Nanočástice emitované spalovacími motory a jejich rizika

Nanočástice emitované spalovacími motory a jejich rizika Michal Vojtíšek, M.Sc., Ph.D. Fakulta strojní, ČVUT v Praze Faculty of Mechanical Engineering, Czech Technical University in Prague michal.vojtisek@fs.cvut.cz tel. (+420) 774 262 854 1

Představení... Co děláme... Měření emisí za reálného 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,... ) 2

Projekt MEDETOX: EU LIFE+ program, projekt LIFE10 ENV/CZ/651 Ústav experimentální medicíny AV ČR, Technická univerzita v Liberci, Ministerstvo životního prostředí ČR Inovativní metody pro sledování toxicity výfukových emisí ze spalovacích motorů v podmínkách městského provozu Městský provoz: -- nejvíce technicky náročný z hlediska emisí -- nejvyšší míra expozice (blízkost, počet lidí) 3

Úvod Emise ze spalovacích motorů jsou z hlediska zdravotního rizika jedním z největších zdrojů znečištění ovzduší v městských aglomeracích. Většina našich odhadů celkových emisí je založena převážně na měření relativně malého počtu relativně nových motorů za ideálních podmínek v laboratoři, a na měření imisí. Emise z daného vozidla v daném okamžiku jsou velmi různé závisí na technologii motoru, technickém stavu, atmosférických a provozních podmínkách, způsobu jízdy,... na to se často zapomíná! Splňuje-li nějaký motor nové emisní normy (Euro 3,4,5, ) při homologačních zkouškách za ideálních podmínek, neznamená to nutně že má odpovídající nízké emise i po celou dobu reálného provozu. Pouze sledováním emisí (regulovaných i neregulovaných) po celou dobu životnosti vozového parku můžeme získat podklady pro uvážená rozhodnutí o vhodných opatřeních pro snížení emisí. 4

Nová paliva a nové technologie = potenciál pro nové problémy Oxidační katalyzátory + chudá směs: NO -> NO2 Selektivní redukce NOx: Nesprávné dávkování redukčního činidla: NH3 Alkoholová paliva: HCHO (formaldehyd), CH3CHO (acetaldehyd) Snížení emisí při studeném startu: Třícestný katalyzátor blízko výfuku je za vysokých zatížení ochlazován benzinem: PM, HC, CO Pokroky ve vstřikování paliva naftových motorů: Snížení částic elementárního uhlíku v akumulačním módu, ale výrazně menší snížení organických nanočástic Tato přednáška je o nanočásticích. 5

Současná situace silniční dopravy Intenzita dopravy i spotřeba paliva rostou Emise ze spalovacích motorů, zejména velmi jemné částice, se stávají jedním z hlavních problémů většiny měst Spalování fosilních paliv vede k emisím skleníkových plynů, jejich narůstající koncentrace spojena s rizikem klimatických změn Zásoby fosilních zdrojů jsou omezené ČR i EU jsou energeticky závislé na jiných zemích 6

Automobilismus Praha, 2009 7

Částice ve výfukových plynech naftového motoru Liati A., Dimopoulos P.E., Combustion and Flame 157 (2010) 1658 1670. 8

Diesel Particles Size- Distribution Morphologie depends on size A.Mayer, TTM 9

Typické velikostní spektrum částic - vznětové motory Kittelson, J. Aerosol Sci. Vol. 29, No. 5/6, pp. 575-588, 1998 10

Zachycovací účinnost dýchacího systému A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zurich, 2008 11

Pronikání velmi jemných částic (desítky nm) buněčnou membránou 1000 nm Polystyrene Particles 78 nm Polystyrene Particles Barbara Rothen-Rutishauer, as quoted by A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles 12

Measurement of gases and PM with on-board system Sampling of PM with on-board proportional sampling system PEMS Low-profile installation Miniature partial-flow dilution tunnel Proportional exhaust particle sampling 13

On-board monitoring system Response approximately proportional to PM mass concentrations for a given engine Nephelometer (laser scattering) Filtered dilution air CAT 10-12 lpm raw exhaust Before or after DOC, DPF, Condensate and large particle removal Sample cool & reheat Charge meter Modified ionization smoke alarm (a 100 EUR system) - response proportional to total particle length (close to lung deposited surface area?) F-FC-P F-FC-P F-FC-P F-FC-P F-FC-P NDIR-HC,CO,CO2 NDIR-HC,CO,CO2 chem.cell NO chem.cell NO Filter, flow control, pump Engine outflow 14

