Neohlídáme-li si emise z motorů sami, budou motory z měst vykázány??? 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) 774 262 854 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 1

Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 46 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) Motory patří mezi nejčistší spalovací zařízení. Nemají však komín, ani nejsou daleko za městem. Jsou všude mezi námi uprostřed ulic. Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 2

Přehled problematických látek Částice + sekundární aerosol NO x + tvorba troposférického ozonu Organické látky (HC) 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 (LNT, SCR) v určitých režimech CH 4 - motory na zemní plyn a bioplyn, LNT Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 3

Částice se měřm ěří dle celkové hmotnosti, nově též dle počtu, tj. na váhu a na kus.. (Není ideáln lní,, ale zatím m nic jiného není.) zkuste takto prodávat autodíly, 1 náraznn razník k vážív jako několik n ECU, 1 žárovka jako 1 motor - Emisní limity v širší perspektivě Euro 6 autobus 1 km jízdy ~ 1 mg částic ~ 1 cigareta Výfuk lokomotivy na zemní plyn (CNG) Euro 6 HDV limit: 5 mg/kwh ~,6 mg/m3 Spalování odpadků ~ 5 mg/m3 Christian et al., Atmos. Chem. Phys., 1, 565 584, 21 Komín lokáln lního topeniště Limit pro lokální topeniště do 3 kw (21/212 Sb., příloha 1) 125-15 mg/m3 od 1.1.214 6-75 mg/m3 od 1.1.218 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 4

Motory produkují velmi malé částice, ty se bohužel s vysokou účinností zachycují v plicích ch a pronikají do krevního oběhu. hu... Zachycovací účinnost dýchacího systému (Oberdoerster) Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 5 normalized particle number concentration.12.1.8.6.4.2. Spořilov, průměr r 4 lokalit 6 7 8 9 11 12 14 17 19 22 26 29 34 39 45 52 6 7 81 93 Mean (error bars - st.dev.) Vojtíš íšek a kol., NanoCon 214 Geometric mean Median particle electric mobility diameter [nm] Naftový motor Ronkko a kol, EST 213 18 124 143 166 191 221 255 294 34 392 453 523

Koncentrace částic 1-5 nm ve venkovním ovzduší Spořilov Líbeznice 15. 5. 214 26. 3. 214 15 11 33 56 25 114 Ranní špička 15.5. Kouřící vozidla 29 16 55 492 27 89 43 31 29 21 3 3 67 171 7 35 9 13 7 pozadí (pole) 3 3 2 14.491 14.493 14.495 14.497 14.499 14.51 14.53 východní délka 14.55 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 6

Denver, USA (Stedman 1995) 15 11 33 56 29 16 55 492 27 89 43 31 29 21 3 3 67 171 7 25 114 9 13 7 Ranní špička 15.5. Kouřící vozidla Velký podíl na znečištění má malá část vozů s vysokými emisemi 3 3 2 HC [g/mile] HC [g/mile] 2.5 2.5 2. 2. 1.5 1.5 1. 1..5.5 4 5 6 7 8 9 1 114 135 146 157 168 199 1 11 13 14 15 16 19.. 5 1 15 2 25 3 5 1 15 2 test mileage 25 3 test mileage CNG autobusy (měření autora, Pittsburgh, USA, 1996-99) HC HC [g/mile] [g/mile] 2.5 2.5 2. 2. 1.5 1.5 1. 1..5.5 1 2 3 17 18 2 1 2 3 17 18 2 35 14.491 14.493 14.495 14.497 14.499 14.51 14.53 východní délka 14.55 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 7.. 5 1 15 2 25 3 5 1 15 2 25 3 test mileage test mileage

Měření u ZŠZ Sion, Hr. Králov lové Nejvyšší koncentrace částic na parkovišti u školy, většina částic z malé části automobilů vchod do školy parkoviště koncentrace částic v tisících na cm3 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 maximum: 738 72 částic/cm3 UF-CPC-1s Parkoviště u školy 5s Před vchodem do školy 5s 7:38 7:42 7:46 7:5 7:54 7:58 8:2 8:6 8:1 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 8

Potenciál technologie filtru částic: < 111 částic / kwh Při 5-1 m3/kwh to odpovídá < 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 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 9

Filtry částic - účinnost 9 až 99,99% Vstupní strana Výstupní strana Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 1

Filtr částic A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (21) 1658 167 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 11

Koncentrace částic ve výfukovém potrubí Nákladní vůz, dieselový motor Euro 6 Říčany Kostelec nad Černými Lesy, listopad 215 3 Koncentrace částic na centimetr krychlový Jízda_1 Jízda_2 PM [1/cm 3 ] 25 2 15 Roční průměrné městské pozadí Praha-Suchdol (data z projektu UFIREG) Jizda_3 Jizda_4 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 Dráha [km] Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 12

