Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 46 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) 2

Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme

Doc. Michal Vojtíšek, M.S., Ph.D.

Centrum vozidel udržitelné mobility Fakulta strojní, ČVUT v Praze EU LIFE+ projekt MEDETOX, Technická univerzita v Liberci [email protected] Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to tel. (+420) 774 262 854 sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

1

Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 406 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody „jen“ 39 tisíc)

Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

2

Přehled problematických látek • Částice

+ sekundární aerosol

• NOx

+ tvorba troposférického ozonu

• CO, benzen, olovo – přestávají být problém Nové problémy: • NO2

- tvorba v oxidačních katalyzátorech

• NH3

- tvorba v redukčních a třícestných kat.

• Aldehydy - kyslíkatá paliva (etanol) Skleníkové plyny • N2O

- redukční katalyzátory v určitých režimech

• CH4

- motory na zemní plyn a bioplyn, LNT kat.


3

Potenciál technologie filtru částic: 1011 částic / kWh odpovídá (5-10 m3/kWh) 10-20 tisíc částic na cm3. To je méně než podél silnic v ovzduší.

EURO 5 – DOC, DPF (particle filter), no SCR 2012 Iveco Daily, 3.0-liter Iveco engine

Emissions of particulate matter very low even during 1-hour idle and generally well below 1 mg/m3


4

Měření emisí nákladního vozu Euro 6 Reálný provoz okolo Prahy Kondenzační čítač částic

FTIR MEDETOX TU v Liberci

akumulátory a měnič

3 tuny závaží (celk. náklad 3,5 t = 58%) celková hmotnost 12 t okamžitá hmotnost 9,5 t

FTIR CVUM ČVUT v praze


5

Emise částic (včetně < 23 nm a volatilních) Nákladní vůz, dieselový motor Euro 6 Říčany – Kostelec nad Černými Lesy, listopad 2015 Kumulativní emise částic (včetně volatilních, > 5 nm)

počet emitovaných částic

8.E+11

Emisní limit Euro 6: 6 x 1011 částic/kWh při spotřebě 20 litrů/100 km, 830 g/litr a 220 g/kWh ~ 4.5 x 1011 částic na km

7.E+11 6.E+11 5.E+11 4.E+11

Jízda_1

3.E+11

Jízda_2 Jizda_3 Jizda_4

2.E+11 1.E+11 0.E+00

Dráha [km]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20


22

6

24

26

28

Koncentrace částic ve výfukovém potrubí Nákladní vůz, dieselový motor Euro 6 Říčany – Kostelec nad Černými Lesy, listopad 2015 Koncentrace částic na centimetr krychlový

Jízda_1

30000

Jízda_2 Jizda_4

(data z projektu UFIREG)

20000 3

PM [1/cm ]

Jizda_3

Roční průměrné městské pozadí Praha-Suchdol

25000

15000

10000

5000

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Dráha [km] Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

7

24

26

28

Spořilov – koncentrace nanočástic 26.3. jižní strana pěší lávky přes 5. května vs. Celkový počet částic, Řimnáčová a kol., Atmos. Environ. 2011 vs. UFIREG 2012 (7th Newsletter, zde rozdávaný) 6-7 tis. částic na cm3 – průměr 2012 Augsburg, Dresden, Praha, Ljubljana 5-100 nm 5-20 nm

částice počet / cm3

1000000

5-40 nm 5-560 nm 100000

10000 šum při převozu přístroje filtrovaný vzduch 1000 10:53:00

10:58:00

11:03:00

11:08:00

11:13:00

11:18:00

11:23:00

11:28:00

7 tis. částic na cm3 – průměr 2008-2009 Praha-Suchdol 14 tis. částic na cm3 – křižovatka Praha-Suchdol 20-40 tis. částic na cm3 – Jižní Spojka – těsná blízkost Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

8

Filtry částic

(účinnost 90 až 99,99%)

Vstupní strana

Výstupní strana


9

Filtr částic

A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (2010) 1658–1670


10

Filtr částic

A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (2010) 1658–1670


11

Real driving emissions tests Instrumentation: particle classifier (EEPS), mini-PEMS, batteries

Rotating disc microdiluter, (150 C, DR 300:1) sampling from the tailpipe -> -> EEPS (5-560 nm, 1 Hz) Vojtisek et al., butanol blends in Euro 6 DISI - emissions ICE 2015 Intl. Conference on Engines and Vehicles Capri, Napoli, Italy, September 14, 2015

