No title

EU LIFE+ Projekt LIFE10 ENV/CZ/651 – MEDETOX Inovativní metody pro sledování toxicity výfukových emisí ze spalovacích motorů v podmínkách městského provozu

Nanočástice emitované spalovacími motory a jejich rizika Michal Vojtíšek, M.S., Ph.D. Fakulta Strojní, Technická univerzita v Liberci [email protected], tel. (+420) 774 262 854 Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

1

Spalovací motory jsou dnes jedním z největších zdrojů znečištění ovzduší

= + Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

2

Počet automobilů (osobních i nákladních) na našich silnicích neustále roste

Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

3

Automobilismus

Praha, 2009 Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

4


5

Nárůst intenzity dopravy způsobuje, že téměř polovina emisí pevných částic pochází z mobilních zdrojů 6

5

4

3

2

silniční nákladní doprava, desítky milionů tunokilometrů prodej motorové nafty, miliony tun registrované automobily, miliony

1

registrované nákladní vozy, statisíce podíl dopravy na celkových emisích PM10, desítky procent 0 Jan-98

Jan-99

Jan-00

Jan-01

Jan-02

Jan-03

Jan-04

Jan-05

Jan-06

Jan-07

Jan-08

Zdroj: Ročenka životního prostředí, MŽP ČR, 2007; Centrální registr motorových vozidel; Ministerstvo dopravy Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

6

Emise ze spalovacích motorů - částice • Černé saze – povětšinou „čistý“ uhlík, částice mají velikost 0.1 až 1 mikrometr, mají složitý fraktální tvar připomínající sněhové vločky, na těchto částicích se nachytávají aerosoly, plyny, pyl, mikroorganismy, atd. • Aerosoly – směs organických látek z nespáleného nebo částečně spáleného paliva a oleje, kyseliny sírové a dusičné a jejich sloučenin, částice mají velikost řádově od 0.005 do 0.1 mikrometru, nejsou proto téměř viditelné • Částice se zachycují a usazují v plicích, vyvolávají onemocnění dýchacích cest, napadají i srdce a mozek Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

7

Částice ve výfukových plynech naftového motoru

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


8

Typické velikostní spektrum částic - vznětové motory

Kittelson, J. Aerosol Sci. Vol. 29, No. 5/6, pp. 575-588, 1998 Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

9

Zachycovací účinnost dýchacího systému

A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zurich, 2008 Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

10

Zachycovací účinnost dýchacího systému

Lung deposition fraction: ET – extrathoracic TB – tracheobronchial PU – pulmonary Particle mass median diameter: NM – nucleation mode AM – accumulation mode

B. Alfoldy et al., Aerosol Science 40 (2009) 652—663. Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

11

Pronikání velmi jemných částic (desítky nm) buněčnou membránou 1000 nm Polystyrene Particles

78 nm Polystyrene Particles

Barbara Rothen-Rutishauer, as quoted by A. Mayer, 12th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

12

Koncentrace emitovaných částic jsou nejvyšší v přímé blízkosti dopravních tepen

Inkrementální PM2.5 koncentrace z těžkých vozidel se vznětovými motory (průjezd ve směru modrých šipek)

Modelová ní: Konheim & Ketcham, ModelováVojtíšek: Ketcham, Brooklyn, New York Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 13 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

Prostorové rozložení imisí PM10

(ATEM / Praha – Životní prostředí 2009)


14

Prostorové rozložení zdrojů emisí PM (Český hydrometerologický ústav)


15

Poměrné riziko infarktu myokardu v závislosti na vzdálenosti od komunikace s vysokou intenzitou dopravy 3399 pacientů, věk 45-75, Essen, Germany (A. Mayer, TTM, Switzerland)

Risiko OR

3 2.5 2 1.5 1 > 200

100-200

50-100

0.5

< 50 m Distanz

0 Hoffmann 2006


16

Mikroskopické pevné částice vznikající spalováním jsou jedna z nejčastějších příčin předčasného úmrtí. V Kalifornii zabíjejí více lidí, než dopravní nehody, a přibližně stejně jako druhotný cigaretový kouř. Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

17

Nádory, novotvary, a kvalita ovzduší v Praze

Počet hlášených zhoubných nádorů a novotvarů in situ na 100 tis. obyvatel

?

Zdroj: Praha - Životní prostředí 2009.

? Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

18



?



19



?



