4) Doprava a POPs Prudký růst automobilové dopravy v posledním desetiletí zapříčinil nárůst mnoha problémů, z nichž nejvýznamnějším, především pro města, je rostoucí úroveň znečištění ovzduší, což se prokazatelně negativně promítá v poškozování životního prostředí a zejména zdraví člověka. Problematické jsou především škodliviny s prokázanými karcinogenními účinky, jejichž koncentrace v ovzduší nejsou v mnoha případech korigovány žádnou legislativou. Jedná se především o polyaromatické uhlovodíky (PAH), těkavé organické látky, pevné částice a těžké kovy (rizikové prvky). Kromě těchto látek jsou spalovacími procesy v motorech automobilů generována i stopová množství polychlorovaných organických látek (polychlorované bifenyly /PCB/, dibenzodioxiny a dibenzofurany /PCDD/PCDF/. Centrum dopravního výzkumu, v.v.i., Persistentní organické polutanty z dopravy - stav a vývoj. Kontakt: Doc. Ing. Vladimír Adamec, CSc.,
[email protected]
http://www.cdv.cz/
Spalovací zdroje produkují především nealkylované PAH, zatímco komplikovanější směsi a alkylované homology PAH pochází spíše z látek ropného původu. Ve výfukových plynech benzínových automobilů dominují fluoranthen, pyren, chrysen a koronen. Poměr koncentrací benzo[a]pyrenu ke koronenu se často používá pro charakteristiku jednotlivých činností produkujících PAH. Je-li poměr benzo[a]pyrenu ku koronenu menší jak 1, je v dané oblasti dominantním zdrojem automobilová doprava, je-li větší jak 1,7 převládajícími zdroji jsou lokální topeniště. Studie prokazují, že celková redukce PAH použitím katalyzátorů u benzínových motorů je 80 - 90 % [1]. Stejně jako u vozidel poháněných benzinovým motorem, je dalším zdrojem PAH ve výfukových plynech dieselových motorů přítomnost PAH v palivu [2], [3]. Palivo s obsahem 7 - 11% hm. diaromatických uhlovodíků a 1 - 3% triaromatických uhlovodíků dává významně vyšší hodnoty obsahů PAH, než palivo, které prakticky diaromáty a triaromáty neobsahuje. V rámci EU může být obsah PAH v palivu max. 11 % hm. (direktiva 98/70/EC) a obsah PAH je definován jako obsah celkových aromatických uhlovodíků méně uhlovodíky monoaromatické. Maximální hranice pro obsah aromatických látek je v současnosti 35 % dle Vyhlášky č. 229/2004 Sb. Rovněž snížení obsahu síry v palivu hraje pozitivní roli, protože umožňuje katalytickému systému pracovat efektivněji [4]. Dvoutaktní motory používané v motocyklech a skútrech spalují benzin s obsahem oleje. Motory jsou většinou malé a nejsou vybaveny dodatečným katalytickým spalovacím systémem. Výzkum v Itálii v poslední době ukázal, že tyto motory mohou být významným zdrojem PAH. Např. při zkoušce motoru podle předpisu ECE R40 byly naměřeny emise PAH ve výši 1,6 mg/km pro sumu 29 PAH s dvěma až 6 kruhy a 20,8 µg/km pro šest karcinogenních PAH (BaP, B(b+j+k)F, BaA, DBA) [5]. Dodatečným zdrojem PAH může být také obsah PAH v emisích vznikajících otěrem pneumatik, asfaltového povrchu vozovky a brzdového obložení. Dalším zdrojem mohou být také pneumatiky, zejména protektorované, kde převažují fluoranthen, pyren, B(ghi)P a koronen [6].
