با توجه به تغییر مداوم نیازهای سوخت و همگام شدن با فناوری های نوین خودرو، سامانه های کنترل آلایندگی و دغدغه های زیست محیطی، افزودنی های سوخت نقش ویژه ای ایفا میکنند، زیرا از نظر ترکیب شیمیایی تنوع بسیار بیشتری نسبت به خود سوخت های فسیلی و تجدیدپذیر دارند و در نتیجه میتوانند تاثیرات گسترده تر و متفاوت تری نیز بر جای بگذارند.
در گزارش پیشین درباره استفاده جهانی از سوخت هایی با کیفیت و ترکیب های مختلف، با عنوان TNO 2020 R11950: کیفیت سوخت بنزین و تاثیر آن بر فناوری های خودرو و محیط زیست، به طور مختصر اشاره شده بود که استفاده از افزودنی های فلزی در بنزین، مانند افزودنی های ضد کوبش (Antiknock Agents)، عملا در اروپا ممنوع شده است. سازمان بازرسی محیط زیست و حمل و نقل (The Human Environment and Transport Inspectorate) از TNO درخواست کرد تا توضیحات بیشتری درباره نگرانی های مربوط به افزودنی های سوخت، به ویژه افزودنی های ضدکوبش ارائه دهد.
افزودنی های دیگری نیز برای سوخت وجود دارند که برای رنگ دهی، پایدارسازی سوخت، پاک کنندگی، بهبود جریان پذیری و روانکاری و همچنین جلوگیری از خوردگی استفاده میشوند . با این حال، این دسته از افزودنی ها به طور کلی دارای خطرات مستقیم یا غیرمستقیم قابل توجه ای برای سلامت انسان یا محیط زیست محسوب نمی شوند.
این گزارش صرفا بر افزودنی های ضد کوبش (ضد ناک) مورد استفاده در بنزین که با نام افزایش دهنده های عدد اکتان (Octane Booster) نیز شناخته می شوند، تمرکز دارد و به ویژه به بررسی افزودنی های فلزی سوخت (MFA: Metallic Fuel Additives) می پردازد.
در اروپا، پس از ممنوعیت قبلی افزودنی های حاوی سرب، در سال 2004 ممنوعیت موثری برای سایر افزودنی های فلزی سوخت نیز اعمال شد. در همین راستا، برای افزودنی MMT از سال 2011 حداکثر مجاز به 6 میلی گرم در لیتر تعیین شد و این مقدار از سال 2014 به 2 میلی گرم در لیتر کاهش یافت، این محدودیت ها بر اساس نگرانی های گسترده تر درباره حضور فلزات در سوخت وضع شدند. در سال های اخیر، در گزارش های سالانه پایش که در چارچوب دستورالعمل کیفیت سوخت اتحادیه اروپا منتشر می شوند، هیچ موردی از استفاده از افزودنی MMT گزارش نشده است.
مطالعات جامع تر و گسترده تر درباره استفاده طولانی مدت از افزودنی های فلزی سوخت عمدتا در ایالات متحده آمریکا انجام شده اند. این مطالعات از دهه 1970 و همزمان با آغاز برنامه حذف تدریجی افزودنی های حاوی سرب، یعنی تترااتیل سرب (TEL) و تترامتیل سرب (TML)، و جایگزینی آنها با سایر افزودنی های ضد کوبش آغاز شدند.
بر اساس اصل احتیاط، که در قوانین هوای پاک ایالات متحده و ایالات کالیفرنیا تصریح شده است. تامین کننده افزودنی موظف بود، به عنوان بخشی از درخواست خود برای دریافت مجوز استفاده (Waiver)، ثابت کند که این ماده هیچ گونه آسیبی به فناوری های خودرو و محیط زیست وارد نمی کند. با این حال این شرکت در دو نوبت، در سال های 1978 و 1981، موفق به دریافت این مجوز نشد. نگرانی ها عمدتا به افزایش میزان آلاینده های خروجی ناشی از استفاده از MMT، به ویژه هیدروکربن ها، و همچنین تشکیل رسوبات اکسید های منگنز مربوط می شد.
