Persistentní organické polutanty z dopravy - stav a vývoj. Kontakt: Doc. Ing. Vladimír Adamec, CSc., vladimir.adamec@cdv.cz

Transkript

1 4) Doprava a POPs Prudký růst automobilové 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 škodlivin s prokázanými karcinogenními účink, jejichž koncentrace v ovzduší nejsou v mnoha případech korigován žádnou legislativou. Jedná se především o polaromatické uhlovodík (PAH), těkavé organické látk, pevné částice a těžké kov (rizikové prvk). Kromě těchto látek jsou spalovacími proces v motorech automobilů generována i stopová množství polchlorovaných organických látek (polchlorované bifenl /PCB/, dibenzodioxin a dibenzofuran /PCDD/PCDF/. Centrum ního výzkumu, v.v.i., Persistentní organické polutant z - stav a vývoj. Kontakt: Doc. Ing. Vladimír Adamec, CSc., vladimir.adamec@cdv.cz Spalovací zdroje produkují především nealklované PAH, zatímco komplikovanější směsi a alklované homolog PAH pochází spíše z látek ropného původu. Ve výfukových plnech benzínových automobilů dominují fluoranthen, pren, chrsen a koronen. Poměr koncentrací benzo[a]prenu ke koronenu se často používá pro charakteristiku jednotlivých činností produkujících PAH. Je-li poměr benzo[a]prenu ku koronenu menší jak 1, je v dané oblasti dominantním zdrojem automobilová a, je-li větší jak 1,7 převládajícími zdroji jsou lokální topeniště. Studie prokazují, že celková redukce PAH použitím katalzátorů u benzínových motorů je % [1]. Stejně jako u vozidel poháněných benzinovým motorem, je dalším zdrojem PAH ve výfukových plnech dieselových motorů přítomnost PAH v palivu [2], [3]. Palivo s obsahem 7-11% hm. diaromatických uhlovodíků a 1-3% triaromatických uhlovodíků dává významně všší hodnot obsahů PAH, než palivo, které praktick diaromát a triaromát 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 uhlovodík monoaromatické. Maximální hranice pro obsah aromatických látek je v současnosti 35 % dle Vhlášk č. 229/2004 Sb. Rovněž snížení obsahu sír v palivu hraje pozitivní roli, protože umožňuje kataltickému sstému pracovat efektivněji [4]. Dvoutaktní motor používané v motocklech a skútrech spalují benzin s obsahem oleje. Motor jsou většinou malé a nejsou vbaven dodatečným kataltickým spalovacím sstémem. Výzkum v Itálii v poslední době ukázal, že tto motor mohou být významným zdrojem PAH. Např. při zkoušce motoru podle předpisu ECE R40 bl naměřen emise PAH ve výši 1,6 mg/km pro sumu 29 PAH s dvěma až 6 kruh a 20,8 µg/km pro šest karcinogenních PAH (BaP, B(b+j+k)F, BaA, DBA) [5]. Dodatečným zdrojem PAH může být také obsah PAH v emisích vznikajících otěrem pneumatik, asfaltového povrchu vozovk a brzdového obložení. Dalším zdrojem mohou být také pneumatik, zejména protektorované, kde převažují fluoranthen, pren, B(ghi)P a koronen [6]. 1

