Ezek nem szennyezik a levegőt, mivel abban is megtalálhatók. A bennünket körbevevő levegőre veszélyes és az üvegházhatást növelő szennyező összetevő a szén-dioxid (CO2), amely a dízel kipufogógázban 12%-os részarányt képvisel, de ennek egy részét a környezetben található növényzet még hasznosíthatja. Az emberi egészségre és a környezetre különösen veszélyesek a kipufogógázban 0,3%-ban található károsító anyagok, amelynek felét teszik ki a nitrogén-oxidok (NOx), 17%-át adják a por, korom, fémkopásból (motor, fék stb.) származó szilárd részecskék (PM - Particulate Matter), 15%-át teszi ki az élő szervezetekre különösen káros szén-monoxid (CO), 10%-át az elégetlen szénhidrogén maradványok (HC) és 8%-át a különböző kéntartalmú vegyületek.
US.EPA Tier előírások
A mezőgazdasági erőgépek motorjaira vonatkozóan először 1991-ben jelentetett meg emissziós Tier határértékeket és mérési módszereket az US.EPA (az Amerikai Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala), amelyet 1994-től a gyakorlatban is kezdtek alkalmazni, és amit később több ország is – 1996-ban Japán, 1997-ben az Európai Unió, még később – 2007-ben Kína, ill. 2008-ban India és Törökország – átvett. Ezek az előírások a kipufogógázok élő szervezetekre vonatkozó káros összetevőinek a korlátozására vonatkoznak, amelyek a következők:
- CO – szén-monoxid,
- HC – el nem égett szénhidrogének,
- NMHC – nem metán tartalmú szénhidrogének,
- NOx – nitrogén-oxidok,
- PM – szilárd részecskék (por, korom stb.).
Az US.EPA előírásokban a Tier szó jelentése besorolást jelent. Ennek alapján az alkalmazás éve szerint Tier 1 és Tier 4 között a 8 és 560 kW (10,9 és 761 LE) teljesítményű erőgép (traktor) motorokra egyre szigorúbb kibocsátási határértékeket szabtak meg g/kWh fajlagos kibocsátott mennyiségekben meghatározva.
A 2012–2014 között bevezetésre került Tier 4 fokozatnál később további két részleges fokozatot – a Tier 4 Interim és a Tier 4 Final – is megkülönböztettek. Az US.EPA Tier 4 besorolásra vonatkozó jelenleg érvényben lévő határértékeket a 2. táblázat tartalmazza. Ezek alapján minősítik és kapnak típusbizonyítványt a mezőgazdasági erőgépek motorjai az USA-ban.
EU Stage normatívák
Az EU először 1997-ben adott ki szabályozást (97/68/EC) a mezőgazdasági erőgépek füstgáz-kibocsátási normatíváira.
Az unió a besoroláshoz a Stage (fokozat) elnevezést alkalmazta. Az 1997-es direktíva alapján 1999-ben lépett érvénybe az EU Stage I majd 2001 és 2004 között az EU Stage II szabvány, amelyek az Európára érvényes kibocsátási határértékeket tartalmazták. Az Európai Bizottság 2004-ben (2004/26/EC direktíva) tovább szigorította a füstgázemisszióra vonatkozó határértékeket, amelyek hatályba lépéséről a 2005/13/EC direktíva rendelkezett. A magyarországi gyakorlat 2001-től vette át és alkalmazza az európai előírásokat. Az EU a Stage III besorolásnál szintén alkalmazott A (2006–2008) és B (2011–2013) kategóriás bontásokat, amelyeket a PM-kibocsátások drasztikus csökkentése indokolt. Az US.EPA Tier és az EU Stage kibocsátási határértékek csak kisebb eltéréseket mutatnak, nem teljesen fedik egymást. Az EU Stage besorolás az erőgépmotorokat teljesítménykategóriák és környezetvédelmi fokozat szerint betűjelekkel (A–Q) is megkülönbözteti, amelyet az US.EPA Tier nem alkalmaz.