در کانادا، برای مقایسه، افزودنی ضد کوبش فلزی اصلی یعنی MMT که حاوی منگنز با غلظت 8 تا 18 میلی گرم منگنز در هر لیتر بود، به صورت داوطلبانه تا سال 2004 از بنزین حذف شد. مطالعه مهمی که در سال 2006 توسط بخش تحقیقات جنرال موتورز انجام شد و در آن عملکرد خودرو های یکسان در ایالات متحده و کانادا، همراه با تغییر ترکیب سوخت در کانادا، با یک دیگر مقایسه شد، نگرانی هایی را درباره تاثیر MMT بر دوام و ماندگاری سامانه های خودرو مطرح کرد، به طوری که در برخی موارد خرابی مبدل های کاتالیستی در دوره گارانتی مشاهده شد.
نگرانی های مشابهی درباره تمامی افزودنی های فلزی سوخت نیز وجود دارد، زیرا این مواد میتوانند در نقاط حساس موتور و سامانه های کنترل آلایندگی، رسوب ایجاد کنند. در سال 1991، سومین درخواست برای دریافت مجوز استفاده (Waiver) از سوی شرکت عرضه کننده به آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا (EPA) به دلیل نگرانی های مربوط به خطرات سلامتی ناشی از منگنز موجود در هوای تنفسی رد شد. با این حال، این تصمیم در دادگاه مورد تجدید نظر قرار گرفت و با این استدلال که EPA از حدود اختیارات قانونی خود فراتر رفته است، لغو شد.
شرکت اصلی عرضه کننده این افزودنی، یعنی Ethyl corporation که بعد ها یه Afton Chemical Ltd. تغییر نام داد، همچنین با موفقیت ممنوعیت اعمال شده بر MMT در کانادا در سال 1997 را نیز به چالش کشید و لغو کرد. با این وجود، تا آن زمان پالایشگاه های آمریکای شمالی به صورت داوطلبانه استفاده از MMT را در بنزین متوقف کرده بودند، نه تنها به دلیل نگرانی های مطرح شده، بلکه به این دلیل که افزودنی های ضد کوبش و ترکیبات دیگری مانند MTBE و اتانول، که از نظر علمی و زیست محیطی کمتر مورد مناقشه بودند، در دسترس قرار داشتند، (هرچند برای دستیابی به همان اثر افزایش عدد اکتان، به مقادیر اختلاط بیشتری نیاز داشتند).
در سال 2010، شرکت افتون (Afton) در اروپا نتوانست نسبت به محدودیت های 6 و 2 میلی گرم در لیتر برای MMT اعتراض خود را به نتیجه برساند. دیوان دادگستری اتحادیه اروپا (European Court of Justice) در رای خود، بدون ورود به بررسی گسترده مطالعات ارائه شده از سوی هر دو طرف، به طور ضمنی و صرفا با استناد به اصل احتیاط (precautionary Principle)، این محدودیت ها را تایید کرد. اختلافات و دعاوی حقوقی مربوط به MMT، پیش از رای دیوان دادگستری اتحادیه اروپا (ECJ)، عمدتا بر سر محدودیت ها و عدم قطعیت های موجود در مطالعات علمی بود.
مسائل مربوط به دوام و ماندگاری تجهیزات، که این عدم قطعیت ها به آنها مربوط می شوند، از جمله موضوعات بسیار پیچیده ای هستند که معمولا نتایج قطعی و قابل توجه اندکی درباره آنها به دست می آید. از سوی دیگر، مشخص شده است که کاهش عملکرد و فرسودگی تدریجی سامانه های خودرو در طول عمر آنها، به ویژه در خودرو های جدید که از فناوری های پیشرفته تر و موثر تر کنترل آلایندگی بهره می برند، تاثیر قابل توجهی دارد. بنابراین، اگر اصل احتیاط بیست سال پیش توجیه پذیر بوده است، این اصل برای خودرو های جدید تر و پاک تر با قدرت و اهمیت بیشتری قابل اعمال است.
هر اقدامی که موجب کاهش فرسودگی و افت عملکرد سامانه های کنترل آلایندگی شود، به کاهش انتشار آلاینده ها نیز کمک می کند. استفاده از ترکیبات اکسیژن دار مانند MTBE و اتانول دهه هاست که در اروپا و سایر مناطق توسعه یافته رایج بوده است. با این حال، این ترکیبات به زیرساخت های مناسب برای ذخیره سازی، حمل و نقل و سوخت گیری نیاز دارند، زیرا خاصیت رطوبت دوستی (hygroscopic) دارند، یعنی آب را جذب می کنند، خوردگی را تشدید میکنند، میتوانند باعث جدایش فاز های سوخت شوند و برخی مواد مانند لاستیک را در خود حل کنند به همین دلیل، کشور های درحال توسعه که از زیرساخت های ضعیف تری برخوردارند، ممکن است در استفاده از سوخت های اکسیژن دار محتاط تر یا مردد تر باشند.