PM length measurement comparison 0.1 g/kwh PM engine, various fuels and modes, EC 1%-79% reference: EEPS sampling from dilution tunnel heated ionization fire detector undiluted raw exhaust (multiplied by intake air flow for comparison measurements) ~ 0.1 mg/m3 sensitivity cheap (100 EUR) poor man s PEMS concept ionization chamber length concentration [mm/cm3] 1000 100 10 mass Rapeseed oil no DPF Rapeseed oil with DPF Diesel fuel no DPF Diesel fuel with DPF 1000 Rapeseed oil no DPF 1 0.01 0.1 1 10 ionization chamber length concentration [mm/cm3] 100 10 1 Rapeseed oil with DPF Diesel fuel no DPF Diesel fuel with DPF length length mean mobility diameter 1 10 100 1000 EEPS total length concentration [mm/cm3] ionization chamber length concentration [mm/cm3] 1000 100 10 EEPS total mass concentration (at 0.55 g/cm3) [mg/m3] Rapeseed oil no DPF Rapeseed oil with DPF Diesel fuel no DPF Diesel fuel with DPF PN>23 nm with volatiles 1 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 EEPS total number concentration > 23 nm [#/cm3] 15

Koncentrace emitovaných částic jsou nejvyšší v přímé blízkosti dopravních tepen Inkrementální PM 2.5 koncentrace z těžkých vozidel se vznětovými motory (průjezd ve směru modrých šipek) Modelování: Konheim & Ketcham, Brooklyn, New York 16

Prostorové rozložení imisí PM 10 (ATEM / Praha Životní prostředí 2009) 17

Prostorové rozložení zdrojů emisí PM (Český hydrometerologický ústav) 18

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 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 > 200 100-200 50-100 < 50 m Distanz Hoffmann 2006 19

Mikroskopické pevné částice vznikající spalováním jsou jedna z nejčastějších příčin předčasného úmrtí. V Kalifornii zabíjejí více lidí, než dopravní nehody, a přibližně stejně jako druhotný cigaretový kouř. Emise z dopravy v EU: o řád více úmrtí než nehody 406 tisíc předčasných úmrtí ročně 20

Emise se zvyšují s najetými km - a to ne stejně, i pro jinak stejná vozidla! Příklad: Emise NMHC, autobusy poháněné zemním plynem Pittsburgh, Pennsylvánie, USA Měření za reálného provozu autorem, 1996-1999 HC [g/mile] 1 2 3 17 18 20 HC [g/mile] 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 19 2.5 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 test mileage test mileage 21

Nepoměrné množství celkových emisí má na svědomí nepoměrně malá část vozidel Graph: Prof. Donald Stedman, University of Denver, University lecture on vehicle emissions, 1995 22

Jízda po dálnici Osobní automobil, benzinový motor, 138 kw 10 CO [g/s] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 17:25:00 17:25:30 17:26:00 17:26:30 17:27:00 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 16:55 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 19:25 17:27:30 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] 23

Euro 4 Škoda Octavia, nafta kdesi v Praze za provozu 60 CO2 NOx PM*10 rpm km/h NOx [mg/s], PM*10 [mg/s], CO2 [g/s], speed [km/h] 50 40 30 20 10 0 14:13:00 14:15:00 14:17:00 14:19:00 14:21:00 Measurement by the author. 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 50 45 40 PM concentrations Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 50 45 40 NO emissions - Skoda Fabia turbodiesel NOx Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 fuel delivery rate [relative] 35 30 25 20 15 fuel delivery rate [relative] 35 30 25 20 15 10 5 PM 10 5 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 engine rpm Dlouhý provoz v nízkém zatížení: Zhoršení spalování, vyšší podíl OC v PM, snížení účinnosti katalyzátorů 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 engine rpm NOx sníženy EGR (recirkulace výfukových plynů)? 25

