NOx, CO और पार्टिकुलेट मैटर क्या हैं, हमें नुकसान क्यों पहुँचाते हैं?

शहर का हर एग्जॉस्ट का धुआँ, एक ही समय में हमारे फेफड़ों और नसों दोनों पर हमला करने वाले तीन ज़हरीले दुश्मनों का खामोश प्रवेश है।
शहर का हर एग्जॉस्ट का धुआँ, एक ही समय में हमारे फेफड़ों और नसों दोनों पर हमला करने वाले तीन ज़हरीले दुश्मनों का खामोश प्रवेश है।

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NOx, CO और पार्टिकुलेट पदार्थ, आंतरिक दहन इंजन वाले वाहनों के एग्जॉस्ट से निकलने वाले तीन प्रमुख प्रदूषक गैस और पदार्थ समूह हैं: नाइट्रोजन ऑक्साइड उच्च दहन तापमान पर हवा में मौजूद नाइट्रोजन के साथ ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया से उत्पन्न होते हैं, कार्बन मोनोऑक्साइड ऑक्सीजन की कमी में होने वाले अपूर्ण दहन का उत्पाद है, और पार्टिकुलेट पदार्थ विशेष रूप से डीजल इंजनों में देखे जाने वाले महीन कालिख के कणों से बना होता है। ये तीनों श्वसन और परिसंचरण तंत्र को नुकसान पहुंचाते हैं, इसीलिए ये उत्सर्जन मानकों के प्रमुख लक्ष्य हैं।

मुख्य बातें

  • NOx; नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) और नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (NO2) गैसों को समेटने वाली एक सामान्य परिभाषा है, इसे ग्रीनहाउस गैस नाइट्रस ऑक्साइड (N2O) के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए।
  • परिवहन क्षेत्र, कुछ देशों में NOx उत्सर्जन सूची के लगभग 45% के लिए जिम्मेदार है।
  • SCR सिस्टम, यूरिया आधारित AdBlue के साथ NOx को 90% तक कम कर सकता है।
  • यूरो 6 मानक ने डीजल और डायरेक्ट इंजेक्शन पेट्रोल इंजनों में पार्टिकल संख्या पर भी सीमा लगाई।
  • PM2.5 जैसे महीन कण फेफड़ों और परिसंचरण तंत्र की गहराई तक प्रवेश कर सकते हैं, इसीलिए ये सबसे अधिक स्वास्थ्य जोखिम रखते हैं।

NOx क्या है और इंजन इसे कैसे उत्पन्न करता है?

NOx, नाइट्रोजन ऑक्साइड का सामूहिक नाम है। इसके दो सबसे आम घटक नाइट्रिक ऑक्साइड (NO, एक नाइट्रोजन एक ऑक्सीजन परमाणु) और नाइट्रोजन डाइऑक्साइड हैं (NO2, एक नाइट्रोजन दो ऑक्सीजन परमाणु)। NO वायुमंडल में प्रतिक्रियाओं से NO2 में बदल सकता है; वायु गुणवत्ता रिपोर्ट में पूरे NOx समूह के संकेतक के रूप में NO2 का उपयोग किया जाता है। एक आम भ्रम को यहां दूर कर दूं: ग्रीनहाउस गैस और जलवायु को प्रभावित करने वाला नाइट्रस ऑक्साइड (N2O), NOx से एक अलग प्रदूषक है।

निर्माण तंत्र रसायन विज्ञान का एक सरल मामला है। इंजन सिलेंडर के अंदर का तापमान, हवा में मौजूद नाइट्रोजन (N2) और ऑक्सीजन (O2) अणुओं के आपस में प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त होता है। यह दहन का कोई वांछित लक्ष्य नहीं, बल्कि उच्च तापमान का एक अनिवार्य उपोत्पाद है। जितना अधिक तापमान और दबाव, उतना अधिक NOx।

डीजल इंजन इसी कारण से सामने आते हैं। डीजल अतिरिक्त हवा के साथ, यानी ऑक्सीजन से भरपूर "लीन" दहन पर काम करते हैं; प्रति इकाई ईंधन पर आने वाली ऑक्सीजन और सिलेंडर के तापमान-दबाव मान, NOx उत्पादन को पेट्रोल इंजन की तुलना में अधिक प्रचुर और प्रबल बनाते हैं। इसीलिए NOx नियंत्रण का केंद्र हमेशा डीजल पक्ष में रहा है; वाहनों से होने वाले NOx उत्सर्जन को 1960 के दशक से नियंत्रित भी किया जा रहा है।

