lného provozu měření nanočástic ve výfukových plynech a jejich vzorkování pro toxikologické analýzy

Dopad nových technologií, paliv a rozvoje automobilové dopravy na nanočástice emitované spalovacími motory v městských aglomeracích ch 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 1

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,... ) 2

Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 46 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) Rozjezd kamionu na 9 km/h:,5 až 1 litr nafty Volnoběh osobního automobilu:,5 až 1 litr paliva za hodinu Dříve než motory zavrhnete, zkuste spálit stejné množství uhlí či biomasy uprostřed ulice. 3

Současná situace silniční dopravy Automobily nabízí mnoho výhod, ale... Emise ze spalovacích motorů, zejména velmi jemné částice, jsou 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, náhrada za kapalná paliva těžká ČR i EU jsou energeticky závislé na jiných zemích 4

Souhrn současných trendů Nízké emise podmíněny pokročilými technologiemi velká část emisí = malý počet vozidel / malá část celkové doby jízdy nefunkčnost (konstrukce, výroba, údržba, sabotáž,...) = vysoké emise nová paliva a nové technologie = nové druhy znečišťujících látek - tvorba NO 2 v oxidačních katalyzátorech - reálné emise NO x u automobilů s naftovými motory: téměř žádné výhody Euro 5 oproti Euro 3 Přílišná intenzita silniční dopravy - nezvládnutý územní rozvoj (výstavba satelitů, skladišť,...) - přetížení dopravní sítě vyvolá zhroucení toku dopravy a kongesci 5

Částice ve výfukových plynech naftového motoru Zvětší šíme-li tyto částice na velikost zrnka máku, m částice o průměru ru 1 mikrometrů (součást st PM1) bude velká jako meloun. Liati A., Dimopoulos P.E., Combustion and Flame 157 (21) 1658 167. 6

Částice ve výfukových plynech A.Mayer, TTM 7

Typické velikostní spektrum částic - vznětové motory Kittelson, J. Aerosol Sci. Vol. 29, No. 5/6, pp. 575-588, 1998 8

Zachycovací účinnost dýchacího ho systému A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zurich, 28 9

Pronikání velmi jemných částic (desítky nm) ) buněč ěčnou membránou 1 nm Polystyrene Particles 78 nm Polystyrene Particles Barbara Rothen-Rutishauer, as quoted by A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles 1

Prostorové rozložení imisí PM 1 (ATEM / Praha Životní prostředí 29) Nejvyšší koncentrace jsou podél hlavních dopravních tahů. 11

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 1.5 > 2 1-2 5-1 < 5 m Distanz Hoffmann 26 12

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. Předčasná úmrtí v EU ročně: Emise PM a O3-46 tisíc, dopravní nehody - 39 tisíc 13

Projekt MEDETOX: EU LIFE+ program, projekt LIFE1 ENV/CZ/651 211-216 Ústav experimentální medicíny AV ČR, Technická univerzita v Liberci (+ Michal Vojtíšek FS ČVUT v Praze), 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) 14

Palubní měřicí zařízení Odezva přibližně úměrná hmotnostní koncentraci částic (představte si laserové ukazovátko namířené do cigaretového kouře) Nefelometer (rozptyl laserového paprsku) Filtrovaný ředicí vzduch Kat. 1-12 dm3/min surových plynů Před nebo za filtrem nebo katalyzátorem Separace velkých částic a kondenzátu Ochlazení a ohřátí vzorku Elektrický detektor nanočástic Upravený detektor kouře (součástky za cca 1 EUR) odezva přibližně úměrná celkové délce částic (korelace s celkovým povrchem částic F-FC-P zachycených v plicních sklípcích?) 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 Filtr, čerpadlo, regulace průtoku Motor Vzorek ven 15

Měření emisí plynných látek a částic přenosnou aparaturou Vzorkování částic přenosným proporcionálním vzorkovačem PEMS Nízkoprofilová instalace Miniaturníředicí tunel s průtokem části vzorku Proporcionální vzorkování částic ve výfukových plynech 16

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 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 17

Jízda po dálnicid Osobní automobil, benzinový motor, 138 kwk 1 CO [g/s] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 17:25: 17:25:3 17:26: 17:26:3 9 8 7 6 5 4 3 2 1 16:55 17:5 17:15 17:25 17:35 17:45 17:55 18:5 18:15 18:25 18:35 18:45 18:55 19:5 17:27: 19:15 19:25 17:27:3 17:28: 17:28:3 17:29: Fraction of total trip CO 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % % 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 1 % Fraction of trip time CO [g/s] Velká část celkových emisí krátké epizody s vysokými emisemi 18

