ماده MMT در مکمل‌های بنزین چیست و چرا به خودروها آسیب می‌زند؟

در بنزین، عدد اکتان مقیاسی برای نشان دادن مقاومت در برابر گرما، فشار و احتراق خودبه‌خود (بدون جرقه) است. هر چه عدد اکتان بیشتر باشد، بنزین در مقابل پدیده مخرب احتراق زودرس ناشی از فشار و گرما مقاوم‌تر خواهد بود و احتراق بهتری خواهد داشت. اگر بنزین اکتان پایینی داشته باشد، پیشرانه دچار احتراق زودرس خواهد شد که به آن ناک زدن میگویند. ازآنجایی‌که اکتان بنزین در کشورمان پایین است، در خودروهایی که به پیشرانه‌های پیشرفته‌تر و توربوشارژ مجهز هستند، برای افزایش عدد اکتان و جلوگیری از ناک زدن، باید از اکتان بوستر استفاده کرد که اکتان بوستر نام دارد. در بسیاری از این مکمل‌های بنزین، برای افزایش اکتان از ماده‌ای بنام MMT استفاده می‌شود که می‌تواند به پیشرانه خودرو آسیب بزند. در ادامه بیشتر با این ماده آشنا خواهیم شد.

ماده MMT چیست؟

MMT مخفف Methylcyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl است. این یک افزودنی بر پایه منگنز است که برای افزایش عدد اکتان به بنزین اضافه می‌شود. این ماده با بهبود عملکرد بنزین، از احتراق زودرس یا همان ناک زدن موتور جلوگیری می‌کند و البته معایب بسباری نیز برای خودروهای امروزی و انسان دارد؛ بنابراین، هدف اصلی از افزودن MMT به سوخت افزایش کارایی احتراق و کاهش مصرف سوخت است. قبلا برای افزایش عدد اکتان بنزین از ترکیبات سرب‌دار استفاده می‌شد. این کار از دهه 20 میلادی آغاز شد و معمول‌ترین افزودنی به بنزین، تترا اتیل سرب بود که باعث بهسوزی بنزین می‌شد اما در میانه دهه 70 میلادی، مشخص شد سرب برای سلامت انسان و محیط‌زیست زیان‌آور است. همچنین سرب با مبدل کاتالیزوری خودروها هم سازگاری نداشت. به همین دلیل، از سال 1975 استفاده از سرب در بنزین رو به کاهش گذاشت و نهایتاً از اول ژانویه سال ‌۱۹۹۶، سازمان هوای پاک، فروش بنزین سرب‌دار برای وسایل نقلیه جاده‌ای را ممنوع کرد.

با حذف سرب، باید از طریق دیگری کیفیت و اکتان بنزین افزایش داده می‌شد تا پیشرانه‌ها بتوانند به‌درستی کار کنند. به همین دلیل، افزودنی‌های دیگری جایگزین ترکیب‌های سرب‌دار در بنزین شد. تمام افزودنی‌هایی که بجای سرب در نظر گرفته شده بودند، گران‌تر از سرب بودند اما دراین‌بین، ارزان‌ترین ماده برای جایگزینی با تترا اتیل سرب و افزایش عدد اکتان بنزین بدون سرب، MMT است زیرا افزودن چند قطره از این ماده از ماده معادل 18 میلی‌گرم، می‌تواند عدد اکتان یک لیتر بنزین را دو تا سه شماره بالا ببرد. به همین دلیل، در مکمل‌های اکتان بوستر هم از این ماده استفاده می‌شود تا به شکلی کم‌هزینه بتوان عدد اکتان بنزین را افزایش داد.