Euro 4 Škoda Octavia dálnice, vysoká rychlost Agresivní rychlá jízda, nikoliv netypická pro české poměry Výsledky porovnány s jízdním cyklem ECE v laboratoři 4 PM 4 NO 3 3 2 2 acceleration [m/s 2 ] 1 0-1 acceleration [m/s 2 ] 1 0-1 -2-3 -4 Real-world freeway ECE 2 (dyno) -2-3 -4 Real-world freeway ECE 1 ECE 2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 road speed [km/h] road speed [km/h] 26

Emisní problémy automobilových zážehových motorů v EU Euro 5 Škoda 1,2 HTP motorová zkušebna NEDC vs. vyšší výkonové hladiny BMEP [MPa] 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Přebytek vzduchu (λ) Characteristic of λ ratio for gasoline 0,95 0,91 1,02 1,03 0,88 0,90 1,02 1,03 1,02 1,02 0,91 0,93 1,02 1,02 0 1000 2000 3000 4000 5000 Stechiometrický poměr palivo-vzduch rpm 6000 BMEP [MPa] 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Snížení teploty výfukových plynů (ochrana katalyzátoru) přechodem na bohatou směs při vysokých zatíženích 0 Concentration of THC [ppm] for gasoline 305 1000 4 43 30 34 1763 2000 394 3000 41 30 24 4000 427 342 320 370 5000 HC rpm 6000 27

PM in exhaust [mg/m3] exhaust temp [C] / 10 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Heavy vehicle creep problem * Deterioration of combustion at idle * Low exhaust gas temperatures decrease efficiency of catalytic devices (DOC, SCR) * Particulate matter stored in exhaust system to be released later EGT/10[C] PM [mg/m3] speed [km/h] Increase in PM emissions getting out of creep 16:00:00 16:15:00 16:30:00 16:45:00 Practical efficiency limit of DOC, SCR 90 75 60 45 30 15 0-15 -30-45 -60 speed [km/h] 28

Heavy vehicle creep problem * Deterioration of combustion at idle * Low exhaust gas temperatures decrease efficiency of catalytic devices (DOC, SCR) * Particulate matter stored in exhaust system to be released later Practical efficiency limit of DOC, SCR Speed [km/h] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 creep speed [km/h] EGT [C] 0 0 9:30:00 9:45:00 10:00:00 10:15:00 10:30:00 10:45:00 450 400 350 300 250 200 150 100 50 Exhaust Gas Temperature at tailpipe [C] 29

Laboratory simulation of creep particle number [#/cm3] 1.E+07 1.E+06 1.E+05 PN PN>23 torque [Nm] EGT [C] 600 Extended idle 500 400 300 200 100 EGT [C], torque [Nm] 1.E+04 extended idle 0 1.E+06 14:20:00 14:25:00 14:30:00 14:35:00 14:40:00 14:45:00 burn-off at 100% load 14:50:00 14:55:00 Extended idle > 20 minutes Deposit burn-off at 100% load after extended low-load Short idle Stabilized load EU Tier IIIA engine, 0.10-0.15 g/kwh PM EEPS sampling from CVS with 10:1 additional dilution particle concentration in CVS [#/cm3] 1.E+05 short idle 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 stabilized 100% load extended idle 1 10 100 1000 mobility diameter [nm] 30

Typické velikostní spektrum částic Zážehové vs. Vznětové motory (USA) Kittelson, J. Aerosol Sci. Vol. 29, No. 5/6, pp. 575-588, 1998 31

Koncentrace částic ve výfukových plynech: Zážehové vs. Vznětové motory (USA) Kittelson, J. Aerosol Sci. Vol. 29, No. 5/6, pp. 575-588, 1998 32

Škoda Fabia, zážehový motor 1,4 MPI 33

Škoda Fabia benzinový motor 1,2 HTP rychlost [km/h], emise HC a NOx [mg/s] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Rychlost [km/h] emise NOx [mg/s] emise HC [mg/s] emise CO [mg/s] 17:15:00 17:25:00 17:35:00 17:45:00 17:55:00 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 emise CO [mg/s] Toto je výjezd z Prahy a cesta po příměstské arteriální komunikaci Jízda po městě 0,7 až 2 litry benzinu za hodinu vlastní spotřeba motoru a příslušenství (jen 1-2 litry na 100 km na pohon vozidla) Jízda ustálenou rychlostí (řidič se snažil, jinak se takto příliš nejezdí) Toto je cesta po Praze po místních komunikacích (nikoliv po obchvatu) rychlost [km/h], emise HC a NOx [mg/s] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Rychlost [km/h] emise NOx [mg/s] emise HC [mg/s] emise CO [mg/s] 16:25:00 16:35:00 16:45:00 16:55:00 17:05:00 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 emise CO [mg/s] 34

