LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM
2.1
Mezőgazdasági, építőipari és egyéb ipari önjáró gépeket és berendezéseket hajtó motorok emissziói Tárgyszavak: levegőszennyezés; mezőgazdasági gép; építőipari gép; dízelemisszió; részecskekibocsátás.
A nemzetközi szakirodalom számos közleményében elemzett kibocsátók (közlekedés, ipar, háztartások) mellett viszonylag kevés tanulmány szól a „mozgó gépek és berendezések” különösen ártalmas, dízelrészecskéket és nitrogén-oxidokat tartalmazó emisszióiról. A „mozgó gépek és berendezések” hajtóberendezéseinek gyűjtőfogalma a motorok széles skáláját öleli fel a régi fűnyírók kétütemű kismotorjától az építőipari és mezőgazdasági gépekbe beépített nagy teljesítményű dízelmotorokig. A német Szövetségi Környezetügyi Hivatal (Umweltbundesamt, UBA), felismerve az eddigi emissziós becslések elégtelenségét, valamint az emissziós maximumok európai NEC-direktíváinak és a belőle levezetett két 1999. évi részletes direktíváknak való megfelelés és ehhez az intézkedési tervekhez nélkülözhetetlen adatbázis-felállítás szükségességét, megbízta a heidelbergi Energia- és Környezetkutatási Intézetet (Institut für Energie- und Umweltforschung, IFEU), a németországi gépjármű-közlekedés energiafelhasználására és légszennyező kibocsátására vonatkozó 2002. évi számítógépes modelljének (Transport Emission Estimation Model, TREMOD) kibővítéseként a mobil gépekre és berendezésekre is kiterjedő rugalmas, jól kezelhető, forgatókönyvek leképezésére alkalmas TREMOD-MM kifejlesztésével. Németországban a közúti gépjárművek kipufogógáz-koncentrációit már az 1980-as években szabályozták, ezt a mobil berendezésekben levő motorok kibocsátásainak rendeleti korlátozása csak több mint tíz év múlva követte, mégpedig a névleges motorteljesítménytől függő
– megengedett emisszióval (amely egy meghatározott ciklus alatt végzett munkának felel meg), g/kWh és – bevezetési határidő kijelölésével. A piacon legújabban megjelent fűnyírókba, fűrészekbe, építőgépekbe beépített motorok emissziókorlátozása csak 2004 óta, sportcsónakok motorjaié csak 2006-tól (négyüteműek), ill. 2007-től (kétüteműek) érvényes.
Határértékek és számítási módszerek A mobil gépek kibocsátására néhány éve érvényben levő modellek – „Nonroad” (USEPA, US Environmental Protection Agency), – COPERT (Aristoteles Egyetem, Tesszaloniki, Görögország), – „Handbuch” (= Kézikönyv, BUWAL, Bundesant für Umwelt, Wald und Landschaft = Szövetségi Környezet-, Erdő- és Tájvédelmi Hivatal) még nem vehették figyelembe az azóta hatályba lépett szabályozásokat, továbbá az átláthatóság és a forgatókönyvképzés korszerű elvárásainak sem felelnek meg. Ezért készült el az emissziók kiszámítására szolgáló, új ismereteken nyugvó TREMOD-MM modell, amellyel meg lehet határozni – különböző területeken (mezőgazdaság, ipar, építőipar, erdőgazdaság, háztartás, kertápolás, sport) használt gépekbe és eszközökbe beépített motorok – üzemanyag-felhasználását és – kibocsátását néhány kiválasztott légszennyezőből (NOx, SOx, CO, CH, azaz szénhidrogének, dízelrészecskék), – 1980 és 2020 között, – Németország területére. A számítás alapját az állományok hasonló kibocsátású rétegek szerinti megkülönböztetése képezi. A felosztás szintjei: a gép kategóriája, nagysága, ill. teljesítménye, majd kora (1. ábra). A végeredmény a megfelelő emissziós norma hozzárendelése. A felsorolt adatok kb. 2000-ig megszerezhetők statisztikákból és az IFEU felmérésekből, a későbbiek hatóságokkal és gazdasági szereplőkkel egyeztetett szakértői becslések. Az állományok részére (valamennyi rétegére) a kipufogógázemissziók kiszámításának ugyanazon egyenlete érvényes: EA = Anz×P×Z×LF×EF,
ágazat
gépkategória
méretosztály
kor (használati idő)
emissziós norma
mezőgazdaság
vontatók
>75 kW
új gép
3. lépcső
ipar/építőipar
kombájnok (arató/ cséplő gépek)
37–75 kW
1 év
2. lépcső
18–37 kW
2 év
1. lépcső
>18 kW
3 év
1991 – 1. lépcső
erdőgazdaság háztartás, kert sport- és utasszállító hajók vasút katonaság
4 év 5 év 6 év
1981 – 1990 1981 előtt
emissziós faktorok
amelyben EA = kipufogógáz (pl. 37–75 kW teljesítményű, 1990-ben gyártott traktorok kibocsátásai a 2000-es viszonyítási évben), Anz = a gépek/eszközök/járművek száma/állománya, P = a réteg névleges teljesítményének átlaga, Z = az üzemórák száma, LF = jellemző átlagos terhelési tényező (<1), EF = emissziós faktor, g/kWh.