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

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 5 45 4 PM concentrations Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 5 45 4 NO emissions - Skoda Fabia turbodiesel NOx Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 fuel delivery rate [relative] 35 3 25 2 15 fuel delivery rate [relative] 35 3 25 2 15 1 5 PM 1 5 1 2 3 4 5 engine rpm Dlouhý provoz v nízkém zatížení: Zhoršení spalování, vyšší podíl OC v PM, snížení účinnosti katalyzátorů 1 2 3 4 5 engine rpm NOx sníženy EGR (recirkulace výfukových plynů)? 2

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 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] 21

BMEP [MPa] 1,2,8,6,4,2 Emisní problémy automobilových zážehových motorů v EU Euro 5 Škoda 1,2 HTP motorová zkušebna Vysoké zatížení vyšší emise částic 1 Přebytek vzduchu (λ) 1,2 Characteristic of λ ratio for gasoline 1 1,2,91 1,3 1,2 1,3 2 NEDC vs. vyšší výkonové hladiny,95 1,2 1,2 1,2 3 4,88,9,91,93 5 rpm 6 Stechiometrický poměr palivo-vzduch BMEP [MPa] 1,2 1,8,6,4,2 Snížení teploty výfukových plynů (ochrana katalyzátoru) přechodem na bohatou směs při vysokých zatíženích Concentration of THC [ppm] for gasoline 35 1 4 43 3 34 1763 2 394 3 41 3 24 4 427 342 32 37 5 HC rpm 6 22

Škoda Fabia, zážehový motor 1,4 MPI 23

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] 1 1 1 1 PM [ug/s] PM [mg/m3] km/h GPS 16 14 12 1 8 6 4 2 road speed [km/h] Vysoké zatížení vyšší emise částic 1 12:15: 12:25: 12:35: 12:45: 12:55: 13:5: acceleration [m/s2] 6 5 4 3 2 1-1 -2-3 -4 Instantaneous fuel consumption Fuel consumption 2 4 6 8 1 12 14 vehicle speed [km/h] acceleration [m/s2] 6 5 4 3 2 1-1 -2-3 -4 Instantaneous PM emissions Area of each mark is proportional to the instantaneous PM emissions in mg/s 2 4 6 8 1 12 14 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 24

Měření emisí z malých motorů Žádné katalyzátory, elektronické řízení... Chainsaws Stihl 29 (top) Stihl MS361 (bottom) 2-cycle gasoline Cutting firewood (logs) On-board system mounted on accompanying tractor fuel-specific emissions [g / kg fuel] or [ / kg fuel] 1 1 1 1 1 Chain saw 2-cycle idling Log #1 idling Log #2.1 11:6: 11:8: 11:1: 11:12: 11:14: idling Log #3 HC 5 CO NOx 4.5 CO2 4 PM-Opt 3.5 PM-Ion km/h 3 2.5 2 1.5 1.5 ground speed [km/h] 25

Emise částic z benzinového motoru alternativní paliva 14 km okruh Škoda Felicia 1,3 MPI E85, n-butanol 26

Měření neregulovaných plynných emisí Ford F-35 nafta, bionafta, použitý fritovací olej (měř ěření autora na State University of New York, aparatura připravována pro měřm ěření v rámci r MEDETOX) 27

IR spektrum FTIR spektrometr MIDAC I-series Měření plynných emisí mobilním m spektrometrem FTIR (práce autora na Atmospheric Sciences Research Center, SUNY) Uložení za jízdy v odpruženém rámu Napájení 12V, celkový příkon za jízdy < 3W Ovládání za jízdy průmyslovým PC Regulace vyhřívání Kyveta.3 dm 3, 6 m optická délka Vyhřívaná na 191 C Vzorkovací hadice - 191 C 28

Složen ení HC a NOx emisí použitý fritovací olej Nákladní vůz Ford F-35 F 35 (Vojtisek-Lom, JRC Transp. and Env. 27) Concentration (ppm) 6 5 4 3 2 1 US EPA FTP test US EPA HFET test NYCC test (střed města) USO6 test (vysoká rychlost, agresivní jízda) NO NO2 CO 1 31 61 91 121 151 181 211 time (s) Concentration (ppm) 25 2 15 1 5 Ethylene Formaldehyde N2O CH4 n-alkanes 1 31 61 91 time (s) 121 151 181 211 29

