فولکس‌واگن چگونه در آزمایش‌‌ها تقلب کرد؟

یک هفته‌ای است که خبر تقلب فولکس‌واگن در آزمایش‌های میزان انتشار آلاینده‌ها غوغایی به پا کرده است. سقوط سهام این شرکت بزرگ خودروسازی جرقه اول ماجرا بود، ماجرایی که ریشه در عدم توجه به استانداردهای زیست‌محیطی دارد. واقعیت ماجرا این است که بزرگترین خودروساز اروپا شرکت فولکس‌واگن، در یکی از مهمترین آزمایش‌های مربوط به معاینه فنی (تعیین میزان انتشار آلاینده‌ها) تقلب و این‌طور وانمود کرده که اتومبیل‌های دیزلی‌اش کمتر از اندازه واقعی آلودگی تولید می‌کنند.

آژانس حفاظت از محیط‌زیست آمریکا (US Environmental Protection Agency) اعلام کرده که این برند مشهور آلمانی در خودروهای صادراتی خود به این کشور از یک نرم‌افزار بخصوص استفاده کرده که می‌تواند داده‌های شرایط مختلف اعم از زمان راندن معمولی، ترمز و شتاب گرفتن را در ماشین‌های دیزلی دستکاری کند. این نرم‌افزار با تغییر تنظیمات موتور خودرویی که بر روی چرخ مخصوص معاینه فنی قرار دارد و در حال آزمایش تعیین میزان آلاینده‌ها است، میزان خروجی آلاینده‌هایی نظیر اکسید نیتروژن (NOx) را به حداقل میزان ممکن می‌رساند، در حالیکه میزان انتشار اکسید نیترو‌ژن همان ماشین فولکس‌واگن در یک جاده معمولی تقریباً ۳۵ برابر است. هنوز به درستی مشخص نیست که این نرم‌افزار چگونه عمل می‌کند اما متخصصان در این‌مورد حدس‌هایی می‌زنند.

‌

نیتروژن اکسید متهم ردیف اول

آمارها حاکی از آن است که فرآیندهای احتراق، هر سال حدود ۱۰۶ میلیون تن نیتروژن اکسید در جو زمین منتشر می‌کنند. هوا تقریباً از ۷۸ درصد نیتروژن و ۲۱ درصد اکسیژن تشکیل شده است. در دمای معمولی این دو گاز تمایل خیلی کمی به واکنش با یکدیگر دارند زیرا واکنش مذکور بسیار گرماگیر است، یعنی مستلزم جذب مقدار زیادی گرما است. انرژی لازم یا گرمای مطلوب برای انجام این واکنش فقط در دماهای بالا (۱۳۰۰ الی ۲۵۰۰ درجه سلسیوس) مثل حرارت‌های حاصل از فرآیند احتراق، مهیا می‌شود. اما حتی در این دماها نیز فقط مقدار کمی نیتروژن اکسید تولید می‌شود. واقعیت امر این است که همین مقدار نیز از لحاظ تغلیظ آلودگی هوا دارای اهمیت زیادی است. راهکار دفع این آلاینده نیز در دو مورد خلاصه شده است: اول تولید این گاز به حداقل ممکن کاهش پیدا کند و دوم اینکه انتشار آن به طور کامل متوقف شود.

‌

راه‌حل‌های پیشنهادی برای خنثی کردن تاثیر یک آلاینده

همانطور که گفته شد، گاز نیتروژن اکسید (NOx) حاصل واکنش میان گازهای اکسیژن و نیتروژن در هوا و در زمان احتراق بالاخص در درجه‌حرارت‌های بالا است. زمانی‌که درجه‌حرارت داخل سیلندر موتور بالا است و مقادیر متنابهی اکسیژن هم در دسترس است، بالطبع نیتروژن اکسید بیشتری نیز تولید خواهد شد. یک راه‌حل برای این مساله بازگرداندن بخشی از گاز منتشره به داخل موتور است. این‌کار باعث خواهد می‌شود که نه‌تنها میزان اکسیژن بلکه در عین حال درجه‌حرارت نیز کاهش پیدا کند.