कार्बन मोनोऑक्साइड: गंधहीन, रंगहीन, विषैला

कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन के अपूर्ण दहन से बनने वाली, गंध और रंग न जानने वाली एक विषैली गैस है। इसके खतरे के पीछे की फिजियोलॉजी स्पष्ट है: CO जब रक्त में प्रवेश करता है तो ऑक्सीजन के परिवहन को बाधित करता है। परिणाम, मस्तिष्क में अपर्याप्त ऑक्सीजन पहुंचने से उत्पन्न थकान, सिरदर्द, चक्कर आना और ध्यान भटकना है। प्रारंभिक लक्षणों में सिरदर्द, उनींदापन और मतली शामिल हैं; गंभीर संपर्क उल्टी और चेतना के नुकसान तक जा सकता है। गंधहीन होने के कारण गंभीर संपर्क बिना ध्यान में आए घातक स्तर तक पहुंच सकता है।

दीर्घकालिक संपर्क की तालिका भी हल्के में लेने लायक नहीं है; CO के पुराने संपर्क को सबसे अधिक बार स्मृति, ध्यान और एकाग्रता की कमी तथा पार्किंसन प्रकार के गति विकारों से जोड़ा जाता है। निकास गैसों के नियमित संपर्क से ब्रोंकाइटिस, अस्थमा और फेफड़ों के कैंसर जैसी श्वसन समस्याओं की नींव तैयार होती है, यह भी ज्ञात है।

तकनीकी दृष्टि से अच्छी खबर यह है: CO एक ऐसा प्रदूषक है जिसे कैटेलिटिक कन्वर्टर में हानिरहित कार्बन डाइऑक्साइड में बदला जा सकता है। जोखिम उस गैस में बना रहता है जो कन्वर्टर तक नहीं पहुँच पाती; यदि निकास लाइन में कोई रिसाव हो तो CO शुद्धि से बाहर रिस सकता है। इसीलिए निकास लाइन की अखंडता केवल शोर की समस्या नहीं, बल्कि सुरक्षा का विषय है।

पार्टिकुलेट मैटर PM2.5 जितना खतरनाक क्यों है?

पार्टिकुलेट मैटर, हवा में मौजूद छोटे ठोस और तरल कणों का मिश्रण है; रोज़मर्रा की भाषा में जिसे हम "धुआँ" या "कालिख" कहते हैं, वही यह है। खतरे की मात्रा सीधे कण के आकार से जुड़ी है। 2.5 माइक्रोन से कम व्यास वाले PM2.5 कण अपने छोटे आकार के कारण श्वसन और परिसंचरण तंत्र की गहराइयों तक प्रवेश कर जाते हैं। डीज़ल कालिख प्रदूषण का 80-95% बनाने वाले अति सूक्ष्म कण फेफड़ों की कोशिकाओं में प्रवेश कर सकने लायक छोटे होते हैं।

PM को डीज़ल निकास संपर्क से जुड़े प्रतिकूल स्वास्थ्य प्रभावों का प्रमुख चालक माना जाता है। स्वास्थ्य प्राधिकरणों द्वारा गिनाए गए प्रभाव इस प्रकार हैं:

  • हृदय या फेफड़ों की बीमारी वाले व्यक्तियों में समय से पहले मृत्यु
  • घातक न होने वाले हृदयघात और अनियमित हृदय धड़कन
  • अस्थमा का बढ़ना, श्वसन मार्ग की सूजन और साँस लेने में कठिनाई
  • संपर्क की अल्पकालिक वृद्धि में, हृदय-रक्तवाहिका या मौजूदा श्वसन विकार वाले लोगों में तीव्र मृत्यु के जोखिम में वृद्धि

प्रभाव केवल स्वास्थ्य तक सीमित नहीं है। कण प्रदूषण दृश्यता को कम करता है, जलवायु और पारिस्थितिकी तंत्र को प्रतिकूल रूप से प्रभावित करता है, और सामग्रियों में खराबी उत्पन्न करता है। यानी निकास से निकलने वाला कालिख एक श्वसन समस्या जितना ही एक पर्यावरण इंजीनियरिंग की समस्या भी है।

अपूर्ण दहन वाले हाइड्रोकार्बन (HC): कहाँ से आते हैं?

