Kuneš,, Jakub Sýkora, Šimon Peterka, Michal Vojtíš

Transkript

1 n Michal Vojtíš íšek *, Erik Zoubek, Eliška Hrnčiarikov iariková,, Lukáš Kuneš,, Jakub Sýkora, Adam Černík, Šimon Peterka, Michal Vojtíš íšek, Eliška VíravovV ravová Základní škola Sion J. A. Komenského v Hradci Králov lové,, Na Kotli 1201, Hradec Králov lové * Centrum vozidel udržitelné mobility, Fakulta strojní ČVUT v Praze, michal.vojtisek@fs.cvut.cz, tel. (+420) Den vědeckých pokusů na ZŠ SION J.A.Komenského, Hradec Králové, 23. ledna 2015 Prezentace výsledků 1 Den vědeckých Ovzduší pokusů na ZŠ2015, Sion // Ovzduší, Brno,

2 Lokalita ZŠZ Sion 2

3 Proč nás s zajímaj mají částice? Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 406 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) 3

4 Spalovací motory hlavní zdroj nanočástic Částice ve výfukových plynech naftového motoru Zvětší šíme-li tyto částice na velikost zrnka máku, m částice o průměru ru 10 mikrometrů (součást st PM10) bude velká jako meloun. Liati A., Dimopoulos P.E., Combustion and Flame 157 (2010)

5 Spalovací motory hlavní zdroj nanočástic Typické velikostní spektrum částic - vznětové motory Kittelson, J. Aerosol Sci. Vol. 29, No. 5/6, pp ,

6 Spalovací motory hlavní zdroj nanočástic Zachycovací účinnost dýchacího ho systému A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zurich,

7 Spalovací motory hlavní zdroj nanočástic Pronikání velmi jemných částic (desítky nm) ) buněč ěčnou membránou 1000 nm Polystyrene Particles 78 nm Polystyrene Particles Barbara Rothen-Rutishauer, as quoted by A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles 7

8 S čím m si hrajeme v naší laboratoři Online měření částic VTP Roztoky (ČVUT v Praze) 8

9 Vzorkování částic ve VTP Roztoky (nové laboratoře ČVUT v Praze) Benzinové a naftové automobily a motory, klasická a alternativní paliva, klasické i neregulované emise, měření & vysokoobjemové vzorkování 9

10 S čím m si hrajeme v naší laboratoři Představení... Co děláme... d Měření emisí za reáln lného provozu měření nanočástic ve výfukových plynech a jejich vzorkování pro toxikologické analýzy Celý den jezdí auty sem a tam, aby ukázali, že ježdění autem je špatné pro životní prostředí. (Steve Taylor, New York) (A taky traktorem, kamionem, lokomotivou, bagrem, autobusem, sekačkou, nakladačem, malým letadlem, na motorce, trajektem,... ) 10

11 S čím m si hrajeme v naší laboratoři Měření emisí za reáln lného provozu projekt MEDETOX měření nanočástic ve výfukových plynech a jejich vzorkování pro toxikologické analýzy Rychlý klasifikátor částic (EEPS) Celý den jezdí auty sem a tam, aby ukázali, že ježdění autem je špatné pro životní prostředí. (Steve Taylor, New York) Přenosný systém PEMS CO, CO2, NO, NO2, částice (Jezdíme traktorem, kamionem, lokomotivou, bagrem, autobusem, sekačkou, nakladačem, malým letadlem, na motorce, trajektem,... ) 11

12 S čím m si hrajeme v naší laboratoři Měření autobusu za provozu (s tímto přívěsem měří Centrum dopravního výzkumu) 12

13 S čím m si hrajeme v naší laboratoři Měření autobusu za provozu projekt MEDETOX Přenosný FTIR analyzátor online měření mnoha plynných látek 13

14 Škola hrou: Studentský projekt TU v Liberci n-butanol a isobutanol jako alternativní paliva Sériově vyráběný benzinový motor provozovaný na E85, butanol, isobutanol,... Dopady nových paliv na emise, ovzduší, zdraví: FTIR měří formaldehyd, acetaldehyd, CH4, N2O, NH3, NO, NO2, CO, CO

15 Škola hrou: Vysmažený fritovací olej jako palivo Měření emisí San Diego, Kalifornie - VW Jetta použitý fritovací olej 15

