Automobil je jedno brzo prijevozno sredstvo modernog društva

Transcript

1 Automobil je jedno brzo prijevozno sredstvo modernog društva Rezultati ankete iz Švicarske na pitanje o automobilu: 58% ne mogu zamisliti da idu na posao bez automobila 56% smatra automobilpraktičnim, udobnim i štedljivim prijevoznim sredstvom 50% smatra automobil multifunkcionalnim sredstvom 45% smatra da donosi brojne prednosti obitelji 44% smatra da je on glavni zagađivač okoliša Promet i ekologija 1

2 U godini bilo u upotrebi u svijetu približno 700 milijuna registriranih cestovnih motornih vozila, a predviđa senjihov porast na 1,3 milijarde do 2030., a do preko 2 milijarde. U SAD je u prvih 35 godina poslije rata broj osobnih vozila povećan za 214 posto U Hrvatskoj udio osobnih vozila visokih 76% zbog čega i predstavljaju i glavni izvor zagađenja zraka Broj teretnih vozila, iako zastupljen samo sa 8% u ukupnom broju cestovnih motornih vozila, nisu zanemariv faktor zagađenja zraka (15% zagađenja od CO otpada na teška vozila) Promet i ekologija 2

3 GORIVO, ZRAK, IZGARANJE Izgaranje izgaranjem goriva u motoru nastaju produkti izgaranja uobičajeni naziv: ispušni plinovi a) potpuno izgaranje produkti potpunog izgaranja su ugljikov (idealan proces) dioksid (CO 2 ) i vodena para (H 2 O), kao i od zraka preostali dušik i kisik ako je zrak bio u pretičku b) nepotpuno izgaranje Nepotpunim izgaranjem nastaju produkti (realan proces) koji su i dalje sposobni izgarati (djelomično izgorjeli ugljikovodici) i kao takvi u ispušnim plinovima iz motora vozila odlaze u okolinu. Zbog toga se gubi dio energije (smanjen stupanj korisnog djelovanja motora). Osim toga u produktima nepotpunog izgaranja pojavljuju se sastojci koji su štetni za ljudsko zdravlje i okoliš Promet i ekologija 3

4 Za motorna goriva koja se danas upotrebljavaju za pogon motora s unutrašnjim izgaranjem ( MUI ) određenajepotrebnakoličina zraka od 14,7 kg za potpuno izgaranje 1 kg goriva, a to se može vidjeti iz grafikona 1 sa masenim udjelima pojedinih plinova. dušik N2; 11,1 kg kisik O2; 3,4 kg 14,7 kg zraka ostali plinovi 0,2 kg ugljik CO 2 ; 0,86 kg vodik H 2 ; 0,14 kg + 1 kg goriva = dušik N2; 11,1 kg ostali plinovi; 0,2 kg ugljik (IV) oksid CO 2 ; 3,1 kg 15,7 kg ispušnih plinova Grafikon 1.: Masena bilanca potpunog izgaranja voden para H 2 O ; 1,3 kg Promet i ekologija 4

5 Omjer goriva i zraka može se prikazati pomoću faktora zraka λ, pa je λ = Z / Z 0 Gdje je: Z (kg z /kg g ) stvarna količina zraka potrebna za izgaranje 1 kg goriva Z 0 (kg z /kg g ) stehiometrijska količina zraka potrebna za izgaranje 1 kg goriva, (količina zraka potrebna da u potpunosti izgori 1 kg goriva, ali tako da u produktima izgaranja nema slobodnog kisika) λ<1 bogata smjesa (višak goriva, a manjak zraka) λ =1 stehiometrijska smjesa (Z = Z 0 ) λ>1 - siromašna smjesa, (manjak goriva, a višak zraka) Promet i ekologija 5

