Egzoz Emisyon Kontrolü ve Özellikleri

[Güven Ş.]

Egzoz Emisyon Kontrolü

Emisyon sınırlarına uyum için motorlar sürekli geliştirilmekte, günümüzde motorlarda son derece kompleks ve pahalı teknolojiler kullanılmaktadır. Gelecekteki “Sıfır Emisyon” hedefi için elektrik veya hidrojen gibi alternatif enerjiler kullanan “Hibrid” motorların geliştirme süreci başlamıştır.

1.Yakıtlar ve Yanma

Tanımı : Yanma, yakıtların oksijenle girdikleri kimyasal tepkimenin özel adıdır. Bu tepkime sırasında yakıt içindeki kimyasal enerji açığa çıkar. Açığa çıkan enerjinin büyük kısmı ısı (sıcak gazlar), geri kalan küçük bir kısmı ise elektromanyetik dalgalar (ışık), elektrik (çevreye saçılan serbest elektronlar ve iyonlar) ve mekanik enerji (ses) şeklinde çevreye yayılır. Tepkime sonucunda elektrik ve mekanik enerji şeklinde çok az enerji çıktığı için bunlar genellikle dikkate alınmaz. Aynı şekilde yanma işleminde ortaya çıkan ışık şeklindeki elektromanyetik enerjinin, toplam enerji içindeki payı da çok azdır. Yanma işlemi sırasında ortaya çıkan ışık, günümüzde ışığa duyarlı dirençler (light dependent resistor-LDR, fotosel) yardımıyla örneğin bir kazan içinde yanmanın devam edip etmediğini izlemeye yaramaktadır.

Aydınlatmanın çam ağacından elde edilen çıra veya yakıt olarak değişik yağların kullanıldığı, fitilli lambalar döneminde de yanma olayında oluşan ışık önemli bir konu olmuştur. Bütün maddelerin yapısında kimyasal enerji vardır. Ancak yalnız,  oksijenle girdikleri tepkime sonucu ısı ve ışık yayan maddelere yakıt denir. Doğada bulunan odun, kömür ve petrol doğal  akıtlardır. Bunlar dışında alkoller, sıvılaştırılmış petrol gazı (liquefied petroleum gas, LPG), sıvılaştırılmış doğal gaz (liquefied natural gas, LNG), sıkıştırılmış doğal gaz (compressed natural gas, CNG), şehir gazı, yüksek

fırın gazı, kok gazı vs. gibi yapay olarak üretilen yakıtlar da vardır. Metanol ve etanol son yıllarda taşıtlarda yakıt olarak kullanımı gittikçe artan alkollerdir. Yine son yıllarda sera gazlarını azaltmak amacıyla enerji ormancılığı çalışmaları hız kazanmıştır. Fosil yakıtların azalmaya başlamasıyla mevcut biyokütle kaynakları da yakıt olarak eskiye göre hem evsel hem de endüstriyel alanda daha çok kullanılır olmuştur.