مزایای استفاده از MMT

استفاده از ماده MMT در مکمل سوخت مزیت‌هایی دارد که در ادامه مرور می‌کنیم:

• افزایش عدد اکتان بنزین
• ارزان‌ترین جایگزین برای تترا اتیل سرب
• کاهش مصرف سوخت و بهبود عملکرد موتور

معایب استفاده از MMT

استفاده از ماده MMT با وجود مزیت‌هایی که دارد، معایب بزرگی را هم به دنبال خواهد داشت. استفاده از MMT در سوخت می‌تواند به‌مرور زمان به سیستم سوخت‌رسانی و موتور خودرو آسیب بزند زیرا این ماده می‌تواند باعث تجمع رسوبات در شمع‌ها، سنسور اکسیژن و کاتالیزور خودرو شود. استفاده از MMT در خودروهای مدرن می‌تواند به دلیل ایجاد رسوبات و تأثیر منفی بر سیستم‌های کنترل آلایندگی (مثل مبدل‌های کاتالیزوری) مشکلاتی جدی ایجاد کند. خودروهای مدرن دارای سیستم‌های کنترل آلایندگی بسیار حساسی هستند که برای عملکرد صحیح به سوخت پاک نیاز دارند. MMT می‌تواند باعث گرفتگی مبدل‌های کاتالیزوری و افزایش انتشار آلاینده‌ها شود که درنهایت موجب کاهش عمر موتور و کاهش کارایی کلی خودرو می‌شود.

دلایل آسیب زدن MMT به خودروهای مدرن

• ایجاد رسوبات در سیستم سوخت‌رسانی و اجزای موتور
• افزایش آلایندگی به‌ویژه با انتشار هیدروکربن‌ها
• تأثیر منفی بر سیستم‌های کنترل آلایندگی خودروهای جدید مانند مبدل‌های کاتالیزوری

اثرات MMT بر کاتالیزور اگزوز

مبدل کاتالیزوری یا همان کاتالیزور اگزوز، قطعه‌ای کلیدی در سیستم اگزوز خودروهای مدرن است که آلاینده‌های خطرناک مثل مونوکسید کربن، هیدروکربن‌ها و اکسیدهای نیتروژن را به گازهای بی‌ضرر تبدیل می‌کند. MMT هنگام سوختن در موتور، ذرات اکسید منگنز تولید می‌کند که به صورت رسوب روی سطح کاتالیزور اگزوز جمع می‌شود. این رسوبات، که عمدتاً از Mn3O4 تشکیل شده‌اند، منافذ کاتالیزور را مسدود می‌کنند و توانایی آن را برای کاهش آلاینده‌ها کم می‌کنند. این مشکل باعث می‌شود خودرو آلاینده‌های بیشتری منتشر کند و حتی ممکن است در تست‌های آلایندگی رد شود. خودروسازان مانند تویوتا هشدار داده‌اند که MMT می‌تواند عمر کاتالیزور اگزوز را کوتاه کند و هزینه‌های تعمیر را به شدت افزایش دهد، به‌ویژه در خودروهای مدرن با استانداردهای آلایندگی سختگیرانه.

در بررسی دقیق‌تر، رسوبات منگنز مثل یک لایه پوشاننده روی سطح کاتالیزور اگزوز عمل می‌کنند و مانع تماس گازهای خروجی با فلزات گران‌بهای داخل کاتالیزور، مثل پلاتین و پالادیوم، می‌شوند. مطالعات SAE نشان می‌دهد که استفاده طولانی‌مدت از MMT می‌تواند کارایی کاتالیزور اگزوز را تا 50% کاهش دهد. این اثر در خودروهای مجهز به سیستم‌های پیشرفته مثل فیلتر ذرات دیزل یا کاتالیزورهای سه‌گانه شدیدتر است. وقتی کاتالیزور اگزوز درست کار نکند، موتور ممکن است به حالت اضطراری برود، مصرف سوخت افزایش یابد و حتی قطعات دیگر مثل سنسورهای اکسیژن آسیب ببینند. این آسیب‌ها نه تنها عملکرد خودرو را ضعیف می‌کنند، بلکه هزینه‌های تعمیر و نگهداری را هم بالا می‌برند.

مکانیسم آسیب‌رسانی MMT به کاتالیزور اگزوز

برای فهم بهتر آسیب‌های MMT، باید به مکانیسم شیمیایی آن توجه کنیم. وقتی بنزین حاوی MMT در موتور می‌سوزد، منگنز به شکل ذرات جامد اکسید منگنز آزاد می‌شود. این ذرات در دمای بالای سیستم اگزوز به سطح کاتالیزور اگزوز می‌چسبند و لایه‌ای روی فلزات فعال آن تشکیل می‌دهند. کاتالیزور اگزوز برای کارکرد درست به سطح تمیز نیاز دارد تا واکنش‌های شیمیایی را انجام دهد، اما رسوبات منگنز این سطح را آلوده می‌کنند و واکنش‌ها را مختل می‌کنند. در نتیجه، هیدروکربن‌ها و مونوکسید کربن به جای تبدیل به دی‌اکسید کربن و آب، به اتمسفر منتشر می‌شوند و آلودگی هوا را افزایش می‌دهند، به‌ویژه در شهرهای شلوغ.

