Co jakiś czas w mediach i wśród ekspertów z branży toczą się gorące dyskusje dotyczące skuteczności filtrów DPF, wybuchają kolejne afery związane z fałszowaniem norm emisji spalin przez koncerny samochodowe, a unijni urzędnicy głowią się jak z nimi walczyć.

Jeszcze pod koniec ubiegłego roku Komisja Europejska zdecydowała, że wszystkie nowe samochody benzynowe rejestrowane w Unii Europejskiej powinny być wyposażone w filtr GPF – odpowiednik filtra DPF stosowanego w silnikach Diesla. Nowe regulacje rozszerzają testy samochodów o emisję drobnych, niewidocznych gołym okiem cząstek. Bruksela co prawda nie narzuca producentom aut sposobu ograniczenia cząstek w celu wypełnienia limitów podczas testów w ruchu drogowym, ale w praktyce oznacza to, że wszystkie nowe samochody benzynowe powinny być wyposażone w filtr GPF. Nowe przepisy mają dotyczyć wszystkich nowych modeli pojazdów od września 2017 i wszystkich nowych samochodów od września 2018 r.

Z kolei w maju 2017 unijni ministrowie odpowiedzialni za przemysł uzgodnili wspólne stanowisko w sprawie przepisów dotyczących wydawania homologacji dla nowych samochodów. Celem nowych regulacji ma być zapobieganie manipulacjom z normami emisji spalin i aferom takim jak Dieselgate Volkswagena.

Państwa członkowskie będą miały obowiązek przeprowadzania testów w warunkach drogowych w co najmniej 1 na 50 tys. samochodów, które zjeżdżają z taśm produkcyjnych.

Oto jeden spośród najważniejszych argumentów przeciwników norm paliwowo-spalinowych: Volkswagen Golf Mk 1. Na rynek wszedł w roku 1974, Dwa lata później został wyposażony w silnik Diesla. Ten 4-cylindrowy silnik z wtryskiem pośrednim i komorą wirową, o pojemności 1,5 l i mocy 50 KM, zapewniający mizerne osiągi (18,5 s do 100 km/h i maksymalnie 136 km/h –  wówczas była to naprawdę dobra średnia w skali całego rynku!), zaszokował nawet zatwardziałych wielbicieli Diesli oszczędnością. Auto zużywało średnio 5,4 l/100 km. A w 4 lata później jego nowa wersja – 1.6d – zeszła do 4,5. W tamtych czasach Golf spełniał więc normy, których od kilku lat domaga się Unia Europejska od zupełnie nowych modeli, dopiero wprowadzanych na rynek.

Dzisiejsze normy dotyczące zużycia paliwa i emisji spalin to „pomieszanie z poplątaniem” –  przykład tego, że decydenci tworzący prawo nie lubią słuchać opinii fachowców.

Normy dotyczące stopniowego ograniczania zużycia paliwa związane były początkowo tylko z niedoborami ropy naftowej (tzw. Wielki kryzys paliwowy 1973) i prostą zależnością: auto dużo pali, czyli emituje dużo spalin, a tym samym powoduje smog. Ma więc palić mniej, to będzie mniej smogu. W USA wprowadzono w 1973 r. (na podstawie ustawy Clean Air Act z 1972) obowiązek stosowania katalizatorów. Przepisy precyzowały również, że spaliny muszą zawierać mniej trucizn – nie po to rozpowszechnił się elektroniczny wtrysk paliwa, żeby powietrze miało pozostać równie zanieczyszczone. Choć w Europie dość szybko przyjęto podobne rozwiązania, to pod koniec lat 80. doszło do „rozjazdu”, do którego w pewnej mierze przyczynił się mit o 40-letnim Volkswagenie Golfie, rzekomo spełniającym dzisiejsze normy emisji spalin.