निकास तालिका में NOx जितना अधिक नाम न आने वाला लेकिन उसी तालिका में मौजूद एक और प्रदूषक है: अपूर्ण दहन वाले हाइड्रोकार्बन। इनके स्रोत परिचित लगते हैं। क्रैंक केस से रिसकर दहन कक्ष में वापस लौटने वाली blow-by गैसें, पिस्टन रिंग ग्रूव के अंतरालों में फँसा ईंधन-वायु मिश्रण, इनटेक मैनिफोल्ड में तरल ईंधन और सिलेंडर दीवार की तेल फिल्म इनके प्रमुख हैं। उच्च भार पर संचालन में रिंग ग्रूव के अंतराल HC उत्सर्जन का मुख्य स्रोत होते हैं।

दहन कक्ष के बाहर रहने वाला एक स्रोत भी है: ईंधन का वाष्पीकरण। निकास उत्सर्जन में टैंक और लाइनों से ईंधन के वाष्पित होने से होने वाले नुकसान भी जुड़ते हैं। उदाहरण के लिए कम अनुपात वाले एथेनॉल मिश्रण पेट्रोल को अधिक आसानी से वाष्पित होने का कारण बनकर वाष्पीकरण उत्सर्जन बढ़ा सकते हैं। अपूर्ण दहन, ऑक्सीजन की कमी या खराब दहन परिस्थितियाँ HC को सीधे बढ़ाने वाले दहन पक्ष के कारक हैं।

कौन सा उत्सर्जन मानक कौन सी गैस को और क्यों लक्षित करता है?

यूरो उत्सर्जन मानक वे नियमों की श्रृंखला हैं जो किसी वाहन द्वारा कानूनी रूप से उत्सर्जित अधिकतम प्रदूषक की मात्रा निर्धारित करती हैं; 1992 में कैटेलिटिक कन्वर्टर की अनिवार्यता के साथ इसे पेश किया गया। तर्क सरल है: प्रत्येक प्रदूषक की हानि की प्रक्रिया अलग होती है, इसलिए प्रत्येक के लिए अलग सीमा निर्धारित की जाती है। CO ऑक्सीजन परिवहन को, NO2 वायुमार्गों को और PM हृदय व फेफड़ों को लक्षित करता है, इसलिए मानक तीनों को अलग-अलग मापते हैं।

प्रदूषकउत्पत्ति का कारणप्रमुख प्रभाव
NOx (NO/NO2)उच्च तापमान पर नाइट्रोजन-ऑक्सीजन अभिक्रियावायुमार्ग में जलन, अस्थमा, स्मॉग और अम्ल वर्षा
COऑक्सीजन की कमी में अपूर्ण दहनऑक्सीजन परिवहन को बाधित करके विषाक्तता
PM (कालिख)विशेष रूप से डीज़ल में अपूर्ण दहनफेफड़ों और हृदय के रोग
HCअनजला ईंधन और तेल रिसावस्मॉग निर्माण में योगदान, वायु विषाक्त पदार्थ

मानकों का इतिहास भी अंतर के तर्क को दर्शाता है: Euro 2 चरण से ही यूरोप डीज़ल और पेट्रोल वाहनों के लिए अलग सीमाएँ निर्धारित करता है। डीज़ल वाहन अधिक सख्त CO सीमाओं के अधीन होते हैं लेकिन उन्हें अधिक NOx की अनुमति दी जाती है; पेट्रोल वाहन Euro 4 तक कण मानक से मुक्त थे। Euro 6 सितंबर 2014 में लागू होकर डीज़ल वाहनों की NOx और PM सीमाओं को काफी सख्त कर दिया और डीज़ल तथा सीधे इंजेक्शन वाले पेट्रोल (GDI) इंजनों दोनों में द्रव्यमान के साथ-साथ सूक्ष्म कण संख्या को भी सीमित करने की अनिवार्यता लाई। डीज़ल पक्ष में इस अनिवार्यता ने डीज़ल पार्टिकुलेट फिल्टर (DPF) के व्यापक रूप से अपनाने की आवश्यकता उत्पन्न की।

प्रयोगशाला और वास्तविक सड़क के बीच का अंतर Dieselgate के बाद बहस के केंद्र में आ गया। सितंबर 2017 से वाहनों को वास्तविक ड्राइविंग परिस्थितियों में मापन करने वाले RDE परीक्षणों के अधीन किया गया। परिणाम मापने योग्य है: Euro नियमों द्वारा कवर किए गए काल में 2001 से 2017 तक NOx उत्सर्जन %84 गिरा। कठोर सीमाओं ने डीज़ल वाहनों में SCR प्रणालियों के व्यापक होने को भी अनिवार्य बना दिया।

ये गैसें एग्ज़ॉस्ट से निकलने से पहले कैसे साफ होती हैं?