نگرانی های مطرح شده در منابع علمی درباره افزودنی های ضد کوبش به طور کلی، و به ویژه افزودنی های فلزی سوخت متعدد هستند :
1. ماهیت ذاتا سمی بسیاری از این مواد، هم در هنگام جا به جایی و استفاده، و هم از طریق انتشار سوخت نسوخته از باک و اگزوز خودرو.
2. انتشار مستقیم مواد زیان آور به هوا، مانند فلزات سنگین که بر سیستم عصبی تاثیر میگذارند و در بدن تجمع می یابند. همچنین فلزات معلق در هوا، مانند آهن، با وجود اینکه به طور طبیعی در بدن وجود دارند، همچنان از نظر سلامت انسان نگرانی هایی ایجاد میکنند.
3. تشکیل رسوب روی دیواره های سیلندر که ممکن است از احتراق کامل جلوگیری کرده و موجب افزایش انتشار هیدروکربن ها شود.
4. تشکیل رسوب روی شمع های موتور که میتواند کارایی آنها را در ایجاد جرقه یکنواخت و احتراق مناسب کاهش دهد.
5. تشکیل رسوب روی حسگر های کنترل سامانه های کاهش آلایندگی، مانند حسگر های لامبدا (Lambda) و NOx، که عملکرد صحیح این حسگر ها را مختل میکند.
6. تشکیل رسوب روی سوپاپ ها و در کانال های مبدل کاتالیستی که می توانند جریان گاز ها یا عملکرد مکانیکی سوپاپ ها را محدود کند.
7. تشکیل رسوب و برهم کنش آن با سطح فعال کاتالیستی (واش کوت یا Washcoat) که موجب کاهش سرعت و کارایی واکنش های شیمیایی مورد نظر در مبدل های کاتالیستی می شود.
نگرانی های فنی مطرح شده در بالا ممکن است مستقیما آثار زیست محیطی به همراه داشته باشند، اما همچنین می توانند از طریق تاثیر بر عملکرد آلایندگی خودرو، چه در موتور و چه در سامانه های پس پالایش گاز های خروجی (Aftertreatment)، موجب بروز اثرات زیست محیطی غیر مستقیم و حتی با تاخیر شوند.
اثبات قطعی تمامی این اثرات زیان بار بسیار دشوار است، زیرا مستلزم هزاران ساعت آزمایش کنترل شده روی خودرو یا موتور و مقایسه آن با یک خودرو مرجع است. با این حال، شواهد فراوان از تشکیل رسوبات قهوه ای مایل به قرمز حاوی منگنز که مشابه رسوبات سربی که در دهه 1970 مشاهده میشدند، نگرانی های جدی درباره بروز این پیامد ها را ایجاد کرده است. سازمان های تولید کنندگان خودرو و موتور، یعنی OICA و ACEA، در سال 2002 و در نشست گروه GRPE وابسته به کمیسیون اقتصادی سازمان ملل متحد برای اروپا (UNECE)، خواستار ممنوعیت استفاده از این افزودنی ها شدند.
اثر سوخت های مورد استفاده بر فرسودگی و افت عملکرد خودرو، به ویژه در ارتباط با فناوری های جدید و درحال توسعه کنترل آلایندگی، در مطالعات انجام شده روی خودرو های استاندارد یورو 2 و یورو 3 در دهه 1990 بررسی نشده است. با این حال، انتظار می رود این اثرات در خودرو های مجهز به فناوری های نوین، مشکلات مشاهده شده را تشدید کرده و حتی باعث بروز برخی مشکلات جدید شوند. احتمالا خطرات ناشی از استفاده از افزودنی های فلزی در خودرو های مجهز به فناوری های جدید، بیش از زمانی است که استفاده از این افزودنی ها رایج بود و در فاصله سال های 1978 تا 2004 به طور گسترده مورد بحث قرار میگرفت.
