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 10.10.2011 Promet i ekologija 1
U 2000. 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 2050. 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) 10.10.2011 Promet i ekologija 2
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. 10.10.2011 Promet i ekologija 3
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 10.10.2011 Promet i ekologija 4
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) 10.10.2011 Promet i ekologija 5
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 10.10.2011 Promet i ekologija 6
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) 10.10.2011 Promet i ekologija 7
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 2 10.10.2011 Promet i ekologija 8
Do 2012. 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 2007. god. doprinos sektora promet ukupnoj emisiji stakleničkih plinova iznosio je u RH 20,3 % 10.10.2011 Promet i ekologija 9
u tisućama tona Slika 4.: Razvoj i prognoza emisija NO X za Njemačku do 2010. god. u tisućama tona Slika 5.: Razvoj i prognoza emisija čestica za Njemačku do 2010. god. 10.10.2011 Promet i ekologija 10
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 10.10.2011 Promet i ekologija 11
UČINCI ZAGAĐENOG ZRAKA na čovjeka (bolesti respiratornih organa: rak, astma, bronhitis,) na biljke akutni i kronični na materijale (korozija, oštećenja pročelja zgrada) 10.10.2011 Promet i ekologija 12
Neke štetne tvari zraka i njihovo djelovanje na ljudsko zdravlje
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 / 10.10.2011 Promet i ekologija 14
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: 10.10.2011 Promet i ekologija 15
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 10.10.2011 Promet i ekologija 16
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 1997. godine 10.10.2011 Promet i ekologija 17
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 10.10.2011 Promet i ekologija 18
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 + + + + 2. Emisija CO pri praznom hodu + 3. Emisija plinova iz kućišta motora + + 4. Emisija od isparavanja + 5. Trajnosti dijelova uređaja za smanjenje emisije štetnih tvari + + 10.10.2011 Promet i ekologija 19
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) 10.10.2011 Promet i ekologija 20
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 10.10.2011 Promet i ekologija 21
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 1300. 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 2003. godine 10.10.2011 Promet i ekologija 22
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 1994. Cilj je bio smanjiti emisiju komponenata koje doprinose stvaranju ozona ( razni ugljikovodici ). LEV ( Low Emission Vehicles ) : Treba zamijeniti TLEV od 1997. 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 1997. 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 1998. 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. 10.10.2011 Promet i ekologija 23
Tablica 5.: LEV propisi u državi Kaliforniji /12/ 10.10.2011 Promet i ekologija 24
Tablica 6.: Kalifornijski standardi za ispušne plinove lakih vozila za 2003. god. FTP 75, g/mi /14/ 10.10.2011 Promet i ekologija 25
Tablica 5.: Standardi Eu za ispušne plinove osobnih vozila g/km 10.10.2011 Promet i ekologija 26