A bio-üzemanyagok alkalmazásának környezetvédelmi hatásai a helyi buszközlekedésben Dr. Bai Attila egyetemi docens Debreceni Egyetem, ATC, AVK, e-mail:
[email protected]
Az utóbbi időben gyakran felvetődő kérdés, hogy lokálisan és globálisan kedvező hatással vannak-e a bio-üzemanyagok a környezetre. A Renewable Fuels Agency (Megújuló Üzemanyagok Hivatala - RFA) megbízásából 2008-ban készített felmérés a bio üzemanyagalapanyagok származási helye szerint számította ki az esetleges emisszió-megtakarítást. Eszerint a brazil szójaolaj használata 10%-os, a repceolaj 30 %-os, a délkelet-ázsiai pálmaolaj 40 %-os, a brazil cukornád 70 %-os, míg a használt zsiradékok 80 %-os megtakarítást eredményeznek a hagyományos üzemanyagokhoz képes. Ebben nem szerepel az esőerdők esetleges kivágásából származó negatív hatás (Bio Forrás, 2008 szept. 5). A globális hatásokon túlmenően a koncentráltan, a városi környezetben jelentkező károsanyagkibocsátás csökkentése az ott élők egészsége szempontjából viszont legalább ilyen lényeges kérdés lehet.
Magyarországon a közúti közlekedésből származik (Kovács E.,2007): •
a szén-monoxid kibocsátás 80 %-a,
•
a nitrogén-oxid kibocsátás 62 %-a,
•
a szénhidrogén kibocsátás 56 %-a,
•
a kisméretű szállópor (PM10) kibocsátás 30%-a,
•
a széndioxid kibocsátás 20 %-a.
A nagyvárosokban fellépő légszennyezés veszélyének lekerülése érdekében a települések több alternatívával rendelkeznek:
•
A forgalom korlátozása, mely a gépjárművek nélkülözhetetlensége miatt nehezen kivitelezhető, ugyanakkor több európai nagyváros egyes részein bevezették már ezt az intézkedést,
•
A hagyományos üzemanyagok elégetésének tökéletesítése oly módon, hogy ez a lehető legkevesebb károsanyag kibocsátással járjon,
•
Olyan új hajtóanyag alkalmazása, amely a jelenlegi motorkonstrukciókra alapoz és az emissziós határértékei kedvezőbbek a jelenleginél.
A tömegközlekedés egy főre eső fajlagos szennyezőanyag kibocsátása jóval kisebb, mint az egyedi személygépjármű közlekedésé, ráadásul városainkban a csúcsforgalmi időszakokban a forgalmas helyeken mért szennyezőanyagok koncentrációja nem ritkán meghaladja az egészségügyi határértéket. A forgalmas területek közelében élő, dolgozó lakosság körében nagyobb a kockázata a légzőszervi, szív- és érrendszeri megbetegedéseknek. Mindez indokolttá teheti a megújuló energiaforrások felhasználásának vizsgálatát a helyi tömegközlekedésben. Magyarországon a tömegközlekedés személyközlekedésen belüli részaránya nagyobb, mint az EU országaiban, azonban ez a jelenleg még kedvező helyzet folyamatosan romlik. Az elmúlt években a gazdaság átalakulása miatt bekövetkezett munkahely-leépítések, az üzleti élet fokozottabb személygépkocsi használata nagymértékben csökkentette a helyi és helyközi tömegközlekedés használatának igénybevételét. Ez arra utal, hogy a közösségi közlekedés szolgáltatási színvonala ma még nem alternatívája a személygépkocsinak (Fleischer, 1996). Az utóbbi években több központi intézkedés született, amely közvetlenül, vagy közvetetten szolgálja a közlekedési eredetű légszennyezés csökkentését: •
Gépjármű Magyarországon csak az EURO 3-as normának megfelelő emissziós tulajdonságokkal helyezhető forgalomba, 2004. január 1-jével pedig már az átalakítás során beépített motoroknak is teljesíteniük kell ezt a normát (1. Táblázat),
•
Jogszabály rendelkezik a nehéz tehergépkocsik hétvégi forgalmának korlátozásáról,
•
Rendelet írja elő a gépjárművek időszakos kötelező környezetvédelmi ellenőrzését, illetve teszi lehetővé a nehézteher-forgalom kitiltását a településekről abban az
esetben, ha a problémás úttal párhuzamosan létezik elkerülő út, amely autópálya is lehet. 1. táblázat: A nehéz Diesel-motorok emissziójának határértékei az EU-ban
Forrás: Hancsók, 2004 A táblázat adataiból jól látható, hogy az értékek csökkentek, tehát a szabályozások jelentős mértékű szigorodása következett be és ez a tendencia valószínűleg az továbbra is így marad. 1. A debreceni projekt A
„Mobilitási
kezdeményezések
helyi
integrációhoz
és
fenntarthatósághoz”
c.