2 Škodlivina Způsob vzniku v ě Zdravotní rizika Benzo(a)pren Benz(a)anthracen Benzo(k)fluoranthen Chrsen Dibenz(a,h)anthracen Ideno(1,2,3-cd)pren produkt nedokonalého spalování pohonných hmot produkt nedokonalého spalování pohonných hmot vznik nádorových onemocnění [7] poškození tkání s rozmnožovacími buňkami; studie na zvířatech naznačují, že expozice této látce vede také k poruchám krevního oběhového sstému až k chudokrevnosti, výsktu plicních nádorů a při vstup orální cestou může zapříčinit vznik nádorů v játrech [7] produkt nedokonalého spalování studie na mších prokazují vznik pohonných hmot, použité kožních nádorů [7] motorové oleje produkt nedokonalého spalování vznik nádorových onemocnění, benzínu, naft, leteckého benzínu chromozomální mutace [7] a dalších fosilních paliv výfukové pln oslabení imunit, změn v lmfatických tkáních až vznik nádorů s lokálním i sstémovým charakterem, vznik rakovin plic [7] výfukové pln, použité motorové oleje vznik plicních nádorů [7] Tabulka 4.1: Vznik a zdravotní rizika vbraných PAH produkovaných ou. Zdroj Spalovací motor obecně Zážehové motor Vznětové motor Spalovací zdroje (domácí topeniště, spalovn komunálního odpadu) Ropa, ropné produkt Asfalt Charakter PAH vsoký poměr fluoranthenu k benzo[a]prenu, poměr benzo[a]prenu ku koronenu menší jak 1 dominují fluoranthen, pren, chrsen, koronen dominuje chrsen více benzo[a]prenu než fluoranthenu, poměr methlpren/pren menší než 1, poměr benzo[a]prenu ku koronenu větší jak 1,7 poměr methlpren/pren větší než 2, alklované PAH, zvláště se 2 až 4 aromatickými kruh všší množství tricklických a tetracklických PAH s dominancí chrsenu Tabulka 4.2: Identifikace zdrojů PAH. Pro stanovení emisí vbraných POP bla použita Metodika pro stanovení emisí látek znečišťujících ovzduší z, která vchází z údajů o evidenci množství prodaných pohonných hmot. Po odečtení neních zdrojů, tj. spotřeb v zemědělství, lesnictví, stavebnictví a armádě (týká se hlavně naft), je množství prodaného paliva rozděleno pomocí přepravních výkonů mezi jednotlivé druh : individuální a (ID), silniční veřejná osobní a (SOD), silniční nákladní a (SND), městská hromadná a - 2

3 autobus (MHD), železniční a - motorová trakce (ŽD), vodní a (VD), letecká a (LD). Uvedené druh jsou celkem rozdělen do 23 kategorií podle používaného paliva a vbavení katalzátor. Z takto rozdělené spotřeb se poté kalkulují emise pomocí průměrných emisních faktorů. Pro každou z uvedených kategorií je použit průměrný emisní faktor (g.kg pal -1 ), který vchází z naměřených a statistick zpracovaných hodnot. U vbraných kategorií silniční s velmi rozdílnými ročními kilometrickými proběh se paralelně s výpočt spotřeb druhu, pomocí přepravních výkonů, kalkuluje spotřeba této kategorie z uvedených proběhů. Roční kilometrické proběh jsou zadáván tak, ab odpovídal výsledkům celostátních ních sčítání, která se provádí jednou za 5 let. Pro zpracování emisní inventur bl použit spotřeb jednotlivých pohonných hmot stanovené již zmíněnou metodikou a emisní faktor uvedené v tabulce 4.3, statistick vhodnocen v databázi emisních faktorů a přepočtené z g.km -1 na g.kg -1. Emisní faktor polutantu je vžd uváděn v hmotnostním množství na jednotku energie (g.mj -1 ), délk přeprav (g.km -1 ), hmotnosti spotřebovaného paliva, (g.kg -1 ) nebo výkonu motoru (g.kwh -1 ). Při výpočtech celkových emisí blo vcházeno z průměrů pro každou kategorii ních prostředků. Emise z letecké nejsou součástí uvedené emisní bilance, neboť není znám podíl PAH na emisích uhlovodíků vzniklých spalováním leteckých paliv. vozidla PAH celkem PCDD PCDF µg.km -1 pg.km -1 pg.km -1 Motockl Standardní benzínová vozidla Benzínová vozidla splňující EURO standard Osobní dieselová vozidla Osobní vozidla na LPG Benzínová lehká nákladní vozidla Naftová lehká nákladní vozidla Naftová těžká nákladní vozidla Tabulka 4.3: Emisní faktor vbraných POP produkovaných ou. Emise z jsou pouze částí celého sstému inventarizace emisí v České republice (stacionárních i mobilních zdrojů), který koordinuje Český hdrometeorologický ústav (ČHMÚ). V průběhu let 2006 a 2007 došlo ke změně posktovatele vstupních údajů o spotřebě pohonných hmot, na které produkce emisí přímo závisí. Do r spotřebu paliv evidovala Česká asociace petrolejářského průmslu a obchodu (ČAPPO). Od r převzal zodpovědnost za tto údaje Český statistický úřad (ČSÚ), za koordinace ČHMÚ. Na základě nových dat o spotřebě bla přepočítána celá časová řada od r do roku 2006, nejen v ě, ale i pro všechn ostatní mobilní zdroje. ČSÚ provádí rozdělení spotřeb naft a biosložek mezi zemědělství, silniční, železniční a vodní u na základě vlastních statistických šetření. Tto údaje slouží jako podklad pro vlastní výpočt emisí, které jsou počítán dle "Metodik stanovení emisí látek znečišťujících ovzduší z " (schválená Ministerstvem ČR). Údaje o spotřebě paliv od ČSÚ se lišil od předchozích údajů ČAPPO, což způsobilo změn ve výsledcích výpočtů emisí. V únoru 2008, bl údaje o spotřebě paliv prohlášen ze stran ČSÚ za definitivní. Proto b se v budoucnu již emise z měnit neměl. 3