Emise NO a NO2 nafta, bionafta, fritovací olej Nákladní vůz Ford F-35 F 35 (Vojtisek-Lom, JRC Transp. and Env. 27) Porovnání emsí - nafta, 1% bio nafta, rostlinný olej Ford F-35 pickup truck, r.v. 1999, Powerstroke V-8 7.3-l turbodiesel s přímým vstřikem koncentrace [ppm vol] 7 6 5 4 3 2 1 Měření FTIR spektrometrem MIDAC I-series LA 92 US EPA FTP test US EPA Highway US EPA HFET Fuel Economy test D-1--NO (ppm) V-1--NO (ppm) B-1--NO (ppm) D-2--NO (ppm) V-2--NO (ppm) B-2--NO (ppm) NYCC test (střed města) USO6 test NYCC (vysoká rychlost, agresivní jízda) USO6 Porovnání emsí - nafta, 1% bio nafta, rostlinný olej Ford F-35 pickup truck, r.v. 1999, Powerstroke V-8 7.3-l turbodiesel s přímým vstřikem Měření FTIR spektrometrem MIDAC I-series D-1--NO2 (ppm) D-2--NO2 (ppm) V-1--NO2 (ppm) V-2--NO2 (ppm) B-1--NO2 (ppm) B-2--NO2 (ppm) 7 US EPA Highway LA 92 6 Fuel Economy NYCC USO6 koncentrace [ppm vol] 5 4 3 2 1 3

Emise alkanů a alkenů nafta, bionafta, fritovací olej Nákladní vůz Ford F-35 F Porovnání emsí - nafta, 1% bio nafta, rostlinný olej Ford F-35 pickup truck, r.v. 1999, Powerstroke V-8 7.3-l turbodiesel s přímým vstřikem koncentrace [ppm vol] 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 Měření FTIR spektrometrem MIDAC I-series LA 92 US EPA FTP test 35 (Vojtisek-Lom, JRC Transp. and Env. 27) US EPA Highway Fuel Economy US EPA HFET test D-1--Hexane (ppm) V-1--Hexane (ppm) B-1--Hexane (ppm) D-2--Hexane (ppm) V-2--Hexane (ppm) B-2--Hexane (ppm) NYCC test (střed města) USO6 test (vysoká rychlost, agresivní jízda) NYCC USO6 Porovnání emsí - nafta, 1% bio nafta, rostlinný olej Ford F-35 pickup truck, r.v. 1999, Powerstroke V-8 7.3-l turbodiesel s přímým vstřikem Měření FTIR spektrometrem MIDAC I-series 14 US EPA Highway LA 92 12 Fuel Economy D-1--Ethylene (ppm) B-1--Ethylene (ppm) V-2--Ethylene (ppm) NYCC V-1--Ethylene (ppm) D-2--Ethylene (ppm) B-2--Ethylene (ppm) USO6 koncentrace [ppm vol] 1 8 6 4 2 31

Emise aldehydů a dienů nafta, bionafta, fritovací olej Nákladní vůz Ford F-35 F (Vojtisek-Lom, JRC Transp. and Env. 27) Poznámka: acetaldehyd, akrylaldehyd a 1,3-butadien pod prahem detekce (cca 1 ppm) Porovnání emsí - nafta, 1% bio nafta, rostlinný olej Ford F-35 pickup truck, r.v. 1999, Powerstroke V-8 7.3-l turbodiesel s přímým vstřikem koncentrace [ppm vol] 25 2 15 1 5 Měření FTIR spektrometrem MIDAC I-series LA 92 US EPA FTP test US EPA Highway Fuel Economy US EPA HFET test D-1--HCHO (ppm) V-1--HCHO (ppm) B-1--HCHO (ppm) D-2--HCHO (ppm) V-2--HCHO (ppm) B-2--HCHO (ppm) NYCC test (střed města) USO6 test (vysoká rychlost, agresivní jízda) NYCC USO6 Porovnání emsí - nafta, 1% bio nafta, rostlinný olej Ford F-35 pickup truck, r.v. 1999, Powerstroke V-8 7.3-l turbodiesel s přímým vstřikem Měření FTIR spektrometrem MIDAC I-series 2.5 US EPA Highway 2 LA 92 Fuel Economy D-1--butadiene (ppm) B-1--butadiene (ppm) V-2--butadiene (ppm) NYCC V-1--butadiene (ppm) D-2--butadiene (ppm) B-2--butadiene (ppm) USO6 koncentrace [ppm vol] 1.5 1.5 -.5-1 -1.5 32

