Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 46 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) 2

Transkript

1 Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme Doc. Michal Vojtíš íšek,, M.S., Ph.D. Centrum vozidel udržiteln itelné mobility Fakulta strojní, ČVUT v Praze EU LIFE+ projekt MEDETOX, Technická univerzita v Liberci michal.vojtisek@fs.cvut.cz tel. (+42)

2 Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 46 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) 2

3 Přehled problematických látek Částice + sekundární aerosol NO x + tvorba troposférického ozonu CO, benzen, olovo přestávají být problém Nové problémy: NO 2 - tvorba v oxidačních katalyzátorech NH 3 - tvorba v redukčních a třícestných kat. Aldehydy - kyslíkatá paliva (etanol) Skleníkové plyny N 2 O - redukční katalyzátory v určitých režimech CH 4 - motory na zemní plyn a bioplyn, LNT kat. 3

4 Potenciál technologie filtru částic: 111 částic / kwh odpovídá (5-1 m3/kwh) 1-2 tisíc částic na cm3. To je méně než podél silnic v ovzduší. EURO 5 DOC, DPF (particle filter), no SCR 212 Iveco Daily, 3.-liter Iveco engine Emissions of particulate matter very low even during 1-hour idle and generally well below 1 mg/m3 4

5 Měření emisí nákladního vozu Euro 6 Reálný provoz okolo Prahy Kondenzační čítač částic akumulátory a měnič FTIR MEDETOX TU v Liberci 3 tuny závaží (celk. náklad 3,5 t = 58%) celková hmotnost 12 t okamžitá hmotnost 9,5 t FTIR CVUM ČVUT v praze 5

6 Emise částic (včetně < 23 nm a volatilních) Nákladní vůz, dieselový motor Euro 6 Říčany Kostelec nad Černými Lesy, listopad E+11 Kumulativní emise částic (včetně volatilních, > 5 nm) počet emitovaných částic 7.E+11 6.E+11 5.E+11 4.E+11 3.E+11 2.E+11 1.E+11 Emisní limit Euro 6: 6 x 1 11 částic/kwh při spotřebě 2 litrů/1 km, 83 g/litr a 22 g/kwh ~ 4.5 x 1 11 částic na km Jízda_1 Jízda_2 Jizda_3 Jizda_4.E+ Dráha [km]

7 Koncentrace částic ve výfukovém potrubí Nákladní vůz, dieselový motor Euro 6 Říčany Kostelec nad Černými Lesy, listopad Roční průměrné městské pozadí Praha-Suchdol (data z projektu UFIREG) Koncentrace částic na centimetr krychlový Jízda_1 Jízda_2 Jizda_3 Jizda_4 PM [1/cm 3 ] Dráha [km] 7

8 Spořilov koncentrace nanočástic jižní strana pěšíp lávky přes p 5. května vs. Celkový počet částic, Řimnáčová a kol., Atmos. Environ. 211 vs. UFIREG 212 (7th Newsletter, zde rozdávaný) 6-7 tis. částic na cm 3 průměr 212 Augsburg, Dresden, Praha, Ljubljana částice počet / cm šum při převozu přístroje filtrovaný vzduch 1 1:53: 1:58: 11:3: 11:8: 11:13: 11:18: 11:23: 11:28: 5-1 nm 5-2 nm 5-4 nm 5-56 nm 7 tis. částic na cm 3 průměr Praha-Suchdol 14 tis. částic na cm 3 křižovatka Praha-Suchdol 2-4 tis. částic na cm 3 Jižní Spojka těsná blízkost 8

9 Filtry částic (účinnost 9 až 99,99%) Vstupní strana Výstupní strana 9

10 Filtr částic A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (21)

11 Filtr částic A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (21)

12 Real driving emissions tests Instrumentation: particle classifier (EEPS), mini-pems, batteries Rotating disc microdiluter, (15 C, DR 3:1) sampling from the tailpipe -> -> EEPS (5-56 nm, 1 Hz) Vojtisek et al., butanol blends in Euro 6 DISI - emissions ICE 215 Intl. Conference on Engines and Vehicles Capri, Napoli, Italy, September 14,

13 Instantaneous PN emissions along the test route E E15 nbu25 ibu Vojtisek et al., butanol blends in Euro 6 DISI - emissions ICE 215 Intl. Conference on Engines and Vehicles Capri, Napoli, Italy, September 14,

14 Cumulative emissions 14 Gas-2 Gas-3 Gas-1 E15-1 E15-2 nbu-1 nbu-2 ibu-1 ibu-2 EEPS based PM mass [g] Gas-1 Gas-2 Gas-3 E15-1 E15-2 nbu-1 nbu-2 ibu-1 ibu elapsed distance [km] road speed [km/h] elapsed distance [km] altitude [m] Gas Gas-1 E E EEPS total PN [#] 6.E+14 5.E+14 4.E+14 3.E+14 2.E+14 1.E+14 Gas-1 Gas-2 Gas-3 E15-1 E15-2 nbu-1 nbu-2 ibu-1 ibu-2 EEPS total PN > 23 nm [#] 5.E+14 4.E+14 3.E+14 2.E+14 1.E+14 Gas-1 Gas-2 Gas-3 E15-1 E15-2 nbu-1 nbu-2 ibu-1 ibu-2.e elapsed distance [km] elapsed distance [km] Vojtisek et al., butanol blends in Euro 6 DISI - emissions ICE 215 Intl. Conference on Engines and Vehicles Capri, Napoli, Italy, September 14, 215.E