12 2015-24-2513

Instantaneous PN emissions along the test route 5017 5016 5015 5014 5013 E0 E15 nBu25 iBu25

5012 5011 5010 5009 5008 5007 1405

1407

1409

1411

1413

1415

1417

1419

Vojtisek et al., butanol blends in Euro 6 DISI - emissions ICE 2015 Intl. Conference on Engines and Vehicles Capri, Napoli, Italy, September 14, 2015

1421

1423

13 2015-24-2513

Gas-1

0.18

Gas-2

0.16

Gas-3

0.14

E15-1

0.12

E15-2

0.08 0.06

E15-1

iBu-1

iBu-2

15

25

80 60 40 20 0 0

5

10

20

30

35

40

350

iBu-1

325

iBu-2

300

0.02 0.00 10

50

55

275 250

Gas-2

225

Gas-1 E15-1

200

5

45

elapsed distance [km]

nBu-2

0.04

0

E15-2

100

nBu-1

0.10

Gas-1

nBu-2

120 road speed [km/h]

0.20

Gas-3

nBu-1 140

altitude [m]

EEPS based PM mass [g]

Cumulative emissions

Gas-2

15

20

25

30

35

40

45

50

E15-2

175

55

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

elapsed distance [km] 6.E+14

Gas-1

5.E+14

Gas-1

EEPS total PN [#]

5.E+14

EEPS total PN > 23 nm [#]

Gas-2 Gas-3 E15-1

4.E+14

E15-2 nBu-1

3.E+14

nBu-2 iBu-1

2.E+14

iBu-2 1.E+14

Gas-2 Gas-3

4.E+14

E15-1 E15-2

3.E+14

nBu-1 nBu-2

2.E+14

iBu-1 iBu-2

1.E+14

0.E+00

0.E+00 0

5

10

15

20

25

30

35

elapsed distance [km]

40

45

50

55

0

5

10

15

20

25

30

35

elapsed distance [km] Vojtisek et al., butanol blends in Euro 6 DISI - emissions ICE 2015 Intl. Conference on Engines and Vehicles Capri, Napoli, Italy, September 14, 2015

40

45

50

55

14 2015-24-2513

Dnešní technologie umožňuje velmi nízké emise částic. Jak je využívána v ČR?

Euro 5, kdesi v Praze (bez DPF)

Motor s DPF Nidau, Švýcarsko


15

Filtry částic (DPF) fungují, ale ... jsou v EU normou, nebo jsou privilegiem bohatších a pokrokovějších zemí a regionů? Český inzerát na odstranění DPF z dovezených vozidel


16

Měření emisí autobusů Euro 6 – letiště Hradčany Měření autobusu za provozu – projekt MEDETOX Přenosný FTIR analyzátor – online měření mnoha plynných látek


17

Měření emisí autobusů Euro 6 – letiště Hradčany palivo-dle-ECU [dm3/h]

palivo-dle-CO2 [dm3/h]

NO [mg/s]

NO2 [mg/s]

rychlost [km/h]

120

30

100

20

80

10

60

0

40

-10

20

-20

0

-30 0

300

140

600

900

1200

1500

palivo-dle-ECU [dm3/h]

palivo-dle-CO2 [dm3/h]

NO [mg/s]

NO2 [mg/s]

1800

2100

rychlost [km/h]

20

120

10

100

0 NO [mg/s], NO2 [mg/s]

rychlost [km/h], palivo [dm3/h]

40

NO, NO2 [mg/s]

rychlost [km/h], palivo [dm3/h]

Měření autobusu za provozu – projekt MEDETOX 140 Přenosný FTIR analyzátor – online měření mnoha plynných látek

80

-10

60

-20

40

-30

20

-40

0

-50 0

300

600

900

1200

1500


1800

18

2100

Měření emisí autobusů Euro 6 – letiště Hradčany Průměrné hodnoty Braunschweig cycle: 195 mg/km NOx. Při 37 litrů na 100 km, 220 g/kWh: 162 mg/kWh (Euro 6: 460 mg/kWh)