Vliv biopaliv na BaP TEQ: větší vliv má technologie motoru a provozní podmínky Vojtíšek a kol., Atmos. Environ. 211 B[a]P TEQ - biofuels [ug/kwh] 1 1.1.1 Rapeseed Oil B-1 all B-1 DPF B-3 all B-3 DPF.1.1.1.1 1 1 B[a]P TEQ - diesel fuel [µg/kwh] 33

Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) (Liberec Ústí n.l. ) Teplice - Říčany Dálnice Průjezd Prahou (Ďáblice Vysočany Jižní spojka Spořilov D1 Říčany) 9 8 26.22 km celkem - průměrná rychlost 7.4 km/h 7 6 5 km/h 4 3 2 1 14:15: 14:45: 15:15: 15:45: 16:15: 16:45: 17:15: 17:45: 18:15: 18:45: 19:15: 3 25 2 15 1 5 Není to jízda ustálenou rychlostí! 2.43 km celkem - průměrná rychlost 2.7 km/h km/h 15:41: 15:51: 16:1: 16:11: 16:21: 16:31: 16:41: 16:51: 34

Problém delšího nízkého zatížení motorů těžkých vozidel * Zhoršující se kvalita spalování * Nízké teploty výfukových plynů -> snižující se účinnost oxidačních a redukčních katalyzátorů * Tvorba úsad ve výfukovém potrubí ty se uvolní později Vyšší emise částic po následném rozjezdu Praktický limit katalyzátorů: 15-25 o C PM in exhaust [mg/m3] exhaust temp [C] / 1 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 EGT/1[C] PM [mg/m3] speed [km/h] 16:: 16:15: 16:3: 16:45: 9 75 6 45 3 15-15 -3-45 -6 speed [km/h] 35

Problém delšího nízkého zatížení motorů těžkých vozidel * Zhoršující se kvalita spalování * Nízké teploty výfukových plynů -> snižující se účinnost oxidačních a redukčních katalyzátorů * Tvorba úsad ve výfukovém potrubí ty se uvolní později Speed [km/h] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Skákání při rozjezdu kabina se tahače naklápí do strany vlivem reakční síly Pomalý pojezd speed [km/h] Teplota výfukových plynů na konci výf. potrubí EGT [C] rychlost 9:3: 9:45: 1:: 1:15: 1:3: 1:45: Praktický limit katalyzátorů: 15-25 o C 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Exhaust Gas Temperature at tailpipe [C] 36

Tahač DAF 15 26 DAF, 54 tis. km, s návěsem, 24 t náklad, celkem 4 tun Motor Paccar, přeplňovaný šestiválec, zdvihový objem 12,9 litru, výkon 41 k, emisní norma Euro 5, se selektivní redukcí NOx ( Ad-blue ) Jízda Mělník Rudná s několikerým průjezdem po Jižní spojce (Běchovice Spořilov) Velmi klidný, rozvážný řidič (prémie za ušetřené palivo motivace k eko-jízdě!) 37

Tahač DAF 15 Průměrná rychlost (3 s průměr) a emise NOx a PM na kg paliva (12 s průměr).8 g PM/kg paliva odpovídá při 4 t a 32 kg/1 km:.25 g PM/km,.6 g PM/t-km Při jízdě cestovní rychlostí se emise výrazně neliší od limitů Euro 5 i při stáří motoru 19% deklarované minimální životnosti (5 km). Při snížení průměrné rychlosti NOx i PM na kg paliva i spotřeba paliva výrazně narůstají! (např. při.2 g PM/kg paliva, 5 kg/1 km:.1 g PM/km,.25 g PM/t-km) 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 1 5 fuel-specific NOx and PM emissions [g/kg] 1 1 1.1 road speed [km/h] -5-1 -15.1 9:: 1:: 11:: 12:: 13:: 14:: 15:: 16:: 17:: 18:: 38-2