Škoda Fabia, zážehový motor 1,4 MPI Jízda po letišti ustálené rychlosti a akcelerace (pokusná měření) PM in raw exhaust [mg/m3] PM mass emissions [ug/s] 10000 1000 100 10 PM [ug/s] PM [mg/m3] km/h GPS 160 140 120 100 80 60 40 20 road speed [km/h] 1 12:15:00 12:25:00 12:35:00 12:45:00 12:55:00 13:05:00 0 acceleration [m/s2] 6 5 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4 Instantaneous fuel consumption Fuel consumption 0 20 40 60 80 100 120 140 vehicle speed [km/h] acceleration [m/s2] 6 5 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4 Instantaneous PM emissions Area of each mark is proportional to the instantaneous PM emissions in mg/s 0 20 40 60 80 100 120 140 vehicle speed [km/h] Okamžitá spotřeba paliva a emise v závislosti na okamžité rychlosti a zrychlení při vysokých zrychleních jsou emise částic neúměrně vyšší než spotřeba paliva 35

Měření emisí z malých motorů Chainsaws Stihl 029 (top) Stihl MS361 (bottom) 2-cycle gasoline Cutting firewood (logs) On-board system mounted on accompanying tractor Chain saw 2-cycle Log #1 fuel-specific emissions [g / kg fuel] or [ / kg fuel] idling idling Log #2 HC CO NOx 4.5 CO2 4 PM-Opt 3.5 PM-Ion km/h 3 5 idling Log #3 1000 100 2.5 10 2 1.5 1 1 0.5 0.1 11:06:00 11:08:00 11:10:00 0 11:14:00 11:12:00 36 ground speed [km/h] 10000

Příklad skutečně ustáleného chodu motoru: Lokomotiva ČKD řady 749 Lokomotiva řady 749, ČKD Praha, r.v. 1968 Motor: K 6S310 DR, ČKD Praha, r.v. 1968, řadový přeplňovaný šestiválec, zdvihový objem 163,2 litru, výkon 1500 k při 775 ot/min 5 vagonů, hmotnost soupravy 290-300 tun (počet a hmotnost cestujících nebyly přesně známy) Měření provedena při běžném provozu rychlíku na trati Praha - Tanvald 37

Lokomotiva ČKD řady 749 Emise PM (průměr Praha-Turnov): 1.05 g/km, 0.66 g/kg paliva (spotřeba paliva 185 l/100 km), ~ 0.0035 g/t-km (300 tun), ~ 0.0026 g na sedadlo-kilometr (Euro 6: 0.0045 g/km automobil) generator power [kw] Power [kw] 1100 Track speed [km/h] 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 7:00:00 7:15:00 7:30:00 7:45:00 8:00:00 8:15:00 8:30:00 8:45:00 9:00:00 9:15:00 9:30:00 9:45:00 10:00:00 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 track speed [km/h] exhaust NO [ppm], CO [ppm] 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 7:00:00 7:15:00 7:30:00 7:45:00 8:00:00 8:15:00 8:30:00 8:45:00 9:00:00 9:15:00 9:30:00 9:45:00 10:00:00 NO [ppm] 50 CO [ppm] 45 PM [mg/m3] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 PM [mg/m3] 38

Co s tím?... Osvěta! (Např.: Nesušit si rukavice výfukovými plyny ze svářecího agregátu) 39

Co s tím?... Údržba! (Malé procento motorů ve špatném stavu = velký podíl na celkových emisích) 40

Co s tím?... Údržba! (Malé procento motorů ve špatném stavu = velký podíl na celkových emisích) Graph: Prof. Donald Stedman, University of Denver, University lecture on vehicle emissions, 1 995 41

Co s tím?... Kvalita obsluhy! Studený start Autobus International 3400 145 kw 6,0 l turbodiesel Normální jízda Agresivní jízda (při dodržení bezpečnosti provozu a předpisů) Velmi klidná jízda (bez omezení dopravy pomalou jízdou) Obsah kruhu je úměrný okamžitým emisím pevných částic, kruh = 1 s jízdy 43