Limit pro automobily (nafta): 180 mg/km Euro 5, 80 mg/km Euro 6

Průměrné reálné emise automobilu (nafta), Euro 3-5: 1000 mg/km


19

Kongesce a pomalá jízda: Ochlazování katalyzátorů • Průměrná rychlost (30 s průměr) a emise NOx a PM na kg paliva (120 s průměr) • 0.08 g PM/kg paliva odpovídá při 40 t a 32 kg/100 km: 0.025 g PM/km, 0.0006 g PM/t-km • Při jízdě „cestovní rychlostí“ se emise výrazně neliší od limitů Euro 5 i při stáří motoru 109% deklarované minimální životnosti (500 000 km). • Při snížení průměrné rychlosti NOx i PM na kg paliva i spotřeba paliva výrazně narůstají! (např. při 0.2 g PM/kg paliva, 50 kg/100 km: 0.1 g PM/km, 0.0025 g PM/t-km) FS-Nox

Euro 5 equivalents at 250 g/kWh: 2.0 g/kWh ~ 8 g NOx/kg fuel / 0.02 g/kWh ~ 0.08 g PM/kg fuel

FS-PM10000

100

km/h 30 per. Mov. Avg. (km/h)

1000

50

120 per. Mov. Avg. (FS-PM) 120 per. Mov. Avg. (FS-Nox)

0 road speed [km/h]

fuel-specific NOx and PM emissions [g/kg]

100

10

-50

1

-100

0.1

-150

0.01 9:00:00

10:00:00

11:00:00

12:00:00

13:00:00

14:00:00

15:00:00

16:00:00


20

17:00:00

-200 18:00:00

„DieselGate“: Detekuje-li motor, že je testován dle požadavků na typové schválení, plní limity pro NOx, zatímco za jiných podmínek – ale ve stejných provozních režimech - jsou emise NOx vyšší (? - malá úspora paliva či pořizovací ceny) 1600 3.5

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000 120

Euro 5 limit 180 mg/km 100

NEDC-cold-NOx NEDC-hot-NOx road speed

2.5

80

2

60

1.5

40

1

20

0.5

0 km/h

g NOx (NO+NO2)

3

0 0

200

400

600

800

1000


1200 21

-20 1400

„DieselGate“: Detekuje-li motor, že je testován dle požadavků na typové schválení, plní limity pro NOx, zatímco za jiných podmínek – ale ve stejných provozních režimech - jsou emise NOx vyšší (? - malá úspora paliva či pořizovací ceny) NOx [mg/km]

10000

S vozidlem ježděno vně zkušebny 1000

ECE R83

S vozidlem ježděno vně zkušebny

ECE R83

Jiný přípravný cyklus

100

Euro 6 limit NEDC cycle 80 mg/km

NE DC NE DC 3x EU DC NE DC NE DC Ar tem NE is (en DC tire cy cle ) 3x EU DC NE DC NE DC NE DC 2x EU DC NE DC WL TP NE DC co ld EC E1 EC E EU 2 DC EU 1 DC EU 2 DC 3 NE DC NE DC -16 0

10

Typové schválení ECE R83: 3xEUDC, ochlazení, NEDC


22

Širší disparita v NOx emisích: NOx jsou vyšší v jiných provozních režimech než v režimech schvalovacího cyklu 1600

2000

2400

2800

3200

3600

4000 160

0.16 NEDC-cold-NOx 0.14

Avg. 180 mg/km (Euro 5 limit)

NEDC-hot-NOx 120-150-120-150

g/s NOx (NO+NO2)

0.12

140 120

Series5 road speed

100

0.1 80 0.08 60 0.06 40 0.04

20

0.02

0

0 0

400

800

1200

1600

2000


23

-20 2400

Emisní problémy automobilových vznětových motorů v EU Euro 4 Skoda Fabia – vozidlová zkušebna NEDC vs. vyšší výkonové hladiny Nižší zdvihové objemy a turbo: výkon v malých otáčkách zajišťován předávkováním palivem

Emise zhoršeny nízku účinností oxidačního katalyzátoru po delším volnoběhu

Požadavek potřebného přebytku vzduchu je protichůdný požadavku na vysoký výkon

NO emissions - Skoda Fabia turbodiesel

PM concentrations Supplemental tests

50

50

NEDC Run 1

45

Supplemental tests NEDC Run 1

NOx

45

NEDC Run 2

NEDC Run 2

40 fuel delivery rate [relative]

40 fuel delivery rate [relative]

NOx: Použití EGR je protichůdné požadavku vyššího výkonu

35 30 25 20 15 10

30 25 20 15 10

PM

5

35

5 0

0 0

1000

2000 3000 engine rpm

4000

5000

Dlouhý provoz v nízkém zatížení: Zhoršení spalování, vyšší podíl OC v PM, snížení účinnosti katalyzátorů

0

1000

2000 3000 engine rpm

NOx sníženy EGR (recirkulace výfukových plynů)


24

4000

5000

?