از آنجایی که غلظت نیتروژن اکسید (NOx) در گازهای دفعی به شدت به گرمای احتراق و غیرقابل دسترس بودن اکسیژن در دمای ماکزیمم بستگی دارد، لذا اغلب روش‌های کنترل نیز کاهش هر دو عامل را در دستورکار قرار می‌دهند. ایالات متحده آمریکا از سال ۱۹۷۵ میلادی به بعد، اتومبیل‌های خود را مجهز به سیستم سیرکولاسیون یا چرخش مجدد گازهای دفعی(Exhaust Gas Recirculation- EGR)  ساخت. در این روش یک گاز بی‌اثر (غیرقابل احتراق) برای رقیق کردن مخلوط هوای سوخت در حال سوختن در موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. این رقیق کردن، ماکزیمم دمای احتراق را پایین می‌آورد و غلظت اکسیژن را در مخلوط در حال سوختن کاهش می‌دهد. قسمتی از گاز دفعی بوسیله‌ی یک سرپوش برگردانده و تنظیم می‌شود. در این سیستم معمولاً بین ۱۵ تا ۲۲ درصد از حجم مخلوط هوای سوختی کاسته می‌شود.

استفاده از احتراق دو مرحله‌ای یک روش موثر جدید برای کاهش تولید نیتروژن اکسید در خودروهای جدید الکتریکی مولد نیرو است. در مرحله‌ی اول، دما نسبتا بالا است اما در مقابل فقدان هوای اضافه تولید نیتروژن اکسید را محدود می‌کند. اما در مرحله دوم سوخت بالعکس در یک دمای نسبتاً پایین صورت می‌گیرد و این مساله نیز بالطبع تولید نیتروژن اکسید را کم می‌کند.

آلاینده موسوم به نیتروژن اکسید حاصل واکنش میان گازهای اکسیژن و نیتروژن در هوا و در زمان احتراق بالاخص در درجه‌حرارتهای بالا است.

راهکار دفع متهم ردیف اول این پرونده یعنی نیتروژن اکسید در دو مورد خلاصه شده است: اول تولید این گاز به حداقل ممکن کاهش پیدا کند و دوم اینکه انتشار آن به طور کامل متوقف شود.

‌

فولکس‌واگن چه تدبیری اندیشید؟

تمامی موتورهای دیزلی تی‌دی‌آی فولکس‌واگن (Volkswagen’s TDI diesel engines) مجهز به سیستم‌های سیرکولاسیون گاز خروجی (Exhaust Gas Recirculation- EGR) هستند. یک تاثیر مشابه دیگر که فولکس‌واگن بر کاربرد آن تاکید دارد، بستن سریع دریچه یا سوپاپ اگزوز است. اینکار باعث می‌شود که مقادیری از گازهای خروجی در سیلندر باقی بمانند. یک استراتژی دیگر نیز افزایش نسبت سوخت به هوا است. این راهکار سبب می‌شود که مقدار اکسیژن کمتری باقی بماند تا بتواند با نیتروژن واکنش انجام دهد و اکسید نیتروژن تولید کند.

البته موتورهای دیزلی مدرن به سیستمهای دیگر نظیر تله اکسید نیتروژن (Lean NOx Trap- LNT) و کاهش دهنده کاتالیست انتخابی (Selective Catalytic Reducer- SCR) که معمولاً بر روی اگزوز ماشین نصب می‌شوند، هم مجهز شده‌اند. کلیه راهکارهای پیشنهادی دفع نیتروژن اکسید، مشکلات و موانع خاص خود را دارند بعضی مصرف سوخت را دوچندان می‌کنند، برخی باعث تولید گازهای سمی و خطرناک می‌شوند، برخی نیازمند نصب تجهیزات جاگیر هستند و…

‌

افزایش مصرف سوخت

کلیه راهکارهای فوق مشکلات و موانع خاص خود را دارند. جای تعجب نیست که سیرکولاسیون مجدد گاز منجر به افت کارآیی موتور اتومبیل می‌شود. از طرف دیگر عملکرد تله اکسید نیتروژن (Lean NOx Trap- LNT) به جذب نیتروژن اکسید (NOx) وابسته است، اما مساله اینجاست که این به اصطلاح تله جاذب به سرعت اشباع می‌شود و لذا می‌بایست هر چند ثانیه یکبار آن را احیاء کرد. عملیات احیاء از طریق پمپاژ سوخت اضافی به موتور صورت می‌گیرد یعنی اینکار مصرف سوخت را بشدت افزایش خواهد داد.