Vznikají při vysokých teplotách z dusíku ve vzduchu Benzinové motory: redukce v třícestném katalyzátoru přebytek vzduchu: vyšší emise NO x - přebytek paliva: vyšší emise částic Naftové motory: Oxidy dusíku (NO x ) V motoru vzniká NO, NO 2 se vyrábí v oxidačním katalyzátoru pro spalování částic (sazí), červenohnědý plyn leptající sliznice Snížení o desítky % recirkulací (EGR) (vyšší emise částic) Snížení o desítky % zpožděním vstřiku paliva (vyšší spotřeba a částice) Zásobníkový katalyzátor (záchyt + pravidelná redukce při provozu bez přebytku vzduchu) (vyšší spotřeba paliva) Selektivní redukční katalyzátor (SCR): do výfuku dávkován roztok močoviny, ta se rozkládá na amoniak (NH 3 ), NH 3 reaguje s NO a NO 2, vzniká dusík, účinnost až 99%, nutné přesné řízení!!! Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 13

Nízké emise oxidů dusíku (NO x ) jsou reáln lně dosažiteln itelné Měřen Naftový autobus SOR CN12 Euro 6 letiště Hradčany any VUT&TUL při i testech Centra dopravního výzkumu a TUV SUD ení ČVUT 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 Limit pro automobily (nafta): 18 mg/km Euro 5, 8 mg/km Euro 6 Jedno Euro 5 naftové auto = 1 mg/km = pět nových autobusů Ale pět autobusů uveze stovky cestujících!!! Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 14

Proč jsou emise v reáln lném m provozu vyšší oproti homologačním m testům m (typové schválen lení) Technická omezení teplota katalyzátoru, teplota, průtok, složení výfukových plynů Nežádoucí dopady paliv a technologií Neoptimální seřízení výrobcem - Level I: Víceemise v režimech nepokrytých cyklem - Level II: Víceemise i v režimech cyklu ( DieselGate ) Neoptimální seřízení a úpravy uživatelem palivo navíc zpravidla zvýší výkon i když se úplně nespálí Stárnutí a poruchy Nemusí být pozorovatelné proto pravidelné technické kontroly Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 15

Kongesce a pomalá jízda: Ochlazování SCR katalyzátor torů DAF XF115, Euro 5, 54 tis. km, 39 tun, Pražský okruh 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 km/h 1 5 fuel-specific NOx and PM emissions [g/kg] 1 1 1.1 NOx částice road speed [km/h] -5-1 -15.1 9:: 1:: 11:: 12:: 13:: 14:: 15:: 16:: 17:: 18:: -2 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 16

Emisní problémy automobilových vznětových motorů v EU Nižší zdvihové objemy a turbo: výkon v malých otáčkách zajišťován předávkováním palivem Dlouhý provoz v nízkém zatížení: Zhoršení spalování, vyšší podíl OC v PM, snížení účinnosti katalyzátorů Euro 4 Skoda Fabia vozidlová zkušebna NEDC vs. vyšší výkonové hladiny fuel delivery rate [relative] 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Emise zhoršeny nízku účinností oxidačního katalyzátoru po delším volnoběhu PM concentrations Požadavek potřebného přebytku vzduchu je protichůdný požadavku na vysoký výkon Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 PM 1 2 3 4 5 engine rpm NO emissions - Skoda Fabia turbodiesel Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 17 fuel delivery rate [relative] 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 NOx NOx sníženy EGR (recirkulace výfukových plynů) NOx: Použití EGR je protichůdné požadavku vyššího výkonu Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 1 2 3 4 5 engine rpm?

Jízda po městm stě Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor, 13 kw NOx [mg/s], PM*1 [mg/s], CO2 [g/s], speed [km/h] 6 5 4 3 2 1 CO2 NOx PM*1 rpm km/h Velká část celkových emisí krátké epizody s vysokými emisemi 14:13: 14:15: 14:17: 14:19: 14:21: Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 18

Jízda po dálnici Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor Euro 4, 4 13 kw Nad 12 km/h se emise částic a NOx prudce zvyšuj ují... protiargument: takto se nejezdí v obydlených oblastech 4 PM 4 NO 3 3 2 2 acceleration [m/s 2 ] 1-1 acceleration [m/s 2 ] 1-1 -2-3 -4 Real-world freeway ECE 2 (dyno) -2-3 -4 Real-world freeway ECE 1 ECE 2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 4 6 8 1 12 14 16 18 road speed [km/h] road speed [km/h] Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 19

