ลดมลพิษดีเซล

ย้อนกลับไปเมื่อปี 2531 ในครั้งนั้นมีการออกกฎควบคุมการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ดีเซล เป็นครั้งแรกในแถบยุโรปและสหรัฐอเมริกา เป็นที่รู้กันว่า เครื่องยนต์ดีเซล ไม่ก่อให้เกิดแกสคาร์บอนมอนอกไซด์ เหมือนเครื่องยนต์เบนซิน แต่จะก่อให้เกิดแกสไนโตรเจนออกไซด์ ตามด้วยควัน และสารอนุภาคต่างๆ กฎควบคุมการเผาไหม้ในช่วงแรกๆ นั้น เน้นที่แกสคาร์บอน และไฮโดรคาร์บอน ที่มีผลต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งเครื่องยนต์ดีเซลเองมีปัญหาในการควบคุมแกสคาร์บอน และไฮโดรคาร์บอนเพียงเล็กน้อยเท่านั้นตามข้อจำกัดของกฎควบคุม แต่เมื่อเพิ่มความเข้มงวดในเรื่องการควบคุมไนโตรเจนออกไซด์ และสารอนุภาคเล็กๆเป็นผลให้ต้องมีการออกแบบเครื่องยนต์ดีเซลใหม่ ในปีนั้นเอง มีการเพิ่มข้อจำกัดสำหรับปริมาณของไนโตรเจนออกไซด์ ของเครื่องยนต์ดีเซลในสหรัฐอเมริกาโดยตั้งมาตรฐานไว้ที่ 14 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง และปริมาณของสารอนุภาคถูกจำกัดไว้ที่ 80 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมงจากนั้นเป็นต้นมาก็มีข้อจำกัดต่างๆ ตามมาอีกมากมาย ผู้ผลิตเครื่องยนต์ได้ตั้งเป้าไปที่ปี 2550 เครื่องยนต์ที่ผลิตออกมาใช้ในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น จะต้องมีปริมาณไนโตรเจนออกไซด์เหลือเพียง 1.5 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง และ 0.013 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง สำหรับปริมาณสารอนุภาคซึ่งลดลงถึง 10 เท่าสำหรับไนโตรเจนออกไซด์ และ 16 เท่าสำหรับสารอนุภาค ผู้ผลิตเครื่องยนต์ดีเซล ต้องทำการปรับเปลี่ยนระบบเทอร์โบชาร์จ อินเตอร์คูเลอร์ ไฮเพรสเซอร์ระบบการฉีดเชื้อเพลิงที่ควบคุมการทำงานด้วยไฟฟ้า ระบบหน่วงเวลาจุดระเบิด และการนำเอาไอเสียกลับมาใช้งานใหม่อีกครั้ง ขั้นตอนต่อไปคือ การควบคุมไอเสียหลังการเผาไหม้ เพราะเมื่อถึงปี 2553 ไอเสียจากเครื่องยนต์ดีเซลจะต้องไม่มีแกสใดๆ ยกเว้นคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้น น้ำมันเครื่องมีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไรกับเครื่องยนต์ เมื่อเร็วๆ นี้เราได้ดูการสาธิตของจิม แมคกีแฮน ผู้จัดการใหญ่ของ CHEVRON TEXACO ในซิดนีย์ จิมเป็นหนึ่งในกลุ่มของสมาพันธ์วิศวกรยานยนต์ เขาอ้างว่าทุกๆ ครั้งที่มีการลดระดับมลพิษของการเผาไหม้ บริษัท ฯ จะทำการปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันเครื่องทุกครั้ง นอกจากนี้เมื่อเข้าใกล้ปี 2535 ผู้ผลิตเครื่องยนต์ดีเซล ที่ผ่านการทดสอบมีเพียง 2 ยี่ห้อเท่านั้น แต่ปัจจุบันมีเพิ่มขึ้นถึง 15 ยี่ห้อ ผู้ผลิตน้ำมันเครื่องต้องการช่วยผู้ผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงให้สอดคล้องกับกฎควบคุมการเผาไหม้ที่ใช้ในแถบยุโรปและสหรัฐอเมริกา