16 Možnosti současné technologie naftových motorů: Ve výfuku méně / stejně částic než ve vzduchu Euro 5 limit: 5 mg/kwh ~ 1 mg/m3 Euro 6 limit: 6x1011 částic/kwh ~ 105 částic/cm3 EURO 5 DOC, DPF (particle filter), no SCR 2012 Iveco Daily, 3.0-liter Iveco engine Emissions of particulate matter very low even during Tento vůz a např. autobusy v New Yorku: 1-hour idle and generally well below 1 mg/m3 Méně částic na m3 ve výfuku než v ostravském vzduchu v zimě 16

17 A co malé motory? Třeba sekačky? Měření emisí částic malých motorů Benzinové motory také produkují částice Malé motory levné, jednoduché technologie - těsná blízkost operátora - neexistující emisní limity pro částice Spálením 1 litru benzinu v malém motoru vznikne stejně částic jako spálením stovek až tisíců litrů nafty v Euro 6 autobusu. 17

18 Jsou koncentrace částic všude v stejné? Prostorovérozložení imisí PM 10 (ATEM / Praha Životní prostředí 2009) Nejvyšší koncentrace jsou podél hlavních dopravních tahů. 18

19 Částice, a s nimi spojená rizika, jsou koncentrovány ny v těsnt sné blízkosti dopravních tahů Poměrné riziko infarktu myokardu v závislosti na vzdálenosti od komunikace s vysokou intenzitou dopravy 3399 pacientů, věk 45-75, Essen, Germany (A. Mayer, TTM, Switzerland) Risiko OR > < 50 m Distanz Hoffmann

20 Velikostní spektra particle concentration [#/cm3] LiberecJablonec Hodkovice n.m.-turnov Mladá Boleslav Surface [nm /cmł] Channel Size Prague [nm]:6.04 ring E E+0 road Spořilov incline DobroviceLuštěnice E E E E particle electric mobility diameter [nm] Měření autora evluation start time [hh:mm:ss] 8:50:00 Vojtíšek a kol, ETH 2014 Concentration [#/cmł] Channel Size [nm]: Naftový motor Prague ring road Ronkko a kol, EST 2013 Velikostní spektra a počet částic nm cca 1,5 m nad silnicí Spořilov incline Vojtíšek a kol., NanoCon 2014 bubble size time 08:50:00 08:50:01 08:50:02 08:50:03 08:50:04 08:50:05 08:50:06 08:50:07 08:50:08 08:50:09 08:50:10 08:50:11 08:50:12 08:50:13 08:50:14 08:50:15 08:50:16 08:50:17 08:50:18 08:50:19 08:50:20 20 GPS row lat. long.

21 Měření Líbeznice, Engine Exhaust Particle Sizer velikostní spektra nm (průměr dle mobility v elektrickém poli) + GPS (poloha), baterie, měnič, notebook 21

22 severní šířka Celkové počty částic nm Líbeznice, , ranní špička Kouřící vozidla Ranní špička východní délka

23 Spořilov nanočástice v ovzduší ~ 10 4 částic/cm 3 klidná část Spořilova ~ 10 5 #/cm 3 podél l Spořilovsk ilovské #/cm 3 exponované křižovatky #/cm 3 vně vozidla (jízda Liberec-výjezd z Prahy po D1) 90-95% 95% jsou nanočástice (do 100 nm) průměr 0.10% 0.50% % 5% počet částic na cm3 10% medián HEPA-pozadí průměr (dle ekvivalentní mobility) [nm] 23

24 Spořilov koncentrace nanočástic a

25 Spořilov koncentrace nanočástic

26 Spořilov koncentrace nanočástic

27 Velikostní spektrum částic v ovzduší u silnice Spořilov, únor 2014, průměr r 40 lokalit normalized particle number concentration ~ 10 nm ~ nm Mean (error bars - st.dev.) Geometric mean Median particle electric mobility diameter [nm] Vojtíšek a kol., NanoCon

28 Velikostní spektrum částic v ovzduší u silnice Spořilov, únor 2014, průměr r 40 lokalit normalized particle number concentration ~ 10 nm ~ nm Mean (error bars - st.dev.) Geometric mean Median particle electric mobility diameter [nm] Vojtíšek a kol., NanoCon Naftový motor Ronkko a kol, EST

