลานาน (อย่างน้อย 12 ชั่วโมง) โดยเริ่มการสุ่มตัวอย่างทันทีเมื่อจุดระเบิดและถึงความเร็วคงที่ภายใน 15 วินาที
• การขับขี่บนทางหลวง 120 กม./ชม. (D120): สร้างการเดินทางด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่องเพื่อประเมินการปล่อยมลพิษในระหว่างสภาวะทางหลวงทั่วไป
• ภาระเครื่องยนต์สูง (3000 รอบต่อนาที, กำลังล้อ ~40 กิโลวัตต์): เลียนแบบสถานการณ์ที่ต้องการ เช่น การปีนเขาหรือการเร่งความเร็วเพื่อแซง
• ภาระเครื่องยนต์สูงมาก (5000 รอบต่อนาที, กำลังล้อ ~50 กิโลวัตต์): แสดงถึงสถานการณ์ประสิทธิภาพสูงสุดเพื่อประเมินขีดจำกัดการปล่อยมลพิษ

สำหรับการทดสอบที่ไม่ใช่การสตาร์ทเครื่องยนต์เย็น นักวิจัยได้ปรับสภาพเครื่องยนต์ล่วงหน้าโดยทำงานที่ 3000 รอบต่อนาทีโดยมีภาระ 50 Nm เป็นเวลาห้านาทีก่อนที่จะปรับไปยังพารามิเตอร์การทดสอบ เพื่อให้มั่นใจถึงอุณหภูมิเครื่องยนต์ที่คงที่และความเข้มข้นของการปล่อยมลพิษ

การศึกษาได้รวมสูตรเชื้อเพลิงที่หลากหลายเพื่อประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม:

• ยานพาหนะดีเซล: ทดสอบด้วยไบโอดีเซล B7 มาตรฐาน (มีเนื้อหาหมุนเวียนได้ 7%) และน้ำมันพืชไฮโดรทรีต 100% (HVO) ซึ่งเป็นทางเลือกทดแทนที่หมุนเวียนได้และเผาไหม้ได้สะอาดกว่า
• ยานพาหนะเบนซิน: ประเมินโดยใช้ส่วนผสมเอทานอลเชิงพาณิชย์ (E5, E10) และเบนซินที่ปรับปรุงใหม่ (RFG) ซึ่งมีปริมาณแอลกอฮอล์ประมาณ 20%

การเปลี่ยนแปลงเชื้อเพลิงทั้งหมดเกิดขึ้นในศูนย์บริการที่ได้รับการรับรองพร้อมการทำความสะอาดถังอย่างละเอียดระหว่างการทดสอบเพื่อป้องกันการปนเปื้อนข้าม

การวิจัยนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับวิธีการที่การปล่อยมลพิษจากยานพาหนะพัฒนาขึ้นในแสงแดด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs)—สารตั้งต้นหลักสำหรับโอโซนและละอองลอยทุติยภูมิ ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่า:

• สภาวะที่มีภาระสูงทำให้เกิดการปล่อย NOx และ VOC ที่สูงขึ้น ซึ่งเร่งปฏิกิริยาเคมีแสง
• เบนซินผสมเอทานอลอาจเพิ่มการปล่อยสารอัลดีไฮด์ ซึ่งอาจเพิ่มการผลิตละอองลอยทุติยภูมิ
• ระบบหลังการบำบัดขั้นสูง (DPF, SCR) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน

ผลลัพธ์เหล่านี้จะแจ้งให้ทราบถึงการสร้างแบบจำลองคุณภาพอากาศที่แม่นยำยิ่งขึ้น และช่วยให้นักกำหนดนโยบายพัฒนากลยุทธ์การลดการปล่อยมลพิษที่ตรงเป้าหมาย ในขณะที่เทคโนโลยียานยนต์พัฒนาขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงานไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น การศึกษาในอนาคตอาจตรวจสอบว่ายานพาหนะไฮบริดและยานยนต์ไฟฟ้ามีอิทธิพลต่อการก่อตัวของละอองลอยทุติยภูมิอย่างไรผ่านการปล่อยมลพิษที่ไม่ใช่ไอเสียและเส้นทางการผลิตพลังงาน