این رسوبات همچنین فشار داخل سیستم اگزوز را بالا می‌برند، چون جریان گازها را محدود می‌کنند. این موضوع به موتور فشار می‌آورد و می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد یا خرابی سنسورهای اکسیژن شود. تحقیقات EPA نشان می‌دهد خودروهایی که از بنزین حاوی MMT استفاده می‌کنند، تا 30% آلایندگی بیشتری دارند، چون کاتالیزور اگزوز نمی‌تواند کارش را درست انجام دهد. این مشکل در خودروهای مدرن با تکنولوژی پیشرفته، مثل مدل‌های هیبریدی یا توربوشارژ، جدی‌تر است، زیرا این خودروها به کاتالیزورهای اگزوز حساس‌تری وابسته‌اند. به همین دلیل، استفاده از MMT در خودروهای امروزی به شدت خطرناک است و می‌تواند هزینه‌های گزافی به مالک خودرو تحمیل کند.

اثرات زیست‌محیطی MMT با تمرکز بر کاتالیزور اگزوز

احتراق MMT ذرات منگنز تولید می‌کند که نه تنها خاک و آب را آلوده می‌کند، بلکه با کاهش کارایی کاتالیزور اگزوز، اثرات زیست‌محیطی جدی‌تری ایجاد می‌کند. وقتی کاتالیزور اگزوز به دلیل رسوبات منگنز درست کار نکند، آلاینده‌هایی مثل هیدروکربن‌ها و مونوکسید کربن بیشتر منتشر می‌شوند و به تشکیل مه‌دود در شهرها کمک می‌کنند. این موضوع کیفیت هوا را بدتر می‌کند و سلامت عمومی را به خطر می‌اندازد. تحقیقات EPA نشان می‌دهد که MMT می‌تواند آلاینده‌ها را تا 30-40% افزایش دهد و اقتصاد سوخت را 2% کاهش دهد، چون کاتالیزور اگزوز نمی‌تواند آلاینده‌ها را به خوبی حذف کند. این ذرات منگنز همچنین به آب‌های زیرزمینی نفوذ می‌کنند و حیات آبزی را تهدید می‌کنند.

در بلندمدت، استفاده از MMT باعث می‌شود خودروها آلایندگی بیشتری تولید کنند و استانداردهای زیست‌محیطی مثل یورو 6 را نقض کنند. این اثر به‌ویژه در مناطق شهری با ترافیک بالا نگران‌کننده است، جایی که کاتالیزورهای اگزوز برای کاهش آلودگی هوا حیاتی هستند. ممنوعیت MMT در کشورهایی مثل کانادا و اروپا به همین دلیل است، زیرا رسوبات منگنز نه تنها به کاتالیزور اگزوز آسیب می‌زنند، بلکه تعادل زیست‌محیطی را هم به هم می‌زنند. این معایب نشان می‌دهد که MMT با هدف جهانی کاهش آلایندگی سازگار نیست و باید با گزینه‌های ایمن‌تر جایگزین شود.

مقایسه MMT با سایر اکتان‌بوسترها

برای درک بهتر تأثیر MMT، آن را با افزودنی‌های دیگر مثل اتانول و فرروسن مقایسه می‌کنیم. جدول زیر این مقایسه را با تأکید بر تأثیر بر کاتالیزور اگزوز نشان می‌دهد:

این جدول نشان می‌دهد که MMT در مقایسه با افزودنی‌هایی مثل اتانول، آسیب بیشتری به کاتالیزور اگزوز می‌زند، به دلیل رسوبات سنگین منگنز که کارایی کاتالیزور را به شدت کاهش می‌دهند.

