Abgas - Exhaust gas

Dieser Lkw mit Dieselantrieb stößt beim Anlassen seines Motors ein an schwarzen Partikeln reiches Abgas aus.
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Abgase oder Rauchgase entstehen bei der Verbrennung von Brennstoffen wie Erdgas , Benzin (Benzin) , Dieselkraftstoff , Heizöl , Biodiesel-Gemische oder Kohle . Je nach Motortyp wird es über ein Abgasrohr , einen Rauchgaskamin oder eine Treibdüse in die Atmosphäre abgegeben . Es verbreitet sich oft in Windrichtung in einem Muster, das als Abgasfahne bezeichnet wird .

Es ist ein wesentlicher Bestandteil der Emissionen von Kraftfahrzeugen (und von stationären Verbrennungsmotoren ), die auch umfassen können:

Die Emissionen von Kraftfahrzeugen tragen zur Luftverschmutzung bei und sind in einigen Großstädten ein wesentlicher Faktor für die Entstehung von Smog . Eine Studie des MIT aus dem Jahr 2013 zeigt, dass allein in den Vereinigten Staaten 53.000 frühe Todesfälle pro Jahr aufgrund von Fahrzeugemissionen auftreten. Laut einer anderen Studie derselben Universität verursachen allein im Vereinigten Königreich allein die Verkehrsgase jedes Jahr den Tod von 5.000 Menschen.

Komposition

Der größte Teil der meisten Verbrennungsgase ist Stickstoff (N 2 ), Wasserdampf (H 2 O) (außer bei reinen Kohlenstoffbrennstoffen) und Kohlendioxid (CO 2 ) (außer bei Brennstoffen ohne Kohlenstoff); diese sind nicht giftig oder schädlich (obwohl Wasserdampf und Kohlendioxid Treibhausgase sind , die zur globalen Erwärmung beitragen ). Ein relativ kleiner Teil des Verbrennungsgases besteht aus unerwünschten, schädlichen oder giftigen Substanzen, wie Kohlenmonoxid (CO) aus unvollständiger Verbrennung, Kohlenwasserstoffe (richtig als C x H y angegeben , aber in der Regel einfach als "HC" auf Emissionsprüfzetteln angezeigt ) aus unverbranntem Kraftstoff, Stickoxiden (NO x ) aus zu hohen Verbrennungstemperaturen und Feinstaub (meist Ruß ).

Abgastemperatur

Die Abgastemperatur (EGT) ist wichtig für die Funktion des Katalysators eines Verbrennungsmotors . Sie kann mit einem Abgastemperaturmesser gemessen werden . EGT ist auch ein Maß für den Motorzustand in Gasturbinentriebwerken (siehe unten).

Kalte Motoren

Dampf aus dem Auspuff des kalten Autos

Während der ersten zwei Minuten nach dem Anlassen des Motors eines Autos, das mehrere Stunden lang nicht betrieben wurde, kann die Menge der Emissionen sehr hoch sein. Dies geschieht aus zwei Hauptgründen:

  • Anforderung eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei kalten Motoren : Wenn ein kalter Motor gestartet wird, verdampft der Kraftstoff nicht vollständig, was zu höheren Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidemissionen führt , die sich erst verringern, wenn der Motor die Betriebstemperatur erreicht. Die Dauer dieser Anfahrphase wurde durch Fortschritte in Material und Technologie verkürzt, darunter computergesteuerte Kraftstoffeinspritzung , kürzere Ansauglängen und Vorwärmung von Kraftstoff und/oder Ansaugluft.
  • Ineffizienter Katalysator bei Kälte : Katalysatoren sind sehr ineffizient, bis sie auf ihre Betriebstemperatur erwärmt sind . Diese Zeit wurde erheblich verkürzt, indem der Konverter näher an den Auspuffkrümmer verlegt wurde und noch mehr ein kleiner, aber schnell aufheizender Konverter direkt am Auspuffkrümmer platziert wurde. Der kleine Umrichter übernimmt die Anfahremissionen, so dass dem größeren Hauptumrichter genügend Zeit zum Aufheizen bleibt. Weitere Verbesserungen können auf vielerlei Weise realisiert werden, einschließlich elektrischer Heizung, thermischer Batterie, chemischer Reaktionsvorwärmung, Flammenheizung und Superisolation.

