Közlekedési emissziók időbeli változása nagy forgalmú ausztriai alagútban végzett mérések alapján

LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM

2.1

Közlekedési emissziók időbeli változása nagy forgalmú ausztriai alagútban végzett mérések alapján Tárgyszavak: levegőszennyezés; közúti alagút; benzol; nemmetán-szénhidrogének; részecskék.

Az alagutak közlekedési viszonyait, reális vezetési feltételek mellett, az első kísérleti eredmények közzététele, 1979 óta rendszeresen vizsgálják. A gépjárművek kibocsátása az évek során nagy mértékben változott és változik: − a járműgyártás fejlődése, − a dízel és benzin üzemanyagok relatív használatának alakulása, − az emissziócsökkentő és − az elektronikusan szabályozott üzemanyag-adagoló rendszerek, továbbá − katalizátor nélküli kis teljesítményű járművek (light-duty vehicles, LDV) bevezetése, ill. ezek arányváltozása a nagy teljesítményűekhez (heavy-duty vehicles, HDV) viszonyítva. A gépjárműpark összetétele a tekintetben különbözik az európai országokban pl. 1997-ben az LDV-járműveknek Ausztriában 26, Németországban 14, Svájcban csak 3%-a volt személyautó. Bécsi egyetemi kutatók Salzburg tartományi kormányával együttműködve 1997 októberében a Tauern-alagútban a gépjármű kipufogógázok valamennyi meghatározó komponensére: szén-dioxid (CO2), szén-monoxid (CO), nitrogénoxidok (NOx), kén-dioxid (SO2), összes illékony szerves vegyület (total volatile organic compounds, TVOC), szilárd részecskék, egyedi szénhidrogének – aldehidek, benzol, toluol, xilolok (BTX), etil-benzol átfogó mennyiségi és megoszlási vizsgálatokat végeztek, a hétköznapi és vasárnapi forgalom és az LDV: HDV-arány függvényében. Az eredményeket összehasonlították más időpontban, de ugyanazon mintavételi módszerrel nyert, valamint az USA néhány alagútjában, hasonló körülmények közt gyűjtött mérési adatokkal.

Kísérleti feltételek és módszerek A Tauern-alagúton halad át a Németországot Olaszországgal összekötő egyik legforgalmasabb autópálya. Az Alpok Hoher Tauern vonulata alatt húzódó 6400 m hosszú alagút emelkedése az északi és déli kapuja (1244–1340 m) között 1,5%. A forgalmi pálya kétsávos, elválasztás nélküli. Az alagút négy külön szellőzőrendszerekkel bíró szakaszra van osztva. A méréseket az alagút közepén a két belső szakasz határánál végezték, amelyekből egy-egy szellőzőakna egy 1800 m-en fekvő legelőhöz vezet, a két külső szakasz kapuinál szellőzőberendezés működik. Ez a rendszer jó keveredésről gondoskodik, ami egyenletessé teszi a szennyezők koncentrációját az alagútban. A szellőzés mértékét a CO-koncentráció és a látási viszonyok alapján szabályozzák, de a mérések időtartamára állandó, 50 m3/s · km-es áramlást tartottak fenn. Ugyancsak osztrák kutatók készítettek mérés sorozatot a Tauern-alagút ugyanazon pontján 1988-ban, nem sokkal a katalizátoros autók európai bevezetése után, 95 m3/s · km.ventilációs légáram mellett. A mintákat − gázvizsgálathoz az út felszínétől számított 3,5 m, − az aeroszolok koncentrációméréséhez 2 m magasságban vették mindkét vizsgálati programhoz. 1997. október 2-án (hétköznap) ködös, nedves, 5-én vasárnap napos idő volt, az alagútban mindkét napon 23 °C-os hőmérséklettel és 36, ill. 24%-os relatív nedvességtartalommal. Az 1988. évi mérések – szeptember 16, ill. 18. – alkalmával, változékony idő mellett az alagútban 17,2, ill. 19,6 °C-ot mértek. Az itt ismertetett vizsgálathoz forgalomszámlálás céljából a kilépésnél készült videofelvételekről utólag készítették el a szükséges statisztikát, megkülönböztetve a járművek nyolc típusát a motorkerékpártól, az autóbuszok és a nehéz teherautóig. Megoszlási eredmények: − a HDV-típusok aránya hétköznap 17,6, vasárnap 2,4%, − a személyautók közt a dízelhajtásúak aránya 18%, ezen belül a csekély kibocsátású kategóriáé 43% volt, − a benzinhajtású LDV-k 60%-a működött katalizátorral. A járművek mindkét napon csaknem állandó, csupán 74 és 78,5 km sebességgel haladtak át. A második vizsgálathoz kézi úton elemezték a forgalmat. A járművek 9, ill. 4%-a volt HDV-típusú, 63, ill. 64 km/h átlagos sebességgel közlekedtek. Az alagúton 30 perc alatt − 1988-ban hétköznap 717, vasárnap 541, − 1997-ben hétköznap 465, vasárnap 477 gépjármű haladt keresztül (1., 2. táblázat)