20

Představení... Co děláme... Měření emisí za reálného provozu … a do budoucna plánujeme vzorkování emisí pro toxikologické analýzy

„Celý den jezdí auty sem a tam, aby ukázali, že ježdění autem je špatné pro životní prostředí.“ (Steve Taylor, New York) (A taky traktorem, kamionem, lokomotivou, bagrem, autobusem, sekačkou, nakladačem, malým letadlem, na motorce, trajektem, ... ) Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

21

Jízda po dálnici

Fraction of total trip CO

17:29:00

17:28:30

17:28:00

17:27:30

17:27:00

17:26:30

17:26:00

10

17:25:30

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 17:25:00

CO [g/s]

Osobní automobil, benzinový motor, 138 kW 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100 %

9

Fraction of trip time

8

6 5 4 3 2 1


22

19:25

19:15

19:05

18:55

18:45

18:35

18:25

18:15

18:05

17:55

17:45

17:35

17:25

17:15

17:05

0 16:55

CO [g/s]

7

Automobil s naftovým motorem

50

5

40

4

30

3

20

2

10

1

0 16:25:00

16:35:00

16:45:00

16:55:00

Toto je cesta po Praze po místních komunikacích (nikoliv po obchvatu)

17:05:00

17:15:00

0 17:25:00

Jízda ustálenou rychlostí - Takto byla provozována většina motorů v tunelových studiích TESO a při měřeních na zkušebně, ze kterých jsou vypočteny mnohé emisní faktory

60

Rychlost [km/h] 6 Emise PM [mg/s]

50

5

40

4

30

3

20

2

10

1

0 16:48:00

16:50:00

16:52:00

16:54:00


23

16:56:00

emise PM [mg/s]

Rychlost [km/h] 6 Emise PM [mg/s]

emise PM [mg/s]

60

Rychlost [km/h]

Rychlost [km/h]

Škoda Octavia 2006, 103 kW, Euro 4

0 16:58:00

Reálný provoz ... Vliv pečlivosti údržby (Malé procento motorů ve špatném stavu = velký podíl na celkových emisích)


24

Emise se zvyšují s najetými km - a to ne stejně, i pro jinak „stejná“ vozidla! Příklad: Emise NMHC, autobusy poháněné zemním plynem Pittsburgh, Pennsylvánie, USA Měření za reálného provozu autorem, 1996-1999 HC HC [g/mile] [g/mile] 2.5 2.5

11

22

33

17 17

18 18

20 20

HC HC [g/mile] [g/mile]

55 13 13

66 14 14

77 15 15

88 16 16

99 19 19

10 10

2.5 2.5

2.0 2.0

2.0 2.0

1.5 1.5

1.5 1.5

1.0 1.0

1.0 1.0

0.5 0.5

0.5 0.5

0.0 0.0

0.0 0.0 0 0

44 11 11

5000 10000 15000 20000 25000 30000 5000 10000 15000 20000 25000 30000 test mileage test mileage

0 0

5000 10000 15000 20000 25000 30000 5000 10000 15000 20000 25000 30000 test mileage test mileage


25

Nepoměrné množství celkových emisí má na svědomí nepoměrně malá část vozidel

Graph: Prof. Donald Stedman, University of Denver, University lecture on vehicle emissions, 1995 Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

26

Reálný provoz ... Vliv kvality obsluhy

Studený start

Autobus International 3400 145 kW 6,0 l turbodiesel

Agresivní jízda

Normální jízda

(při dodržení bezpečnosti provozu a předpisů)

Velmi klidná jízda (bez omezení dopravy pomalou jízdou)

Obsah kruhu je úměrný okamžitým emisím pevných částic, kruh = 1 s jízdy


27

Ekvivalentní z hlediska „PM2,5“ - ale ekvivalentní zdravotní riziko?

Jedna anorganická částice o průměru 2000 nm (2 um)

Tisíc částic sazí (element. uhlík) nanočástic o průměru 200 nm ve výfuk. plynech

Milion organických nanočástic o průměru 20 nm

x 1,000

x 1,000,000


28

Nákladní vůz Euro 5 Praha

Stavební stroj Švýcarsko Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

29

EU LIFE+ Projekt LIFE10 ENV/CZ/651 - MEDETOX

Ústav experimentální medicíny AV ČR, Technická univerzita v Liberci, Ministerstvo životního prostředí ČR Inovativní metody pro sledování toxicity výfukových emisí ze spalovacích motorů v podmínkách městského provozu Městský provoz: -- nejvíce technicky náročný z hlediska emisí -- nejvyšší míra expozice (blízkost, počet lidí) Vojtíšek: Nanočástice emitované spalovacími motory. 20 let LIFE – Ostrava, 21.5.2012 Za přispění evropského finančního nástroje LIFE – projekt MEDETOX (LIFE10 ENV/CZ/651)

30

No title

Recommend Documents