نکته دیگر این است که حتی کاهش‌دهنده کاتالیست انتخابی (Selective Catalytic Reducer- SCR) نیز مشکلات خاص خود را دارد. این سیستم به طور مشخص از طریق تزریق اوره به اگزوز کار می کند. تزریق اوره به اگزوز منجر به واکنش با نیتروژن اکسیدها و به تبع آن تولید گاز سمی و خطرناک نیتروژن و در عین حال آب خواهد شد. در نتیجه مالکین این خودروها مجبور هستند که هر چند ماه یکبار مخزن اوره اتومبیل خود را مجدد پر کنند. ضمن اینکه نباید فراموش کرد که این محفظه به اندازه کافی جاگیر هست. در نتیجه کاهش‌دهنده کاتالیست انتخابی (Selective Catalytic Reducer- SCR) تنها بر روی خودروهای بزرگ نصب می‌شود. در سیستم کاهش‌دهنده کاتالیست انتخابی (Selective Catalytic Reducer- SCR) گازهای دفعی ابتدا از یک کاتالیزور کاهنده عبور داده شده و هوا در مرحله بعد بدان تزریق می‌شود. در نهایت مخلوط از یک کاتالیزور اکسیدی عبور داده می‌شود تا جایی که آلوده‌کننده‌های باقیمانده به آب و کربن‌ دی‌اکسید اکسید می‌شوند. در حال حاضر کاتالیزورهای مسی‌نیکلی بعنوان کاتالیزورهای کاهنده موثر شناخته شده‌اند اما فلز روتانیم یا نمک‌های مربوطه نیز تحت بررسی هستند.

‌

نیوساینتیست گزارش می دهد:

بخش خبری نیوساینتیست می‌گوید که ریشه تقلب فولکس‌واگن را باید در برخی یا تمامی فاکتورهای فوق جستجو کرد. به گفته این منبع خبری نرم‌افزار مذکور ممکن است که بعنوان مثال سیرکولاسیون (چرخش مجدد) و انتشار گاز را مختل کند و از این طریق کارآیی موتور را افزایش دهد یا ممکن است که پروسه احیاء را در تله نیتروژن اکسید (Lean NOx Trap- LNT) به کمتر از میزان لازم کاهش دهد تا در عمل سوخت بیشتری ذخیره شود و یا اینکه میزان اوره تزریقی به کاهش‌دهنده کاتالیست انتخابی (Selective Catalytic Reducer- SCR) را کم کند که در اینصورت هم بازه زمانی جهت پر کردن مجدد مخزن طولانی‌تر خواهد شد.

از لحاظ تئوری فولکس‌واگن می‌تواند میزان انتشار نیتروژن اکسید (NOx)  را از طریق نصب یک نرم‌افزار کاهش دهد هرچند این‌طور که از ظواهر امر برمی‌آید، مهندسان این شرکت گویا از انجام این‌کار برنیامده‌اند. این واقعیت در خلال جلسات مشورتی که با حضور کارشناسان آژانس حفاظت از محیط‌زیست آمریکا (US Environmental Protection Agency) صورت گرفته، مشخص شده است. در مدل‌هایی که مجهز به کاهش‌دهنده کاتالیست انتخابی (Selective Catalytic Reducer- SCR) نیستند، پروسه کاهش انتشار اکسیدنیتروژن (NOx) می‌تواند یک تاثیر عمده بر کارآیی و در عین حال مصرف سوخت داشته باشد. اگر دادگاه‌ها و قانونگذاران توجیهات شرکت فولکس‌واگن را نپذیرند، آن‌گاه صورتحساب این شرکت خودروسازی به شکل سرسام‌آوری بیشتر و بیشتر خواهد شد.

‌

استرداد همگانی، تنها راه پیش روی مالکان

در شرایط کنونی یک راه‌حل این است که کاهش‌دهنده‌های کاتالیست‌ انتخابی (Selective Catalytic Reducer- SCR) جدیدی بر روی این اتومبیل‌ها سوار شوند. اما نکته مهم اینجاست که اگر اینکار فرضاً عملی باشد و مالکین خودروها نیز راضی به انجام آن شوند، آنگاه مستلزم پیاده‌سازی و اجرای یکسری اصلاحات اساسی بر روی خودروهاست. اما یک راه‌حل بهتر این است که فولکس‌واگن این قیل و قال را با استرداد پول مشتریان یا جایگزین کردن خودروهای تقلبی با خودروهای دیگر خاتمه دهد. حتی قبل از آنکه طبل این رسوایی بزرگ زده شود، مشخص بود که اغلب این خودروها بیشتر از حد انتظار یا حداقل بیش از آن مقداری که در آزمایش‌ها ادعا شده بود، اکسیدنیتروژن (NOx) یا حتی سایر آلاینده را در هوا منتشر می‌کنند. بخشی از این مساله به این خاطر است که آزمایش‌ها هیچگاه انعکاس‌دهنده شرایط واقعی نیستند و البته بخشی هم به این خاطر است که به سازندگان خودروها اجازه داده شده تا با استفاده از یکسری فوت و فن‌های خاص نظیر تایرهای پرباد یا قطع اتصال باتری در طول آزمایش میزان انتشار آلاینده‌ها را پایین بیاورند. (لازم به یادآوری است که قطع اتصال باتری باعث خواهد شد که هیچ انرژی برای شارژ آن صرف نشود.)