29 Naše e měřm ěření,, ZŠZ Sion, Měření Sion,

30 Naše e měřm ěření - přístoje Přístroje: Klasifikátor částic, třídí částice podle velikosti, od 5 do 560 nanometrů, a v každé velikostní skupině je počítá. (EEPS model 3090, TSI, St. Paul, MN, USA) Kondenzační čítač, Počítá částice větší než 5 nm. Sráží páry butanolu kolem částic, ty se zvětšují, až jsou tak velké, že je lze přístrojem vidět, a počítá je. (UF-CPC model 200, Palas, SRN) GPS (etrex 20, Garmin) LiFeYPo Akumulátory, Měniče, Notebook 30

31 Validace přístroje p pro venkovní ovzduší Kolokace EEPS s SMPS (projekt UFIREG), EEPS (particles per cm 3, 5-minute rolling mean) y = x R 2 = SMPS (particles per cm3, 1 scan every 5 minutes)

32 Validace přístroje p pro venkovní ovzduší Kolokace EEPS s SMPS (projekt UFIREG), particle concentration (dn/dlog(dp)) [#/cm3] EEPS - mean AVG SMPS particle electric mobility diameter [nm] EEPS-intercept EEPS-intc-corrected EEPS-detection-limit 32

33 Kde jsme měřm ěřili a kolik kde bylo částic ZŠ Sion do 10 tis tis tis. nad 50 tis. 33

34 Kde jsme měřm ěřili a kolik kde bylo částic koncentrace částic > 5 nm [tisíce na cm3] UF-CPC-5s Parkoviště Budova ZŠ zatopení v kamnech cesta Malšovice < - > Sion rodinný dům v Malšovicích vyvětrání EXKURZE ZŠ Sion, Mandysova uvnitř vně vně vně uvnitř odvoz vně uvnitř vně sběru 0 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 oběd vně koncentrace částic v tisících na cm maximum: částic/cm3 UF-CPC-1s Parkoviště u školy 5s Před vchodem do školy 5s 0 7:38 7:42 7:46 7:50 7:54 7:58 8:02 8:06 8:10 koncentrace částic > 5 nm [tisíce na cm3] Parkoviště Budova ZŠ 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 34

35 Kde jsme měřm ěřili a kolik kde bylo částic koncentrace částic > 5 nm [tisíce na cm3] UF-CPC-5s Parkoviště Budova ZŠ zatopení v kamnech cesta Malšovice < - > Sion rodinný dům v Malšovicích vyvětrání EXKURZE ZŠ Sion, Mandysova uvnitř vně vně vně uvnitř odvoz vně uvnitř vně sběru 0 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 oběd vně koncentrace částic v tisících na cm maximum: částic/cm3 UF-CPC-1s Parkoviště u školy 5s Před vchodem do školy 5s 0 7:38 7:42 7:46 7:50 7:54 7:58 8:02 8:06 8:10 do 10 tis tis tis. nad 50 tis. 35

36 Nejhorší je parkoviště u školy!!! vchod do školy parkoviště koncentrace částic v tisících na cm Nejhorší je parkoviště... Ne všechna v auta přispp ispívají stejně,, zdaleka nejvíc produkují vozidla špatně navržen enáči i seřízen zená nebo ve špatném m technickém m stavu!!! maximum: částic/cm3 UF-CPC-1s Parkoviště u školy 5s Před vchodem do školy 5s 0 7:38 7:42 7:46 7:50 7:54 7:58 8:02 8:06 8:10 36

37 vchod do školy parkoviště Uvnitř školy a před p vchodem Koncentrace ve škole a před p školou jsou srovnatelné s městským pozadím (roční průměr r tisíc částic na cm 3 ) Vysoké hodnoty: přestávka (9:45), odvoz sběru, 10:10 výbuch (?) při p i experimentech koncentrace částic > 5 nm [tisíce na cm3] Parkoviště Budova ZŠ 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 37

38 Exkurze k výpadovce Brněnsk nská do 10 tis tis tis. nad 50 tis. 38

39 Exkurze k výpadovce Brněnsk nská počet částic ve velikostní kategorii na cm Jižní roh malé křižovatky #/cm3 Parkoviště u klubu #/cm3 Chodník přes velký trávník #/cm do 10 tis tis tis. nad 50 tis průměr částice dle mobility v elektrickém poli v nanometrech počet částic ve velikostní kategorii na cm3 Před školou #/cm3 Před branou, chodník #/cm3 Před školou #/cm3 průměr částice dle mobility v elektrickém poli v nanometrech 39