A mezőgazdasági erőgépek motorjainak füstgázösszetevőit és ezen belül a füstgáz károsanyag-tartalmát – laboratóriumi körülmények között – fékpadon vizsgálják a motorok teljesítményével, nyomatékával és hajtóanyag-fogyasztásával párhuzamosan. Erről hivatalos, hitelesített jegyzőkönyvet bocsátanak ki az arra akkreditált vizsgáló intézmények.
Az erőgépmotorok káros emissziójának csökkentési fokozatai
A Tier 1 és a Stage I fokozatok előírásainak teljesítése a motorgyártók számára nem jelentett nagyobb erőfeszítéseket. A permanens motorfejlesztések – elektronikus vezérlések, négyszelepes hengerek, vezérelt turbófeltöltők, a jobb égéstér kialakítások, a hatékonyabb motorhűtés stb. – tették lehetővé az előírások teljesítését. A Tier 2 és a Stage II követelményeknek való megfelelőséghez a kipufogógázok emissziójában a szilárd részecskék (PM) értékeit 50%-kal, a nitrogén-oxidok (NOx) értékeit pedig 20%-kal kellett mérsékelni. Ez már jelentős feladatokat adott a motorfejlesztőknek. Ezt a common rail rendszerű (közös nyomócsöves) üzemanyagellátó és a 1200–1500 bar nyomással dolgozó tökéletesebb üzemanyag-porlasztású, elektronikus (ECU) vezérlésű, változó geometriájú (WTG) turbófeltöltővel és EGR (Exthaus Gas Recirculation) füstgáz-visszahűtéses és -visszavezetéses utóégetési rendszerek tették lehetővé. Ezek a fejlesztések 2004-ig valósultak meg és álltak rendszerbe az egész világon, amely az EGR rendszerek elterjedését eredményezte.
A következő fokozatot az USA-ban a Tier 3, az EU-ban a Stage IIIA előírások teljesítése jelentette 2006 és 2018 között, amely – mintegy további 50%-kal – tovább szigorította a szilárd részecske (PM) káros anyagok kibocsátását, a többi károsanyag-összetevőket nem érintette. Ezt a motorgyártók az EGR rendszer tökéletesítésével, a füstgáz-visszahűtés jobb szabályozásával és elektronikus vezérlések második generációjának alkalmazásával, ill. DPF (Diesel Particulate Filter) részecskeszűrők beépítésével tudták teljesíteni. A 2011 és 2013 között gyártott mezőgazdasági erőgépek motorjainak teljesíteni kellett az US.EPA Tier 4i (Interim) és az EU Stage IIIB füstgázemissziós károsanyag-kibocsátási normatívákat. Ezek drasztikus csökkentéseket írtak elő a szilárd részecske (PM) kibocsátási és a mérgező nitrogén-oxid (NOx) mérséklésére vonatkozóan. A PM- és az NOx-kibocsátási értékeket is az 56–560 kW (76–762 LE) közötti teljesítményű motorok esetében több mint 90%-kal kellett mérsékelni.