سقوط سهام فولکس‌واگن جرقه اول ماجرا بود، ماجرایی که ریشه در عدم توجه به استانداردهای زیست‌محیطی دارد

‌

راه خودروسازان سخت می‌شود     

اتحادیه اروپا پیش از این درصدد بود تا مجموعه آزمایشات موسوم به «انتشار واقعی آلاینده‌ها در حین رانندگی» را با استفاده از یکسری تجهیزات قابل حمل به بازار معرفی کند. این تجهیزات می‌توانند میزان انتشار آلاینده‌های خودروهای مدل جدید را در جاده‌های حقیقی اندازه‌گیری کنند یعنی در حقیقت به نوعی جایگزین تست‌های آزمایشگاهی یا آنچه که به نام معاینه فنی مشهور است، خواهند شد. اما در مقابل سازندگان خودروها هم در تلاش هستند تا این پروپوزالهای پیشنهادی را تا حد امکان تخفیف بدهند. آنها می‌خواهند که محدودیتهای دنیای واقعی کمتر از محدودیتهای آزمایشگاهی سخت‌گیرانه باشد. اما واقعیت امر این است که با رسوایی اخیر فولکس‌واگن کار برای سایر خودروسازان نیز قطعاً خیلی سخت‌تر خواهد شد.

اگر دادگاه‌ها و قانونگذاران توجیهات شرکت فولکس‌واگن را نپذیرند، آنگاه صورتحساب این شرکت خودروسازی به شکل سرسام‌آوری بیشتر و بیشتر خواهد شد.

‌

نیتروژن اکسید (NOx) چه مشکلاتی را ایجاد می‌کند؟

مشکل بتوان مشخص کرد که بدرستی کدامین تاثیرات مستقیم از نیتروژن اکسید (NOx) ناشی می‌شوند و کدامیک از آلوده‌کننده‌های فرعی… اما اینقدر می‌دانیم که وجود اکسیدنیتروژن در اتمسفر منجر به آسیب رسیدن به گیاهان می‌شود و می‌تواند به صورت بالقوه برای سلامتی انسان‌ها نیز خطرآفرین باشد. شدت مسمومیت بستگی به زمان در معرض قرار گرفتن و غلظت این گاز دارد. پیامدهایی نظیر اختلال در قوه استشمام، ناراحتی‌های حفره بینی، اشکالات تنفسی، ناراحتی‌های اعصاب، ادم ریوی (تجمع مایعات آبکی) و گاه مرگ از جمله تاثیرات ذکر شده برای این نوع آلاینده هستند.

مطالعات و تحقیقات آزمایشگاهی همچنین نشان می‌دهند که بعضی از رنگ‌های نساجی وقتی که در معرض نیتروژن اکسید (NOx) قرار می‌گیرند، رنگ می‌بازند. این رنگ‌ها شامل انواعی است که در استات ریون، پنبه و ویسکوزریون استفاده می‌شوند. از طرف دیگر برخی از آزمایش‌ها موید آن است که سطوح بالای نیترات‌های ذره‌ای باعث ایجاد عارضه فشردگی در فنرهای سیمی نیکل برنجی در دستگاه‌های تقویت‌کننده مخصوص شرکتهای تلفن شده‌اند.

‌

 اندازه‌گیری نیتروژن اکسید (NOx)

برای تعیین غلظت این گاز از روش موسوم به کالریمتری یا رنگ‌سنجی استفاده می‌شود. برای این منظور گاز دفعی را با یک محلول اسیدی و یک محلول نرمال مخلوط می‌کنند تا رنگ صورتی حاصل شود. یکی از اشکالات این روش این است که غلظت گاز بدست آمده خیلی دقیق نیست اما در مجموع برآورد خوبی بدست می‌دهد. در حقیقت روش کالریمتری روشی است که از طریق آن فرضاً غلظت نیتروژن اکسید را از ۵ پی‌پی‌ام (قسمت در میلیون) تا چند پی‌پی‌بی (قسمت در بیلیون) اندازه‌گیری می‌کنند.

همه می‌دانند که آزمایش‌ها هیچ‌گاه انعکاس‌دهنده شرایط واقعی نیستند. بخشی از این مساله به این دلیل است که به سازندگان خودروها اجازه داده شده تا با استفاده از یکسری فوت و فن‌های خاص نظیر تایرهای پرباد یا قطع اتصال باتری در طول آزمایش میزان انتشار آلاینده‌ها را پایین بیاورند.

‌

منبع: NewScientist, EPA, eea.europa