1. táblázat A Tauern-alagútnál 1997-ben végzett forgalomszámlálás megoszlási eredménye Járműbesorolás

Eredet, % Ausztria

Németország

Egyéb EU- Nem EUországok országok

Kis teljesítményű járművek, LDV

34

54

5

7

Nagy teljesítményű járművek, HDV

44

18

25

13

Összetétel – dízelhajtású kis kibocsátású – egyéb dízelhajtású – benzinhajtású, katalizátor nélküli – benzinhajtású katalizátoros járművek

16 10 27 47

3,5 10,5 36 50

2,6 0,4 22 75

2. táblázat A Tauern-alagúton fél óra alatt áthaladt járművek száma típusonként Személyautó

Hétköznap 14,00 14,30 15,00 15,30 16,00 16,30 17,00 17,30 Átlag Vasárnap 10,00 10,30 11,00 11,30 12,00 12,30 13,00 13,30 Átlag

Személyautó utánfutóval

Kis teherautó

Nagy teherautó

Nagy teherautó utánfutóval

Vontató

Autóbusz

Motor- Összekeréksen pár

305 364 294 335 342 343 292 321 325

10 13 16 8 14 13 10 14 12

33 41 39 33 49 52 48 54 44

21 11 20 15 15 11 13 9 14

20 23 21 32 19 16 19 15 21

28 37 43 44 56 44 37 45 42

0 5 6 5 8 6 4 4 3

3 10 0 8 0 0 0 2 3

420 504 439 480 503 485 423 464 465

364 416 433 377 400 472 457 418 417

8 4 11 10 15 12 16 14 11

22 23 33 28 37 45 31 39 32

1 4 0 0 1 2 1 2 1

0 0 0 0 0 2 0 0 0

4 4 6 2 5 7 5 1 4

11 3 14 6 6 7 4 8 7

2 1 1 0 15 1 4 0 3

412 455 498 423 479 548 518 482 477

Elemzések, számítások Környezeti elemzések elvégzésére szolgáló légkondicionált konténerekre helyezett műszerekkel mértek fokozatosan az elszívott levegőben az alábbi elveken, ill. módszerekkel − CO2 (nem diszperzív IV-spektroszkópia), − SO2 (UI-fluoreszcencia), − CO (nem diszpenzív IV-spektroszkópia), − NOx (kemilumineszcencia/molibdén-konverter) − TVOC, NMVOC, azaz összes vagy kis molekulájú illékony szerves vegyületek (lángionizálás), − aldehidek (dinitro-fenilhidrazin-származékká alakítva, folyadékkromatográfia diódasorral), − NMHC, azaz kis molekulájú szénhidrogének (kromatográfia), − BTX, azaz benzol, toluol, xilolok, valamint n-hexán és n-dekán (oszlopkromatográfia). A kibocsátás mértékének (az emissziós rátának) kiszámításához ismerni kell az adott kipufogógáz-komponens koncentrációját, az elszívott és a friss levegőben, a ventilációs áramlást, az alagúton áthaladt árművek számát. Eszerint az i komponens emissziós rátájának 30 perces átlaga, mg/km · jármű: Ei =

Ci V K

ahol: Ci: az i komponens alagútban és friss levegőben mért koncentrációjának különbsége; V: ventilációs áram, m3/km; K = az áthaladt járművek száma Eredmények, értékelés Az alagútban tetemesen megemelkedik valamennyi légszennyező gáz koncentrációja, többé-kevésbé követve a forgalom (a járműszám) változásait (1. ábra), a korrelációs együttható, r = 0,61 és 0,82 között változik. A CO-ra mért r = 0,41 a szén-monoxidnak kb. 50%-át kibocsátó erősen szennyező autók (kb. 10%) rendszertelen megjelenésének tulajdonítható. Mivel az alagúton átmenő forgalom számszerűen hasonló hétköznap és vasárnap, az egyes káros kibocsátások közti nagy eltérések minőségbeli különbségekre vezethetők vissza. A LD- és HD-jármű típusok hozzájárulását az átlagos emisszióhoz egy 1996-ban, amerikai szerzők által ismertetett regreszsziós módszerrel számították ki. Eszerint a meghatározott HDV-arányú forgalmi összetételekhez hozzá kell rendelni egy adott típuson végzett mérésből ismert emissziós rátát, majd a HD% és az emissziós ráta lineáris össze

függés alapján 0 és 100 közé lehet interpolálni a keresett értéket. Megállapítható, hogy a CO-, CO2-, NOx-, SO2- és szilárdrészecske-emissziók nagyrészt HDV-któl, az illékony vegyületek kibocsátásai főleg LDV-ktől származnak.