TREN/04/FP6EN/S07/513562 sz. projekt célja komplex eszközökkel a környezetbarát városi közlekedés megvalósítása, a tapasztalatok átadása és adaptálása. Az ezzel kapcsolatos sokféle tevékenységből – és a pályázott összegből – jelentős részarányt képviselt Debrecenben a bioüzemanyagok (biodízel, biológiai eredetű CNG) használatának vizsgálata a városi buszokban. A program keretében 2005-2009 között a Debreceni Egyetem ATC és a Hajdú Volán együttműködésével, valamint a Debreceni Polgármesteri Hivatal koordinálásával, a Hajdú Volán Zrt gázüzemű buszparkjának fejlesztésére, valamint jelentős előkészítő munkát
követően a biodízel kísérleti alkalmazására került sor 2008 tavaszán. A programban eredetileg szerepelt a Városi Szennyvíztisztító Telepen és a Szilárdhulladék-lerakó Telepen képződő biogáz tisztításából származó bio-CNG felhasználása is hajtóanyagként, ez azonban a tulajdonjogi viszonyok megváltozása miatt nem valósult meg. Az értékesítést a gazdaságossági szempontok mellett azzal indokolták, hogy a hatályos környezetvédelmi előírások szerint a depóniagáz teljes mennyiségének hasznosítását is előírják, amire a kísérleti hajtóanyagcélú alkalmazás nem nyújtana garanciát. Ez amiatt különösen is sajnálatos, hogy a tiszta gázmotor környezetvédelmi paraméterei messze megelőzik a dízelmotorok emissziós értékeit, tehát ebből a szempontból itt várhattuk volna a legnagyobb károsgáz-emisszió megtakarítást. A Közlekedéstudományi Intézet (KTI) mérései alapján a gázmotor károsanyag kibocsátása az EURO III norma határértékeit teljesítik, a szennyező hatása a jelenleg hazai forgalomban
üzemelő
belsőégésű
motorok
közül
az
egyik
legkisebb,
ugyanis
koromkibocsátása a legmodernebb dízelmotorokénál is kevesebb.(1.ábra) 1. ábra: Különböző autóbuszmotorok károsanyag-kibocsátása
Forrás: www.kti.hu További, környezetvédelemben jelentkező előny, hogy a gáz-levegő tökéletes keveredésének köszönhetően csökken az olajfogyasztás is, az olajcsere-periódus megduplázódik, tehát kevesebb fáradtolaj keletkezik a gázüzemű járművek üzemeltetése során.
2. A biodízeles kísérletek lefolyása Az autóbuszok károsanyag-kibocsátásának vizsgálata AVL DiCom 4000 típusú kipufogógáz elemző műszerrel történt. A mérőműszert a Hajdú Volán Zrt elsősorban környezetvédelmi igazolólapok
kiállítása
céljából
használja
saját
járműveinél.
