Silniki spalinowe niosą z sobą zagrożenia zarówno dla naturalnego środowiska człowieka jak i samego człowieka. W tytule, użyłem określenia szkodliwe składniki, a nie toksyczne, gdyż nie wszystkie składniki szkodliwe są toksyczne, jak na przykład dwutlenek węgla CO2. Szkodliwość dwutlenku węgla polega na jego udziale w ocieplaniu klimatu i dlatego walczy się o jego ograniczenie w atmosferze. Jego duże ilości „produkowane” są między innym i przez silniki spalinowe. Pozostałe szkodliwe składniki spalin jakie „produkują” silniki, to składniki toksyczne:
· tlenek węgla (CO),
· węglowodory (HnCm),
· tlenki azotu (NOx),
· cząstki stałe (PM),
- Tlenek węgla CO (popularnie nazywany czadem) jest gazem trującym, bezbarwnym i bezwonnym, który powstaje głównie na skutek spalania z niedoborem tlenu. Jest jednym z najbardziej toksycznych składników gazów spalinowych silników spalinowych. nie posiada zapachu, smaku, barwy, nie szczypie w oczy, nie dusi w gardle. Wdychanie tlenku węgla powoduje zakłócenia procesu oddychania, bóle i zawroty głowy. Toksyczne oddziaływanie tlenku węgla na ludzi i zwierząta wynika z wysokiego jego powinowactwa do hemoglobiny, z którą łączy się około 300 razy szbciej niż tlen zmniejszając w krwi ilość tlenu potrzebną poszczególnym komórkom organizmu. Przy stężeniu około 0,1% może po godzinie spowodować śmierć człowieka przebywającego w skażonej atmosferze Inne ilości tlenku węgla emitują silniki z zapłonem samoczynnym (Diesla) a inne z zapłonem iskrowym. Silniki Diesla pracują przy wysokich wartościach współczynnika nadmiaru powietrza, zatem w spalinach jest stosunkowo mało tlenku węgla, na przykład w porównaniu z silnikami o zapłonie iskrowym (benzynowymi). W silnikach Diesla, gdzie współczynnik nadmiaru powietrza jest znacznie wyższy od jedności (1,2 do 1,6), tlenek węgla teoretycznie w ogóle nie powinien występować. Jednak jest on pośrednim produktem utleniania węglowodorów.
- Węglowodory HnCm (w uproszczeniu zapis HC). Jest wiele różnych węglowodorów zanieczyszczających atmosferę. Ich toksyczne działanie zależy od budowy cząsteczek i mogą być one bardzo groźne dla człowieka przy silnym zanieczyszczeniu zamkniętych pomieszczeń. Niektóre z nich wywołują podrażnienie spojówek, błon śluzowych, dróg oddechowych, a nawet obrzęk płuc przy dużych stężeniach. Szczególnie niebezpieczne są wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, które mają działanie rakotwórcze oraz duży udział w tworzeniu smogu komunikacyjnego.Węglowodory powstają również w wyniku niecałkowitego spalania paliwa. Emisja ich z układu paliwowego (jak w przypadku silników benzynowych) nie następuje, ponieważ oleje napędowe nie posiadają praktycznie frakcji wrzących w temperaturach otoczenia.
- Tlenki azotu, oznaczane symbolem NOx, (NOx oznacza mieszaninę tlenków azotu o różnym składzie), na przykład: NO, NO2, N2O3 i innych. W silnikach są to głównie tlenek azotu NO i dwutlenk azotu NO2. Tlenki azotu zawarte w spalinach powstają w wyniku utleniania azotu zawartego w powietrzu dostarczonym do cylindra. Utlenianie azotu może zachodzić tylko w wysokich temperaturach panujących podczas spalania w cylindrze, pod warunkiem występowania odpowiedniej ilości tlenu potrzebnej do reakcji. Ogólnie tlenki azotu zaliczane są do najbardziej toksycznych składników gazów spalinowych, przy czym dotyczy to przede wszystkim dwutlenku azotu. Tlenek azotu NO ma umiarkowane działanie toksyczne w wyniku łączenia się z hemoglobiną na tzw. NO-hemoglobinę. Powoduje on między innymi ogólne osłabienie, zawroty głowy i drętwienie nóg. Tlenek azotu utlenia się szybko
w tkankach do dwutlenku azotu NO2. Ten z kolei ma znacznie silniejsze działanie toksyczne, gdyż działa drażniąco na płuca, powodując ich obrzęk, może spowodować obniżenie ciśnienia krwi, rozszerzenie naczyń krwionośnych zwyrodnienie mięśnia sercowego, a także inne groźne schorzenia. Oddziaływanie dwutlenku azotu na organizm człowieka zależy od jego stężenia w powietrzu oraz od czasu przebywania w tym powietrzu. Przy jego stężeniu ponad 200 ppm następuje w krótkim czasie śmiertelne zatrucie. Dwutlenek azotu zaliczany jest do najbardziej toksycznych składników gazów spalinowych o prawie dwudziesto- krotnie większej toksyczności niż tlenek węgla.