Özellikleri

Pratik yanma hesaplamalarında hava, yalnız azot (N2) ve oksijenden (O2) ibaretmiş gibi alınabilir. Bu durumda hava, hacimsel olarak %21 oksijen ve diğer gazlar da içine katılmış olarak %79 azot olarak kabul edilir. Yanmaya katılmayan diğer gazların azota dâhil edilmeleri ciddi bir sorun yaratmamaktadır. Kütlesel oranlar ise %23.2 oksijen ve %76.8 azot şeklindedir. Gaz karışımındaki bileşenler kendileri de birer bileşik hâlinde olabilir. Bu durumda bileşiğin mol kütlesinden bahsetmek gerekir. Mol kütlesi yerine formül kütlesi deyimi de kullanılmaktadır. Örneğin karbondioksitin (CO2) formül kütlesi (mol kütlesi) (1×12) + (2×16) = 44 kg/kmol’dür ( Mco2 =kg/kmol). Benzinli ve Alternatif Yakıtlı Motorların Emisyonları: Bunlar karbon monoksit, karbon dioksit, hidrokarbon ve diğer gazlar (azot oksitler, su buharı)dır. Benzinli motorlarda bu emisyonlar yoğun olarak görülmektedir. Uzunca bir süreden beri hidrojenin motorlarda yakıt olarak kullanılma imkânları araştırılmaktadır. Günümüzde yakıt seçiminde ölçüt olarak alınan ulaştırma yakıtı olma özelliği, çok yönlü kullanıma uygunluk, kullanım verimi, çevresel uygunluk, emniyet ve maliyet açısından yapılan değerlendirmeler hidrojen lehine sonuç vermektedir. 1970’lerde hidrojenin alternatif motor yakıtı olarak kullanılması yeniden gündeme gelmiştir. Egzoz emisyon değerlerinin düşük olması, petrole olan bağımlılığın azaltması hidrojenin uzun yıllar önceden tespit edilmiş olan avantajlarıdır. Benzin motoruna hidrojen takviyesi ile yanmamış hidrokarbon emisyonları azaltılarak ısıl verimi iyileştirilir. Hidrojen takviyesi yapılan Otto motorlarında küçük bir ön yanma odası mevcuttur. Yanma odası bujinin yerine yerleştirilmiştir. Bu ön yanma odası içinde hidrojen enjektörü ile buji vardır. Esas yakıt ise (benzin, metanol, propan vs.) emme portlarındaki enjektörlerden püskürtülerek silindirlere gönderilir. Hidrojen takviyesi ile esas yanma odası içinde yakılan hidrokarbon esaslı yakıtların çok fakir karışım oranlarında düzgün bir şekilde yakılması sağlanır. Böylece ısıl verim arttırılarak, azotoksit emisyonları önemli derecede azaltılır. Hidrojenin hava ile yanmasının sonucu da, yakıtta karbon bulunmaması nedeni ile yanma ürünleri arasında CO, CO2, HC’ler mevcut olmayacak, sadece motorun yağlama yağının yanması nedeni ile oluşan HC’ler egzoz gazları arasında bulunacaktır. Ayrıca yüksek yanma sıcaklıkları nedeniyle havanın kimyasal reaksiyonu sonucu azot oksitler oluşacaktır.
Hidrojenin yanma ürünü su buharıdır ve sınırlı maksimum sıcaklıklardaki NOx emisyonları ihmal edilebilir. Nitekim hidrojenle çalışan bir içten yanmalı motor, günümüz taşıt motorlarından çok daha az NOx emisyonuna neden olmaktadır.  Pratikyanma  hesaplamalarında hava, yalnız azot (N2) ve oksijenden (O2) ibaretmiş gibi alınabilir. Bu durumda hava, hacimsel olarak %21 oksijen ve diğer gazlar da içine katılmış olarak %79 azot olarak kabul edilir. Yanmaya katılmayan diğer gazların azota dâhil edilmeleri ciddi bir sorun yaratmamaktadır. Kütlesel oranlar ise %23.2 oksijen ve %76.8 azot şeklindedir. Gaz karışımındaki bileşenler kendileri de birer bileşik hâlinde olabilir. Bu durumda bileşiğin mol kütlesinden bahsetmek gerekir. Mol kütlesi yerine formül kütlesi deyimi de kullanılmaktadır. Örneğin karbondioksitin (CO2) formül kütlesi (mol kütlesi) (1×12) + (2×16) = 44 kg/kmol’dür ( Mco2 =kg/kmol). Benzinli ve Alternatif Yakıtlı Motorların Emisyonları Bunlar karbon monoksit, karbon dioksit, hidrokarbon ve diğer gazlar (azot oksitler, su buharı)dır. Benzinli motorlarda bu emisyonlar yoğun olarak görülmektedir. Uzunca bir süreden beri hidrojenin motorlarda yakıt olarak kullanılma imkânları araştırılmaktadır. Günümüzde yakıt seçiminde ölçüt olarak alınan ulaştırma yakıtı olma özelliği, çok yönlü kullanıma uygunluk, kullanım verimi, çevresel uygunluk, emniyet ve maliyet açısından yapılan değerlendirmeler hidrojen lehine sonuç vermektedir. 1970’lerde hidrojenin alternatif motor yakıtı olarak kullanılması yeniden gündeme gelmiştir. Egzoz emisyon değerlerinin düşük olması, petrole olan bağımlılığın azaltması hidrojenin uzun yıllar önceden tespit edilmiş olan avantajlarıdır. Benzin motoruna hidrojen takviyesi ile yanmamış hidrokarbon emisyonları azaltılarak ısıl verimi iyileştirilir. Hidrojen takviyesi yapılan Otto motorlarında küçük bir ön yanma odası mevcuttur. Yanma odası bujinin yerine yerleştirilmiştir. Bu ön yanma odası  içinde hidrojen enjektörü ile buji vardır. Esas yakıt ise (benzin, metanol, propan vs.) emme portlarındaki enjektörlerden püskürtülerek silindirlere gönderilir. Hidrojen takviyesi ile esas yanma odası içinde yakılan hidrokarbon esaslı yakıtların çok fakir karışım oranlarında düzgün bir şekilde yakılması sağlanır. Böylece ısıl verim arttırılarak, azotoksit emisyonları önemli derecede azaltılır. Hidrojenin hava ile yanmasının sonucu da, yakıtta karbon bulunmaması nedeni ile yanma ürünleri arasında CO, CO2, HC’ler mevcut olmayacak, sadece motorun yağlama yağının yanması nedeni ile oluşan HC’ler egzoz gazları arasında bulunacaktır. Ayrıca yüksek yanma sıcaklıkları nedeniyle havanın kimyasal reaksiyonu sonucu azot oksitler oluşacaktır. Hidrojenin yanma ürünü su buharıdır ve sınırlı maksimum sıcaklıklardaki NOx emisyonları ihmal edilebilir. Nitekim hidrojenle çalışan bir içten yanmalı motor, günümüz taşıt motorlarından çok daha az NOx emisyonuna neden olmaktadır.