1. ábra A berendezés- és gépállományok felosztásának, ill. megkülönböztetésének menete Ez a mozgó berendezések emisszóinak meghatározására nemzetközileg elfogadott, ún. „állománymódszer” az egyenletben szereplő adatokat egyszerűsítve, csupán a motor használata alapján állapítja meg az egyes rétegekre jellemző EF emissziós tényezőt. Ennek részei – az alaptényező, – az öregedési és
– az átmeneti, ún. alkalmazkodási tényező, amely a dinamikusan használt motor emisszióját jellemzi a stacionárius működéshez viszonyítva. Az emissziós tényező három összetevőjét szakirodalmi kutatás, 690 dízelmotoron végzett méréssorozat és ezúttal is az eredmények gyakorlati szakemberekkel való egyeztetése alapján vezették le. A közvetlen kibocsátásokon kívül figyelembe vették – a tankolási és – az elpárolgási emissziókat is.
Mezőgazdasági berendezések kibocsátásai A különféle mezőgazdasági önjáró munkagépekben használt dízelmotorok széles skálájában a névleges teljesítmény a nagy kombájnokban és vontatókban működő 130 kW-tól a különféle speciális kisgépek 18 kW-jáig vagy még ennél is kisebb motorjaiig terjed. A gépek üzemidejének meghatározásához a használt gépek vásárán gyűjtötték a legtöbb adatot. A kis traktorok üzemideje általában hosszabb, mint a nagy gépeké. A TREMOD-MM modell segítségével kiszámított mezőgazdasági dízelrészecske-emisszió 1998-ig nő, majd az újabb gyártású, kisebb kibocsátású motorok terjedése és a határértékek szigorítása nyomán fokozatosan csökken. A nitrogén-oxid-emisszió 2005-ben fogja elérni maximumát, újabb szabályozás Németországban csak ezután várható.
Ipari és építőipari berendezések emissziói Az ugyancsak nagy teljesítménytartományt átfogó építőipari gépekre a magas-, mély- és útépítésnél van szükség. Ezeket is nagyrészt dízelmotor hajtja, ezzel szemben a különböző daruk, szivattyúk, hegesztő- és hűtőegységek villamos hajtásúak, tehát közvetlenül nem járulnak hozzá a légszennyező kibocsátásokhoz. Az ipar területén a rakodóberendezéseket kell számításba venni. Nagy teljesítményük és sok évi használati idejük folytán – a rakodógépek, – a betonkeverők és – a villás targoncák járulnak hozzá leginkább az ágazat részecske- és nitrogén-oxid-kibocsátásaihoz. A modellszámítások szerint 1999-től kezdve – szintén a törvé-
nyes szabályozásnak és korszerű motorok forgalomba kerülésének köszönhetően – mindkettő fokozatosan csökken. Ez a csökkenés (2010-ig), ill. 2020-ig nitrogén-dioxidokra 42 (67), üzemanyag-részecskékre 58 (42)%-os lesz.
Mozgó gépek és berendezések összes emissziói A mezőgazdaság az iparral és az építőiparral együtt kb. tízszer anynyi üzemanyagot használ fel, mint a további két vizsgált szektor: a háztartások és az erdőgazdaság. Minthogy pedig a nagy fogyasztó ágazatok gépei jobbára dízelmotorokkal működnek, az NOx-kibocsátásokban 90%os, a dízelemissziókban 98%-os a részarányuk. A másik két, benzin- és villanymotoros berendezéseket használó ágazatban viszont nagy a CHemisszió: a háztartási és kertápolási kisgépek 2000-ben kétszer annyi szénhidrogént bocsátottak ki, mint az ipari szektorok (1. táblázat). A 2000. évig 160 kt-ra emelkedő NOx-emissziók 2020-ban az említett okokból 60 kt alá esnek vissza. A dízelemissziókból a csökkenés már 1999-ben megindul a 2020-as 5 kt értékig. 1. táblázat A vizsgált ágazatok munkagépeinek dízelüzemanyag-fogyasztása és emissziói 2000-ben Németországban, kt Ágazat
Fogyasztás
Mezőgazdaság Ipar, építőipar Erdőgazdaság Háztartás, kertápolás
2088 1751 152 150
Összesen
4142
NOx 85 69 5,6 0,5 160
CH
CO
Dízelrészecskék
22 15 8,5 30
78 199 22 143
16 8,0 0,4 0,0
76
441
24
Részarány a TREMOD-MM-ben felmért összes emissziókból, % Mezőgazdaság Ipar, építőipar Erdőgazdaság Háztartás, kertápolás Összesen
50 42 3,7 3,6
53 43 3,5 0,3
29 20 11,1 40
18 45 5,0 32
66 33 1,5 0,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