1
Škodlivina Benzo(a)pyren
Benz(a)anthracen
Benzo(k)fluoranthen
Chrysen
Dibenz(a,h)anthracen
Ideno(1,2,3-cd)pyren
Způsob vzniku v dopravě
Zdravotní rizika
produkt nedokonalého spalování vznik nádorových onemocnění [7] pohonných hmot produkt nedokonalého spalování poškození tkání s rozmnožovacími buňkami; studie na zvířatech naznačují, pohonných hmot že expozice této látce vede také k poruchám krevního oběhového systému až k chudokrevnosti, výskytu plicních nádorů a při vstup orální cestou může zapříčinit vznik nádorů v játrech [7] produkt nedokonalého spalování studie na myších prokazují vznik pohonných hmot, použité kožních nádorů [7] motorové oleje produkt nedokonalého spalování vznik nádorových onemocnění, benzínu, nafty, leteckého benzínu chromozomální mutace [7] a dalších fosilních paliv výfukové plyny oslabení imunity, změny v lymfatických tkáních až vznik nádorů s lokálním i systémovým charakterem, vznik rakoviny plic [7] výfukové plyny, použité vznik plicních nádorů [7] motorové oleje
Tabulka 4.1: Vznik a zdravotní rizika vybraných PAH produkovaných dopravou. Zdroj Spalovací motory obecně Zážehové motory Vznětové motory Spalovací zdroje (domácí topeniště, spalovny komunálního odpadu) Ropa, ropné produkty Asfalt
Charakter PAH vysoký poměr fluoranthenu k benzo[a]pyrenu, poměr benzo[a]pyrenu ku koronenu menší jak 1 dominují fluoranthen, pyren, chrysen, koronen dominuje chrysen více benzo[a]pyrenu než fluoranthenu, poměr methylpyren/pyren menší než 1, poměr benzo[a]pyrenu ku koronenu větší jak 1,7 poměr methylpyren/pyren větší než 2, alkylované PAH, zvláště se 2 až 4 aromatickými kruhy vyšší množství tricyklických a tetracyklických PAH s dominancí chrysenu
Tabulka 4.2: Identifikace zdrojů PAH.
Pro stanovení emisí vybraných POP byla použita Metodika pro stanovení emisí látek znečišťujících ovzduší z dopravy, která vychází z údajů o evidenci množství prodaných pohonných hmot. Po odečtení nedopravních zdrojů, tj. spotřeby v zemědělství, lesnictví, stavebnictví a armádě (týká se hlavně nafty), je množství prodaného paliva rozděleno pomocí přepravních výkonů mezi jednotlivé druhy dopravy: individuální doprava (ID), silniční veřejná osobní doprava (SOD), silniční nákladní doprava (SND), městská hromadná doprava -
2
autobusy (MHD), železniční doprava - motorová trakce (ŽD), vodní doprava (VD), letecká doprava (LD). Uvedené druhy dopravy jsou celkem rozděleny do 23 kategorií podle používaného paliva a vybavení katalyzátory. Z takto rozdělené spotřeby se poté kalkulují emise pomocí průměrných emisních faktorů. Pro každou z uvedených kategorií je použit průměrný emisní faktor (g.kg pal-1), který vychází z naměřených a statisticky zpracovaných hodnot. U vybraných kategorií silniční dopravy s velmi rozdílnými ročními kilometrickými proběhy se paralelně s výpočty spotřeby druhu dopravy, pomocí přepravních výkonů, kalkuluje spotřeba této kategorie z uvedených proběhů. Roční kilometrické proběhy jsou zadávány tak, aby odpovídaly výsledkům celostátních dopravních sčítání, která se provádí jednou za 5 let. Pro zpracování emisní inventury byly použity spotřeby jednotlivých pohonných hmot stanovené již zmíněnou metodikou a emisní faktory uvedené v tabulce 4.3, statisticky vyhodnoceny v databázi emisních faktorů a přepočtené z g.km-1 na g.kg-1. Emisní faktor polutantu je vždy uváděn v hmotnostním množství na jednotku energie (g.MJ-1), délky přepravy (g.km-1), hmotnosti spotřebovaného paliva, (g.kg-1) nebo výkonu motoru (g.kWh-1). Při výpočtech celkových emisí bylo vycházeno z průměrů pro každou kategorii dopravních prostředků. Emise z letecké dopravy nejsou součástí uvedené emisní bilance, neboť není znám podíl PAH na emisích uhlovodíků vzniklých spalováním leteckých paliv. Druh vozidla Motocykly Standardní benzínová vozidla Benzínová vozidla splňující EURO standardy Osobní dieselová vozidla Osobní vozidla na LPG Benzínová lehká nákladní vozidla Naftová lehká nákladní vozidla Naftová těžká nákladní vozidla