Co s tím?... Čistší paliva! Výfuk lokomotivy na stlačený zemní plyn Napa Valley, Kalifornie, USA (ukázkový projekt California Air Resources Board, 2004) 44

Co s tím?... Filtry částic! (účinnost 90 až 99.9%) Vstupní strana Výstupní strana 45

Filtr částic 46

Filtr částic A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (2010) 1658 1670 47

Filtr částic A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (2010) 1658 1670 48

Filtr částic A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (2010) 1658 1670 49

Co s tím?... Filtry částic! (Pilotní projekt, World trade center, New York, 2003) 50

Field test excavator with diesel particulate filter Emissions measured simultaneously upstream & downstream of DPF Typical test run, construction equipment with diesel particulate trap PM emissions [mg/s] 10 1 0.1 0.01 0.001 idle loaded idle loaded mode idle Engine-out Tailpipe 0:00 0:02 0:04 0:06 0:08 0:10 0:12 0:14 0:16 PM ~ 99% reduction PM emissions [mg/s] Test run after prolonged idling: Elevated PM during high load operation 10 1 Engine-out Tailpipe 0.1 0.01 0.001 0:00 0:02 0:04 0:06 0:08 0:10 0:12 0:14 0:16 PM 51

Filtry částic (účinnost 90 až 99,99%) Vstupní strana Výstupní strana 52

Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. (Typický výfuk stavebního stroje s naftovým motorem, Švýcarsko) 53

Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. Nákladní automobil Iveco vznětový motor 3.0 litru filtr pevných částic (DPF) palivo: nafta r.v. 2012, najeto 1 tis. km 7,5 tuny Pražský okruh, 29.-31.10.2012 54

Filtry částic (DPF) fungují, ale... jsou v EU normou, nebo jsou privilegiem bohatších a pokrokovějších zemí a regionů? Český inzerát na odstranění DPF z dovezených vozidel 55

Filtry částic (DPF) fungují, ale... jsou v EU normou, nebo jsou privilegiem bohatších a pokrokovějších zemí a regionů? Polský inzerát na simulaci odstraněného DPF aby řídící jednotka nevěděla 56

Britský inzerát na odstranění DPF a simulaci odstraněného DPF aby řídící jednotka nevěděla 57

Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. V ČR je využívána minimálně. Euro 5, kdesi v Praze (bez DPF) Motor s DPF Nidau, Švýcarsko 58

Sledování emisí během celé životnosti vozového parku PALUBNÍ PŘÍSTROJE MOBILNÍ LABORATOŘ V ZÁVĚSU LABORATOŘ Měření individuálních vozidel v terénu Střední počet vozidel Podrobná charakterizace emisí měřených vozidel EMISE HC [g/mile] 2.5 2.0 1.5 1.0 1 2 3 17 18 20 VZDÁLENÉ SNÍMÁNÍ MĚŘENÍ V TUNELECH A U DOPRAVNÍCH TEPEN Technická kontrola Velký počet vozidel Jednoduchá měření Celkové průměrné emise vozového parku Identifikace vozidel s velmi vysokými emisemi Stávající laboratorní měření Výzkum, vývoj, homologace Nízký počet vozidel Vysoká cena Kvalitní data 0.5 0.0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 test mileage HODINY, KILOMETRY Vždy je třeba zvážit účel měření, a tomu podřídit přístrojové vybavení a metodiku. (Levná jednoduchá měření velkého počtu vozidel, náročnější měření malého počtu) 59

Co s tím?... Emisní limity které skutečně sníží emise! Motor tohoto vozu byl homologován podle normy Euro 5. Pohled do výfukového potrubí tomu neodpovídá. (Kdesi v ČR. Foto: autor.) 60

Měření emisí za provozu Škoda Octavia acceleration [km/h/s] 15 10 5 0-5 PM Real freeway ECE 2 (dyno) 15 10 Každá bublina reprezentuje okamžité koncentrace emisí (úměrné ploše bubliny) v každé sekundě jízdy. Poloha bubliny udává okamžitou rychlost a zrychlení NO Cruise ECE 1 ECE 2-10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 5180 road speed [km/h] acceleration [km/h/s] 0-5 Vlastní měření autora -10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 road speed [km/h] 61