Ez már komoly kihívást jelentett a motorfejlesztőknek. Tovább növelték a porlasztók befecskendezési kezdő nyomását 2000 bar-ra. A füstgáz-visszavezetéses, -visszahűtéses utóégetési rendszereket (EGR) áramlás- és hőmérsékletszabályozással látták el (ETM). Kétlépcsős kombinált turbófeltöltőkkel szerelték fel a motorokat és DOC (Diesel Oxidation Catalitic) katalizátorokat, DPF (Diesel Particulate Filter) részecskeszűrőket is beépítettek a füstgázkezelő rendszerbe. Az EGR helyett ennél a károsanyag-kibocsátási fokozatnál kerültek először alkalmazásra az AdBlue, vagy DEF (dízel kipufogógáz folyékony adalék) befecskendezésű SCR (Selective Catalyctic Reduction) szelektív katalikus füstgázkezelő katalizátorok, amelyek a NOx-kibocsátás drasztikus csökkentéséhez járultak hozzá. Ezekkel a füstgázkezelő rendszerekkel lehet leginkább találkozni a magyar mezőgazdaságban üzemelő fiatalabb erőgépek zömén napjainkban. Ezek a karbamid alapú, relatíve olcsó adalékok 2–4%-ban kerülnek felhasználásra az SCR katalizátorokban. Tárolásukra külön tartályt alakítanak ki a traktorokon és ugyanúgy tankolhatók, mint a gázolaj. 2014-től kezdődően, 2016-tól pedig valamennyi motorteljesítmény kategóriában kötelezően érvényes az új gyártású motorok esetében az US.EPA Tier 4f (Final)/EU Stage IV normatívák teljesítése, amely a (NOx) nitrogén-oxidok, a szénhidrogén maradványok és a füstgáz szilárd részecskéinek további drasztikus csökkentését írják elő. Ez azt jelenti, hogy a szén-monoxid (CO) kivételével a többi káros anyag csak néhány tized-, ill. század százalékban lehet jelen a motorok füstgázemisszióiban. Ezeket a paramétereket a mezőgazdasági erőgépek motorjai a füstgáz-visszavezetéses (EGR), a szelektív katalikus redukciós (SCR) Ad Blue/DEF-dízeloxidációs katalizátorok és DPF részecskeszűrők kombinált alkalmazásával képesek a gyártók teljesíteni. Egyes motorgyártók (FPT, AgcoPower) HieSCR katalizátor rendszereket is alkalmaznak, amelyek a nitrogén-oxidok (NOX) karbamid oldatos semlegesítéséből származó ammónia (NH3) légkörbe jutásának megakadályozására ADC-oxidációs katalizátort is beépítenek a füstgázkezelési technológiába, és az elektronikus motorvezérlés (ECU) második-harmadik generációs intelligens megoldásait alkalmazzák. Jelenleg a piacon kapható legkorszerűbb mezőgazdasági erőgépek (traktorok, kombájnok, szecskázók stb.) motorjai a Tier 4 final/Stage IV előírásoknak felelnek meg. Természetesen ezek a fejlesztések jelentős források felhasználásával is jártak, amelyek a motorok és az erőgépek áraiban jelentkeztek, ill. jelentkeznek. Szakértők szerint ez 10–15%-os árnövekedést is eredményezhet.
Folytatás az US.EPA Tier 5 és az EU Stage V követelmények szerint
Az US.EPA Tier 4f (Final), ill. az EU Stage IV normatívákkal az 1994-ben elkezdődött és a tisztább üzemű, a légkör levegőjét minimálisan károsító füstgázemissziós mezőgazdasági erőgépmotorok fejlesztésében lezárult egy korszak. Innen már csak a 0 károsanyag-emisszió irányában lehet elmozdulni. Ehhez készített az Európai Bizottság az EU Stage V fokozat követelményeire egy javaslatot, amelynek hatályba lépése 2019–2020-ban várható (3. táblázat).
A javaslat új jelöléseket vezet be az egyes motorkategóriáknál és a szilárd részecskeszám (PM) normatívák mellett a részecskék méretét (PN) is figyelembe veszi, amelyekkel a korom, a por és szilárd égéstermékeknek 99%-át kell majd kiszűrni. Az erőgépmotorok gyártói felkészülve várják az új normatívákat. Több motorgyártó (FPT, Agco Power, JCB, Cummins, John Deere, Deutz, Kubota, MTU, Liebherr) is rendelkezik már kísérleti motorokkal, amelyek már a Tier 5 ill. Stage V emissziós normákat is képes teljesíteni.
A cikk szerzője: Dr. Hajdú József