4 Metodika výpočtu emisí umožňuje provádět operativně změn v kategorizaci vozidel. V roce 2006 bl sloučen emisí kategorie osobních a dodávkových automobilů, neboť nové osobní automobil se běžně prodávají jako dodávkové (kategorie N1), po vbavení přepážkou, kvůli odpočtu DPH. Dále bl sloučen emisí kategorie linkových autobusů a autobusů MHD, vzhledem k nemožnosti oddělit spotřebu paliv linkových autobusů a autobusů MHD (často mají společného provozovatele v rámci integrovaných ních sstémů (IDS). Do emisí z letecké nejsou zahrnován tzv. emise z přeletů ČR. Následující tabulk pak uvádí celkové emise vbraných POP produkovaných ou v České republice v letech 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 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 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 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 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 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 Tabulka 4.4: Celkové emise PAH v České republice (t). Emise PAH z mají mírně rostoucí tendenci, neboť přepravní výkon a spotřeba pohonných hmot v silniční ě se neustále zvšuje. K jejich růstu přispívá i fakt, že rozdíl v emisích PAH nových a starších vozidel nejsou tak výrazné jako u limitovaných škodlivin (tj. CO, VOC, aj.). Roční množství emisí PAH v ČR z přesáhlo v roce 2007 podle uvedených výpočtů 30 tun. V kategoriích benzínových vozidel splňujících emisní limit EURO a naftových vozidel jsou emise PAH tvořen z více než 90 % naftalenem. U starších benzínových vozidel, které nesplňují norm EURO, převažuje fenanthren, který tvoří okolo 50 %, naftalen zde tvoří méně než 10%. 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 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 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 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 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 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 Tabulka 4.5: Celkové emise PCDD v České republice (mg). 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 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 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 4

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 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 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 Tabulka 4.6: Celkové emise PCDF v České republice (mg). ID 179,3 208,0 211,9 233,6 245,1 225,5 249,6 233,4 238,8 241,9 264,1 263,1 258,3 252,5 233,4 Tabulka 4.7: Celkové emise PCB v České republice (mg). Emise PCDD, PCDF i PCB z se pohbují celkově řádově v miligramech. Nejvíce jsou produkován staršími vozidl, nesplňující norm EURO 1-3. Sestupný trend v produkci těchto emisí ou je dán obměnou vozového parku především v individuální ě. Z databáze emisních faktorů COPERT není však možno včíst jsou-li tto emise u starších vozidel vázán na tzv. halogenové vnašeče, nebo vznikají-li ze stopových obsahů chlóru v benzínu. Emisní faktor PCDD a PCDF jsou velmi nízké, řádově v pg.km -1, proto je pravděpodobný vznik tohoto minimálního množství i spálením paliv, která neobsahují halogenové vnašeče. Tento předpoklad podporuje i fakt, že součástí databáze jsou i emisní faktor naftových vozidel, kde se halogenové přísad nepoužíval. Emise PCB bl měřen na vozidlech se zážehovými motor, a proto jsou vkazován pouze u individuální automobilové (IAD). Literatura: [1] Ambient air pollution b Polcclic Aromatic Hdrocarbons (PAH).Position Paper. European Commission, Luxemburg, 2001, 49 pp. ISBN X [2] BORSTEL Von R., BEYERSDOR J., BAHADIR M. Einfluß der Kraftstoffzusammensetzung auf die Emissionen von polcclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAHs) eines modernen Dieselmotors, Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 59 Nr. 4 p [3] CONCAWE report no. 98/55 Polcclic aromatic hdrocarbons in automotive exhaust emissions and fuels, Brussels, [4] 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 [5] GAMBINO M., IANNACCONE S., PRATI M. V., UNICH A. Regulated and unregulated emissions reduction with retrofit cataltic 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 [6] LARNESJÖ P. Applications of source receptor models using air pollution data in Stockholm, Undergraduate Thesis, Department of Analtical Chemistr, Stockholm Universit [7] Risk Assessment Information Sstem, Dostupné z: < >, [citováno ] 5