Zusammenfassung der Pkw-Emissionen

Schätzungen der US-Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency) der durchschnittlichen Pkw-Emissionen in den Vereinigten Staaten für April 2000
Komponente Emissionsrate Jährlicher Schadstoffausstoß
Kohlenwasserstoffe 2,80 Gramm/Meile (1,75 g/km) 77,1 Pfund (35,0 kg)
Kohlenmonoxid 20,9 Gramm/Meile (13,06 g/km) 575 Pfund (261 kg)
NEIN x 1,39 Gramm/Meile (0,87 g/km) 38,2 Pfund (17,3 kg)
Kohlendioxid - Treibhausgas 415 Gramm/Meile (258 g/km) 11.450 Pfund (5.190 kg)

Vergleichbar mit der europäischen Abgasnorm EURO III, wie sie im Oktober 2000 angewendet wurde

Im Jahr 2000 begann die US-Umweltschutzbehörde mit der Einführung strengerer Emissionsnormen für leichte Nutzfahrzeuge. Die Anforderungen wurden ab 2004 schrittweise eingeführt, und alle neuen Pkw und leichten Lkw mussten bis Ende 2007 die aktualisierten Standards erfüllen.

Leichte Nutzfahrzeuge, leichte Nutzfahrzeuge und mittelschwere Personenkraftwagen der Vereinigten Staaten – Abgasnormen der Stufe 2 (für Behälter 5)
Komponente Emissionsrate Jährlicher Schadstoffausstoß
NMOG ( flüchtige organische Verbindungen ) 0,075 Gramm/Meile (0,046 g/km) 2,1 Pfund (0,95 kg)
Kohlenmonoxid 3,4 Gramm/Meile (2,1 g/km) 94 Pfund (43 kg)
KEIN X 0,05 Gramm/Meile (0,0305 g/km) 1,4 Pfund (0,64 kg)
Formaldehyd 0,015 Gramm/Meile (0,0092 g/km) 0,41 Pfund (0,19 kg)

Typen

Verbrennungsmotoren

Autoauspuff

Otto- und Dieselmotoren

Siehe auch: Auto-Emissionskontrolle

Bei Ottomotoren werden die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches entstehenden Gase als Abgase bezeichnet. Die Zusammensetzung variiert von Benzin- bis Dieselmotoren, liegt aber in etwa bei diesen Werten:

Abgase von Verbrennungsmotoren
Alle Angaben sind ungefähre Angaben 		% der Gesamtmenge
Verbindung Benzin Diesel
Stickstoff- 71 67
Kohlendioxid 14 12
Wasserdampf 13 11
Sauerstoff 10
Spurenelemente < 0,6 ~ 0,3
Stickoxide < 0,25 < 0,15
Kohlenmonoxid 1 - 2 < 0,045
Feinstaub < 0,045
Kohlenwasserstoffe < 0,25 < 0,03
Schwefeldioxid mögliche Spuren < 0,03

Die 10 % Sauerstoff für "Diesel" sind wahrscheinlich, wenn der Motor im Leerlauf war, zB in einem Prüfstand. Im Lastbetrieb ist sie deutlich geringer, obwohl Dieselmotoren immer mit einem Luftüberschuss gegenüber dem Kraftstoff arbeiten. Der CO-Gehalt für Benzinmotoren variiert von ~ 15 ppm für einen gut abgestimmten Motor mit Kraftstoffeinspritzung und einem Katalysator bis zu 100.000 ppm (10 %) für einen reichhaltig abgestimmten Vergasermotor, wie er typischerweise bei kleinen Generatoren und Gartengeräten zu finden ist.

Nitromethan-Zusatz

Abgas von einem Verbrennungsmotor, dessen Kraftstoff [Nitromethan] enthält, enthält [Salpetersäure]-Dampf, der ätzend ist und beim Einatmen eine Muskelreaktion verursacht, die das Atmen unmöglich macht. Personen, die wahrscheinlich damit in Berührung kommen, sollten eine [Gasmaske] tragen.

Dieselmotoren

Siehe auch: Dieselabgase und Ruß

Gasturbinentriebwerke

  • Bei Flugzeug-Gasturbinentriebwerken ist die "Abgastemperatur" (EGT) ein primäres Maß für den Motorzustand. Typischerweise wird die EGT mit einer primären Motorleistungsanzeige verglichen, die als "Motordruckverhältnis" (EPR) bezeichnet wird. Beispiel: Bei voller EPR-Leistung gibt es eine maximal zulässige EGT-Grenze. Sobald ein Motor ein Stadium in seiner Lebensdauer erreicht hat, in dem dieser EGT-Grenzwert erreicht wird, benötigt der Motor eine spezielle Wartung, um das Problem zu beheben. Der Betrag, um den das EGT unter der EGT-Grenze liegt, wird als EGT-Marge bezeichnet. Die EGT-Marge eines Motors ist am größten, wenn der Motor neu ist oder überholt wurde. Bei den meisten Fluggesellschaften werden diese Informationen auch von der Wartungsabteilung der Fluggesellschaften mittels ACARS fernüberwacht .