Automobil, r.v. 215, Euro 5, naftový motor s LNT rychlost [km/h] NO [ppm], CH4 [ppm] 75 6 45 3 15-15 -3-45 -6-75 8 7 6 5 4 3 2 CH4 [ppm] NOx [ppm] N2O [ppm] CO2 [%] Vysoké zatížení vyšší emise NOx regenerace i částic LNT absence regenerace LNT = vyšší NOx 8 7 6 5 4 3 2 1-1 -2 12 15 9 75 6 45 3 zrychlení [m/s 2 ] CO2 [%], N2O [ppm] 1 15 13:4 13:45 13:5 13:55 14: 14:5 14:1 14:15 14:2 14:25 14:3 14:35 14:4 Při dynamičtější jízdě nedocházelo k regeneraci zásobníkového katalyzátoru ( úspora paliva?) a emise NO x byly výrazně vyšší. Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 2

1 8 7 2 3 7 2 8 7 3 3 7 3 8 7 4 3 7 4 8 7 5 3 7 7 NOx [ppm] in raw exhaust - FTIR WLTP - Nov 12, 12:58 14 6 v Front left [km/h] 12 NOx raw [ppm] 5 4 3 2 1 8 6 4 roll speed [km/h] <- WLTP cyklus NO+NO2 (NOx) [ppm] 1 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 N Ox [ppm] in raw e xhaus t v Front le ft [km/h] 3 6 9 12 15 18 21 24 27 3 33 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 21 2 16 14 12 1 8 6 4 2 roll speed [km/h] Koncentrace NOx ve výfukových plynech Euro 6 automobil r.v. 215 (nafta) <- CADC cyklus (Artemis)

DieselGate : Detekuje-li motor, že není testován dle požadavků na typové schválení, upraví se řízení motoru (spalování a/nebo úprava výfukových plynů), s vedlejším důsledkem zvýšení NO x Grams per cycle Run NOx HC CO CO2 [kg] PM 1 65.31 94.3 11.32 5.92.256 2 1.5 92.49 11.84 6.44.35 3 65.29 91.88 18.52 6.15.296 4 95.31 93.74 16.5 6.35.314 (Nákladní vozidlo, měřeno autorem v USA před více než 1 lety) grams per second.5.45.4.35.3.25.2.15.1.5. 1 61 121 181 241 31 361 421 481 541 61 661 721 781 NOx WVU Run 1 WVU Run 2 WVU Run 3 WVU Run 4 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 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 NEDC Typové schválení ECE R83: 3xEUDC, ochlazení, 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 (Opel Zafira 1.6 CDTi, r.v. 215, Euro 6, měření ČVUT v Praze pro reportáž WHR) Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 23

1 6 1 8 2 2 2 2 4 2 6 2 8 g NOx (NO+NO2) 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 DieselGate : NEDC s nízkými NOx a s EGR, a opačně (VW Passat, Euro 5, měření ČVUT v Praze pro reportáž BBC) NEDC-cold-NOx NEDC-hot-NOx road speed 2 4 6 8 1 12 12 1 8 6 4 2-2 km/h ppm NOx (NO+NO2) 8 NEDC-4WD-hot-NOx NEDC-4WD-cold-NOx NEDC-4WD-cold-CO2 NEDC-4WD-hot-CO2 7 6 5 4 3 2 1 1 3 5 7 9 11 13 12 1 8 6 4 2-2 ppm CO2-4 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 24

Odstranění DPF: Krátkozrak tkozraké řešení Problém s DPF je zpravidla důsledkem jiných problémů s motorem??? Typický stavební stroj, Švýcarsko Vozidlo neplní EU legislativu (jiné než schválené provedení) Dodatečná montáž DPF česká realita? Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 25

Proč je nutná pečliv livá údržba a emisní kontroly Nízkoemisní technologie je složitá, pokud vše nepracuje správně, emise mohou být vysoké!!! Problémem nejsou ani tak staré motory, jako motory ve špatném stavu. Automobil - s filtrem: ~.1 g/km i méně částic - bez filtru, seřízený: ~.2-.1 g/km částic Automobil kouřící, ve špatném stavu, neseřízený, neodborně přečipovaný: Hulí jako lokomotiva ~.5-5 a více g/km více než Stará dieselová lokomotiva:.4-1.1 g/km částic - ČKD 749 17-9, r.v. 1968, 163 litrů objem Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 26

Proč je nutná pečliv livá údržba a emisní kontroly Cílem emisní legislativy EU je především chránit lidské (tj. naše) zdraví. Velká část celkových emisí pochází z malé části vozidel. Cíl technických kontrol: tyto nalézt a opravit. Je to mnohem levnější než další zpřísňování emisních limitů. Logika některých (spíše ne technicky orientovaných) voličů a politiků: Vzduch stále špatný? Ještě více zpřísnit emisní limity. Nelze již zpřísnit? Tak (naftové?) motory zakažte! Udržitelná mez emisí: Pro částice není bezpečná hodnota. Doporučení zdravotníků a limity US EPA poloviční oproti limitům EU. Je mnohem nižší, než současné hodnoty. Můžeme začít tím, že budeme pečlivě udržovat motory, jezdit rozumně, a nepřetěžovat dopravní síť. Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, 2.2.216 27