Jízda po městě Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor, 103 kW CO2

NOx

PM*10

rpm

km/h

NOx [mg/s], PM*10 [mg/s], CO2 [g/s], speed [km/h]

60 50 40 30 20 10 0 14:13:00

14:15:00

14:17:00

14:19:00

Velká část celkových emisí – krátké epizody s Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

14:21:00

25

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 PM

3

3

2

2

1 0 -1 -2

NO

4

acceleration [m/s 2]

acceleration [m/s 2]

4

1 0 -1 -2

Real-world freeway

-3

ECE 2 (dyno)

-4

Real-world freeway ECE 1

-3

ECE 2 -4

0

20

40

60

80

100

120

road speed [km/h]

140

160

180

0

20

40

60

80

100

120

road speed [km/h]


26

140

160

180

Návrhy opatření na razantní a rychlé snížení emisí oxidů dusíku a částic z motorových vozidel A) Zlepšení technického stavu vozidel 1. Dodržování legislativy výrobcem Vyšetření „DieselGate“, vynucení nápravy či kompenzačních opatření (snížení NOx z jiných zdrojů) 2. Dodržování legislativy provozovatelem Zákaz nezákonných úprav – vytloukání filtrů, demontáž katalyzátorů, zásahy do řídící jednotky 3. Fungující systém technické kontroly Účinné pravidelné a namátkové kontroly za účelem nalezení vozidel s vysokými emisemi a jejich následné opravy nebo vyřazení z provozu Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

27

Návrhy opatření na razantní a rychlé snížení emisí oxidů dusíku a částic z motorových vozidel B) Snížení přetížení dopravní sítě a kongesce Kongesce vede k prudkému zvýšení emisí rizikových látek i skleníkových plynů a doby jízdy, a jejím vznikem klesne skutečný počet vozidel, která sítí projedou. Kritické hodnocení jakýchkoli záměrů vedoucích ke zvýšení intenzivy silniční dopravy - Průmysl s vysokou přidanou hodnotou místo překladišť - Rozvoj ve vnitřním prostoru měst, ne na zelené louce Dodržování cílů již vytyčených v Národní dopravní politice a dalších strategických dokumentech. - Podpora nemotorové a hromadné dopravy - Podpora železniční a vodní nákladní dopravy Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

28

Návrhy opatření na razantní a rychlé snížení emisí oxidů dusíku a částic z motorových vozidel Opatření která nemusejí mít žádaný přínos Ekologická daň pokud stará vozidla jsou nahrazována novějšími, které však mají v reálném provozu vyšší emise Nízkoemisí zóny pokud vinětu či výjimku dostanou vozidla, která v reálném provozu mají vysoké emise Výstavba obchvatů a dálnic pokud tyto povedou k navýšení intenzity dopravy do té míry, že celkové emise se zvýší, a nikoliv sníží pokud podél těchto bude vznikat nízkohustotní zástavba Zemní plyn a další „čistá“ paliva pokud tyto budou mít v reálu vyšší emise než klasika Vojtíšek: Vznětové motory: Emise nás budou zabíjet do té míry, do jaké jim to sami dovolíme. Výbor pro udržitelnou dopravu, Úřad vlády, 14.1.2016

29

Proč jsou emise v reálném provozu vyšší než během testování nových vozidel na zkušebně Poděkování:

EU LIFE+ program, projekt LIFE10 ENV/CZ/651 MEDETOX, "Inovativní metody monitorování toxicity výfukových plynů v podmínkách reálného městského provozu" Grantová agentura ČR, projekt 13-01438S BIOTOX, "Mechanismy toxicity pevných částic z biopaliv" MŠMT Národní program udržitelnosti - NPU I (LO), projekt # LO1311 „Rozvoj Centra vozidel udržitelné mobility“

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

Poděkování - doktorandi: Mgr. Jitka Štolcpartová, PřF UK ing. Vít Beránek, FS ČVUT ing. Luboš Dittrich, FS TU v Liberci ing. Martin Pechout, FS TU v Liberci

Doc. Michal Vojtíšek, M.S., Ph.D. Centrum vozidel udržitelné mobility Fakulta strojní, ČVUT v Praze EU LIFE+ projekt MEDETOX, Technická univerzita v Liberci [email protected] tel. (+420) 774 262 854


30

Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 46 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) 2

Recommend Documents