6 Nepotpuno izgaranje najčešće uzrokovano pomanjkanjem kisika (bogata smjesa) ili lošom izmješanosti gorive smjese Osim kroz ispušni sustav cestovna motorna vozila zagađuju zrak i isparavanjem goriva i maziva iz spremnika goriva (HC do 5%), kučišta motora (HC 20 25%) i iz rasplinjača (ako ga vozilo posjeduje, HC do 15%). Zbog svoje velike brojčane zastupljenosti, nepovoljnih uvjeta rada motora, slabe cirkulacije zraka, nedovoljne kvalitete goriva, cestovna motorna vozila su primarni onečiščivaći zraka u gusto naseljenim mjestima Promet i ekologija 6

7 Sastav ispušnih plinova iz Ottovih (benzinskih) motora Neškodljivi sastojci: dušik (N 2 ) vodena para (H 2 O) kisik (O 2 ) ugljikov dioksid (CO 2 ) Škodljivi sastojci: ugljikov monoksid (CO) ugljikovodici (CH) dušikovi oksidi (No x ) sumporov dioksid (SO 2 ) iz nečistoća u gorivu, krute čestice (PM) Spojevi s olovom (Pb) dušik (IV) oksid (NO 2 ) amonijak (NH3) Promet i ekologija 7

8 Pomorski promet 2,5% Zračni promet 11,7% Željezički promet 2,9% Cestovni promet Pomorski promet Zračni promet Cestovni promet 82,9% Željezički promet Slika 1.: Učešće pojedinih vidova prometu u emisiji CO Promet i ekologija 8

9 Do godine treble bi emisije CO 2 biti 120 g po prijeđenom km tako niska vrijednost može se ostvariti tek s potrošnjom od 4,5 l / 100 km za dizel motore, odnosno 5,0 l / 100 km za benzinske motore Najvažniji staklenički plinovi su: vodena para (H2O), ugljik (IV) oksid (CO2), metan (CH4), dušik (II) oksid (N2O), klorofluorovodici, ozon (O3) u troposferi, sumpor (IV) oksid (SO2) itd. 60% efekta staklenika posljedica H2O, 25 % efekta staklenika posljedica CO2 i 5% metana (CH4). U god. doprinos sektora promet ukupnoj emisiji stakleničkih plinova iznosio je u RH 20,3 % Promet i ekologija 9

10 u tisućama tona Slika 4.: Razvoj i prognoza emisija NO X za Njemačku do god. u tisućama tona Slika 5.: Razvoj i prognoza emisija čestica za Njemačku do god Promet i ekologija 10

11 Ugljik (II) oksid (CO) vrlo otrovan, ima veliku sklonost vezivanja za hemoglobin (oko 250 puta više od kisika), a najveći izvor emisije CO je cestovni promet s oko 45% udjela u ukupnoj emisiji Ugljikovodici (HC) policiklički aromatski ugljikovodici (PAU) štetni jer djeluju kancerogeno, dovode do sekundarne kemijske reakcije i stvaranja smoga Dušični oksidi (NOx) indirektan staklenički plin koji u kombinaciji s drugim štetnim tvarima u gradskoj atmosferi (čestice i SO2) uzrokuje sumaglicu i smog, kisele kiše, ugrožavajući tlo, vodni i životinjski ekosistem, građevine i ljudsko zdravlje, najveći izvor cestovni promet sa oko 35% udjela u ukupnoj emisiji Čestice i čađa Čađa je tvrdi filtrat ispušnih plinova a sastoji se od čestica ugljika; ovisi o sastavu goriva, a goriva s visokim odnosom ugljika i vodika su sklonija stvaranju čađe; Čestice, naročito one promjera 10 mm i manje u kombinaciji sa SO2 i NOx uzrokuju gradski smog, naročito u zimskim mjesecima, one su problem ispušnih plinova diesel motora Promet i ekologija 11

12 UČINCI ZAGAĐENOG ZRAKA na čovjeka (bolesti respiratornih organa: rak, astma, bronhitis,) na biljke akutni i kronični na materijale (korozija, oštećenja pročelja zgrada) Promet i ekologija 12