เพราะไม่สามารถลดปริมาณของซัลเฟอร์ ในน้ำมันดีเซล ซึ่งเป็นต้นเหตุที่ก่อให้เกิดสารอนุภาค (สารอนุภาคเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบคาร์บอน-ซัลเฟอร์) ออสเตรเลีย ล้าหลังซีกโลกเหนือ ในเรื่องของการแนะนำน้ำมันดีเซล ซัลเฟอร์ต่ำ แต่ตามกฎข้อบังคับของประเทศกำหนดให้น้ำมันดีเซล ต้องมีปริมาณซัลเฟอร์ต่ำ ในอัตราส่วน 500 ส่วน/ล้าน (PPM) และเมื่อถึงปี 2549 น้ำมันดีเซลที่ใช้ในออสเตรเลียทั้งหมด ต้องมีปริมาณซัลเฟอร์เหลือเพียง 50 PPM ในขณะที่ยุโรป และสหรัฐอเมริกา จะต้องลดเหลือเพียง 10-15 PPM เท่านั้น น้ำมันเชื้อเพลิงซัลเฟอร์ต่ำ ช่วยให้การคำนวณสูตรของน้ำมันเครื่องง่ายขึ้น โดยการลดความรุนแรงของการเผาไหม้กรด ด้วยผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มหัวเชื้อให้กับน้ำมันเครื่อง การควบคุมเขม่าเป็นอีกหนึ่งของอุปสรรคที่ยิ่งใหญ่สำหรับผู้ผลิตน้ำมันเครื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผู้ผลิตเครื่องยนต์ถูกบังคับให้ลดอุณหภูมิที่จุดวาบไฟ (PEAK FLAME) ในช่วงแรกๆ ใช้การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าห้องเผาไหม้อย่างรวดเร็วส่งผลให้เครื่องยนต์มีกำลังดี และประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง แต่อุณหภูมิการเผาไหม้ที่สูง ทำให้มีปริมาณไนโตรเจนออกไซด์มากเกินไป ดังนั้นผู้ผลิตเครื่องยนต์จึงได้ทำการหน่วงเวลาของการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้ช้าลงโดยที่ยังคงอุณหภูมิการเผาไหม้ที่ระดับเดิมไว้ แต่เขม่าก็ยังคงมีอยู่ การยึดจับเขม่าต้องอาศัยการยึดจับโดยการแขวนลอยในน้ำมันเครื่อง และรอสะสมไว้จนกว่าน้ำมันเครื่องจะถูกถ่ายออก การนำเอาแกสไอเสียกลับมาใช้ เป็นอีกวิธีที่ผู้ผลิตเครื่องยนต์ดีเซล นำมาใช้เพื่อลดปริมาณไนโตรเจนออกไซด์แต่การเพิ่มโหลดความร้อนที่ระบบระบายความร้อน และน้ำมันหล่อลื่น มีโอกาสทำให้เกิดภาวะกรดขึ้นในน้ำมันเครื่อง ถ้า EGR คูเลอร์ตกลงจนอุณหภูมิของแกสไอเสียถึงระดับจุดกลั่นตัว จิม บอกว่า ไม่มีผู้ผลิตเครื่องยนต์ดีเซลรายใดสามารถผลิตเครื่องยนต์ดีเซลให้ได้ตรงตามกฎควบคุมการเผาไหม้ในปี 2550 โดยไม่กลั่นกรองแกสเสียออกจากแกสไอเสีย และนับเป็นงานที่ท้าทายไม่น้อยสำหรับบริษัทผู้ผลิตน้ำมันเครื่อง ซัลเฟอร์จะไปทำลายการดูดซับแกสไนโตรเจนออกไซด์ และแคทาไลทิค คอนเวอร์เตอร์ ดังนั้นน้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันเครื่องจะต้องมีปริมาณของซัลเฟอร์ เกือบจะเป็นศูนย์ การดักจับสารอนุภาครวมถึงบรรดาเขม่าต้องเป็นหน้าที่ของแคทาไลทิค คอนเวอร์เตอร์ หรือยูเรีย ทรีทเมนท์การกำจัดเขม่า และยับยั้งเขม่าจากการเผาไหม้จะอาศัยน้ำมันเครื่องเป็นตัวดักจับเขม่าและสารอนุภาคต่างๆ ดังนั้นการคิดคำนวณสูตรน้ำมันเครื่องเพื่อลดปริมาณซัลเฟอร์ออกไซด์และสารอนุภาคต่างๆเป็นเรื่องที่น่าท้าทายไม่น้อยสำหรับบริษัทผู้ผลิตน้ำมันเครื่อง