De wetenschap achter de vorming van secundaire aerosolen ontrafelen

Stel je voor dat zonlicht over een skyline van een stad schijnt. Terwijl de lucht kalm lijkt, transformeren onzichtbare chemische reacties uitlaatgassen van voertuigen in nieuwe, gevaarlijkere verontreinigende stoffen - secundaire aerosolen. Deze kleine deeltjes verslechteren niet alleen de luchtkwaliteit, maar vormen ook aanzienlijke risico's voor de menselijke gezondheid. Maar hoe gebeurt deze "emissie-alchemie" precies?

Een baanbrekende studie heeft de rol van fotochemische transformaties bij het creëren van secundaire aerosolen onderzocht. Het onderzoek, uitgevoerd in het ILMARI Combustion Laboratory van de Universiteit van Oost-Finland, richtte zich op twee Euro 6-conforme personenauto's:

• Een benzine-aangedreven SEAT Arona (Euro 6b) uitgerust met een driewegkatalysator
• Een diesel-aangedreven SEAT Ateca (Euro 6d-temp) met een oxidatiekatalysator, dieselpartikelfilter (DPF) en selectieve katalytische reductie (SCR)-systeem

Met behulp van een chassisdynamometer (Rototest VPA-RX3 2WD) simuleerden onderzoekers vier verschillende rijscenario's om real-world omstandigheden na te bootsen en hun impact op de vorming van secundaire aerosolen te analyseren.

De studie reconstrueerde zorgvuldig vier rijscenario's om emissiepatronen onder verschillende omstandigheden te begrijpen:

• Koude start en 70 km/u Cruise (CSC70): Gesimuleerde motorstart na langdurige inactiviteit (minimaal 12 uur), waarbij de bemonstering onmiddellijk bij ontsteking begint en binnen 15 seconden een stabiele snelheid bereikt.
• 120 km/u snelwegrijden (D120): Nagebootst aanhoudend rijden met hoge snelheid om emissies tijdens typische snelwegomstandigheden te beoordelen.
• Hoge motorbelasting (3000 tpm, ~40 kW wielvermogen): Nagebootste veeleisende situaties zoals bergop rijden of accelereren om in te halen.
• Extreme motorbelasting (5000 tpm, ~50 kW wielvermogen): Vertegenwoordigde maximale prestatiescenario's om emissiegrenzen te evalueren.

Voor niet-koude-starttests preconditioneerden onderzoekers motoren door gedurende vijf minuten bij 3000 tpm met een belasting van 50 Nm te draaien voordat ze zich aanpasten aan testparameters, waardoor stabiele motortemperaturen en emissieconcentraties werden gewaarborgd.

De studie omvatte diverse brandstofsamenstellingen om hun milieu-impact te evalueren:

• Dieselvoertuigen: Getest met standaard B7-biodiesel (7% hernieuwbaar gehalte) en 100% hydrobehandelde plantaardige olie (HVO), een schoner brandende hernieuwbare alternatief.
• Benzinevoertuigen: Geëvalueerd met behulp van commerciële ethanolmengsels (E5, E10) en geherformuleerde benzine (RFG) met ongeveer 20% alcoholgehalte.

Alle brandstofwisselingen vonden plaats in gecertificeerde servicecentra met grondige tankreiniging tussen de tests om kruisbesmetting te voorkomen.

Dit onderzoek biedt cruciale inzichten in hoe voertuigemissies in zonlicht evolueren, met name met betrekking tot stikstofoxiden (NOx) en vluchtige organische stoffen (VOS) - belangrijke voorlopers voor ozon en secundaire aerosolen. De bevindingen suggereren:

• Omstandigheden met hoge belasting genereren verhoogde NOx- en VOS-emissies, waardoor fotochemische reacties worden versneld
• Met ethanol gemengde benzine kan de uitstoot van aldehyden verhogen, wat mogelijk de productie van secundaire aerosolen verhoogt
• Geavanceerde nabehandelingssystemen (DPF, SCR) tonen verschillende effectiviteit, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden

Deze resultaten zullen informeren over nauwkeurigere luchtkwaliteitsmodellering en beleidsmakers helpen bij het ontwikkelen van gerichte emissiereductiestrategieën. Naarmate de voertuigtechnologie evolueert met toenemende elektrificatie, kunnen toekomstige studies onderzoeken hoe hybride en elektrische voertuigen de vorming van secundaire aerosolen beïnvloeden via niet-uitlaatemissies en energieproductiepaden.