PAH celkem µg.km-1 131.64 260.29 143.84 1277.44 49.46 378.11 1601.16 241.86
PCDD pg.km-1 10.3 10.3 0.5 10.3 0.5 3.0
PCDF pg.km-1 21.2 21.2 1.0 21.2 1.0 7.9
Tabulka 4.3: Emisní faktory vybraných POP produkovaných dopravou. Emise z dopravy jsou pouze částí celého systému inventarizace emisí v České republice (stacionárních i mobilních zdrojů), který koordinuje Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ). V průběhu let 2006 a 2007 došlo ke změně poskytovatele vstupních údajů o spotřebě pohonných hmot, na které produkce emisí přímo závisí. Do r. 2005 spotřebu paliv evidovala Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO). Od r. 2006 převzal zodpovědnost za tyto údaje Český statistický úřad (ČSÚ), za koordinace ČHMÚ. Na základě nových dat o spotřebě byla přepočítána celá časová řada od r. 2000 do roku 2006, nejen v dopravě, ale i pro všechny ostatní mobilní zdroje. ČSÚ provádí rozdělení spotřeby nafty a biosložek mezi zemědělství, silniční, železniční a vodní dopravu na základě vlastních statistických šetření. Tyto údaje slouží jako podklad pro vlastní výpočty emisí, které jsou počítány dle "Metodiky stanovení emisí látek znečišťujících ovzduší z dopravy" (schválená Ministerstvem dopravy ČR). Údaje o spotřebě paliv od ČSÚ se lišily od předchozích údajů ČAPPO, což způsobilo změny ve výsledcích výpočtů emisí. V únoru 2008, byly údaje o spotřebě paliv prohlášeny ze strany ČSÚ za definitivní. Proto by se v budoucnu již emise z dopravy měnit neměly.
3
Metodika výpočtu emisí umožňuje provádět operativně změny v kategorizaci vozidel. V roce 2006 byly sloučeny emisí kategorie osobních a dodávkových automobilů, neboť nové osobní automobily se běžně prodávají jako dodávkové (kategorie N1), po vybavení přepážkou, kvůli odpočtu DPH. Dále byly sloučeny emisí kategorie linkových autobusů a autobusů MHD, vzhledem k nemožnosti oddělit spotřebu paliv linkových autobusů a autobusů MHD (často mají společného provozovatele v rámci integrovaných dopravních systémů (IDS). Do emisí z letecké dopravy nejsou zahrnovány tzv. emise z přeletů ČR. Následující tabulky 4.4-4.7 pak uvádí celkové emise vybraných POP produkovaných dopravou v České republice v letech 1993 – 2007. Druh doprav y ID SOD SND ŽD VD Celkem
Rok 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 6,13 0,33 2,22 0,20 0,03 8,91
6,64 7,11 8,25 8,54 8,59 9,22 13,25 15,00 16,10 19,23 21,38 25,21 25,87 26,96 0,17 0,19 0,20 0,18 0,27 0,27 0,56 0,63 0,67 0,79 0,85 0,98 1,02 1,06 3,00 4,00 5,21 5,81 5,16 5,57 1,47 1,67 1,75 2,07 2,29 2,68 2,78 2,87 0,16 0,23 0,25 0,21 0,19 0,15 0,10 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08 0,02 0,03 0,04 0,02 0,02 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 0,00 0,01 0,01 10,10 11,70 14,12 14,93 14,46 15,22 15,38 17,39 18,62 22,18 24,61 28,95 29,76 30,98
Tabulka 4.4: Celkové emise PAH v České republice (t). Emise PAH z dopravy mají mírně rostoucí tendenci, neboť přepravní výkony a spotřeba pohonných hmot v silniční dopravě se neustále zvyšuje. K jejich růstu přispívá i fakt, že rozdíly v emisích PAH nových a starších vozidel nejsou tak výrazné jako u limitovaných škodlivin (tj. CO, VOC, aj.). Roční množství emisí PAH v ČR z dopravy přesáhlo v roce 2007 podle uvedených výpočtů 30 tun. V kategoriích benzínových vozidel splňujících emisní limity EURO a naftových vozidel jsou emise PAH tvořeny z více než 90 % naftalenem. U starších benzínových vozidel, které nesplňují normy EURO, převažuje fenanthren, který tvoří okolo 50 %, naftalen zde tvoří méně než 10%. Druh doprav y ID SOD SND ŽD VD Celkem
