Persistentní organické polutanty z dopravy - stav a vývoj. Kontakt: Doc. Ing. Vladimír Adamec, CSc.,

Transkript

1 4) Doprava a POPs Centrum dopravního výzkumu, v.v.i., Persistentní organické polutanty z dopravy - stav a vývoj. Kontakt: Doc. Ing. Vladimír Adamec, CSc., vladimir.adamec@cdv.cz Prudký růst automobilové dopravy v posledním desetiletí zapříčinil nárůst mnoha problémů, z nichž nejvýznamnějším, především pro města, je rostoucí úroveň znečištění ovzduší, což se prokazatelně negativně promítá v poškozování životního prostředí a zejména zdraví člověka. Problematické jsou především škodliviny s prokázanými karcinogenními účinky, jejichž koncentrace v ovzduší nejsou v mnoha případech korigovány žádnou legislativou. Jedná se především o polyaromatické uhlovodíky (PAH), těkavé organické látky, pevné částice a těžké kovy (rizikové prvky). Kromě těchto látek jsou spalovacími procesy v motorech automobilů generována i stopová množství polychlorovaných organických látek - polychlorované bifenyly (PCB), dibenzodioxiny a dibenzofurany (PCDD/PCDF). Česká republika se přistoupením ke Stockholmské úmluvě zavázala s vědomím preventivních přístupů, tak jak jsou stanoveny v principu 15 Deklarace z Ria o životním prostředí a rozvoji, v souladu s cílem této Úmluvy chránit lidské zdraví a životní prostředí před škodlivými vlivy persistentních organických polutantů. Svoje závazky zabezpečuje přijetím Národního implementačního plánu pro implementaci Stockholmské úmluvy o perzistentních organických polutantech (NIP POPs). PCB a PCDD/PCDF jsou POPs, na které odkazuje článek č. 5 Stockholmské úmluvy o POPs, tj. Opatření pro omezení nebo odstranění úniků při nezamýšlené výrobě. Ve spojitosti s dopravou vznikají všechny tyto látky během nedokonalého spalování uhlovodíkových paliv. Pro stanovení emisí vybraných POPs byla použita Metodika pro stanovení emisí látek znečišťujících ovzduší z dopravy (schválená Ministerstvem dopravy ČR), která vychází z údajů o evidenci množství prodaných pohonných hmot. Po odečtení nedopravních zdrojů, tj. spotřeby v zemědělství, lesnictví, stavebnictví a armádě (týká se hlavně nafty), je množství prodaného paliva rozděleno pomocí přepravních výkonů mezi jednotlivé druhy dopravy: individuální doprava (ID), silniční veřejná osobní doprava (SOD), silniční nákladní doprava (SND), městská hromadná doprava - autobusy (MHD), železniční doprava - motorová trakce (ŽD), vodní doprava (VD), letecká doprava (LD). Uvedené druhy dopravy jsou celkem rozděleny do 23 kategorií podle používaného paliva a vybavení katalyzátory. Z takto rozdělené spotřeby se poté kalkulují emise pomocí průměrných emisních faktorů. Pro každou z uvedených kategorií je použit průměrný emisní faktor, který vychází z naměřených a statisticky zpracovaných hodnot. U vybraných kategorií silniční dopravy s velmi rozdílnými ročními kilometrickými proběhy se paralelně s výpočty spotřeby druhu dopravy, pomocí přepravních výkonů, kalkuluje spotřeba této kategorie z uvedených proběhů. Roční kilometrické proběhy jsou zadávány tak, aby odpovídaly výsledkům celostátních dopravních sčítání, která se provádí jednou za 5 let. 1