Co s tím?... Měřit a limitovat emise tak, aby to odpovídalo zdravotnímu riziku Ekvivalentní z hlediska PM2,5 - ale ekvivalentní zdravotní riziko? Jedna anorganická částice o průměru 2000 nm (2 um) Tisíc částic sazí (element. uhlík) nanočástic o průměru 200 nm ve výfuk. plynech Milion organických nanočástic o průměru 20 nm x 1,000 x 1,000,000 62

Problémová souhra faktorů v hustě obydlených místech s vysokou hustotou provozu Vysoká koncentrace vozidel -> vysoký příspěvek vozidel k imisím Vysoká hustota obyvatel -> vysoký počet osob exponován Vysoká frekvence problematických provozních režimů protáhlý provoz na volnoběh, pojíždění malou rychlostí vysoce dynamické změny akcelerace na plný výkon -> vyšší a/nebo více nebezpečné emise Doporučení: Pro hodnocení toxicity výfukových plynů u nových technologií a nových paliv hodnotit použít realistické městské provozní podmínky. 63

Případová studie: Park Malšovice, Hradec Králové ( Areál volnočasových aktivit ) Nákupní ( obchodně společenské ) centrum, 30 tis. návštěvníků denně 64

30 tis. návštěvníků denně... Co říká rozptylová studie? Hodnocené látky a aspekty: PM10, NOx, benzen Uvažované počty vozidel: 7061 denně Emisní faktory: 0,5-0,8 mg/km/automobil 65

30 tis. návštěvníků denně... Co říká rozptylová studie? Hodnocené látky a aspekty: PM10, NOx, benzen Uvažované počty vozidel: 7061 denně Emisní faktory: 0,5-0,8 mg/km/automobil Alternativní pohled: PM 2,5, PAU, nanočástice, WHO cíle 30 tis. osob x 75% x 1,5 os./vůz = 15 tis. automobilů Emisní faktory stovky mg/km/vůz Vliv vzniku kongesce na emise Alternativní pohled: Příspěvek záměru nebude minimální, bude podstatný 66

Emise i imise záleží na počtu vozidel Kolik že vozidel denně? Ulice Náhon, úsek U Křížku F. Šubrta Model, 2010: Dle projektové dokumentace 4850 (str. 7) 6900 (str. 5) Vlastní sčítání, 2012: Místní dobrovolníci 10214 ± 649 (n=5) 67

Emise i imise záleží na emisním faktoru Euro 5 limit: 5 mg/km (0,005 g/km) Typický automobil vznětový motor: stovky mg/km (0,x g/km) Zážehový motor: jednotky-desítky mg/km (0,0x g/km) Otěry brzd, pneumatik, resuspenze... 0,0x=0,x g/km 68

Rozptylová studie uvažuje emise částic osobního automobilu 0,5-0,8 mg/km (str. 6) Dle zahraničních studií a modelů jsou emise částic 15-30 mg/km pro zážehové (benzinové) motory 70-150 mg/km pro vznětové (naftové) motory -- to odpovídá i vlastním měřením autora na vozidlech v dobrém technickém stavu Zdroje: Emisní model MOBILE 6.2 (US EPA) Emisní faktory New York State Department of Transportation Model RAINS (www.iiasa.ac.at/~rains/pm/docs/documentation.html) Ban-Weiss et al., Atmospheric Environment, 42, 2, 2008, 220-232 To je rozdíl 2 řády (~100x více)!!! Při pomalém popojíždění v koloně jsou emise částic mnohanásobně vyšší. Rovněž je-li vozový park starý, neudržovaný, podvádí-li se na emisních kontrolách,... je to mnohanásobně více. V tomto nejsou zahrnuty: Částice z otěru pneumatik (desítky mg/km) Částice z otěru brzd a spojky Resuspendované částice ( zvířený prach ) GIGO Garbage in, garbage out : Jsou-li vstupy do výpočtu chybné, 69 jsou chybné i výstupy.