40 U Brněnsk nské (I-35 HK Svitavy) počet částic ve velikostní kategorii na cm JZ roh světelné křižovatky #/cm3 JV roh světelné křižovatky #/cm3 JZ roh světelné křižovatky #/cm průměr částice dle mobility v elektrickém poli v nanometrech do 10 tis tis tis. nad 50 tis. počet částic ve velikostní kategorii na cm Podchod pod Brněnskou #/cm3 Před vchodem do Futurum #/cm3 Podchod pod Brněnskou #/cm průměr částice dle mobility v elektrickém poli v nanometrech 40

41 Co říci závěrem? z vchod do školy parkoviště Distribuce nanočástic je velmi nerovnoměrn rná,, a koreluje s provozem spalovacích ch motorů. Koncentrace ve škole a před p školou jsou srovnatelné s městským pozadím (roční průměr r tisíc částic na cm 3 ) koncentrace částic > 5 nm [tisíce na cm3] Parkoviště Budova ZŠ 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 41

42 Co to pro nás n s znamená?? Co máme m me dělat? d Praktická doporučen ení pro cestu pešky či i na kole Vyhněte se frekventovaným silnicím m a křižovatkk ovatkám. (Pokud tak již neděláte z důvodd vodů snížen ení rizika úrazu.) do 10 tis tis tis. nad 50 tis. 42

43 Chtějte zlepšen ení od politiků pracují pro vásv Spalovací motory produkují velmi malé a zdraví nebezpečné částice, a to v těsné blízkosti lidí. Technická řešení dostupná jsou, ale nevyužíváme je v dostatečné míře, a samotná nestačí. Má-li být zlepšení ovzduší dosaženo, rozhodování musí být kvalifikované a podložené fakty. Naftové motory USA a Švýcarsko Proč ne my? 43

44 Výfukové emise částic nadměrně zvyšují: - vytloukání a demontáž filtrů částic (DPF) (demontáž samotná nelegální výslovně není, ale provoz takového vozidla již je) - vyřazování z provozu a demontáž redukčních katalyzátorů (SCR) (demontáž samotná nelegální výslovně není, ale provoz takového vozidla již je) - přečipování motorů vozidel na vyšší výkon (přečipování samotné nelegální výslovně není, ale provoz takového vozidla je) - nevhodná, nedostatečná či žádná údržba motoru - podvádění na emisních měřeních STK (jejichž cílem je nalézt vozidla s nadměrnými emisemi a tyto opravit) - ladění motorů na homologační cykly, ne na reálný provoz (předmětem nové EU legislativy pro měření za provozu) - velmi vysoká rychlost jízdy - nadměrný výskyt kongesce (přetížené a proto částečně či zcela nefunkční části dopravní sítě) - přílišná intenzita (zvláště zbytné) silniční dopravy (přetížené a proto částečně či zcela nefunkční části dopravní sítě) 44

45 Moderní vůz s filtrem částic (DPF) ideální stav: Nízké emise částic Dnešní možnosti technologie: (a stav např. autobusy v New Yorku) Méně částic na m3 ve výfuku než v ostravském vzduchu v zimě EURO 5 DOC, DPF (particle filter), no SCR 2012 Iveco Daily, 3.0-liter Iveco engine Emissions of particulate matter very low even during 1-hour idle and generally well below 1 mg/m3 45

46 Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. V ČR je využívána minimálně. Euro 5, kdesi v Praze (bez DPF) Motor s DPF Nidau, Švýcarsko 46

47 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 47

48 Jízda po dálnicid Osobní automobil, benzinový motor, 138 kwk 10 CO [g/s] :25:00 17:25:30 17:26:00 17:26:30 17:27: :55 17:05 17:15 17:25 17:35 17:45 17:55 18:05 18:15 18:25 18:35 18:45 18:55 19:05 19:15 17:27:30 19:25 17:28:00 17:28:30 17:29:00 Fraction of total trip CO 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100 Fraction of trip time % CO [g/s] Velká část celkových emisí krátké epizody s vysokými emisemi 48

49 Jízda po městm stě Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor, 103 kw 60 CO2 NOx PM*10 rpm km/h NOx [mg/s], PM*10 [mg/s], CO2 [g/s], speed [km/h] :13:00 14:15:00 14:17:00 14:19:00 14:21:00 Velká část celkových emisí krátké epizody s vysokými emisemi 49

50 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 ] acceleration [m/s 2 ] Real-world freeway ECE 2 (dyno) Real-world freeway ECE 1 ECE road speed [km/h] road speed [km/h] 50