2 Tab. 4.1: Emisní faktory vybraných POPs produkovaných dopravou. Druh vozidla PAH celkem PCDD PCDF µg.km -1 pg.km -1 pg.km -1 Motocykly Standardní benzínová vozidla Benzínová vozidla splňující EURO standardy Osobní dieselová vozidla Osobní vozidla na LPG Benzínová lehká nákladní vozidla Naftová lehká nákladní vozidla Naftová těžká nákladní vozidla Pro zpracování emisní inventury byly použity spotřeby jednotlivých pohonných hmot stanovené již zmíněnou metodikou a emisní faktory uvedené v tab. 4.1, statisticky vyhodnoceny v databázi emisních faktorů a přepočtené z g.km -1 na g.kg -1. Emisní faktor polutantu je vždy uváděn v hmotnostním množství na jednotku energie (g.mj -1 ), délky přepravy (g.km -1 ), hmotnosti spotřebovaného paliva (g.kg -1 ) nebo výkonu motoru (g.kwh -1 ). Při výpočtech celkových emisí bylo vycházeno z průměrů pro každou kategorii dopravních prostředků. Emise z letecké dopravy nejsou součástí uvedené emisní bilance, neboť není znám podíl PAH na emisích uhlovodíků vzniklých spalováním leteckých paliv. Emise z dopravy jsou pouze částí celého systému inventarizace emisí v České republice (stacionárních i mobilních zdrojů), který koordinuje Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ). V průběhu let 2006 a 2007 došlo ke změně poskytovatele vstupních údajů o spotřebě pohonných hmot, na které produkce emisí přímo závisí. Do r spotřebu paliv evidovala Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO). Od r převzal zodpovědnost za tyto údaje Český statistický úřad (ČSÚ), za koordinace ČHMÚ. ČSÚ provádí rozdělení spotřeby nafty a biosložek mezi zemědělství, silniční, železniční a vodní dopravu na základě vlastních statistických šetření. Tyto údaje slouží jako podklad pro vlastní výpočty emisí, které jsou počítány dle Metodiky stanovení emisí látek znečišťujících ovzduší z dopravy. Údaje o spotřebě paliv od ČSÚ se lišily od předchozích údajů ČAPPO, což způsobilo změny ve výsledcích výpočtů emisí. V únoru 2008 byly údaje o spotřebě paliv prohlášeny ze strany ČSÚ za definitivní. Proto by se v budoucnu již emise z dopravy zpětně měnit neměly. Metodika výpočtu emisí umožňuje provádět operativně změny v kategorizaci vozidel. V roce 2006 byly sloučeny emise kategorie osobních a dodávkových automobilů, neboť nové osobní automobily se běžně prodávaly jako dodávkové (kategorie N1), po vybavení přepážkou, kvůli odpočtu DPH. Dále byly sloučeny emise kategorie linkových autobusů a autobusů MHD, vzhledem k nemožnosti oddělit spotřebu paliv linkových autobusů a autobusů MHD (často mají společného provozovatele v rámci integrovaných dopravních systémů (IDS). Do emisí z letecké dopravy nejsou zahrnovány tzv. emise z přeletů ČR. Následující tabulky (tab ) a grafy (graf ) pak uvádí celkové emise vybraných POPs produkovaných dopravou v České republice v letech

3 Tab. 4.2: Celkové emise PCDD v České republice (mg). Druh dopravy Rok ID 195,1 214,9 209,6 219,9 211,2 178,1 163,3 115,3 104,8 81,4 77,4 65,9 54,5 39,1 34,7 30,5 SOD 3,4 3,7 4,5 4,8 4,5 5,8 5,5 4,3 4,8 5,1 5,9 6,4 7,2 7,6 7,9 8,1 SND 17,9 29,0 32,9 38,1 45,8 37,0 37,0 11,4 12,8 13,6 15,9 17,3 19,9 20,8 21,6 21,5 ŽD 2,4 2,0 2,9 3,1 2,5 2,6 2,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 1,1 VD 0,3 0,3 0,4 0,5 0,2 0,3 0,3 0,1 0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Celkem 219,1 249,9 250,3 266,4 264,2 223,8 208,4 132,3 123,6 101,2 100,4 90,7 82,7 68,5 65,3 61,3 Graf 4.1: Celkové emise PCDD v České republice (mg). mg Celkové emise PCDDs v České republice Individuální automobilová Silniční veřejná Silniční nákladní Železniční dieselová Vnitrostátní vodní rok Tab.4.3: Celkové emise PCDF v České republice (mg). Druh dopravy Rok ID 403,2 444,4 433,3 454,6 436,6 368,2 338,0 238,1 216,3 167,9 159,6 135,8 112,0 80,2 70,9 62,4 SOD 4,9 4,2 5,1 5,3 4,9 6,3 6,1 4,3 4,8 5,1 5,9 6,4 7,2 7,6 7,9 8,1 SND 32,8 54,7 61,3 69,9 84,5 67,6 80,0 11,4 12,8 13,6 15,9 17,3 19,9 20,8 21,6 21,5 ŽD 2,4 2,0 2,9 3,1 2,5 2,6 2,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 1,1 VD 0,3 0,3 0,4 0,5 0,2 0,3 0,3 0,1 0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Celkem 443,6 505,6 503,0 533,4 528,7 445,0 426,7 255,1 235,2 187,7 182,6 160,6 140,2 109,6 101,5 93,2 3