Rok 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 195,1 214,9 209,6 219,9 211,2 178,1 163,3 115,3 104,8 81,4 77,4 3,4 3,7 4,5 4,8 4,5 5,8 5,5 4,3 4,8 5,1 5,9 17,9 29,0 32,9 38,1 45,8 37,0 37,0 11,4 12,8 13,6 15,9 2,4 2,0 2,9 3,1 2,5 2,6 2,3 1,2 1,2 1,1 1,1 0,3 0,3 0,4 0,5 0,2 0,3 0,3 0,1 0,1 0,0 0,0 219,1 249,9 250,3 266,4 264,2 223,8 208,4 132,3 123,6 101,2 100,4
65,9 54,5 39,1 34,7 6,4 7,2 7,6 7,9 17,3 19,9 20,8 21,6 1,1 1,0 1,0 1,0 0,1 0,1 0,1 0,1 90,7 82,7 68,5 65,3
Tabulka 4.5: Celkové emise PCDD v České republice (mg). Druh Rok doprav 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 y ID 403,2 444,4 433,3 454,6 436,6 368,2 338,0 238,1 216,3 167,9 159,6 135,8 112,0 SOD 4,9 4,2 5,1 5,3 4,9 6,3 6,1 4,3 4,8 5,1 5,9 6,4 7,2 SND 32,8 54,7 61,3 69,9 84,5 67,6 80,0 11,4 12,8 13,6 15,9 17,3 19,9
2006 2007 80,2 70,9 7,6 7,9 20,8 21,6 4
ŽD 2,4 2,0 2,9 3,1 2,5 2,6 2,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 VD 0,3 0,3 0,4 0,5 0,2 0,3 0,3 0,1 0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 Celkem 443,6 505,6 503,0 533,4 528,7 445,0 426,7 255,1 235,2 187,7 182,6 160,6 140,2 109,6 101,5
Tabulka 4.6: Celkové emise PCDF v České republice (mg). Druh Rok doprav 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 y ID 179,3 208,0 211,9 233,6 245,1 225,5 249,6 233,4 238,8 241,9 264,1 263,1 258,3 252,5 233,4
Tabulka 4.7: Celkové emise PCB v České republice (mg). Emise PCDD, PCDF i PCB z dopravy se pohybují celkově řádově v miligramech. Nejvíce jsou produkovány staršími vozidly, nesplňující normy EURO 1 - 3. Sestupný trend v produkci těchto emisí dopravou je dán obměnou vozového parku především v individuální dopravě. Z databáze emisních faktorů COPERT není však možno vyčíst jsou-li tyto emise u starších vozidel vázány na tzv. halogenové vynašeče, nebo vznikají-li ze stopových obsahů chlóru v benzínu. Emisní faktory PCDD a PCDF jsou velmi nízké, řádově v pg.km-1, proto je pravděpodobný vznik tohoto minimálního množství i spálením paliv, která neobsahují halogenové vynašeče. Tento předpoklad podporuje i fakt, že součástí databáze jsou i emisní faktory naftových vozidel, kde se halogenové přísady nepoužívaly. Emise PCB byly měřeny na vozidlech se zážehovými motory, a proto jsou vykazovány pouze u individuální automobilové dopravy (IAD). Literatura: [1] [2] [3] [4]
[5]
[6] [7]
Ambient air pollution by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH).Position Paper. European Commission, Luxemburg, 2001, 49 pp. ISBN 92-894-2057-X BORSTEL Von R., BEYERSDOR J., BAHADIR M. Einfluß der Kraftstoffzusammensetzung auf die Emissionen von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAHs) eines modernen Dieselmotors, Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, 59 Nr. 4 p. 109 – 113. 1999 CONCAWE report no. 98/55 Polycyclic aromatic hydrocarbons in automotive exhaust emissions and fuels, Brussels, 1998. TANAKA S, TAKIZAWA H, SHIMIZU T, SANSE K. Effect of fuel compositions on PAHs in particulate matter from DI diesel engine. SAE Technical Paper Series 982648, International Fall Fuels and Lubricants Meeting and Exposition, San Francisco, California October 19-22. 1988 GAMBINO M., IANNACCONE S., PRATI M. V., UNICH A. Regulated and unregulated emissions reduction with retrofit catalytic after-treatment on small two stroke S.I.engine. SAE Technical Paper Series 2000-01-1846, International Spring Fuels & Lubricants Meeting & Exposition Paris, France June 19-22, 2000-08-11, 2000 LARNESJÖ P. Applications of source receptor models using air pollution data in Stockholm, Undergraduate Thesis, Department of Analytical Chemistry, Stockholm University. 1999 Risk Assessment Information System, Dostupné z:
, [citováno 31.8.2007]
5