51 Doprava a BaP: realita v městských aglomeracích BaP řádově vyšší při Studeném startu (Karavalakis 2010) Reálném provozu (Kristensson 2004) Pomalém pojezdu (Shah 2005) Nízkých teplotách (Ludykar 1999) Absenci katalyzátoru (Ravindra 2007) předávkování motoru palivem (EC 2001) Literatura viz. souhrnná práce o dopadu parkovišťna BaP, Vojtíšek, Ochrana ovzduší 3/2013 Koncentrace BaP v budkách pro výběrčí mýtného na dálnici: ng/m osobních automobilů nákladních automobilů / hodina / jízdní pruh (Tsai 2004) 51

52 Emisní faktory BaP: model MEFA vs. měření ČR+zahraničí M EFA (RS Park Malšovice), EURO 3, automobil-benzin, 20 km/h M EFA (RS Park M alšovice), EURO 3, automobil-nafta, 20 km/h M EFA (RS Park M alšovice), EURO 3, maly nakl. vuz, 20 km/h MEFA (RS Park Malšovice), EURO 3, tezsi nakl. vuz, 20 km/h Rozptylová studie (2012) odkazující na MEFA06 Nákupní centrum Park Malšovice, HK ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B08040, tunel, 96% osobní vozy ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B08040, tunel, 96% osobní vozy ing. Bureš, TESO, 96% osobní vozy, model CDV Měření ČR ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B08040, tunel, 75% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B08040, tunel, 75% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, 75% nákladní vozy, model CDV Měření ČR Phuleria 2007, automobily, jen částice < 180 nm Přístup OOO MŽP k 2008/50/EC: Dva řády žádná míra??? Karavalakis 2010, automobil, UDC cyklus Kristensson 2004, reálný provoz, smíšený vozový park Gertler 2004, tunel, tezke nakladni vozy Gertler 2004, osobní vozy - benzin Nelson 2008, smíšený vozový park BaP [ug/km] Ludykar 1999, automobily, -7 C Ludykar 1999, automobily, -22 C Zahr. měření

53 Jak můžm ůžeme přispp ispět t k tomu, abychom dýchali méně nanočástic? Musíte te-li cestovat autem (lze téžt pěšky, na kole, vlakem): Praktická doporučen ení pro cestu autem Nejprve naložte děti d a zavřete dveře. e. Teprve poté nastartujte motor. Jakmile motor běžb ěží,, vyjeďte. Jeďte umírn rněně do zahřátí motoru (pokud k němu n vůbec v při p i Vaší cestě dojde). Jezděte s láskou, l ohleduplně,, bezpečně. Udržujte vozidlo v dobrém m technickém m stavu. Neodmontovávejte vejte katalyzátory tory a filtry částic. Dbejte na dodržen ení základních požadavk adavků na palivo. 53

54 Co máme m me chtít t po našich zastupitelích? Návrhy opatřen ení pro politiky (viz. přednp ednáška ve středu) 1. Zamezit přístup vozidlům s velmi vysokými emisemi - Důsledné technickékontroly na silnicích, včetně vozidel registrovaných v zahraničí 2. Omezit výskyt kongesce - Snížení počtu vozidel tak, aby nebyla překročena kapacita komunikace - Zvýšení mýtného o ekologickou složku - Další opatření ke snížení intenzity dopravy 3. Omezit intenzitu dopravy - Usilovat o kvalitní pracovní místa s vysokou přidanou hodnotou, nikoliv skladiště, překladiště a montovny - Podpora místní ekonomiky - Omezení rozlézání měst do satelitů(urban sprawl) - Podpora alternativních způsobů dopravy (železnice, MHD,...) 54

55 Závěry a doporučen ení: Výsledky jsou v souladu s jinými publikovanými výsledky i obecnými poznatky. V areálu školy jsou koncentrace částic srovnatelné s městským pozadím. Podstatným zdrojem mohou být vozidla přijp ijíždějící z různých důvodd vodů do areálu. Při i cestě do školy a domů pěšky nebo na kole je vhodné vybírat klidnější ulice. O emisích z dopravy je nutné vědět t a hovořit a aktivně podporovat různr zné snahy o jejich snižov ování. 55

56 Poděkování za přístroje: EU LIFE+ program, projekt LIFE10 ENV/CZ/651 MEDETOX, "Inovativní metody monitorování toxicity výfukových plynů v podmínkách reálného městského provozu" Foto pro zamyšlení: Útlum automobilové dopravy a podpora pěší a cyklistické dopravy, Manhattan, New York 56