13 Neke štetne tvari zraka i njihovo djelovanje na ljudsko zdravlje

14 UKUPNO ZAGAĐENJE ZRAKA SMETNJE PRI FOTOSINTEZI ISPUŠNI PLIN OŠTEĆENJE DEBLA SOL SOL TKIDANJE KORJENA UŠENJEM STALACIJA ISUŠIVANJE TLA ZBIJANJE TLA OŠTEĆENJA KORJENOVOG SUSTAVA Slika 3.: Razni uzroci oštećenja drveća uz prometnice / 12 / Promet i ekologija 14

15 Zaštita ekosustava razlikuje dva pristupa: 1. Faza sagledavaju se utjecaji prometa na okoliš (buka, štetne tvari itd.) i parcijalnim mjerama nastoje ublažiti 2. Faza sagledavaju se i ostali utjecaji prometa na okoliš i oblikuje cjelovita politika zaštite prirode ( new environmental ) Značenje homologacije cestovnih vozila za čistoću okoliša Ukupno dosada donijeto 109 ECE pravilnika koji se odnose na područja: Promet i ekologija 15

16 Aktivne sigurnosti Pasivne sigurnosti Zaštite okoliša (emisije ispušnih plinova, buka, radijske smetnje i dr.) Općih uvjeta sigurnosti (mjerenje snage motora i potrošnje goriva i dr.) POPISI ECE PRAVILNIKA KOJI SE ODNOSE NA EMISIJU ISPUŠNIH PLINOVA: ECE R 15 odnosi se na kontrolu emisije ispuha iz ottovih i dieselovih motora osobnih ( putničkih ) i lakih teretnih vozila ECE R 83 zamijenio ECE R 15 uveo složeniju i strožu kontrolu ECE R 24 dimnost ispušnih plinova dieselovih motora ECE R 49 odnosi se na kontrolu emisije ispuha srednjih i velikih dieselovih motora za motorna vozila ECE R 84 emisija ispušnih plinova motornih vozila s obzirom na mjerenje potrošnje goriva ECE R 101 emisija CO 2 i potrošnja goriva Promet i ekologija 16

17 ECE pravilnici = mijenjaju se amandmanima (dopunama) EEC smjernice = ne mijenjaju se amandmanima, već donošenjem novih smjernica Provjera homologacijske podobnosti vozila = zadatak da spriječi uvoz sigurnosno i ekološki nepodobnih vozila, koja u trenutku uvoza i prve registracije ne odgovaraju homologacijskim propisima u zemlji uvoza. U RH započela godine Promet i ekologija 17

18 Da neko vozilo koje se prvi put pojavljuje na tržištu (ili motor koji se prvi put ugrađuje u postojeće vozilo) dobio uporabnu dozvolu koja omogućuje prodaju na području Europske zajednice, s ekološkog motrišta mora zadovoljiti ove testove: Test I Provjera potrošnje i emisije štetnih plinova nakon hladnog starta Test II Provjera emisije ugljičnog monoksida ( CO ) pri praznom hodu motora Test III Provjera emisije štetnih plinova iz kućišta motora Test IV Provjera isparivanja para ugljikovodika Test V Provjera trajnosti dijelova uređaja za smanjenje emisije štetnih tvari Promet i ekologija 18

19 Za različite skupine vozila ne primjenjuju se svi navedeni testovi već njihov izbor ovisi o tipu motora i namjeni vozila. Izbor pojedinih testova vidi se u narednoj tablici. Prije svakog testa (ispitivanja) pokusno vozilo mora prijeći najmanje 3000 km i mora biti potpuno ispravno. Zbog povećanja jednostavnosti i usklađivanja zakona na području Europske unije, smjernica 70/220/Eec propisuje oblik zapisnika o svakom obavljenom ispitivanju. Redni broj Test Ottovi motori Vozila za prijevoz do 6 putnika i mase m<2,5 t Vozila za prijevoz više od 6 putnika i mase m>2,5 t Dieselski motori Vozila za prijevoz do 6 putnika i mase m<2,5 t Vozila za prijevoz više od 6 putnika i mase m>2,5 t 1. Prosječna emisija štetnih plinova u ispušnim plinovima Emisija CO pri praznom hodu + 3. Emisija plinova iz kućišta motora Emisija od isparavanja + 5. Trajnosti dijelova uređaja za smanjenje emisije štetnih tvari Promet i ekologija 19

