Ultrajemné částice ze spalovacích ch motorů(nejen automobilů) Doc. Michal Vojtíš íšek,, M.S., Ph.D. Centrum vozidel udržiteln itelnémobility Fakulta strojní, ČVUT v Praze EU LIFE+ projekt MEDETOX, Technická univerzita v Liberci michal.vojtisek@fs.cvut.cz Komise pro žitovní psostředí Akademie věd ČR, tel... (+) 6 85 Spalovacímotory produkujívelmi malé a zdraví nebezpečné částice, a to v těsné blízkosti lidí. Technická řešení dostupnájsou, ale nevyužíváme je v dostatečnémíře, a samotná nestačí. Má-li být zlepšení ovzdušídosaženo, rozhodování musí být kvalifikované a podložené fakty. Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 6 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen tisíc) Rozjezd kamionu na km/h:,5 až litr nafty Volnoběh osobního automobilu:,5 až litr paliva za hodinu Dříve než motory zavrhnete, zkuste spálit stejné množství uhlí či biomasy uprostřed ulice. Problém m emisí ze spalovacích ch motorů 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,,5, ) při homologačních zkouškách za ideálních podmínek, neznamená to nutně že má odpovídající nízké emise i po celou dobu reálného provozu. Pouzesledováním emisí(regulovanýchineregulovaných) během reálného provozu a pocelou dobu životnosti vozového parku můžeme získat podklady pro uváženározhodnutío vhodných opatřeních pro snížení emisí. Částice ve výfukových plynech naftového motoru Zvětší šíme-li tyto částice na velikost zrnka máku, m částice o průměru ru mikrometrů(sou (součást st PM) bude velká jako meloun. Typické velikostní spektrum částic - vznětové motory Liati A., Dimopoulos P.E., Combustion and Flame 5 () 658 6. Kittelson, J. Aerosol Sci. Vol., No. 5/6, pp. 55-588, 8

Zachycovací Zachycovací účinnost dýchací dýchacího systé systému Poměrné riziko infarktu myokardu v závislosti na vzdálenosti od komunikace s vysokou intenzitou dopravy pacientů, věk 5-5, Essen, Germany (A. Mayer, TTM, Switzerland) Risiko OR.5.5 > - 5- < 5 m Distanz.5 Hoffmann 6 A. Mayer, th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zurich, 8 Prostorové rozložení imisí PM Velikostní Velikostní spektra (ATEM / Praha Životní prostředí ).8. 5. 5 LiberecJablonec Hodkovice n.m.-turnov Mladá Boleslav Surface [nm /cmł] Channel Size [nm]: 6. ring 6.8 Prague.E+.E+ road incline DobroviceLuštěnice particle concentration [#/cm] 5. 8.6.E+..E+.8.E+.E+ 5 particle electric mobility diameter [nm] 5 Měřen ěřeníí autora evluation start time [hh:mm:ss] 8:5: Vojtíš ek a kol, ETH Vojtíšek Concentration [#/cmł] Channel Size [nm]: bubble size Prague ring road Naftový motor Ronkko a kol, EST Velikostní Velikostní spektra a poč počet částic 5-5 nm cca,5 m nad silnicí silnicí Nejvyšší Nejvyšší koncentrace jsou podé podél hlavní hlavních dopravní dopravních tahů tahů. Měření Líbeznice,.-5.5. Engine Exhaust Particle Sizer velikostní spektra 5-56 nm (průměr dle mobility v elektrickém poli) + GPS (poloha), baterie, měnič, notebook Vojtíšek a kol., NanoCon 6 GPS row lat. long. Validace přístroje pro měření ve venkovním ovzduší Engine Exhaust Particle Sizer (5-56 nm) kolokace s SMPS (projekt UFIREG), 8.6.-.. EEPS (particles per cm, 5-minute rolling mean) incline time 8:5: 8:5: 8:5: 8:5: 8:5: 8:5:5 8:5:6 8:5: 8:5:8 8:5: 8:5: 8:5: 8:5: 8:5: 8:5: 8:5:5 8:5:6 8:5: 8:5:8 8:5: 8:5: 8 y =.58x - 6. R =.6 6 5-5 6 8 SMPS (particles per cm, scan every 5 minutes) 8