Strahltriebwerke und Raketentriebwerke

Was wie Abgase von Düsentriebwerken aussieht, ist in Wirklichkeit Kondensstreifen .

In Strahltriebwerken und Raketentriebwerken Abgase aus Treibdüsen, die bei manchen Anwendungen Stoßdiamanten aufweisen .

Andere Arten

Von brennender Kohle

Dampfmaschinen

In Dampfmaschine Terminologie ist der Abdampf, der jetzt so niedrig , in Druck ist , dass es nicht mehr sinnvolle Arbeit tun können.

Hauptemissionen von Kraftfahrzeugen

NEIN x

Smog in New York City vom World Trade Center aus gesehen 1988

Mono- Stickoxide NO und NO 2 ( NOx ) (ob auf diese Weise hergestellte oder natürlich durch Blitzschlag ) reagieren mit Ammoniak , Feuchtigkeit und anderen Verbindungen bilden Salpetersäuredampf und verwandte Partikel. Kleine Partikel können tief in empfindliches Lungengewebe eindringen und dieses schädigen, was im Extremfall zum vorzeitigen Tod führt. Das Einatmen von NO-Spezies erhöht das Risiko für Lungenkrebs und Darmkrebs. und das Einatmen solcher Partikel kann Atemwegserkrankungen wie Emphysem und Bronchitis und Herzerkrankungen verursachen oder verschlimmern .

In einer US-EPA- Studie aus dem Jahr 2005 wurden die größten NO .- Emissionen
x stammten von Straßenfahrzeugen, wobei der zweitgrößte Beitragszahler die nicht für den Straßenverkehr genutzte Ausrüstung ist, die hauptsächlich Benzin- und Dieseltankstellen sind.

Die resultierende Salpetersäure kann in den Boden gespült werden, wo sie zu Nitrat wird , das für den Anbau von Pflanzen nützlich ist.

Flüchtige organische Verbindungen

Non-Road-Geräte sind meist Benzin- und Dieseltankstellen.

Wenn Stickoxide (NOx) und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) in Gegenwart von Sonnenlicht reagieren, entsteht bodennahes Ozon , ein Hauptbestandteil von Smog . Ein US-EPA-Bericht aus dem Jahr 2005 gibt Straßenfahrzeuge als zweitgrößte Quelle von VOCs in den USA mit 26 % an, und 19 % stammen aus Geräten, die nicht für den Straßenverkehr bestimmt sind, bei denen es sich hauptsächlich um Benzin- und Dieseltankstellen handelt. 27 % der VOC-Emissionen stammen von Lösungsmitteln, die bei Herstellern von Farben und Farbverdünnern und anderen Anwendungen verwendet werden.

Ozon

Ozon ist in der oberen Atmosphäre von Vorteil, aber in Bodennähe reizt Ozon die Atemwege und verursacht Husten, Ersticken und eine verringerte Lungenkapazität. Es hat auch viele negative Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem.

Kohlenmonoxid (CO)

MOPITT- Satelliten-Computerbild von Kohlenmonoxid März 2010

Eine Kohlenmonoxidvergiftung ist in vielen Ländern die häufigste Form der tödlichen Luftvergiftung. Kohlenmonoxid ist farb-, geruchs- und geschmacklos, aber hochgiftig. Es verbindet sich mit Hämoglobin zu Carboxyhämoglobin , das den Sauerstofftransport blockiert. Bei Konzentrationen über 1000 ppm gilt es als unmittelbar gefährlich und ist die unmittelbarste Gesundheitsgefahr durch den Betrieb von Motoren in einem schlecht belüfteten Raum. Im Jahr 2011 wurden 52 % der Kohlenmonoxidemissionen durch mobile Fahrzeuge in den USA verursacht

Gefährliche Luftschadstoffe (Giftstoffe)

Chronische (langfristige) Exposition gegenüber Benzol ( C 6 H 6 ) schädigt das Knochenmark . Es kann auch übermäßige Blutungen verursachen und das Immunsystem schwächen , was das Infektionsrisiko erhöht . Benzol verursacht Leukämie und wird mit anderen Blutkrebsarten und Vorstufen des Blutes in Verbindung gebracht.