Problem w tym, że normy dotyczące wielkości zużycia paliwa (które rzeczywiście 40-letni diesel w Golfie spełnia nawet z nadwyżką) dotyczą de facto emisji dwutlenku węgla (CO2). A zależność między wielkością zużycia paliwa a emisją CO2 jest prosta: z każdego litra benzyny spalonej w silniku powstaje ok. 2,39 kg dwutlenku węgla, zaś z litra oleju napędowego – 2,64 kg. Tak więc dla średniego zużycia paliwa na poziomie 5 l/100 km emisja CO2 (liczy się ją na 1 km przebiegu auta) wynosi odpowiednio 120 g dla silnika benzynowego i 132 dla wysokoprężnego. A Golf nr 1 i jego legendarny dieslowski silnik emitował minimalne ilości CO2 i nikogo wtedy nie obchodziło, jaki jest skład jego spalin. Nikt wówczas nie stosował technologii oczyszczania silników wysokoprężnych, a olej napędowy, na jakim wówczas jeździły Diesle, dziś nie zostałby dopuszczony do obrotu nie tylko na rynku unijnym, ale także na Białorusi czy w Indiach.

Tymczasem po obu stronach Oceanu do spójnego zestawu wymagań paliwowo-spalinowych dopisano zupełnie oddzielny zestaw wymagań dotyczących składu spalin. Zawartość dwutlenku węgla oraz zawartość trucizn w spalinach miały być kontrolowane w ramach dwóch zupełnie różnych procedur i testów. Normy amerykańskie i nowa norma europejska (Euro 1, rok 1992) podawały wyraźnie, jakich wartości legislatorzy (i działacze proekologiczni) oczekują, a czego wymagają bezwzględnie. Podano nawet „ścieżkę rozwoju zawodowego”, a więc kolejne planowane stopnie normatywne, do których producenci samochodów i silników musieli się dostosować, by ich produkty mogły być w przyszłości dopuszczane do użytkowania, czyli homologowane.

Niestety, rozwój techniki i technologii służących uzyskiwaniu wciąż czystszych spalin i niższego zużycia paliwa (czyli emisji CO2) bardzo szybko okazały się ze sobą sprzeczne. Redukcja zużycia paliwa możliwa jest tylko na drodze maksymalizacji wydajności silnika spalinowego. To zaś oznacza dla obu rodzajów silników wymuszone zasilanie (doładowanie) i zmniejszanie objętości (pojemności skokowej i liczby cylindrów), a tym samym zwiększanie temperatury i ciśnienia, w jakich dochodzi do zapłonu mieszanki w cylindrze. Jak wiadomo, fizyki nie da się oszukać, ale i z chemią jest tak samo: im wyższa temperatura zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej i im wyższe ciśnienie w komorze spalania, tym więcej w spalinach produktów naprawdę szkodliwych – tym razem bezpośrednio dla człowieka. Chodzi o tlenki azotu (NOx) i cząstki stałe (m.in. sadzę, węgiel w czystej postaci – tak drobny, że niedostrzegalny, ale zaklejający płuca).

W ten sposób koło się zamyka. Bo walka o redukcję emisji gazu cieplarnianego CO2 jest również walką z redukcją emisji szkodliwych substancji w spalinach. Znaczące obniżenie zawartości NOx oraz cząstek stałych w spalinach (zarówno silników benzynowych, jak i wysokoprężnych) możliwe jest tylko wówczas, jeśli silniki te cofniemy częściowo w rozwoju, czyli gdy będą mniej wydajne – będą zużywać więcej paliwa i emitować więcej CO2.

A na to nie ma zgody, dlatego wybuch tzw. afery Volkswagena był tylko kwestią czasu. Warto zauważyć, że wbrew obiegowej opinii, Volkswagen nie był ani pierwszym, ani specjalnie oryginalnym producentem stosującym metody i technologie mające na celu oszukanie aparatury badawczej sprawdzającej skład spalin. Już bowiem w pierwszym roku obowiązywania przepisów dotyczących norm spalin w USA (w 1973 r.) tzw. Wielka Amerykańska Trójka (Chrysler, Ford i General Motors) oraz Toyota USA zostały zmuszone przez federalną Agencję Ochrony Środowiska (EPA) do zaniechania stosowania technologii odłączających systemy kontroli oczyszczania spalin w niskich temperaturach.