15 Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. Jak je využívána v ČR? Euro 5, kdesi v Praze (bez DPF) Motor s DPF Nidau, Švýcarsko 15

16 Filtry částic (DPF( DPF) ) fungují,, ale... jsou v EU normou, nebo jsou privilegiem bohatší ších a pokrokovější ších zemí a regionů? Český inzerát t na odstranění DPF z dovezených vozidel 16

17 Měření emisí autobusů Euro 6 letiště Hradčany any Měření autobusu za provozu projekt MEDETOX Přenosný FTIR analyzátor online měření mnoha plynných látek 17

18 rychlost [km/h], palivo [dm3/h] Měření emisí autobusů Euro 6 letiště Hradčany any Měření autobusu za provozu projekt MEDETOX palivo-dle-ecu [dm3/h] palivo-dle-co2 [dm3/h] rychlost [km/h] Přenosný FTIR analyzátor online měření mnoha plynných látek NO [mg/s] NO2 [mg/s] NO, NO2 [mg/s] rychlost [km/h], palivo [dm3/h] palivo-dle-ecu [dm3/h] palivo-dle-co2 [dm3/h] rychlost [km/h] NO [mg/s] NO2 [mg/s] NO [mg/s], NO2 [mg/s]

19 Měření emisí autobusů Euro 6 letiště Hradčany any Průměrné hodnoty Braunschweig cycle: 195 mg/km NO x. Při 37 litrů na 1 km, 22 g/kwh: 162 mg/kwh (Euro 6: 46 mg/kwh) Limit pro automobily (nafta): 18 mg/km Euro 5, 8 mg/km Euro 6 Průměrné reálné emise automobilu (nafta), Euro 3-5: 1 mg/km 19

20 Kongesce a pomalá jízda: Ochlazování katalyzátorů Průměrná rychlost (3 s průměr) a emise NOx a PM na kg paliva (12 s průměr).8 g PM/kg paliva odpovídá při 4 t a 32 kg/1 km:.25 g PM/km,.6 g PM/t-km Při jízdě cestovní rychlostí se emise výrazně neliší od limitů Euro 5 i při stáří motoru 19% deklarované minimální životnosti (5 km). Při snížení průměrné rychlosti NOx i PM na kg paliva i spotřeba paliva výrazně narůstají! (např. při.2 g PM/kg paliva, 5 kg/1 km:.1 g PM/km,.25 g PM/t-km) FS-Nox FS-PM1 km/h 3 per. Mov. Avg. (km/h) 1 12 per. Mov. Avg. (FS-PM) 12 per. Mov. Avg. (FS-Nox) Euro 5 equivalents at 25 g/kwh: 2. g/kwh ~ 8 g NOx/kg fuel /.2 g/kwh ~.8 g PM/kg fuel 1 5 fuel-specific NOx and PM emissions [g/kg] road speed [km/h] :: 1:: 11:: 12:: 13:: 14:: 15:: 16:: 17:: 18:: 2

21 DieselGate : Detekuje-li motor, že je testován dle požadavků na typové schválení, plní limity pro NOx, zatímco za jiných podmínek ale ve stejných provozních režimech - jsou emise NOx vyšší (? - malá úspora paliva či pořizovací ceny) g NOx (NO+NO2) Euro 5 limit 18 mg/km NEDC-cold-NOx NEDC-hot-NOx road speed km/h -2 21

22 DieselGate : Detekuje-li motor, že je testován dle požadavků na typové schválení, plní limity pro NOx, zatímco za jiných podmínek ale ve stejných provozních režimech - jsou emise NOx vyšší (? - malá úspora paliva či pořizovací ceny) NOx [mg/km] 1 1 ECE R83 S vozidlem ježděno vně zkušebny ECE R83 S vozidlem ježděno vně zkušebny Jiný přípravný cyklus 1 Euro 6 limit NEDC cycle 8 mg/km 1 NEDC NEDC 3xEUDC Typové schválení ECE R83: 3xEUDC, ochlazení, NEDC NEDC NEDC NEDC Artemis (entire cycle) 3xEUDC NEDC NEDC NEDC 2xEUDC NEDC WLTP NEDC cold ECE 1 ECE 2 EUDC 1 EUDC 2 EUDC 3 NEDC NEDC-16 22

23 Širší disparita v NOx emisích: NOx jsou vyšší v jiných provozních režimech než v režimech schvalovacího cyklu g/s NOx (NO+NO2) NEDC-cold-NOx NEDC-hot-NOx Series5 road speed Avg. 18 mg/km (Euro 5 limit)