20 Cestovna motorna vozila učestvuju sa skoro 60 % u ukupnoj emisiji CO, u emisiji NOx sa oko 40%, a u emisiji VOC sa oko 20%. Učešće u emisiji SO2 tek 3% zbog bolje kvalitete goriva. NAPOMENA: VOC hlapivi organski spojevi može ih se smatrati ugljikovodicima. Dijelimo ih: metan (HC4) nemetanske hlapljive organske spojeve (NMVOC) Promet i ekologija 20

21 30 % Redovita kontrola i podešavanje vozila 15 % Čišća, bolja goriva 2 % Smanjenje graničnih vrijednosti emisije za nova vozila Tablica 4.: Potencijal smanjenja emisija štetnih komponenata u SAD u / 21 / Quelle US - EPA TRENDOVI SMANJENJA EMISIJA : preventivne mjere (eko test i sl.) smanjenje potrošnje fosilnih goriva poboljšanjem kvalitete goriva primjenenom alternativnih goriva tehnološkim usavršavanjem motora ekonomskim poticajima Promet i ekologija 21

22 Dva osnovna načina redukcije : (Hrvatska) podešavanje rada postojećih motora i njihovo dovođenje u ispravno stanje Zamjena voznog parka s novijim ekološki prihvatljivijim voznim parkom s REG KAT ZAKONSKI PROPISI: Prve propise donio je kralj Eduard I godine, a ispitivanja su počela u ranim pedesetim godinama u SAD Stalno smanjenje štetnih tvari imperativ automobilske industrije Najstrože zakone propisuje Kalifornija Najniže granice dopuštenih emisija u Kaliforniji propisuje SULEV norma koja je stupila na snagu godine Promet i ekologija 22

23 U Kaliforniji postoji dugoročni program uvođenja novih vozila u promet koja će s vremenom imati sve niže emisije. Programski su ta vozila nazvana specifičnim nazivima: TLEV ( Transitional Low Emission Vehicles ) : Dopuštene granice emisije po ovoj kategoriji uvedene su Cilj je bio smanjiti emisiju komponenata koje doprinose stvaranju ozona ( razni ugljikovodici ). LEV ( Low Emission Vehicles ) : Treba zamijeniti TLEV od Propisane granice emisije tako su niske da zahtijevaju dodatne mjere tehničkih rješenja za smanjenje sirove emisije, povećanje učinkovitosti katalizatora i uvođenje alternativnih goriva. ULEV ( Ultra Low Emission Vehicles ) : Predviđalo se postupno uvođenje od godine. Previđene granice dopuštene emisije još su niže od granica LEV a i moguće ih je dostići samo s novom tehnikom smanjivanja emisije i alternativnim gorivima. ZEV ( Zero Emission Vehicles ) : Predviđalo se da bi se od počelo s 2% udjela novih vozila, čija bi emisija organskih plinova bez metana bila NMOG = 0,00 g/km ( NMOG = Non Methan Organic Gas ). Tehnički je vrlo teško postići te vrijednosti, aosobito dopuštenu emisiju neizgorjelih ugljikovodika. Približno zadovoljavjuću razinu emisije moguće je postići jedino ukupnim mjerama na motoru i izvan njega Promet i ekologija 23

24 Tablica 5.: LEV propisi u državi Kaliforniji /12/ Promet i ekologija 24

25 Tablica 6.: Kalifornijski standardi za ispušne plinove lakih vozila za god. FTP 75, g/mi /14/ Promet i ekologija 25

26 Tablica 5.: Standardi Eu za ispušne plinove osobnih vozila g/km Promet i ekologija 26