particle number [#/cm3] Laboratorní simulace pomalého pojezdu (volnoběžné otáčky + 1, 2% zatížení), naftový motor Zetor 1.E+7 1.E+6 1.E+5 Počet částic Počet > 23 nm Zatížení motoru Tepl výf plynů PN PN>23 torque [Nm] EGT [C] Dlouhý volnoběh 6 > 2 minut 5 4 3 2 1 EGT [C], torque [Nm] 1.E+4 extended idle 1.E+6 14:2: 14:25: 14:3: 14:35: 14:4: 14:45: burn-off at 1% load 14:5: 14:55: Dlouhý volnoběh > 2 minut Odpal úsad při 1% zatížení po pomalém pojezdu Krátký volnoběh Stabilizované 1% zatížení ( plný plyn ) EU Tier IIIA engine,.1-.15 g/kwh PM EEPS sampling from CVS with 1:1 additional dilution 1.E+5 short idle 1.E+4 1.E+3 1.E+2 1.E+1 39 particle concentration in CVS [#/cm3] stabilized 1% load extended idle 1 1 1 1 mobility diameter [nm]

Vzorkování spřaženými vysokoobjemovými vzorkovači membránové (Pall TX4) a křemenné (Whatman QMA) filtry Tok ředicího vzduchu měřen termickým průtokoměrem EcoTech 3 Hi-vol vzorkovač Nezávislé měření průtoku a ředicího poměru Ředěné výfukové plyny 67.8 m 3 /h Ředicí vzduch 61 m 3 /h Vstup upraven pro 4 mm trubku PM 2.5 hlavice 8 x1 filtr (vzorek) 1-2 mg částic na filtr 8 x1 filtr (ředicí vzduch) CO 2 koncentrace měřeny ve výfukových plynech a na výstupu Hi- Volu (ověření ředicího poměru) Miniaturní ředicí tunel 1:1 ředění Přívod výfukových plynů 67.8 m 3 /h nominální průtok PM 2.5 hlavice (pro ředicí vzduch použit nižší průtok, částice jsou stejně filtrovány) 4

Laboratorní simulace pomalého pojezdu (volnoběžné otáčky + 1, 2% zatížení), naftový motor Zetor Filtry z borosilikátových vláken / fluorokarbon Pall TX4 3% zatížení (dálnice) krátký volnoběh po zatížení (5 min.) BaP cpah Σ PAH Σ PM dlouhý volnoběh (od 2. minuty) 1% zatížení 5 min. po 9 min. volnoběhu 1% zatížení stabilizované ug / kg paliva PM v mg/kg.1 1 1 1 1 1 41

Laboratorní simulace pomalého pojezdu Porovnání klasická nafta a 1% bionafta (metylester řepkového oleje) Celková hmotnost částic vyšší při volnoběhu, nižší při 3% a 1% zatížení Karcinogenní PAU (7 PAU dle US EPA) vyšší při 1% zatížení, nižší při všech ostatních režimech Vlivy pomalého pojezdu: Celková hmotnost částic vyšší vliv u bionafty než u ropné nafty Karcinogenní PAU nižší vliv u bionafty než u ropné nafty idle after full load (5 min) diesel PM mass g/kg fuel B1 PM mass g/kg fuel idle after full load (5 min) diesel cpah ng/dm3 B1 cpah ng/dm3 idle > 2 min. idle > 2 min. full load after idle (5 min) full load after idle (5 min) full load - stabilized full load - stabilized 3% load stabilized 3% load stabilized.1 1 1.1.1 1 1 42

Laboratorní simulace pomalého pojezdu Porovnání klasická nafta a 1% bionafta (metylester řepkového oleje) DNA adukty (nebuněčný test): Bionafta zpravidla méně aduktů než ropná nafta Nejhorší režim vysoké zatížení po dlouhém velmi nízkém zatížení - menší vliv u bionafty než u ropné nafty *5 minut 1% zatížení po dlouhém volnoběhu 43

Laboratorní simulace pomalého pojezdu Porovnání klasická nafta a 1% bionafta (metylester řepkového oleje) Cytotoxicita, buňky A549: Nejhorší režim vysoké zatížení po dlouhém velmi nízkém zatížení - menší vliv u bionafty než u ropné nafty 44

Vzorkování částic ve VTP Roztoky (nové laboratoře ČVUT v Praze) Benzinové a naftové automobily a motory, klasická a alternativní paliva, klasické i neregulované emise, vysokoobjemové vzorkování 45