Egzozdan çıkan zehirli gazlar, motorun içinde verilen bilinçli mühendislik kararlarıyla daha silindirdeyken temizlenir.

आधुनिक एग्ज़ॉस्ट-पश्चात शोधन श्रृंखला प्रत्येक प्रदूषक के लिए अलग समाधान तैयार करती है। SCR (चयनात्मक कैटेलिटिक अपचयन) यूरिया आधारित डीज़ल एग्ज़ॉस्ट द्रव - रोजमर्रा की भाषा में AdBlue - को एग्ज़ॉस्ट प्रवाह में इंजेक्ट करता है; कैटेलिस्ट में NOx हानिरहित नाइट्रोजन और पानी में अपचित हो जाता है। NOx में कमी %90 तक पहुँच सकती है; उसी प्रक्रिया में HC और CO %50-90, PM %30-50 कम हो जाता है। DPF कालिख के कणों को भौतिक रूप से कैद करता है; DPF + SCR + DEF का संयोजन कालिख को रोकता और NOx को घटाता है, जबकि SCR कार्य को फिल्टर के साथ मिलाने वाला SDPF वही काम एक ही इकाई में करता है। सिलेंडर के भीतर भी एक उपाय है: EGR (एग्ज़ॉस्ट गैस पुनर्चक्रण) एग्ज़ॉस्ट गैस के एक हिस्से को सिलेंडर में वापस भेजकर ऑक्सीजन की मात्रा और दहन तापमान को कम करता है; तापमान गिरने से बनने वाला NOx कम हो जाता है।

इसके चलते नए वाहनों की उत्सर्जन प्रोफ़ाइल स्पष्ट रूप से बदल गई है। नए मॉडल थोड़ा अधिक CO2 उत्पन्न करते हैं, लेकिन वे पिछली पीढ़ियों की तुलना में CO और NOx उत्सर्जन को काफ़ी हद तक कम करते हैं। इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से यह एक स्वीकार्य समझौता है: जलवायु प्रभाव और प्रदूषक प्रभाव अलग-अलग पैमाने हैं और 2015 से पहले "कम उत्सर्जन वाले वाहन" की परिभाषा केवल कम CO2 पर केंद्रित थी; Dieselgate के बाद NOx जैसे प्रदूषक सामने आए।

यूरोप में NOx बहस की पृष्ठभूमि क्या है?

2015 में यह उजागर हुआ कि Volkswagen के डीज़ल वाहनों ने प्रयोगशाला परीक्षणों को पास करने के लिए अपने उत्सर्जन नियंत्रण प्रणालियों में हेरफेर किया था; वाहन वास्तविक सड़क पर बताई गई तुलना में 40 गुना तक अधिक नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्पन्न कर रहे थे। यह घटना केवल एक निर्माता की समस्या नहीं रही: आगामी वर्षों में यूरोप में लगभग सभी डीज़ल निर्माताओं द्वारा परीक्षण सीमाओं से नीचे आने के लिए कानूनी या संभवतः अवैध रणनीतियों का उपयोग करने के प्रमाण सामने आए। प्रयोगशाला परीक्षणों का वास्तविक ड्राइविंग को दर्शाते न होना, मानकों की विश्वसनीयता की समस्या के रूप में बहस की निरंतरता को भी समझाता है।

स्वास्थ्य पक्ष के आंकड़े बहस की गंभीरता को दर्शाते हैं। जर्मनी में बिकने वाले Volkswagen वाहनों के अत्यधिक उत्सर्जनों के संभवतः 1,200 समय से पहले मृत्युओं का कारण बनने का अनुमान लगाया गया है; 2015 में डीज़ल वाहनों के अत्यधिक NOx उत्सर्जनों को दुनिया भर में लगभग 38,000 समय से पहले मृत्युओं से जोड़ा गया है और इस बोझ का अधिकांश हिस्सा यूरोप में है। यूरोप में हर साल लगभग 10,000 लोग कानूनी सीमाओं से अधिक डीज़ल वाहन उत्सर्जनों के कारण समय से पहले मर रहे हैं; अनुमान लगाया गया है कि 2012 में शहरों में NO2 के संपर्क ने यूरोपीय महाद्वीप में अनुमानतः 75,000 समय से पहले मृत्युओं में योगदान दिया। सड़क परिवहन से होने वाली वायु प्रदूषण की EU में स्वास्थ्य लागत का अनुमान सालाना 67-80 अरब यूरो है।