با توجه به این آثار و نگرانی ها، پیش از آنکه استفاده از افزودنی های فلزی سوخت در بازار اروپا مجاز شناخته شود، باید ثابت شود که هم زیان های مستقیم ناشی از خود سوخت و هم زیان های ناشی از گاز های خروجی اگزوز در حد قابل قبول و محدود هستند. به طور ویژه، باید نشان داده شود که میزان فرسودگی و افت عملکرد موتور و همچنین سامانه های پیشرفته کنترل آلایندگی، که از سال 2009 به طور گسترده در خودرو های استاندارد یورو 5 و یورو 6 به کار گرفته شده اند، با معیار های تعیین شده برای سوخت های منطبق با مشخصات قانونی مطابقت دارد، به این معنا که عملکرد آنها تا پیمایش 160,000 کیلومتر در همان سطح قابل قبول حفظ شود.
نگرانی ها درباره آثار زیست محیطی افزودنی های فلزی سوخت کاملا روشن است، اما وجود شواهد قطعی، مستحکم و مرتبط برای اثبات این آثار، همواره مورد اختلاف بوده است. مطالعات قدیمی هیچ مدرکی مبنی بر قابل تعمیم بودن نتایج آنها به خودرو هایی که طی بیست سال گذشته وارد بازار شده اند، ارائه نمی کنند. بر همین اساس و با تکیه بر اصل احتیاط، استفاده از این افزودنی ها در اروپا ممنوع شد و از آن زمان تاکنون نیز شواهد علمی جدید و قابل توجه ای در این زمینه منتشر نشده است.
با این حال، آنچه اهمیت بیشتری دارد، در دسترس بودن جایگزین هایی مانند MTBE، اتانول و ترکیبات آروماتیک با درصد بالاتر (BTEX) است که آنها نیز میتوانند عدد اکتان را تا سطح مورد نیاز افزایش دهند. احتمالا همین موضوع دلیل اصلی آن بوده است که بیشتر ذی نفعان نه تنها با ممنوعیت افزودنی های فلزی مخالفتی نداشتند، بلکه حتا از آن استقبال کردند. با توجه به الزام استفاده از سوخت های زیستی در قالب مخلوط های E5 و E10، همراه با مقادیر مجاز ترکیبات آروماتیک، نیاز به استفاده از افزودنی های ویژه ضدکوبش بسیار محدود شده است. در سال 2005، ایالات متحده حتا یک گام فراتر رفت و به دلیل خطر آلودگی آب های زیرزمینی توسط MTBE، استفاده از این ماده را به تدریج متوقف و اتانول را جایگزین آن کرد. در اروپا، سمیت MTBE تا این اندازه نگران کننده تلقی نمی شود.
در مناطق در حال توسعه، احتمالا هزینه ها مهم ترین عامل استفاده از افزودنی های فلزی سوخت هستند، يا به ویژه در مواردی که بنزین آماده عرضه از اروپا وارد می شود. با توجه به وجود مطالعات متعدد با نتایج متناقض، شواهد علمی مورد اختلاف و همچنین موضع قاطع و پیگیر شرکت تامین کننده افزودنی های سوخت، به نظر می رسد در مقطع کنونی انجام یک ارزیابی مجدد از شواهد علمی، چندان ضروری یا مفید نباشد.
بر اساس اصل احتیاط، نباید اجازه داده شود که مطالعات قدیمی به عنوان مدرکی برای اثبات ایمنی خودرو های امروزی، که عمر فناوری آنها کمتر از بیست سال است، مورد استناد قرار گیرند. مجوز (Waiver) صادرشده توسط EPA نیز به دهه 1990 باز میگردد. پیش از آنکه استفاده از هرگونه افزودنی فلزی سوخت در اروپا مجاز شود، باید آثار مستقیم و همچنین آثار تاخیری آن بر عملکرد سامانه های کنترل آلایندگی در خودرو های مدرن مورد ارزیابی قرار گیرد. در نبود چنین مطالعه جامع و کاملی که بر اساس یک پروتکل دقیق و علمی طراحی شده باشد، به ویژه برای خودرو های تولید شده پس از سال 2005 که اکنون بخش عمده ناوگان خودرو را تقریبا تمامی کشور های توسعه یافته را تشکیل میدهند، شواهد موجود برای اثبات ایمنی استفاده از افزودنی های فلزی کافی نیست.