Závěry Během laboratorní simulace podmínek odpovídajících kongesci na typickém vznětovém motoru s řadovým vstřikovacím čerpadlem bylo zjištěno, že během setrvalého provozu na nízká zatížení se zvyšují emise částic (celkové hmotnosti), PAH, karcinogenních PAH i benzo(a)pyrenu, a to cca o řád a zejména setrvalý provoz na nízké zatížení způsobuje, že během následného provozu na vysoké zatížení jsou v prvních několika minutách vyšší emise částic (celkové hmotnosti), PAH, karcinogenních PAH i benzo(a)pyrenu, a to cca o řád Předběžný výrok o významu výsledků: Déletrvající kongesce škodí osádkám vozidel i okolním obyvatelům Městský provoz: -- nejvíce technicky náročný z hlediska emisí -- nejvyšší míra expozice (blízkost, počet lidí) 46

Spořilov a tranzitní kamionová doprava Jízda do Spořilovského kopce: 1 kamion = 2-3 kw výkon = 5-75 kw tepelný výkon = cca 1 kamen na tuhá paliva Dříve než motory zavrhnete, zkuste spálit stejné množství uhlí či biomasy uprostřed ulice. Příjezdové trasy tranzitní dopravy kongesce Spořilov: Jízda do kopce Po pobytu v kongesci 47

Spořilov nanočástice v ovzduší ~ 1 4 částic/cm 3 klidná část Spořilova ~ 1 5 #/cm 3 podél l Spořilovsk ilovské 1 5-1 6 + #/cm 3 exponované křižovatky 1 4-1 7 #/cm 3 vně vozidla (jízda Liberec-výjezd z Prahy po D1) 9-95% 95% jsou nanočástice (do 1 nm) 1 průměr.1%.5% 1 1% 5% počet částic na cm3 1% medián 1 HEPA-pozadí 1 1 1 1 1 1 1 průměr (dle ekvivalentní mobility) [nm] 48

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 Částice obsažené ve výfukových plynech spalovacích (nejen naftových) motorů způsobují rakovinu 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 49

Doprava a BaP: realita v městských aglomeracích BaP řádově vyšší při Studeném startu (Karavalakis 21) Reálném provozu (Kristensson 24) Pomalém pojezdu (Shah 25) Nízkých teplotách (Ludykar 1999) Absenci katalyzátoru (Ravindra 27) předávkování motoru palivem (EC 21) Literatura viz. souhrnná práce o dopadu parkovišť na BaP, Vojtíšek, Ochrana ovzduší 3/213 Koncentrace BaP v budkách pro výběrčí mýtného na dálnici: 15-121 ng/m3 327-482 osobních automobilů 61-111 nákladních automobilů / hodina / jízdní pruh (Tsai 24) 5

Emisní faktory BaP: model MEFA vs. měření ČR+zahraničí M EFA (RS Park Malšovice), EURO 3, automobil-benzin, 2 km/h M EFA (RS Park M alšovice), EURO 3, automobil-nafta, 2 km/h M EFA (RS Park M alšovice), EURO 3, maly nakl. vuz, 2 km/h MEFA (RS Park Malšovice), EURO 3, tezsi nakl. vuz, 2 km/h Rozptylová studie (212) odkazující na MEFA6 Nákupní centrum Park Malšovice, HK ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B84, tunel, 96% osobní vozy ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B84, tunel, 96% osobní vozy ing. Bureš, TESO, 96% osobní vozy, model CDV Měření ČR ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B84, tunel, 75% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, MŠMT 2B84, tunel, 75% nákladní vozy ing. Bureš, TESO, 75% nákladní vozy, model CDV Měření ČR Phuleria 27, automobily, jen částice < 18 nm Karavalakis 21, automobil, UDC cyklus Kristensson 24, reálný provoz, smíšený vozový park Gertler 24, tunel, tezke nakladni vozy Přístup MŽP k 28/5/EC: Dva řády žádná míra??? Gertler 24, osobní vozy - benzin Nelson 28, smíšený vozový park Ludykar 1999, automobily, -7 C Ludykar 1999, automobily, -22 C Zahr. měření BaP [ug/km].1.1 1 1 1 1 51

Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. V ČR je využívána minimálně. Euro 5, kdesi v Praze (bez DPF) Motor s DPF Nidau, Švýcarsko 52

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 53

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 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) během reálného provozu a po celou dobu životnosti vozového parku můžeme získat podklady pro uvážená rozhodnutí o vhodných opatřeních pro snížení emisí. 54

Foto pro zamyšlení: Útlum automobilové dopravy a podpora pěší a cyklistické dopravy, Manhattan, New York 55