Összehasonlítás a közúti közlekedés emisszióival Az itt vizsgált szektorok légköri kibocsátásainak kellő besorolásához ezek értékeit összehasonlították a közúti közlekedés régebben feldolgozott adataival (2. ábra). Megállapítható, hogy a TREMOD-MM-ben felmért ágazatok mobil gépeinek és berendezéseinek dízelemisszója mintegy 90%-a a közlekedési kibocsátásnak. Mivel azonban az utóbbi csökkenése hamarabb megkezdődött, 2000-ben a mobil gépek kibocsátása még meg is haladta a közúti közlekedését, és csak 2015-től csökken az új határértékek hatására. mobil berendezések/ közúti forgalom viszony
80
120%
90%
60
kt/év
50 40
60%
közúti közlekedés
30 30%
20 10
mobil gépek és berendezések
0 1980
a mobil berendezések/gépek és a közúti közlekedés viszonya
70
0% 1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2. ábra Mobil berendezések és a közúti közlekedés dízelrészecske-emissziója Az NOx-emisszióból a mobil gépek és berendezések 1990 és 2015 közt mindinkább kiveszik részüket, ugyanis erre az időszakra a közúti közlekedés jelentős csökkenéséről szólnak a prognózisok. A vizsgált motorok az utakon csak az NOx 20%-át bocsátják ki (3. ábra). A szénhidrogén-emisszió az 1990-es évekig az összes közúti kibocsátásnak csupán 10%-a volt. A modellprognózis szerint, a közúti közlekedés várható visszaszorulása következtében 2010-ben a CH-emisszió aránya 50%-os lesz az utakon (4. ábra). Mivel pedig erre főleg a forró
nyári napokon kell majd számítani, jelentősége az ózonképződés szempontjából sem elhanyagolható. mobil berendezések/ közúti forgalom viszony
30%
1250
25%
1000
20%
közúti közlekedés
750
15%
500
10%
250
5%
mobil gépek és berendezések
0 1980
1985
1990
1995
a mobil berendezések/gépek és a közúti közlekedés viszonya
kt/év
1500
0% 2000
2005
2010
2015
2020
3. ábra Mobil berendezések és a közúti közlekedés nitrogén-oxid-emissziója mobil berendezések/ közúti forgalom viszony
60%
1250
50%
1000
40%
közúti közlekedés
750
30%
500
20%
250
10%
mobil gépek és berendezések 0
0% 1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
4. ábra Mobil berendezések és a közúti közlekedés szénhidrogén-emissziója
a mobil berendezések/gépek és a közúti közlekedés viszonya
kt/év
1500
Következtetések A TREMOD MM kimutatta a mobil gépek és berendezések káros emisszióinak több mint figyelemre méltó arányát a teljes motorizáció légszennyezésében. Kiderült, hogy az ipar és a mezőgazdaság nagy önjáró munkagépeit, a házi és kerti kisgépekkel együtt a nitrogén-oxidokkal és az üzemanyag-részecskékkel való levegőszennyezés fele, NOx-ből mintegy 20%-a, a felszín közeli ózonképződésben is részt vevő szénhidrogéneknek 30%-a terheli. Mivel az NOx- és dízelemissziók vonatkozásában vezető mezőgazdasági, ipari és építőipari nagy berendezésekre e téren 1999-ig nem volt szabályozás, és a gépek egy része már „magas kort” ért el, az emissziók a következő években nem fognak olyan mértékben csökkenni, mint a közúti közlekedésben, ezért kb. 2015-ig nem várható részarányuk csökkenése az emissziók összességében. A levegőminőségi határok németországi túllépése és az európai NEC-direktíva követelményeinek teljesítése egyaránt megkívánja a mobil gépek terén várható fejlődés (ill. fejlesztés) nyomon követését. A kidolgozott modell módot ad új határérték-kijelölések, valamint az eszköz- és géppark szerkezetében és használatában bekövetkező változások hatásának vizsgálatára. Mindeközben nem maradhat figyelmen kívül a mobil berendezések rendelkezésre álló adatainak a közlekedési adatbázishoz viszonyított bizonytalansága. Ennek egyik magyarázata az, hogy az eszközök egy része nincs használati engedélyhez kötve, így statisztikai kimutatás sincs róluk, a másik abban rejlik, hogy ez a műszaki állomány mint környezetszennyező elkerülte a közvélemény érdeklődését, nem úgy, mint a közúti járművek. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Lambrecht, U.; Helms, H.: Luftschadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren in mobilen Geräten und Maschinen der Landwirtschaft, der Bauwirtschaft und weiterer Sektoren. = Immissionsschutz, 9. k. 3. sz. 2004. szept. p. 108–113. Arcaklioghlu, E.; Celikten, I.: A diesel engine’s performance and exhaust emissions. = Applied Energy, 80. k. 1. sz. 2005. p. 11–22. Durán, A.; Carmona, M.; Balesteros, R.: Competitive diesel engine emissions of sulphur and nitrogen species. = Chemosphere, 52. k. 10. sz. 2003. szept. p. 1819– 1823.