تأثیر منفی MMT بر سلامت انسان

ماده MMT علاوه بر مشکلاتی که برای خودروهای مدرن به همراه خواهد داشت، می‌تواند برای سلامت انسان هم مضر باشد. مطالعات در این رابطه نشان داده است که ذرات ریز حاوی منگنز می‌توانند از طریق ریه‌ها جذب خون شوند و مستقیماً به سیستم عصبی مرکزی و مغز منتقل شوند.

در سال 1994، سازمان EPA ایالات‌متحده اعلام کرد که اگر MMT به‌طور گسترده در بنزین بدون سرب استفاده شود، احتمال ایجاد خطر برای سلامت ناحیه تناسلی انسان وجود خواهد داشت.

این سازمان همچنین اشاره کرده است که ممکن است دهه‌ها طول بکشد تا پیامدهای سلامتی استفاده از MMT را به‌طور کامل درک کنیم همان‌طور که پس از چندین دهه مشخص شدن افزودنی‌های سرب‌دار در بنزین به‌شدت برای سلامت انسان و محیط‌زیست مضر است.

ساختار شیمیایی MMT و خواص آن

MMT یک ترکیب شیمیایی پیچیده است که از یک هسته منگنز تشکیل شده و به آن یک گروه متیل‌سیکلوپنتادینیل و سه مولکول کربونیل متصل است. فرمول شیمیایی‌اش C9H7MnO3 است و به صورت مایع نارنجی‌رنگ در بنزین حل می‌شود. این ساختار به MMT اجازه می‌دهد با مقدار کمی، اکتان بنزین را افزایش دهد و از احتراق ناقص جلوگیری کند. اما وقتی می‌سوزد، به اکسیدهای منگنز تبدیل می‌شود که رسوباتی ایجاد می‌کند. این رسوبات در سیستم اگزوز، به‌ویژه کاتالیزور اگزوز، جمع می‌شوند و عملکرد موتور را مختل می‌کنند. علاوه بر این، MMT سمی است و تماس با آن می‌تواند مشکلات تنفسی و عصبی ایجاد کند، بنابراین باید با احتیاط استفاده شود. این خواص شیمیایی نشان می‌دهد که MMT در عین مفید بودن برای اکتان، ریسک‌های جدی برای خودرو و محیط دارد.

در بررسی دقیق‌تر، ساختار MMT به آن امکان می‌دهد تا رادیکال‌های آزاد را در فرآیند احتراق کنترل کند، که منجر به احتراق پایدارتر می‌شود. این ویژگی در موتورهای با فشرده‌سازی بالا بسیار مفید است، اما تبدیل MMT به ذرات منگنز در دمای بالا باعث انباشت رسوبات در کاتالیزور اگزوز و سنسورهای اکسیژن می‌شود. این رسوبات می‌توانند فیلترهای سیستم اگزوز را مسدود کنند و کارایی موتور را کاهش دهند. تحقیقات نشان می‌دهد که MMT در نور خورشید تجزیه می‌شود، اما در محیط‌های بسته پایدار است، که خطر انباشت زیست‌محیطی را افزایش می‌دهد. این ترکیب شیمیایی، با وجود مزایای اکتان، معایب فنی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی دارد که در خودروهای مدرن پررنگ‌تر است.

نتیجه‌گیری

با اینکه MMT به‌عنوان تقویت‌کننده اکتان سوخت در خودروهای قدیمی‌تر مفید است، اما در خودروهای مدرن که به سیستم‌های پیشرفته آلایندگی مثل کاتالیزور اگزوز مجهز هستند، می‌تواند به مشکلات عمده‌ای مانند کاهش کارایی کاتالیزور، افزایش آلاینده‌ها و آسیب به سلامت انسان منجر شود. رسوبات منگنز تولیدشده توسط MMT نه تنها به کاتالیزور اگزوز آسیب می‌زنند، بلکه محیط زیست را آلوده می‌کنند و هزینه‌های تعمیر را بالا می‌برند. بنابراین، استفاده از این ماده در خودروهای با تکنولوژی روز توصیه نمی‌شود و جایگزین‌های ایمن‌تر مثل اتانول ترجیح داده می‌شوند. سیاست‌گذاران و مصرف‌کنندگان باید بین مزایای اقتصادی کوتاه‌مدت و معایب بلندمدت MMT تعادل برقرار کنند.