4 Graf 4.2: Celkové emise PCDF v České republice (mg). mg Celkové emise PCDFs v České republice Individuální automobilová Silniční veřejná Silniční nákladní Železniční dieselová Vnitrostátní vodní rok Tab. 4.4: Celkové emise PCB v České republice (mg). Druh dopravy Rok ID 179,3 208,0 211,9 233,6 245,1 225,5 249,6 233,4 238,8 241,9 264,1 263,1 258,3 252,5 263,7 253,4 Graf 4.3: Celkové emise PCB v České republice (mg). mg 300 Celkové emise PCBs v České republice Individuální automobilová Silniční veřejná Silniční nákladní Železniční dieselová Vnitrostátní vodní rok 4

5 Emise PCDD, PCDF i PCB z dopravy se pohybují celkově řádově v miligramech. Nejvíce jsou produkovány staršími vozidly nesplňujícími normy EURO 1-3. Sestupný trend v produkci těchto emisí dopravou je dán obměnou vozového parku především v individuální dopravě. Z databáze emisních faktorů COPERT není však možno vyčíst jsou-li tyto emise u starších vozidel vázány na tzv. halogenové vynašeče, nebo vznikají-li ze stopových obsahů chlóru v benzínu. Emisní faktory PCDD a PCDF jsou velmi nízké, řádově v pg.km-1, proto je pravděpodobný vznik tohoto minimálního množství i spálením paliv, která neobsahují halogenové vynašeče. Tento předpoklad podporuje i fakt, že součástí databáze jsou i emisní faktory naftových vozidel, kde se halogenové přísady nepoužívaly. Emise PCB byly měřeny na vozidlech se zážehovými motory, a proto jsou vykazovány pouze u individuální automobilové dopravy (IAD). Mezi POPs byly nově zařazeny další dvě skupiny látek, které by mohly mít souvislost s dopravou. Obě tyto skupiny látek prozatím nejsou systematicky v prostředí sledovány, i když vzhledem ke svým vlastnostem by si tuto pozornost v budoucnu určitě zasloužily. Jedná se o skupinu: 1. Oktabromdifenylether a další polybromované difenylethery (PBDE) (penta-, deka-) jsou bromované zpomalovače hoření. Používají se jako přísada např. v elektrických a elektronických zařízeních, dopravních prostředcích, osvětlovacích tělesech a elektrických vodičích, nábytku, kobercích a bytových textiliích, v balících a izolačních materiálech (zejména v polystyrénu). Regulace jejich úniků do vody (1 kg.rok -1 ) je uvedena v Rozhodnutí komise [1] uveřejněné v českém překladu na stránkách MŽP. Zde jsou však PBDE uvedeny pod poněkud zavádějícím názvem difenylether bromu. V příloze II Nařízení evropského parlamentu a rady (ES) č. 166/2006 implementovaného zákonem č 25/2008 Sb. jsou tyto úniky do vody a půdy limitovány hodnotou1 kg.rok Perfluorooktansulfonáty PFOS a příbuzné látky (např. perfluorooktansulfonamidy PFOSA, perfluorooktanacetáty PFOA) se používají mj. při úpravách povrchů k zvýšení jejich odpudivosti k vodě, olejům a dalším nečistotám. Kromě tohoto použití u oděvů a nábytku byly vyráběny i pro ošetřování interiérů dopravních prostředků. Další skupinou látek jsou polyaromatické uhlovodíky (PAH), které nejsou přímou součástí Stockholmské úmluvy, ale jsou zmíněny v protokolu o perzistentních organických polutantech k Úmluvě o dálkovém znečišťování ovzduší přecházejícím hranice států (EHK OSN) (Protocol to the 1979 Convention on Long-range Transboundary Air Pollution on Persistent Organic Pollutants) - tzv. Aarhuský protokol, který byl přijat v rámci Úmluvy o dálkovém znečištění ovzduší, a také Nařízení Evropského Parlamentu a Rady (ES) č. 850/2004 ze dne 29. dubna 2004 o perzistentních organických znečišťujících látkách a o změně směrnice 79/117/EHS, Příloha III Seznam látek, na něž se vztahují ustanovení o omezení úniků. Spalovací zdroje produkují především nealkylované PAH, zatímco komplikovanější směsi a alkylované homology PAH pochází spíše z látek ropného původu. Distribuce alkylovaných homologů PAH je citlivým ukazatelem jejich zdrojů, protože stupeň alkylace jejich molekuly je závislý na teplotě jejich vzniku. Pokud se týká PAH ze spalovacích procesů, stupeň alkylace klesá s rostoucí teplotou plamene. Nízké teploty, předpokládané při vzniku ropy, se projevují vyšším stupněm alkylace. Například spalovací motory, které jsou jedním z největších producentů PAH v dopravě, se vyznačují vysokým poměrem fluoranthenu k benzo[a]pyrenu, zatímco při spalování tuhé organické hmoty za nižších teplot (např. 5