Celkové počty částic -5 nm Líbeznice, 5. 5., ranní špička EEPS - mean AVG SMPS EEPS-intercept EEPS-intc-corrected 8 EEPS-detection-limit severní šířka 5.5 5 6 5. 6 5. 6-5 5... Líbeznice,. 5., odpolední špička Celkové počty částic -5 nm Koncentrace částic v obytném domě u silnice Venkovní ovzduší podél trasy tranzitní dopravy.5. Líbeznice,.5. 8 6 průměrné koncentrace křižovatka u České zemědělské univerzity, Praha-Suchdol tis. (Řimnáčová )...5 5 východní délka.5.55 Rohový pokoj domu pana P..5. streda- průměrné městské pozadí Praha-Suchdol 8-, streda- streda- streda- 5 5 5 5 :: :: 6:: :: :: 5:: 8:: :: :: :-5: 5:-8: 8:-: 6 Rohový pokoj domu pana P..5. utery- 8 počet částic -5 nm na cm koncentrace [#/cm] 8 6 :: průměrné městské pozadí Praha, Drážďany, Ljubljana 6- tis. (projekt UFIREG, konference GENTOX ) 5 :: průměrné městské pozadí Praha-Suchdol 8-, tis. (Řimnáčová ) :: :: 6:5: 6:: 6:: prumer castice [nm] (el.mobilita) utery- utery- 5 5 utery- průměrné městské pozadí Praha-Suchdol 8-, 5 5 5 :: :: 6:: :: :: 5:: 8:: :: :: Spoř nanoč nanočástice v ovzduší ovzduší Spoř koncentrace nanoč nanočástic.. a 6.. ~ částic/cm klidná klidná část Spoř a ~ 5 #/cm podé podél Spoř ské ilovské 5-6+ #/cm exponované exponované křižovatky - #/cm vně vně vozidla (jí (jízda LiberecLiberec-výjezd z Prahy po D) -5% jsou nanoč nanočástice (do nm) průměr.%.5% % 5% počet částic na cm 6::.5 počet částic -5 nm na cm počet částic -56 nm na cm 8 5. particle electric mobility diameter [nm] Kouřící vozidla 5 55-56 Ranní špička 5.5. 6 6 5 particle concentration (dn/dlog(dp)) [#/cm] Validace přístroje pro měření ve venkovním ovzduší Engine Exhaust Particle Sizer (5-56 nm) kolokace s SMPS (projekt UFIREG), 8.6.-.. % medián HEPA-pozadí průměr (dle ekvivalentní mobility) [nm] 5

koncentrace nanočástic.. koncentrace nanočástic 6.. 6 částice počet / cm částice počet / cm koncentrace nanočástic 6.. jižní strana pěšíp šílávky přes p 5. května filtrovaný vzduch šum při převozu přístroje 5- nm 8 5- nm 5- nm 6 5-56 nm :5: :58: :: :8: :: :8: :: :8: 5- nm 5- nm 5- nm 5-56 nm šum při převozu přístroje filtrovaný vzduch :5: :58: :: :8: :: :8: :: :8: koncentrace nanočástic 6.. jižní strana pěšíp šílávky přes p 5. května vs. Celkový počet částic, Řimnáčová a kol., Atmos. Environ. vs. UFIREG (th Newsletter, zde rozdávaný) 6- tis. částic na cm průměr Augsburg, Dresden, Praha, Ljubljana částice počet / cm filtrovaný vzduch šum při převozu přístroje :5: :58: :: :8: :: :8: :: :8: 5- nm 5- nm 5- nm 5-56 nm tis. částic na cm průměr 8- Praha-Suchdol tis. částic na cm křižovatka Praha-Suchdol - tis. částic na cm Jižní Spojka těsná blízkost 8 Velikostníspektrum spektrum částic v ovzduší šíu u silnice, únor, průměr r lokalit normalized particle number concentration...8.6.. ~ nm ~ - nm Mean (error bars - st.dev.) Geometric mean Median Naftový motor Ronkko a kol, EST Moderní vůz s filtrem částic (DPF) ideální stav: Nízké emise částic Dnešní možnosti technologie: (a stav např. autobusy v New Yorku) Méně částic na m ve výfuku než v ostravském vzduchu v zimě EURO 5 DOC, DPF (particle filter), no SCR Iveco Daily,.-liter Iveco engine Emissions of particulate matter very low even during -hour idle and generally well below mg/m. 6 8 6 5 5 6 8 8 66 55 particle electric mobility diameter [nm] 5 5 Vojtíšek a kol., NanoCon

Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. V ČR je využívána minimálně. Filtry částic (DPF (DPF)) fungují fungují, ale... jsou v EU normou, nebo jsou privilegiem bohatší ch a pokrokově bohatších pokrokovějších ších zemí zemí a regionů regionů? Český inzerá inzerát na odstraně odstranění DPF z dovezených vozidel Euro 5, kdesi v Praze (bez DPF) Motor s DPF Nidau, Švýcarsko Jízda po mě městě stě Euro Škoda Octavia dálnice, vysoká rychlost Osobní Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor, kw CO NOx PM* rpm Agresivní rychlá jízda, nikoliv netypická pro české poměry Výsledky porovnány s jízdním cyklem ECE v laboratoři km/h 6 Vysoké zatížení vyšší emise NOx i částic 5 :5: :: :: :: - - Velká část celkových emisí krátké epizody s vysokými emisemi Vojtíšek: Ultrajemné částice ze spalovacích motorů (nejen automobilů). NO acceleration [m/s ] :: PM acceleration [m/s] NOx [mg/s], PM* [mg/s], CO [g/s], speed [km/h] 5 - - Real-world freeway - ECE (dyno) - Real-world freeway ECE - ECE - 6 8 6 8 road speed [km/h] Benzinové motory také produkují částice Malé motory levné, jednoduché technologie - těsná blízkost operátora - neexistující emisní limity pro částice 8 6 8 road speed [km/h] 6 Měření emisí částic malých motorů 6 Doprava a BaP: realita v městských aglomeracích BaP řádově vyšší při Studeném startu (Karavalakis ) Reálném provozu (Kristensson ) Pomalém pojezdu (Shah 5) Nízkých teplotách (Ludykar ) Absenci katalyzátoru (Ravindra ) předávkování motoru palivem (EC ) Spálením litru benzinu v malém motoru vznikne stejně částic jako spálením stovek až tisíců litrů nafty v Euro 6 autobusu. Literatura viz. souhrnná práce o dopadu parkovišť na BaP, Vojtíšek, Ochrana ovzduší / Koncentrace BaP v budkách pro výběrčí mýtného na dálnici: 5- ng/m -8 osobních automobilů 6- nákladních automobilů / hodina / jízdní pruh (Tsai ) 5

Emisní faktory BaP: model MEFA vs. měření ČR+zahraničí MEFA (RS Park Malšovice), EURO, automobil-benzin, km/h MEFA (RS Park Malšovice), EURO, automobil-nafta, km/h MEFA (RS Park Malšovice), EURO, maly nakl. vuz, km/h MEFA (RS Park Malšovice), EURO, tezsi nakl. vuz, km/h ing. Bureš, TESO, MŠMT B8, tunel, 6% osobní vozy ing. Bureš, TESO, MŠMT B8, tunel, 6% osobní vozy ing. Bureš, TESO, 6% osobní vozy, model CDV ing. Bureš, TESO, MŠMT B8, tunel, 5% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, MŠMT B8, tunel, 5% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, 5% nákladní vozy, model CDV Phuleria, automobily, jen částice < 8 nm Karavalakis, automobil, UDC cyklus Kristensson, reálný provoz, smíšený vozový park Gertler, tunel, tezke nakladni vozy Přístup OOO Gertler, osobní vozy - benzin MŽP k Nelson 8, smíšený vozový park 8/5/EC: Dva Ludykar, automobily, - C řády Ludykar, automobily, - C žádná míra??? BaP [ug/km].. Rozptylová studie () odkazující na MEFA6 Nákupní centrum Park Malšovice, HK Měření ČR Měření ČR Zahr. měření Výfukové emise částic nadměrně zvyšují: - vytloukání a demontáž filtrů částic (DPF) -vyřazováníz