Giải mã Khoa học Đằng sau Sự Hình thành Aerosol Thứ cấp

Hãy tưởng tượng ánh nắng chiếu rọi trên đường chân trời của thành phố. Trong khi không khí có vẻ yên tĩnh, các phản ứng hóa học vô hình đang biến đổi khí thải từ phương tiện thành các chất ô nhiễm mới, nguy hiểm hơn—aerosol thứ cấp. Các hạt nhỏ bé này không chỉ làm giảm chất lượng không khí mà còn gây ra những rủi ro đáng kể cho sức khỏe con người. Nhưng chính xác thì "phép thuật thải" này diễn ra như thế nào?

Một nghiên cứu đột phá đã điều tra vai trò của các biến đổi quang hóa trong việc tạo ra aerosol thứ cấp. Được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Đốt ILMARI của Đại học Đông Phần Lan, nghiên cứu tập trung vào hai xe chở khách đạt tiêu chuẩn Euro 6:

• Một chiếc SEAT Arona chạy bằng xăng (Euro 6b) được trang bị bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều
• Một chiếc SEAT Ateca chạy bằng dầu diesel (Euro 6d-temp) có bộ xúc tác oxy hóa, bộ lọc hạt diesel (DPF) và hệ thống khử xúc tác chọn lọc (SCR)

Sử dụng máy đo công suất khung gầm (Rototest VPA-RX3 2WD), các nhà nghiên cứu đã mô phỏng bốn tình huống lái xe khác nhau để tái tạo các điều kiện thực tế và phân tích tác động của chúng đến sự hình thành aerosol thứ cấp.

Nghiên cứu đã cẩn thận tái tạo bốn tình huống lái xe để hiểu rõ các kiểu phát thải trong các điều kiện khác nhau:

• Khởi động nguội và Chạy ở tốc độ 70 km/h (CSC70): Mô phỏng khởi động động cơ sau thời gian không hoạt động kéo dài (tối thiểu 12 giờ), với việc lấy mẫu bắt đầu ngay khi đánh lửa và đạt tốc độ ổn định trong vòng 15 giây.
• Lái xe trên đường cao tốc 120 km/h (D120): Tái tạo hành trình tốc độ cao liên tục để đánh giá lượng khí thải trong điều kiện đường cao tốc điển hình.
• Tải động cơ cao (3000 vòng/phút, ~40 kW công suất bánh xe): Mô phỏng các tình huống đòi hỏi như leo dốc hoặc tăng tốc để vượt.
• Tải động cơ cực lớn (5000 vòng/phút, ~50 kW công suất bánh xe): Đại diện cho các tình huống hiệu suất tối đa để đánh giá giới hạn phát thải.

Đối với các thử nghiệm không khởi động nguội, các nhà nghiên cứu đã điều kiện trước động cơ bằng cách chạy ở tốc độ 3000 vòng/phút với tải 50 Nm trong năm phút trước khi điều chỉnh theo các thông số thử nghiệm, đảm bảo nhiệt độ động cơ và nồng độ khí thải ổn định.

Nghiên cứu kết hợp các công thức nhiên liệu khác nhau để đánh giá tác động đến môi trường của chúng:

• Xe diesel: Được thử nghiệm với nhiên liệu sinh học B7 tiêu chuẩn (7% hàm lượng tái tạo) và 100% dầu thực vật hydrotreated (HVO), một loại nhiên liệu thay thế tái tạo sạch hơn.
• Xe chạy bằng xăng: Được đánh giá bằng cách sử dụng hỗn hợp ethanol thương mại (E5, E10) và xăng cải tiến (RFG) có chứa khoảng 20% hàm lượng cồn.

Tất cả các thay đổi nhiên liệu đều diễn ra tại các trung tâm dịch vụ được chứng nhận với việc làm sạch thùng chứa kỹ lưỡng giữa các thử nghiệm để ngăn ngừa ô nhiễm chéo.

Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết quan trọng về cách khí thải từ phương tiện phát triển dưới ánh nắng mặt trời, đặc biệt liên quan đến oxit nitơ (NOx) và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)—tiền chất chính của ozone và aerosol thứ cấp. Các phát hiện cho thấy:

• Các điều kiện tải cao tạo ra lượng khí thải NOx và VOC tăng cao, đẩy nhanh các phản ứng quang hóa
• Xăng pha ethanol có thể làm tăng lượng khí thải aldehyde, có khả năng làm tăng sản xuất aerosol thứ cấp
• Các hệ thống xử lý sau tiên tiến (DPF, SCR) thể hiện hiệu quả khác nhau tùy thuộc vào điều kiện vận hành

Những kết quả này sẽ cung cấp thông tin cho việc mô hình hóa chất lượng không khí chính xác hơn và giúp các nhà hoạch định chính sách phát triển các chiến lược giảm phát thải mục tiêu. Khi công nghệ xe phát triển với việc điện khí hóa ngày càng tăng, các nghiên cứu trong tương lai có thể xem xét cách các phương tiện lai và điện ảnh hưởng đến sự hình thành aerosol thứ cấp thông qua khí thải không xả và các con đường sản xuất năng lượng.