ثمة نهج آخر لتوكيد الاحتراق الكامل للوقود وهو ضمان وجود نسبة كافية من الأكسجين في مزيج الوقود والهواء في أسطوانة المحرك حينما تكون نسبة الهواء إلى الوقود كبيرة، يوصف المزيج بأنه مزيج فقير lean mixture) أي هو فقير بالوقود. في هذه الحالة، ترتفع درجة حرارة الاحتراق، وهذا يزيد أيضاً نسبة الضغط (compression ratio) ويجعل مردود الوقود أعظمياً. لكن هذه الحالة تؤدي أيضاً إلى مفعول ثانوي سلبي في البيئة.

فنسبة الهواء الكبيرة لا تقتصر على رفع درجة حرارة الاحتراق فقط، بل تزيد أيضاً تركيز النتروجين وتوفّر أكسجينا يفوق ذاك اللازم للتفاعل مع الوقود. وتزيد هذه العوامل مجتمعة تكوين وانبعاث أكسيد النتروجين، إلى جانب خفضها للانبعاثات الهدروكربونية (الشكل 5.4).

الشكل 5.4 المقادير النسبية للنواتج المنبعثة بدلالة نسبة الوقود إلى الهواء.

لقد رأينا أن أكسيد النتروجين الناتج هو مكون أساسي من مكونات تكوين الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي، وهو أيضاً مادة أولية لتوليد حمض النتريك الجوي الذي يُعطي المطر الحمضي. وتضمنت المحاولات الأولية لجعل توليد الـ NO أصغرياً استعمال احتراق عند درجات حرارة أخفض ونسب ضغط أقل، مع تدوير غازات العادم المحترقة جزئيا، باعتبارها مخففاً، في مزيج الوقود والهواء.

تقلّص هذه الطريقة مستويات انبعاث أكاسيد النتروجين، لكنها تقلّل أيضاً مردود الوقود (كفائته). لذا جرى تطوير عدة طرائق أكثر تعقيداً لتنظيف غاز العادم. وتتمحور التقانات الحالية لتحقيق ذلك حول استعمال منظومة تحفيز ثلاثية three-way catalytic) (system قادرة على تخفيض مستويات ثلاثة أنواع من النواتج المنبعثة، هي المواد الهدروكربونية غير الميثان وأول أكسيد الكربون وأكسيد النتروجين. وتنطوي هذه المنظومة على احتراق يحصل في ظروف قريبة من التفاعل وفقاً لأمثال التفاعل الصحيحة، وعلى تكوين تأثيرات متبادلة فيما بين غازات العادم ومحفِّزين موضوعين على التسلسل. يُثبَّت المحفِّزان على السطح العلوي لمادة سيراميكية تمر عبرها غازات العادم. ويُصنع المحفّز الأول عادة من الرُّديوم (rhodium) الذي يُسهل إرجاع أكاسيد النتروجين لتكوين ثاني أكسيد النتروجين. أما عامل الإرجاع في هذه الحالة فهو أحد المكونات الموجودة في تيار غاز العادم والذي لم يتأكسد كلياً. يمكن للمواد الهدروكربونية غير المتفاعلة وغاز الهدروجين وأول أكسيد الكربون جميعاً أن تتفاعل بهذه الطريقة:

ومع تقدم السيرورة، يتولد بعض الأمونيا أيضاً بسبب تفاعل أكسيد النتروجين مع الهدروجين الذي يوجد نتيجة لتفكك بعض مكونات الوقود الهدروكربوني:

وبغية أكسدة المواد الهدروكربونية المتبقية وأول أكسيد الكربون والأمونيا، ويُدخل هواء في المنظومة ويُمرَّر فوق محفِّز ثان مصنوع من البالاديوم أو البلاتين أو أكاسيد متكافئة (ستويكيومترية) (*) من قبيل Me أو CoO.CE للمساعدة على أكسدة المكونات المُرجَعة:

يؤدي استعمال منظومات التحفيز الثلاثية الفعالة إلى تقليص انبعاثات الغازات الإشكالية الثلاثة بـ %80 أو أكثر . إلا أنه ما زالت ثمة مشاكل تقنية قائمة يجب حلها بغية تحقيق مزيد من التخفيضات وأهمها تخفيض الانبعاثات في أثناء "تحمية" الآلية عندما تكون درجة حرارة حجرة التحفيز ليست عالية بقدر كاف لحصول تفاعل جيد لغازات العادم.

------------------------------------

(*) أكاسيد متكافئة أو ستويكيومترية (Stoichiometric oxides): أكاسيد عناصر متكافئة مكتملة عدد الذرات (المترجم).