24 Nižší zdvihové objemy a turbo: výkon v malých otáčkách zajišťován předávkováním palivem Emisní problémy automobilových vznětových motorů v EU Euro 4 Skoda Fabia vozidlová zkušebna NEDC vs. vyšší výkonové hladiny Emise zhoršeny nízku účinností oxidačního katalyzátoru po delším volnoběhu Požadavek potřebného přebytku vzduchu je protichůdný požadavku na vysoký výkon NOx: Použití EGR je protichůdné požadavku vyššího výkonu PM concentrations Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run NO emissions - Skoda Fabia turbodiesel NOx Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 fuel delivery rate [relative] fuel delivery rate [relative] PM engine rpm Dlouhý provoz v nízkém zatížení: Zhoršení spalování, vyšší podíl OC v PM, snížení účinnosti katalyzátorů engine rpm NOx sníženy EGR (recirkulace výfukových plynů)? 24

25 Jízda po městm stě Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor, 13 kw 6 CO2 NOx PM*1 rpm km/h NOx [mg/s], PM*1 [mg/s], CO2 [g/s], speed [km/h] :13: 14:15: 14:17: 14:19: 14:21: Velká část celkových emisí krátké epizody s 25

26 Euro 4 Škoda Octavia dálnice, vysoká rychlost Agresivní rychlá jízda, nikoliv netypická pro české poměry Výsledky porovnány s jízdním cyklem ECE v laboratoři Vysoké zatížení vyšší emise NOx i částic 4 PM 4 NO acceleration [m/s 2 ] 1-1 acceleration [m/s 2 ] Real-world freeway ECE 2 (dyno) Real-world freeway ECE 1 ECE road speed [km/h] road speed [km/h] 26

27 Návrhy opatření na razantní a rychlé snížení emisí oxidů dusíku a částic z motorových vozidel A) Zlepšení technického stavu vozidel 1. Dodržování legislativy výrobcem Vyšetření DieselGate, vynucení nápravy či kompenzačních opatření (snížení NOx z jiných zdrojů) 2. Dodržování legislativy provozovatelem Zákaz nezákonných úprav vytloukání filtrů, demontáž katalyzátorů, zásahy do řídící jednotky 3. Fungující systém technické kontroly Účinné pravidelné a namátkové kontroly za účelem nalezení vozidel s vysokými emisemi a jejich následné opravy nebo vyřazení z provozu 27

28 Návrhy opatření na razantní a rychlé snížení emisí oxidů dusíku a částic z motorových vozidel B) Snížení přetížení dopravní sítě a kongesce Kongesce vede k prudkému zvýšení emisí rizikových látek i skleníkových plynů a doby jízdy, a jejím vznikem klesne skutečný počet vozidel, která sítí projedou. Kritické hodnocení jakýchkoli záměrů vedoucích ke zvýšení intenzivy silniční dopravy - Průmysl s vysokou přidanou hodnotou místo překladišť - Rozvoj ve vnitřním prostoru měst, ne na zelené louce Dodržování cílů již vytyčených v Národní dopravní politice a dalších strategických dokumentech. - Podpora nemotorové a hromadné dopravy - Podpora železniční a vodní nákladní dopravy 28

29 Návrhy opatření na razantní a rychlé snížení emisí oxidů dusíku a částic z motorových vozidel Opatření která nemusejí mít žádaný přínos Ekologická daň pokud stará vozidla jsou nahrazována novějšími, které však mají v reálném provozu vyšší emise Nízkoemisí zóny pokud vinětu či výjimku dostanou vozidla, která v reálném provozu mají vysoké emise Výstavba obchvatů a dálnic pokud tyto povedou k navýšení intenzity dopravy do té míry, že celkové emise se zvýší, a nikoliv sníží pokud podél těchto bude vznikat nízkohustotní zástavba Zemní plyn a další čistá paliva pokud tyto budou mít v reálu vyšší emise než klasika 29

30 Poděkování: Proč jsou emise v reáln lném m provozu EU LIFE+ program, projekt LIFE1 ENV/CZ/651 MEDETOX, "Inovativní metody monitorování toxicity výfukových plynů v podmínkách reálného městského provozu" vyšší než během testování Grantová agentura ČR, projekt S BIOTOX, "Mechanismy toxicity pevných částic z biopaliv" MŠMT Národní program udržitelnosti - NPU I (LO), projekt # LO1311 Rozvoj Centra vozidel udržitelné mobility nových vozidel na zkušebn ebně Foto pro zamyšlení: Útlum automobilové dopravy a podpora pěší a cyklistické dopravy, Manhattan, New York Poděkování - doktorandi: Mgr. Jitka Štolcpartová, PřF UK ing. Vít Beránek, FS ČVUT ing. Luboš Dittrich, FS TU v Liberci ing. Martin Pechout, FS TU v Liberci Doc. Michal Vojtíšek, M.S., Ph.D. Centrum vozidel udržitelné mobility Fakulta strojní, ČVUT v Praze EU LIFE+ projekt MEDETOX, Technická univerzita v Liberci michal.vojtisek@fs.cvut.cz tel. (+42)