Tymczasem wystarczyłoby podczas jednego testu sprawdzać wszystkie parametry – moc, moment obrotowy, wielkość zużycia paliwa i skład spalin – co umożliwiłoby uzyskanie prawdziwego obrazu charakterystyki wydajności silnika. Zamiast tego forsuje się koncepcje „testów w realnym życiu”, które nie do końca są wiarygodne. Wystarczą niewielkie zmiany warunków atmosferycznych (ciśnienie, temperatura, wilgotność, wysokość nad poziomem morza), by uzyskane wyniki były skrajnie różne od oczekiwanych. Nie wspominając o tym, że jeden i ten sam kierowca nigdy nie prowadzi w identyczny sposób. Gdy do tego dołożymy kwestie związane z oporami aerodynamicznymi (wiatr itp.) oraz ich związki z doładowaniem (doładowanie drastycznie podnosi zużycie paliwa, a uruchamia się, gdy rosną opory do pokonania) wiadomo już, dlaczego testy drogowe można włożyć między bajki.

Musimy się więc pogodzić z tym, że silniki spalinowe wkroczyły właśnie w schyłkową fazę swego istnienia. Już dziś ograniczenia w ruchu aut napędzanych Dieslami stają się raczej oczywiste niż zaskakujące. Podobnie jak silniki benzynowe/gazowe, jeszcze przez wiele dekad nie znikną z transportu ciężkiego (morski, kolejowy), ale z auta przeciętnego Kowalskiego – tak. I to w ciągu 15-20 lat.

Fanom motoryzacji z pewnością szkoda wielocylindrowych silników spalinowych i ich pięknego dudnienia. Ale auta napędzane elektrycznie są jeszcze szybsze, a dźwięk… można wygenerować. Oczywiście wytwarzanie prądu, który będzie napędzać silniki samochodów, musi także być bardziej ekologiczne niż dziś – i nie oznacza wbrew zapewnieniom ekologów konieczności natychmiastowej rezygnacji z elektrowni węglowych, które już dziś są naprawdę bardzo czyste. Choć niewątpliwie lepiej by było czerpać prąd z elektrowni czysto ekologicznych, wodnych, jak Norwegia.

Ale nawet gdy już wytworzymy prąd czystymi metodami, pozostaje kwestia magazynowania go na pokładzie auta. A technologie, na których opierają się nasze nawet najnowocześniejsze dziś akumulatory, tylko w detalach odbiegają od tych, dzięki którym powstały pierwsze baterie kwasowe. Czyli wciąż zaledwie o kilka kroków odeszły od tego, co znano w XVII wieku. I dopóki nie dojdzie do rewolucji w technologii przechowywania energii elektrycznej, nie ma mowy o tym, by nawet najbardziej wydajne silniki elektryczne – w samochodach na akumulatory – pokonały funkcjonalnie samochody w silnikami spalinowymi.

Chyba że – decyzją polityczną – nasza cywilizacja zostanie przestawiona na wodór. Wodór można już od 4 lat bezpiecznie i bez strat magazynować na pokładzie auta, gdzie ogniwo paliwowe wytworzy w wyniku kontrolowanego połączenia go z tlenem atmosferycznym ogromne ilości energii pozwalającej napędzać silnik. Już przy dzisiejszym stanie techniki i technologii auta tak zasilane i napędzane mogą mieć zasięg przekraczający 600 km – a to wystarczy, by je traktować jak bezpośrednie zastępstwo silników spalinowych. A czas tankowania wodoru to kwestia 4-5 minut, a nie 8 godzin, jak to jest z ładowaniem akumulatorów. Jak widać, elektryczna przyszłość jest nie do uniknięcia, ale sposób, w jaki do niej dotrzemy, wymaga jeszcze wiele pracy.

Zdjęcie: Volkswagen