provozu a demontážredukčních katalyzátorů(scr) - 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) -laděnímotorůna homologačnícykly, ne na reálný provoz (předmětem nové EU legislativy pro měření za provozu) - velmi vysoká rychlost jízdy - nadměrný výskyt kongesce - přílišná intenzita (zvláště zbytné) silniční dopravy Návrh národních legislativních opatření - vytloukání a demontáž filtrů částic (DPF) Kontroly technického stavu -vyřazováníz provozu a demontážredukčních nákladních a osobních katalyzátorů(scr) vozidel přímo na silnici - přečipování motorů vozidel na vyšší výkon (přečipování Spolupráce samotné nelegální mezi výslovně není, ale Postihováníúprav provoz takového vozidla je) -ministerstvy/institucemi nevhodná, nedostatečná či žádná vedoucích údržba k technické motoru - podvádění Jednotný na přístup emisních měřeních nezpůsobilosti STK k provozu (jejichž Kompetentníodborníci cílem je nalézt vozidla s nadměrnými emisemi a tyto opravit) -laděnímotorůna udržujícíznalosti v homologačnícykly, oboru ne na reálný provoz (předmětem nové EU legislativy pro Objektivní měření za provozu) a realistické - velmi vysoká rychlost jízdyhodnocenídopadu staveb - nadměrný výskyt kongescena dopravu-emise-ovzduší - přílišná intenzita (zvláště zbytné) silniční dopravy 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, pojížděnímalou rychlostí vysoce dynamické změny akcelerace na plný výkon -> vyšší a/nebo více nebezpečné emise Doporučení: Částice obsažené ve výfukových plynech spalovacích (nejen naftových) motorů způsobují rakovinu Pro hodnocení toxicity výfukových plynů u nových technologií a nových paliv hodnotit použít realistické městské provozní podmínky. Brát v úvahu současný stav poznánía pečlivěpřistupovat k hodnocení dopadu záměrů na ovzduší a zdraví. Nepřetěžovat dopravní síť zachovat plynulý provoz 5 (a další ší...) návrh opatřen ení pro politiky. Zamezit přístup vozidlům s velmi vysokými emisemi -Důslednétechnickékontroly na silnicích, včetněvozidel registrovaných v zahraničí. Omezit výskyt kongesce - Sníženípočtu vozidel tak, aby nebyla překročena kapacita komunikace - Zvýšení mýtného o ekologickou složku - Další opatření ke snížení intenzity dopravy. Omezit intenzitu dopravy - Usilovat o kvalitnípracovnímísta s vysokou přidanou hodnotou, nikoliv skladiště, překladiště a montovny - Podpora místní ekonomiky - Omezení rozlézání měst do satelitů(urban sprawl) - Podpora alternativních způsobůdopravy (železnice, MHD,...) Poděkování: EU LIFE+ program, projekt LIFE ENV/CZ/65 MEDETOX, "Inovativní metody monitorování toxicity výfukových plynů v podmínkách reálného městského provozu" Grantováagentura ČR, projekt -8S BIOTOX, "Mechanismy toxicity pevných částic z biopaliv" Evropský sociálnífond, projekt CZ../../., "Podpora zkvalitněnítýmůvýzkumu a vývoje a rozvoj intersektorální mobility na ČVUT v Praze MŠMT Národníprogram udržitelnosti -NPU I (LO), projekt # LO Rozvoj Centra vozidel udržitelné mobility Poděkování-doktorandi: Mgr. Jitka Štolcpartová, PřF UK ing. Vít Beránek, FS ČVUT ing. LubošDittrich, FS TU v Liberci ing. Martin Pechout, FS TU v Liberci Foto pro zamyšlení: Útlum automobilové dopravy a podpora pěší a cyklistické dopravy, Manhattan, New York 6 6