6 spalovny komunálního odpadu) vzniká více benzo[a]pyrenu než fluoranthenu. Je-li poměr methylpyren/pyren větší než 2, zdrojem je pravděpodobně ropa, když je tento poměr menší než 1, pochází PAH ze spalovacího zdroje. Ve výfukových plynech benzínových automobilů dominují fluoranthen, pyren, chrysen a koronen. Poměr koncentrací benzo[a]pyrenu ke koronenu se často používá pro charakteristiku jednotlivých činností produkujících PAH. Je-li poměr benzo[a]pyrenu ku koronenu menší jak 1, je v dané oblasti dominantním zdrojem automobilová doprava, je-li větší jak 1,7 převládajícími zdroji jsou lokální topeniště. Studie prokazují, že celková redukce PAH použitím katalyzátorů u benzínových motorů je % [2]. Stejně jako u vozidel poháněných benzinovým motorem, je dalším zdrojem PAH ve výfukových plynech dieselových motorů přítomnost PAH v palivu Chyba! Nenalezen zdroj odkazů., Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Palivo s obsahem 7-11% hm. diaromatických uhlovodíků a 1-3% triaromatických uhlovodíků dává významně vyšší hodnoty obsahů PAH, než palivo, které prakticky diaromáty a triaromáty neobsahuje. V rámci EU může být obsah PAH v palivu max. 11 % hm. (direktiva 98/70/EC) a obsah PAH je definován jako obsah celkových aromatických uhlovodíků méně uhlovodíky monoaromatické. Maximální hranice pro obsah aromatických látek je dle Vyhlášky č. 229/2004 Sb. v současnosti 35 %. Rovněž snížení obsahu síry v palivu hraje pozitivní roli, protože umožňuje katalytickému systému pracovat efektivněji Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Dvoutaktní motory používané v motocyklech a skútrech spalují benzin s obsahem oleje. Motory jsou většinou malé a nejsou vybaveny dodatečným katalytickým spalovacím systémem. Výzkum v Itálii v poslední době ukázal, že tyto motory mohou být významným zdrojem PAH. Např. při zkoušce motoru podle předpisu ECE R40 byly naměřeny emise PAH ve výši 1,6 mg/km pro sumu 29 PAH s dvěma až 6 kruhy a 20,8 µg/km pro šest karcinogenních PAH (BaP, B(b+j+k)F, BaA, DBA) Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Dodatečným zdrojem PAH může být také obsah PAH v emisích vznikajících otěrem pneumatik, asfaltového povrchu vozovky a brzdového obložení. Dalším zdrojem mohou být také pneumatiky, zejména protektorované, kde převažují fluoranthen, pyren, B(ghi)P a koronen Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Tab. 4.5: Vznik a zdravotní rizika vybraných PAH produkovaných dopravou. Škodlivina Způsob vzniku v dopravě Zdravotní rizika Benzo(a)pyren Benz(a)anthracen Benzo(k)fluoranthen Chrysen produkt nedokonalého spalování pohonných hmot produkt nedokonalého spalování pohonných hmot vznik nádorových onemocnění Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. poškození tkání s rozmnožovacími buňkami; studie na zvířatech naznačují, že expozice této látce vede také k poruchám krevního oběhového systému až k chudokrevnosti, výskytu plicních nádorů a při vstup orální cestou může zapříčinit vznik nádorů v játrech Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. produkt nedokonalého spalování studie na myších prokazují vznik pohonných hmot, použité kožních nádorů Chyba! Nenalezen motorové oleje zdroj odkazů. produkt nedokonalého spalování vznik nádorových onemocnění, benzínu, nafty, leteckého benzínu chromozomální mutace Chyba! a dalších fosilních paliv Nenalezen zdroj odkazů. 6

7 Škodlivina Způsob vzniku v dopravě Zdravotní rizika Dibenz(a,h)anthracen Ideno(1,2,3-cd)pyren výfukové plyny výfukové plyny, použité motorové oleje oslabení imunity, změny v lymfatických tkáních až vznik nádorů s lokálním i systémovým charakterem, vznik rakoviny plic Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. vznik plicních nádorů Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. 7