CO[µg m-3], NOx [µg m-3]

az áthaladt járművek számának fél órás átlaga, szám/h CO2 [mg · m3], SO2 [µg · m3]

járműszám/h CO2, mg/m3 SO2, µg/m3

CO, µg/m3 NOx, µg/m3

időpont hétköznap

vasárnap

1. ábra Félórás forgalmi és koncentrációátlagok a Tauern-alagútban (1997) Az 1997. és 1988. évi vizsgálati eredményeket összehasonlítva a legszembetűnőbb a különbség a CO és a kis molekulájú illékony vegyületek (NMVOC) kibocsátása között a katalizátoros autók elterjedése kilenc év alatt közel 90%-kal csökkentette az értékeket, ennek megfelelően a katalizátoros autók aránya 0-ról 60%-ra nőtt. Az egyébként is alacsony SO2-emissziókon nem tükröződik ez a különbség, az NOx-értékeken pedig nem javítottak a katalizátorok: továbbra is nagy az emisszió (megjegyzendő azonban, hogy az átlagértéket a járműösszetétel alakítja, tehát egy kedvező műszaki eredményt lebonthat egy rosszabb típus megnövekedett aránya az áthaladó „konvojban”). Nagyobb időtáv átfogása céljából régebbi adatokat is bevontak az összehasonlításba, mégpedig észak-amerikai alagutakban 1981. és 1996. év között közölt közlekedési mérési eredményeket. (A viszonyok a szintkülönbséget és a járművek megengedett haladási sebességét tekintve csaknem azonosak voltak).

A változások jellemzésére alkalmas egy az időben erősen és egy alig változó szennyező kibocsátásból képzett hányados CO/NOx és NMHC/NOx (3. táblázat). A Tauern-alagútban a CO/NOx hányados csökkenése 1988 és 1997 között örvendetesen nagy. A hányados amerikai alagutakban mért kisebb értékei a katalizátoros autók nagyobb arányának köszönhetők (ez pl. a Gubrist-alagútban 67%). Másfelől az autók karbantartása is jelentősen befolyásolja a CO/NOx viszony értékét. 3. táblázat CO/NOx és NMHC/NOx tömegarányok összehasonlítása CO/NOx

Tauern, 1988 Tauern, 1997

Tauern, 1997 Gubrist (USA), 1998 Fort McHenry (USA), 1996 Tuscarora (USA), 1992 Cassiar

NMHC/NOx

hétköznap

vasárnap

hétköznap

vasárnap

6,61±1,31 0,8±0,21

6.99±0,60 2,12±0,44

0,73±0,15 0,05±0,02

0,79±0,07 0,24±0,06

HDV

LDV

HDV

LDV

0,47±0,13 0,08±0,15 0,68±0,20 0,31±0,08 –

4,84±1,29 3,96±0,50 7,8±1,1 1,3±8,5 5,05±0,44

0,004±0,0002 0,02±0,02 0,11±0,03 0,035±0,010 –

0,63±0,24 0,43±0,05 0,76±0,14 0,76±0,53 0,20±0,11

Az NMHC/NOx hányados 1988-hoz képest jobban csökkent az előbbinél, különösen munkanapokon. Optimális értékére 1997-ben 1,6-ot állapítottak meg. Kis illékony molekulák kibocsátása Aldehidek kibocsátása a Tauern-alagútban vasárnap és hétköznapokon hasonló, kivéve a propion- és krotonaldehidet, amelyeknek hétköznapi magas értéke a könnyű járművek (LDV) megszaporodását jelzi. A Tauern-alagútban − a NMVOC-koncentráció kilenc év alatt 90%-kal, − a benzolé és a toluolé szintén 90%-kal, − a formaldehidé és az acetoné 30%-kal csökkent. A NMVOC-emissziókból a BTX-csoport hétköznap 26, vasárnap 30%-ot képvisel, ezen belül a toluolé a legnagyobb arány. Nagy mértékben csökkent 1988 és 1997 között a hexánkibocsátás is.