Feinstaub (PM 10 und PM 2.5 )

Die gesundheitlichen Auswirkungen des Einatmens von Feinstaub in der Luft wurden bei Mensch und Tier umfassend untersucht und umfassen Asthma , Lungenkrebs , Herz-Kreislauf-Probleme und vorzeitigen Tod . Aufgrund der Größe der Partikel können sie bis in den tiefsten Teil der Lunge eindringen. Eine britische Studie aus dem Jahr 2011 schätzt 90 Todesfälle pro Jahr durch PM von Pkw. In einer Veröffentlichung aus dem Jahr 2006 gibt die US Federal Highway Administration (FHWA) an, dass im Jahr 2002 etwa 1 Prozent aller PM 10- und 2 Prozent aller PM 2,5- Emissionen aus den Abgasen von Straßenfahrzeugen stammten (meist aus Diesel). Motoren ).

Kohlendioxid (CO 2 )

Kohlendioxid ist ein Treibhausgas . Die CO 2 -Emissionen von Kraftfahrzeugen sind Teil des anthropogenen Beitrags zum Anstieg der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre, der nach Ansicht der überwiegenden Mehrheit der Wissenschaft den Klimawandel verursacht . Es wird geschätzt, dass Kraftfahrzeuge etwa 20 % der vom Menschen verursachten CO 2 -Emissionen der Europäischen Union verursachen, während Pkw etwa 12 % beitragen. Europäische Abgasnormen begrenzen den CO 2 -Ausstoß neuer Pkw und Light Vehicles. Die durchschnittlichen CO 2 -Emissionen von Neuwagen in der Europäischen Union sanken im Jahresverlauf bis zum ersten Quartal 2010 um 5,4 % auf 145,6 g/km .

Wasserdampf

Fahrzeugabgase enthalten viel Wasserdampf .

Wasserrückgewinnung

Es wurde erforscht, wie Truppen in Wüsten Trinkwasser aus den Abgasen ihrer Fahrzeuge gewinnen können.

Reduzierung der Umweltverschmutzung

Siehe auch: Luftansaugventil

Emissionsnormen konzentrieren sich auf die Reduzierung von Schadstoffen in den Abgasen von Fahrzeugen sowie aus industriellen Rauchgaskaminen und anderen Luftverschmutzungs- Abgasquellen in verschiedenen industriellen Großanlagen wie Erdölraffinerien , Erdgasaufbereitungsanlagen, petrochemischen Anlagen und chemischen Produktionsanlagen . Diese werden jedoch oft als Rauchgase bezeichnet . Katalysatoren in Autos wollen die Schadstoffbelastung der Abgase mit Hilfe eines Katalysators abbauen. Wäscher in Schiffen sollen das Schwefeldioxid (SO 2 ) aus Schiffsabgasen entfernen. Die Vorschriften für den Ausstoß von Schwefeldioxid aus dem Meer werden verschärft, jedoch wurden weltweit nur wenige Sondergebiete ausschließlich für die Verwendung von schwefelarmen Dieselkraftstoffen ausgewiesen.

Einer der Vorteile moderner Dampftechnik- Motoren besteht darin, dass sie geringere Mengen giftiger Schadstoffe (zB Stickoxide) produzieren als Benzin- und Dieselmotoren gleicher Leistung. Sie produzieren größere Mengen Kohlendioxid, aber weniger Kohlenmonoxid aufgrund einer effizienteren Verbrennung.

Gesundheitsstudien

Forscher der University of California, Los Angeles School of Public Health, sagen, dass vorläufige Ergebnisse ihrer statistischen Studie mit Kindern, die zwischen 1998 und 2007 im kalifornischen Krebsregister aufgeführt sind, ergeben haben, dass die Verkehrsverschmutzung mit einem Anstieg der Wahrscheinlichkeit für einige Krebsarten. Eine Studie der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ergab, dass Dieseldämpfe zu einem Anstieg von Lungenkrebs führen.

Lokalisierte Effekte

Das California Air Resources Board hat in Studien festgestellt, dass 50% oder mehr der Luftverschmutzung ( Smog ) in Südkalifornien auf Autoabgase zurückzuführen ist. Im Bereich von signalisierten Kreuzungen können die Schadstoffkonzentrationen von Verbrennungsmotoren aufgrund von Leerlauf und Beschleunigungen besonders hoch sein. Computermodellen vermissen diese Art von Details oft.

Siehe auch

Verweise

Externe Links