A
mérőműszerrel
a
környezetvédelmi igazolólap kiállításához szükséges mérési elvet alkalmazta. Dízelüzemű járművekhez a füst (vagy más néven opacitás) [%] és az ún. K érték (fényelnyelési együttható) [m-1] jellemzőit mérik. A vizsgált 5 busz az EURO 2-es kategóriába tartozik, közöttük szóló és csuklós járművek is előfordultak. Minden egyes autóbusz a biodízel teszteket megelőzően soron kívüli átvizsgáláson esett át, ahol a jármű teljes átvizsgálásán felül olajszűrő és levegőszűrő ellenőrzés, illetve szükség esetén csere is történt. A tényleges üzemi és próbapadi mérések 2008. április 10-június 2 között folyamatosan zajlottak le. Összességében 2400 l biodízelt használtunk fel, 10, 20 és 50 %-os biodízelkoncentrációban és ezeket hasonlítottuk össze a normál (4,4 % biodízelt tartalmazó) gázolajjal, különböző életkorú, de azonos típusú buszokban. A kísérletek lefolyása következőképpen zajlott: •
2008 április 10-21 között 10 %-os keverék (2000 l keverék üzemanyag felhasználása),
•
2008 április 22-május 15 között 20 %-os keverék (5600 l keverék üzemanyag felhasználása),
•
2008 május 16-június 2 között 50 %-os keverék (3600 l keverék üzemanyag felhasználása.
Az autóbuszok üres gázolajrendszere a bekevert 10 és 20%-os gázolaj-biodízel keverék üzemanyaggal teljes egészében feltöltésre került. A motorok védelmében azonban a 20%-ról 50%-ra való áttérés fokozatosan valósult meg. A 20%-os bekeverésű üzemanyagra folyamatos 50%-os keverék rátankolással lett növelve a koncentráció. Az autóbuszok mindennap tankoltak, így a folyamatos rátankolásokkal naponta megközelítőleg 10%-al nőtt az üzemanyagtankban a keverék biokomponens tartalma. A mérések során a cél az volt, hogy minél több jellemző kerüljön mérésre, így a dízelüzemben nem szokásos, ugyanakkor benzinüzemben kötelezően előírt CO [tf%] és CH [ppm] határértékek mérése is megtörtént.
3. A biodízel alkalmazásának környezetvédelmi hatásai A mért adatok alapján a K-érték1 minden esetben, a CO teljes fordulatszámon, a füst alapjáraton 50 %-os koncentrációnál csökkenti jelentős (33-59 %-os) mértékben a károsanyag-kibocsátást, egyéb esetekben számottevő csökkenés nem tapasztalható. A mért értékekben általánosságban következetes csökkenés vagy növekedés, illetve tendencia nem vehető észre. A mérés során alkalmazott mérőműszer, valamint a mérési metodika minden mérés során azonos volt, ennek ellenére a legtöbb káros-anyagnál, illetve autóbusznál nem mutatható ki nagymértékű (sőt olykor egyértelmű) változás a különböző keverési arányok károsanyag-kibocsátásai között. Méréseink eredményei a 2. táblázatban találhatók a kísérletekben résztvevő buszok kibocsátási értékeinek átlagolásával. 2. táblázat: A kísérlet során vizsgált buszok átlagos emisszió kibocsátási értékei 10%-os
20%-os
50%-os
Dízel
keverék
keverék
keverék
1,033
1,033
0,900
0,575
fordulatszám
3,950
2,300
4,050
4,075
alapjárat
0,023
0,015
0,015
0,015
fordulatszám
0,225
0,028
0,048
0,093
alapjárat
0,013
0,008
0,010
0,010
fordulatszám
0,048
0,055
0,053
0,020
alapjárat
1,350
1,467
1,475
1,525
fordulatszám
3,100
3,567
2,850
2,325
alapjárat
13,750
10,333
12,250
13,000
19,250
14,667
18,000
15,500
Megnevezés alapjárat Füst
K-érték (m2) CO (térf. %) CO2 (térf.%) HC (ppm)
1
teljes
teljes
teljes
teljes
teljes fordulatszám
Fényelnyelési együttható, amely megmutatja hogy 1 négyzetméteren mennyire szennyezett szilárd részecskékkel a kipufogógáz.