Ebben az időszakban Európában közel nulláról indulva mintegy 60%-ra nőtt a katalizátoros autók és benzinnel hajtott gépjárművek aránya, s ez a szén-dioxid és a kis molekulájú illékony szerves vegyületek emissziójának 90%-os csökkenését eredményezte, viszont gyakorlatilag nem befolyásolta az NOx-koncentrációt az alagút levegőjében. A légzőszervekre legártalmasabb méretű szilárd részecskék („PM10”) kibocsátása tekintetében jó eredménynek tekinthető, hogy kilenc év alatt nem lett nagyobb, holott a kis teljesítményű gépjárművek (LDV) csoportjában 18%-ra nőtt a dízelhajtásúak aránya. Az itt ismertetett eredmények figyelmet érdemelnek az emissziós határértékek szigorítására vonatkozó EU-megbeszélésekben. Tekintettel a nehéz járművektől származó évek óta nem vagy alig mérséklődő közlekedési NOxés PM10-emissziókra, ezek kipufogórendszerére vonatkozólag azonnal kellene intézkedni. Ezután szükség volna a különféle járműcsoportok – személyautók, teherautók, vontatók, motorkerékpárok – emissziós határértékeinek közelítésére. (Dr. Boros Tiborné) Schmid, H.; Pucher E. stb.: Decadal reductions of traffic emissions on a transit route in Austria – results of the Tauerntunnel experiment 1997. = Atmospheric Environment, 35. k. 21. sz. 2001. júl. p. 3585–3593. Sjödin, A.; Persson, K. stb.: On-road emission factors derived from measurements in a traffic tunnel. = International Journal of Vehicle Design, 20. k. 1–4. sz. 1998. p. 147–158. Weingartner, E.; Keller, C. stb.: Aerosol emission in a road tunnel. = Environmental Science and Technology, 31. k. 1997. p. 451–462.

EGYÉB IRODALOM Keresztényi I.; Rákosi P.: Levegőtisztaság-védelem biológiai eljárással. = MOL Szakmai Tudományos Közlemények, 2001. 2. sz. p. 104–111. Kezdeti eredmények. = Lélegzet, 12. k. 2. sz. 2002. p. 17–18. Kovács E.: A levegőtisztaság védelméről. = Lélegzet, 12. k. 1. sz. 2002. p. 13–15. Bakó-Biró Zs.; Wargocki P. stb.: Kis szennyezésű beltéri anyagok alkalmazásának hatása a belső levegőminőségre és szellőzési követelményekre. = Magyar Épületgépészet, 50. k. 12. sz. 2001. p. 3–7. Németh Sz.: NOx-emisszió csökkentés acélipari izzítókemencék technológiai hőmésékletén és kemencetér-atmoszféráján, osztott tüzelőanyag és égési levegő bevezetéssel. = Energiagazdálkodás, 43. k. 1. sz. 2002. p. 3–7. Lampard G.: Formaldehid – az utolsó csepp? = Bőr- és Cipőtechnika-, -piac, 52. k. 3. sz. 2002. p. 101–103. Pós P.: A levegőszennyezés és az asztma. = Lélegzet, 12. k. 3. sz. 2002. p. 5–6.

A Ford Motor Company Természeti és Kulturális Örökségért Díj 2002 2002-ben is elindul a Ford Motor Company Természeti és Kulturális Örökségért Díj Magyarországon, amelynek célja, hogy ösztönözze magánszemélyek és intézmények helyi környezeti és kulturális értékeket megőrző tevékenységeit. A Ford Motor Company Természeti és Kulturális Örökségért Díj világszerte az egyik legnagyobb környezet- és természetvédelmi törekvéseket elismerő program, amely ma már minden kontinensen működik. A programot két kategóriában hirdetik meg: természeti környezet és kulturális örökség. A pályázatok beadási határideje: 2002. október 31. A zsűri 2 500 000 Ft jutalom kiosztásáról dönt. A győztes pénzdíjat és trófeát, minden érvényes pályázó oklevelet kap. A Ford Motor Company Természeti és Kulturális Örökségért Díj idén Magyarországon a következő kategóriákban jutalmazza a kiemelkedő pályázatokat: természeti környezet (a növény- és állatvilág vagy előfordulási helyük védelme) és kulturális örökség (európai elkötelezettséget mutatva a történelmi hagyományok megőrzésében). Jelentkezhetnek magánszemélyek, intézmények, szervezetek vagy egyéb közösségi csoportok.

További információért vagy jelentkezési lapért kérjük írjon vagy telefonáljon az alábbi címre: Dr. Lipthay Erzsébet (CRSCOM) Ford Motor Company Természeti és Kulturális Örökségért Díj információs és sajtóirodája 1027 Budapest, Lipthay u. 5. Tel./fax: 212-4732 e-mail: [email protected]