Kolik NO 2 je ve vzduchu: Dle odhadu 1,4 ug/m 3... i když 25,6 ug/m 3 naměřeno (!!!) 30 ug/m 3 limit pro ochranu vegetace (201/2012 Sb.) 70

Stanovisko státní správy k rozptylové studii: Bez připomínek Alternativní pohled: Nehodnoceny: PM 2,5, PAU, nanočástice, WHO cíle Emisní faktory podhodnoceny Chybné stanovení pozadí (NO 2 ) Podhodnocený počet vozidel Nehodnocena kvalita částic viz. stanovisko IARC, WHO cíle, stav poznání o motorových emisích... 71

Souhrn: Problémová souhra faktorů v hustě obydlených místech s vysokou hustotou provozu Vysoká koncentrace vozidel -> vysoký příspěvek vozidel k imisím Vysoká hustota obyvatel -> vysoký počet osob exponován Vysoká frekvence problematických provozních režimů protáhlý provoz na volnoběh, pojíždění malou rychlostí vysoce dynamické změny akcelerace na plný výkon -> vyšší a/nebo více nebezpečné emise Výfukové plyny škodí zdraví Doporučení: Pro hodnocení toxicity výfukových plynů u nových technologií a nových paliv hodnotit použít realistické městské provozní podmínky. Brát v úvahu současný stav poznání a pečlivě přistupovat k hodnocení dopadu záměrů na ovzduší a zdraví. Nepřetěžovat dopravní síť zachovat plynulý provoz 72

Emisní faktory BaP: model MEFA vs. měření ČR+zahraničí M EFA (RS Park M alšovice), 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 M EFA (RS Park M alšovice), EURO 3, tezsi nakl. vuz, 20 km/h Rozptylová studie ing. Bureš, TESO, M ŠM T 2B08040, tunel, 96% osobní vozy ing. Bureš, TESO, M ŠM T 2B08040, tunel, 96% osobní vozy ing. Bureš, TESO, 96% osobní vozy, model CDV Měření ČR ing. Bureš, TESO, M ŠM T 2B08040, tunel, 75% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, M ŠM T 2B08040, tunel, 75% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, 75% nákladní vozy, model CDV Měření ČR Phuleria 2007, automobily, jen částice < 180 nm 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 Zahr. měření BaP [ug/km] Ludykar 1999, automobily, -7 C Ludykar 1999, automobily, -22 C 0.01 0.1 1 10 100 1000 73

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) Koncentrace BaP v budkách pro výběrčí mýtného na dálnici: 105-121 ng/m3 327-482 osobních automobilů 61-111 nákladních automobilů / hodina / jízdní pruh (Tsai 2004) 74

Vliv biopaliv na BaP TEQ: větší vliv má technologie motoru a provozní podmínky Vojtíšek a kol., Atmos. Environ. 2011 B[a]P TEQ - biofuels [ug/kwh] 10 1 0.1 0.01 Rapeseed Oil B-100 all B-100 DPF B-30 all B-30 DPF 0.001 0.001 0.01 0.1 1 10 B[a]P TEQ - diesel fuel [µg/kwh] 75

... Možná se problém vyřeší sám...??? Ropný zlom : Světová těžba je blízko svého maxima a bude klesat, poptávka vzrůstá, vzrůstat budou i ceny. Graf: Objevy nových nalezišť ropy (levá křivka) klesají. A lze vytěžit jen to co bylo objeveno. Ivanhoe, L.F.: World Oil, October 1995, p. 77-87 76

Stabilita vývoje světových cen ropy 2 Pohyby ve světových cenách ropy: Aktuální vs. před rokem (Data: Energy Information Administration, 1997-2007, USA, www.eia.gov) 1.5 změna ceny ropy za týden o rok předtím, USD 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 -2-1.5-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 změna ceny ropy za právě uplynulý týden, USD (1998-2007) 77

Méně energeticky náročná doprava 78

Méně energeticky náročná doprava 79

Změny v územním plánování 80

Města pro pěší a ekologická doprava 81

Projekt MEDETOX: EU LIFE+ program, projekt LIFE10 ENV/CZ/651 Ústav experimentální medicíny AV ČR, Technická univerzita v Liberci, Ministerstvo životního prostředí ČR Inovativní metody pro sledování toxicity výfukových emisí ze spalovacích motorů v podmínkách městského provozu Městský provoz: -- nejvíce technicky náročný z hlediska emisí -- nejvyšší míra expozice (blízkost, počet lidí) 82

Foto pro zamyšlení: Útlum automobilové dopravy a podpora pěší a cyklistické dopravy, Manhattan, New York 83