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Aide high-tech pour les diesels sales
Conduire derrière un bus ou un camion alors qu'il crache des gaz d'échappement malodorants est suffisant pour convaincre quiconque que les émissions des moteurs diesel doivent être nettoyées. Mais alors que les fabricants de moteurs à essence ont réduit les émissions nocives de leurs nouveaux véhicules d'environ 90 % au cours des 25 dernières années, les fabricants de moteurs diesel n'ont jusqu'à présent réussi à réduire les gaz d'échappement nocifs que d'environ la moitié de ce pourcentage.
Maintenant, cependant, des chercheurs de l'Université de Californie du Sud développent un dispositif qui utilise des électrons à haute énergie pour éliminer les gaz d'échappement nocifs des moteurs diesel, les réduisant en vapeur d'eau, en dioxyde de carbone et en air. D'ici quelques années, cette technique pourrait s'avérer un moyen rentable de mettre les moteurs diesel en conformité avec des normes d'émissions de plus en plus strictes.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 1997
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Selon l'Environmental Protection Agency (EPA), les moteurs diesel lourds produisent 25 pour cent de tous les oxydes d'azote (NOx) générés par les véhicules - la source d'acide nitrique (HNO3), un composant principal des pluies acides et une source majeure de pollution urbaine. smog. Bien que les premières réglementations fédérales complètes contrôlant les émissions des véhicules motorisés aient été initiées en vertu de la Clean Air Act de 1970, les premières normes de NOx spécifiquement pour les émissions de diesel ne sont entrées en vigueur qu'en 1984. Ensuite, lorsque la qualité de l'air a continué à se détériorer en raison de l'augmentation du trafic, Le Congrès a adopté le Clean Air Act de 1990, qui oblige les fabricants de camions et d'autobus à réduire les émissions de NOx de 50 % par rapport à la norme de 1984. Enfin, en 1995, l'EPA, de concert avec le California Air Resources Board et les producteurs de moteurs lourds, a rédigé une déclaration de principes qui a conduit l'EPA à établir les dernières normes visant à réduire les émissions de NOx diesel de 50 % d'ici 2004.
Les ingénieurs diesel ont jusqu'à présent largement réduit les émissions en remplaçant les commandes mécaniques d'admission d'air et de distribution de carburant par des systèmes électroniques plus efficaces. Aujourd'hui, des chercheurs, dont Martin Gundersen et Victor Puchkarev, deux ingénieurs électriciens de l'Université de Californie du Sud, explorent les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement. Basé sur un circuit électronique à puissance pulsée qui a vu le jour dans les années 1950 et a été affiné lors des travaux sur l'Initiative de défense stratégique dans les années 1980, leur appareil utilise de courtes rafales d'électrons à haute énergie pour décomposer les NOx et autres particules de suie dans les gaz d'échappement diesel avant qu'ils se frayer un chemin vers l'atmosphère.
Le groupe USC a développé une chambre qui peut être incorporée dans un système d'échappement diesel un peu comme un convertisseur catalytique est utilisé dans les véhicules à essence. À l'intérieur de la chambre, un interrupteur électronique spécial produit une courte impulsion électrique, comme l'éclatement du flash électronique d'un appareil photo, au rythme de milliers de décharges électriques par seconde. Lorsque les électrons énergétiques de ces étincelles haute tension à tir rapide sont injectés dans le flux d'échappement, de la même manière qu'un faisceau d'électrons est tiré dans un tube fluorescent, ils heurtent les molécules d'air et de vapeur d'eau présentes dans l'échappement. Les collisions créent un plasma d'ions - un assortiment d'électrons et de particules chargées d'azote, d'oxygène et d'hydroxyde - qui, à son tour, réagit avec les NOx et les hydrocarbures particulaires pour produire du dioxyde de carbone, de l'air et de la vapeur d'eau.
Les premiers prototypes ont prouvé le concept mais étaient inefficaces, nécessitant jusqu'à 50 pour cent de la puissance du moteur pour leur fonctionnement. Cependant, Gundersen affirme que l'équipe a récemment amélioré l'efficacité de l'appareil d'un ordre de grandeur, l'amenant dans une plage que les fabricants de véhicules diesel trouveraient attrayante.
Pour obtenir l'amélioration spectaculaire, Gundersen dit que son équipe a modifié l'appareil pour raccourcir la durée de chaque impulsion d'environ 200 nanosecondes (milliardièmes de seconde) à environ 50 nanosecondes. Étant donné que l'accélération des électrons ne se produit que dans les étapes initiales de l'impulsion, le raccourcissement des salves a augmenté l'énergie des électrons dans le plasma tout en consommant beaucoup moins d'énergie dans l'ensemble.
Selon Bernard M. Penetrante, un physicien qui dirige le groupe Environmental Plasma Technologies au Lawrence Livermore National Laboratory, une douzaine ou plus de groupes dans le monde sont désormais engagés dans des travaux de R&D similaires qui pourraient éventuellement concourir pour une part d'un énorme marché potentiel. En effet, l'EPA estime que quelque 5 millions de poids lourds et 2 millions de véhicules diesel légers roulent désormais sur les routes américaines, et que plusieurs centaines de milliers de nouveaux véhicules diesel sont vendus dans le pays chaque année.
Gundersen estime qu'un dispositif de post-traitement à puissance pulsée coûterait de l'ordre de 1 000 $. Si tel est le cas, le marché pourrait facilement valoir plusieurs milliards de dollars. Et le marché ne se limite peut-être pas aux moteurs diesel. Penetrante note que tout dispositif pouvant réduire les NOx en produits bénins dans un tuyau d'échappement diesel peut également être appliqué aux moteurs à essence. Il explique que des conditions similaires existent dans les nouveaux moteurs à essence à mélange pauvre (rapport air/carburant élevé) et que les nouvelles technologies telles que la puissance pulsée seront essentielles pour permettre aux véhicules de nouvelle génération de répondre à des exigences d'émissions toujours plus strictes.