Környezetvédelmi szempontból a füst színe fehérebb, jellegzetes olaj-illata van, a szilárd részecskék
koncentrációja
és
a
szénhidrogén-kibocsátás
egyértelműen,
bár
a
koncentrációváltozással nem arányosan csökkent a dízelüzemhez képest. Bizonytalan a méréseink alapján a biodízel-koncentráció változásának hatása a szénmonoxid és széndioxidkibocsátásra, utóbbinál a 10 %-os keverék esetén mindegyik busznál emelkedett a károsanyag-kibocsátás a dízelüzemhez képest, utána viszont általában csökkenés következett be. A norma szerinti határértéket egyik mérésünk eredményei sem lépték túl. A kibocsátás növekedése ezeknél a gázoknál valószínűleg nem a koncentrációval, hanem az első alkalmazással áll összefüggésben, amit alátámasztanak a későbbi, nagyobb biodízelkoncentrációval elvégzett kísérletek jóval alacsonyabb emissziós adatai is.
A értékelés nehézségeit a szórásnál kapott értékek is alátámasztják, melyek között csak néhány eredmény adott szignifikánsnak tekinthető összefüggést. A 7. táblázatban található értékek az egyes autóbuszokon mért értékek átlagos szórását mutatják be az átlagértékhez képest. A kivastagított esetek kivételével meglehetősen nagy – esetenként 100%-ot is meghaladó mértékű – eltérések jelentkeztek a különböző járműveken mért értékek között. 1. Táblázat: Az emissziós értékek relatív szórása Megnevezés
Dízel
10%-os keverék
20%-os keverék
50%-os keverék
alapjárat
0,53
0,53
0,40
1,06
teljes fordulatszám
0,59
0,00
0,37
0,67
alapjárat
0,65
0,87
0,40
0,40
K-érték teljes fordulatszám
1,27
1,14
1,23
0,71
alapjárat
0,38
0,63
0,00
0,00
teljes fordulatszám
0,75
1,42
1,47
0,40
alapjárat
0,10
0,08
0,12
0,08
teljes fordulatszám
0,28
0,35
0,32
0,47
alapjárat
0,35
0,20
0,31
0,24
teljes fordulatszám
0,40
0,17
0,25
0,41
Füst
CO CO2 HC
Összességében a kibocsátási értékek egyértelműen kedvező irányba változtak a füst, a K-érték és a szénhidrogén-kibocsátás értékei, a CO és CO2 vonatkozásában a kisebb koncentrációknál a mérések alapján nem, vélelmezhetően azonban szintén kisebb lesz az emisszió, az alkalmazás időtartamának előrehaladtával. Környezetvédelmi szempontból tehát feltétlenül indokolt lenne a tömegközlekedésben a biodízel akár 50 %-os koncentrációban történő
alkalmazása is – vizsgálataink szerint ennek motorikusan sem lennének hátrányos következményei
-,
gazdasági
szempontból
azonban
a
jelenlegi
jogi-közgazdasági
körülmények között számításaink alapján sajnos még nem lenne indokolt az alkalmazása. Felhasznált szakirodalom 1. Bai A (altéma-felelős): A bio-üzemanyagok alkalmazásának tapasztalatai a debreceni tömegközlekedésben. Összefoglaló tanulmány. Közreműködők: Grasselli G, Kormányos Sz, Szendrei J, Teleki A, Bói S.. European Commission. 6th Framework Programme on Research, Technological Development and Demonstration Mobilis 513 562 Integrated Project. Mobility Initiatives for Local Integration and Sustainability. WP5 Clean and Energy Efficient Vehicles. Koordinátor: Debrecen MJV Önkormányzata, Toulouse-i Önkormányzat. Debrecen, 2008 szeptember 1, pp. 1-164, 2. Fleischer T.: Városi közlekedési kérdések egy környezetbarát magyar közlekedéspolitikában. Előadás a Mátrafüreden 1996 június 26-28 között rendezett II. Városi Útgazdálkodási Konferencián 3. Hancsók J: Korszerű motor- és sugárhajtómű üzemanyagok III. Alternatív motorhajtóanyagok. Veszprém Egyetemi Kiadó, Veszprém, 2004. 4. Kovács
E.:
Gépjárművek
légszennyezőanyag
kibocsátásra
vonatkozó
környezetvédelmi követelmények alakulása. GÉMOSZ konferencia, Galyatető, 2007. 05. 17-18. 5. www.kti.hu 6. www.servian.hu/article.php?id=8721&langID=1#kezdet. Bio Forrás, 2008/15. szám