NO2 के दीर्घकालिक संपर्क से संबंधित अध्ययन सभी कारणों से होने वाली मृत्यु, श्वसन और हृदय-संबंधी मृत्यु दर तथा बच्चों में श्वसन लक्षणों और फेफड़ों के कार्य के बीच संबंध बताते हैं।
ब्रिटेन मेडिकल एफेक्ट्स ऑफ़ एयर पोल्यूशन कमेटी (COMEAP)

आंकड़े केवल एक दिशा में ही आगे नहीं बढ़ रहे हैं। 2005-2023 के बीच EU में PM2.5 से जुड़ी मृत्युओं में 57% की कमी आई और 2023 में 55% की कमी का लक्ष्य पूरा हुआ। यानी जब नियमन, तकनीक और निरीक्षण एक साथ काम करते हैं तो मापने योग्य सुधार संभव है। समाधान कहां खोजा जाए, इस पर भी मत अलग-अलग हैं: एक दृष्टिकोण उत्सर्जन नियंत्रण तकनीकों और मानकों के अनुप्रयोग पर केंद्रित है, जबकि दूसरा विचार यह तर्क देता है कि NOx में सबसे तेज़ कमी सबसे अधिक ईंधन खपत करने वाले वाहन उपयोगकर्ताओं को इलेक्ट्रिक वाहनों में स्थानांतरित करने से होकर ही संभव है।

NOx, CO और पार्टिकुलेट मैटर के बारे में अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

PM2.5, PM10 से अधिक खतरनाक क्यों है?

उत्तर आकार में छिपा है। PM2.5 कण 2.5 माइक्रोन से कम व्यास के कारण श्वसन और परिसंचरण तंत्र की गहराइयों तक प्रवेश कर सकते हैं; PM10 जैसे बड़े कण इतनी गहराई तक नहीं पहुंच पाते। जैसे-जैसे प्रवेश की गहराई बढ़ती है, कोशिका स्तर पर प्रभाव और हृदय-संवहन तंत्र तक पहुंचने का जोखिम बढ़ जाता है।

डीज़ल या पेट्रोल में से कौन अधिक NOx उत्पन्न करता है?

डीज़ल। डीज़ल इंजन अधिक उच्च तापमान और दबाव पर, ऑक्सीजन से समृद्ध दहन के साथ काम करते हैं, इसलिए वे अधिक मात्रा में NOx उत्पन्न करते हैं। यही इस बात का उत्तर भी है कि डीज़ल NOx नियंत्रण को SCR और EGR जैसे अतिरिक्त सिस्टम की आवश्यकता क्यों होती है।

CO विषाक्तता के लक्षण क्या हैं?

प्रारंभिक लक्षण सिरदर्द, चक्कर आना, नींद आना और जी मिचलाना हैं; बढ़ती स्थिति में उल्टी और चेतना का नुकसान देखा जाता है। चूंकि CO गंधहीन और रंगहीन है, इसलिए जोखिम तब तक ध्यान में नहीं आता जब तक लक्षण सामने न आ जाएं।

क्या वाहन के अंदर की हवा वास्तव में अधिक प्रदूषित हो सकती है?

हां, भारी यातायात में वाहन के अंदर ली जाने वाली हवा उसी सड़क पर चलने वाले व्यक्ति द्वारा ली जाने वाली हवा से अधिक खराब हो सकती है; निकास गैसें सीधे केबिन के अंदर प्रवेश कर सकती हैं। यह इस बात का व्यावहारिक संकेत है कि बंद खिड़की और हवा संचारण सेटिंग्स क्यों महत्वपूर्ण हैं।

संक्षेप में कहें तो: निकास से निकलने वाले प्रत्येक प्रदूषक की निर्माण प्रक्रिया, हानि का मार्ग और उसके विरुद्ध डिज़ाइन किया गया एक समाधान होता है। NOx उच्च तापमान का, CO अधूरे दहन का, PM कालिख का और HC अनजला ईंधन की पहचान है; चूंकि मानक इन चारों को अलग-अलग मापते हैं, इसलिए यह समझना भी आसान हो जाता है कि कौन सी तकनीक क्यों मौजूद है।

स्रोत