Oprócz bezpośredniego oddziaływania na organizm człowieka tlenki azotu biorą udział w tworzeniu się smogu nazywanego kalifornijskim, o którym pisałem w poprzednim poście.
Szczególnie dużą emisją tlenków azotu charakteryzują się silniki z zapłonem samoczynnym (silniki Diesla), aż czterokrotnie większą niż silniki z zapłonem iskrowym. Oczywiście w przypadku braku układów oczyszczających.
- Cząstki stałe, oznaczane symbolem PM (z ang. Particulate Matter – cząstka stała) Zaliczamy do nich wszystkie substancje, które opuszczają rurę wydechową w stanie innym niż gazowym, czyli w stanie ciekłym lub stałym. Mogą to być cząstki nie spalonego węgla (sadza) oraz związki azotu i siarki, metali oraz różnego rodzaju węglowodory. Sadza powstaje w procesie spalania w wyniku rozpadu cząstek paliwa w wysokich temperaturach, co skutkuje tworzeniem drobnych kryształków węgla. Powstanie sadzy prowadzi do zadymienia spalin, które jest wynikiem obecności w nich cząstek stałych (sadza) oraz innych składników. Cząstki stałe emitowane są przez silniki Diesla. Są bardzo groźne dla człowieka, gdyż mogą wywoływać astmę oskrzelową, zaburzenia oddychania, zawał mięśnia sercowego, alergię, a nawet choroby nowotworowe.
Trzeba jeszcze wspomnieć o toksycznych tlenkach siarki SOx. Mogą one znajdować się w spalinach silników z zapłonem samoczynnym, zasilanych jeszcze paliwami siarkowymi. Jest ich jednak mało bądź śladowe ilości ze względu na spalanie nisko lub bezsiarkowych paliw. Tlenki siarki są wyjątkowo szkodliwe zarówno dla zdrowia człowieka, jak i całego środowiska (jedna z głównych przyczyn powstawania kwaśnych deszczy).
Zawartości poszczególnych związków gazowych określa się stosunkiem objętości każdego z nich do całkowitej objętości spalin, a zatem w procentach (%) objętości. Innymi słowy mówi to jaki procent objętości spalin zajmuje dany związek. Zawartość w spalinach węglowodorów i tlenków azotu oznacza się za pomocą mniejszej jednostki, a mianowicie za pomocą ppm – z ang. parts per milion, czyli 1 ppm jest równy jednej milionowej części objętości, na przykład 100 ppm = 0,01% objętości, 10 000 ppm = 1% objętości.
Zanieczyszczenie atmosfery i wody przez spaliny silników eksploatowanych w napędach jednostek pływających, w tym jachtów, jest jednym z głównych problemów ochrony środowiska morskiego oraz innych akwenów. Spotyka się nawet stwierdzenia, że oprócz bezpieczeństwa, ochrona środowiska jest elementem sztuki żeglowania. Tak więc w trosce o ochronę środowiska morskiego powstały prawne uregulowania maksymalnych ilości szkodliwych składników zawartych w spalinach. Ujęte one są w opracowaniach Międzynarodowej Organizacji Morskiej (The International Maritime Organization – IMO), obejmujących dokument na temat zapobiegania zanieczyszczeniom powietrza od silników spalinowych, uchwalony jako Aneks VI do konwencji MARPOL 73/78. Dla jednostek śródlądowych obowiązujące są normy Jeziora Bodeńskiego (Internationale Schifffahrtskommission für den Bodensee).
