EUCOR Sommeruniversität in den Umweltwissenschaften ...

Pollution liée au transport routier: moyens de remédiation
Die Umweltverschmutzung durch den Straßenverkehr: Abhilfemaßnahmen
Prof. Patrick Gilot
Laboratoire GRE
Université de Haute Alsace
Les échappements des véhicules automobiles
contiennent différents polluants gazeux (CO, NOx,
hydrocarbures imbrûlés et composés organiques volatils)
ou solides (suies émises par les moteurs Diesel).
Pour être admis à circuler, les véhicules doivent obéir à
des normes qui réglementent les émissions. Des procédés
catalytiques de traitement des gaz dʼéchappement ont dû
être mis en place.
Les véhicules possédant un moteur essence
conventionnel sont équipés de systèmes catalytiques trois
voies permettant dʼéliminer à la fois CO (par oxydation
en CO2), les oxydes dʼazote (qui sont réduits en diazote
N2) et les hydrocarbures imbrûlés qui sont oxydés en
CO2 et H2O. Le procédé consiste à faire passer les gaz
dʼéchappement dans les canaux dʼun monolithe dont
les parois sont enduites dʼalumine où sont déposés
des métaux précieux (platine, palladium, rhodium) qui
catalysent les réactions.
Dʼautres motorisations apparaissent maintenant sur
le marché. Ces nouveaux moteurs, toujours alimentés
en essence, fonctionnent en mélange pauvre, cʼest-à-dire
en défaut de carburant par rapport à lʼair. Ces moteurs
consomment de 10 à 20 % moins de carburant que les
moteurs dits conventionnels. Les gaz dʼéchappement
riches en oxygène (10 à 15 %) favorisent lʼoxydation
de CO en CO2, lʼoxydation des hydrocarbures imbrûlés
en CO2 et H2O, mais rendent difficile la réduction des
oxydes dʼazote. Des pièges à oxydes dʼazote ont alors été
inventés pour réduire la quantité de NOx émis.
Les moteurs Diesel qui équipent jusquʼà 50 % du parc
automobile Français sont des moteurs fonctionnant en
mélange pauvre et, à ce titre, sont économes en carburant.
Le problème de la réduction des NOx nʼest pas encore
résolu, mais est en passe de lʼêtre grâce à lʼutilisation
des pièges à oxydes dʼazote. Dʼautres solutions, telle
lʼutilisation dʼurée comme agent réducteur, sont aussi à
lʼétude.
Le plus gros problème posé par les moteurs Diesel
est lʼémission de particules solides (ou suies) de faible
diamètre et pouvant pénétrer au plus profond des alvéoles
pulmonaires. Ces suies transportent sur leur surface
des hydrocarbures suspectés pour certains dʼavoir des
propriétés cancérogènes. Le constructeur Peugeot utilise
sur certains de ses véhicules un filtres à particules, couplé
à lʼutilisation dʼun additif à base de cérium ajouté au
gazole, pour éliminer les suies des échappements.
Des progrès considérables en terme de dépollution ont
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Autoabgase enthalten verschiedene gasförmige (Kohlenmonoxid
CO, Stickoxid NOx, unverbrannter
Kohlenwasserstoff HC und flüchtige organische Verbindungen)
oder feste Schadstoffe (Rußpartikel aus Dieselmotoren).
Um für den Straßenverkehr zugelassen zu werden,
müssen sich Fahrzeuge den geltenden Normen zur Abgaskontrolle
und Schadstoffregulierung beugen. Zum Zweck
der Abgasregulierung wurden Katalysatoren eingeführt.
Fahrzeuge mit herkömmlichem Benzinmotor sind mit
3-Wege-Katalysatoren ausgestattet, durch die gleichzeitig
Kohlenmonoxid (katalytische Überführung in Kohlendioxid
CO2), Stickstoffoxide (katalytische Überführung in
Stickstoff N2) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (katalytische
Überführung in Kohlendioxid CO2 und Wasser
H2O) konvertiert und damit eliminiert werden können.
Der Prozess läuft so ab, dass die Abgase durch ein
wabenförmiges Metallgehäuse geleitet werden, dessen
Innenwände mit einer edelmetallhaltigen Formulierung
beschichtet sind. Die dort als winzige Partikel verteilten
Edelmetalle (Platin, Palladium, Rhodium) katalysieren
die chemischen Reaktionen.
Jetzt tauchen auch andere Motorisierungen auf dem
Markt auf. Die neuen „Gasmagermotoren“ sind zwar
immer noch benzinbetrieben, funktionieren aber mit
weniger Benzin im Verhältnis zur Luftzufuhr. Gasmagermotoren
verbrauchen 10-20 % weniger Treibstoff als herkömmliche
Motoren. Sauerstoffreiche Abgase (10-15 %)
begünstigen die Oxidation von CO in CO2, die Oxidation
von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in CO2 und H2O,
machen aber die Reduktion der Stickstoffoxidfreisetzung
schwierig. Man hat daher „Fallen“ für Stickstoffoxide
erfunden, um die NOx-Emissionen zu reduzieren.
Bis zu 50 % der französischen Pkw-Flotte sind mit
Dieselmotoren ausgerüstet. Diese Motoren funktionieren
mit Magerverbrennung und sind daher treibstoffsparend.
Das Problem der Stickstoffoxidfreisetzung konnte zwar
noch nicht gelöst werden, aber die Nutzung von „Stickstoffoxidfallen“
soll die Reduktion der NOx-Emissionen
herbeiführen. Auch andere Lösungen, etwa der Einsatz
von Harnstoff als emissionsreduzierendem Element, werden
derzeit erforscht.
Das drängendste Problem der Dieselmotoren ist die
Emission winziger fester Partikel (mit anderen Worten:
Ruß), die bis in die hintersten Winkel der Lungenbläschen
eindringen können. An der Oberfläche dieser Partikel
werden Kohlenwasserstoffe transportiert, die zum Teil im
Verdacht stehen, eine krebserregende Wirkung zu haben.
Der Automobilhersteller Peugeot setzt bei einigen Fahrzeugen
Partikelfilter ein, die, gekoppelt mit der Nutzung
von Cerium-Additiven im Dieseltreibstoff, die Rußpartikel
aus den Abgasen eliminieren sollen.
In den letzten zehn Jahren wurden erhebliche Fortschritte
bei der Abgasreinigung und damit der Schadstoffreduzierung
gemacht. Die Probleme konnten zwar nicht völlig
ausgeräumt werden, aber es gibt heute potenziell effizien-