8 Tab. 4.6: Identifikace zdrojů PAH. Zdroj Spalovací motory obecně Zážehové motory Vznětové motory Spalovací zdroje (domácí topeniště, spalovny komunálního odpadu) Ropa, ropné produkty Asfalt Charakter PAH vysoký poměr fluoranthenu k benzo[a]pyrenu, poměr benzo[a]pyrenu ku koronenu menší jak 1 dominují fluoranthen, pyren, chrysen, koronen dominuje chrysen více benzo[a]pyrenu než fluoranthenu, poměr methylpyren/pyren menší než 1, poměr benzo[a]pyrenu ku koronenu větší jak 1,7 poměr methylpyren/pyren větší než 2, alkylované PAH, zvláště se 2 až 4 aromatickými kruhy vyšší množství tricyklických a tetracyklických PAH s dominancí chrysenu Tab. 4.7: Celkové emise PAH v České republice (t). Druh Rok dopravy ID 6,13 6,64 7,11 8,25 8,54 8,59 9,22 13,25 15,00 16,10 19,23 21,38 25,21 25,87 26,96 26,06 SOD 0,33 0,17 0,19 0,20 0,18 0,27 0,27 0,56 0,63 0,67 0,79 0,85 0,98 1,02 1,06 1,04 SND 2,22 3,00 4,00 5,21 5,81 5,16 5,57 1,47 1,67 1,75 2,07 2,29 2,68 2,78 2,87 2,78 ŽD 0,20 0,16 0,23 0,25 0,21 0,19 0,15 0,10 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08 0,08 VD 0,03 0,02 0,03 0,04 0,02 0,02 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 0,00 0,01 0,01 0,01 Celkem 8,91 10,10 11,70 14,12 14,93 14,46 15,22 15,38 17,39 18,62 22,18 24,61 28,95 29,76 30,98 29,97 Graf 4.4: Celkové emise PAH v České republice (t). tuny 32 Celkové emise PAHs v České republice Individuální automobilová Silniční veřejná Silniční nákladní Železniční dieselová Vnitrostátní vodní 4 0 rok Emise PAH z dopravy mají mírně rostoucí tendenci, neboť přepravní výkony a spotřeba pohonných hmot v silniční dopravě se neustále zvyšuje. K jejich růstu přispívá i fakt, že rozdíly v emisích PAH nových a starších vozidel nejsou tak výrazné jako u limitovaných škodlivin (tj. CO, VOC, aj.). Odhaduje se, že je dopravou produkováno 8

9 přibližně 13 % z celkových emisí benzo(a)pyrenu. Tento odhad však velmi kolísá a různé státy udávají různé hodnoty. Roční množství emisí PAH v ČR z dopravy přesáhlo v roce 2007 podle uvedených výpočtů 30 tun. Pokles těchto emisí v r na 29,97 tun je interpretován jako důsledek celosvětové ekonomické krize, která snížila dopravní výkony i spotřebu pohonných hmot. V kategoriích benzínových vozidel splňujících emisní limity EURO a naftových vozidel jsou emise PAH tvořeny z více než 90 % naftalenem. U starších benzínových vozidel, které nesplňují normy EURO, převažuje fenanthren, který tvoří okolo 50 %, naftalen zde tvoří méně než 10%. Literatura: [1] Rozhodnutí komise ze dne 17. července 2000 o vytvoření Evropského registru emisí znečišťujících látek (EPER) podle článku 15 směrnice Rady 96/61/ES o integrované prevenci a omezování znečištění (IPPC). Oznámeno pod číslem K(2000) Text s významem pro EHP (2000/479/ES). Dostupné z: < [Citováno ] [2] Ambient air pollution by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH).Position Paper. European Commission, Luxemburg, 2001, 49 pp. ISBN X [3] BORSTEL Von R., BEYERSDOR J., BAHADIR M. Einfluß der Kraftstoffzusammensetzung auf die Emissionen von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAHs) eines modernen Dieselmotors, Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 59 Nr. 4 p [4] CONCAWE report no. 98/55 Polycyclic aromatic hydrocarbons in automotive exhaust emissions and fuels, Brussels, [5] TANAKA S, TAKIZAWA H, SHIMIZU T, SANSE K. Effect of fuel compositions on PAHs in particulate matter from DI diesel engine. SAE Technical Paper Series , International Fall Fuels and Lubricants Meeting and Exposition, San Francisco, California October [6] GAMBINO M., IANNACCONE S., PRATI M. V., UNICH A. Regulated and unregulated emissions reduction with retrofit catalytic after-treatment on small two stroke S.I.engine. SAE Technical Paper Series , International Spring Fuels & Lubricants Meeting & Exposition Paris, France June 19-22, , 2000 [7] LARNESJÖ P. Applications of source receptor models using air pollution data in Stockholm, Undergraduate Thesis, Department of Analytical Chemistry, Stockholm University [8] Risk Assessment Information System, Dostupné z: < >, [citováno ] 9