PROCJENA EMISIJE ISPUŠNIH PLINOVA U CESTOVNOM PROMETU KORIŠTENJEM METODE MEET

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE DIPLOMSKI RAD PROCJENA EMISIJE ISPUŠNIH PLINOVA U CESTOVNOM PROMETU KORIŠTENJEM METODE MEET Ime i prezime mentora: Prof. dr. sc. Ivan Mahalec Ime i prezime studenta: Saša Medved Zagreb, godine

2 SADRŽAJ SADRŽAJ SADRŽAJ... I POPIS TABLICA...V POPIS SLIKA... IX POPIS OZNAKA...X 1. UVOD MEĐUNARODNE AKTIVNOSTI VEZANE ZA IZVJEŠTAVANJE O NACIONALNIM EMISIJAMA ŠTETNIH ISPUŠNIH PLINOVA European Environment Agency EEA (Europska agencija za okoliš) i European Topic Centre on Air Emissions ETC/AE (Europski referentni centar za onečišćenje zraka) CLRTAP/EMEP UNFCCC/IPCC i EC Monitoring Mechanism (EC mehanizam nadgledanja prema EU smjernici 93/389) PROMJENE VEZANE ZA PROMETNU AKTIVNOST I EMISIJU VRSTE PROMETA ŠTETNE TVARI METODE IZRAČUNAVANJA EMISIJE ISPUŠNIH PLINOVA I POTROŠNJE GORIVA UVOD U PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA OSNOVNI PRINCIPI POTROŠNJA GORIVA TE EMISIJA OLOVA I SUMPORNOG DIOKSIDA EMISIJSKI MODELI U CESTOVNOM PROMETU PODJELA VOZILA PO GRUPAMA EMISIJSKI STANDARDI OSOBNA VOZILA (PC) I LAKA TERETNA VOZILA (LDV) AUTOBUSI I TEŠKA TERETNA VOZILA (HDV) MOTOCIKLI EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI EMISIJSKI FAKTORI U OVISNOSTI O PROSJEČNOJ BRZINI VOŽNJE Osobna vozila (PC) i laka teretna vozila (LDV) Autobusi i teška teretna vozila (HDV) Mopedi i motocikli (vozila na dva kotača) OSTALI PARAMETRI KOJI UTJEČU NA EMISIJU ŠTETNIH PLINOVA PRI RADNOJ TEMPERATURI Uzdužni nagib kolnika (uspon)...54 I

3 SADRŽAJ Opterećenje teretom Nadmorska visina Utjecaj broja prijeđenih kilometara Utjecaj prosječne temperature okoliša Utjecaj klimatizacijskog uređaja u vozilu SAŽETAK Konkretan način izračuna emisije štetnih plinova pri radnoj temperaturi EMISIJA HLADNOG MOTORA OPĆA FORMULA ZA IZRAČUNAVANJE DODATNOG EMISIJSKOG FAKTORA ISPUŠNIH PLINOVA PRI HLADNOM STARTU Dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu uz referentne uvjete Utjecaj prosječne brzine vožnje Utjecaj temperature okoliša Utjecaj prevaljene udaljenosti DRUGI TIPOVI VOZILA Osobna vozila s Dizelovim motorom i oksidacijskim katalizatorom Laka teretna vozila Teška teretna vozila Autobusi GENERALIZACIJA DODATNOG EMISIJSKOG FAKTORA S OBZIROM NA PROMETNU AKTIVNOST Podaci vezani za prometnu aktivnost SAŽETAK Izračunavanje dodatne emisije ispušnih plinova pri hladnom startu za pojedino vozilo na određenom putovanju Izračunavanje dodatne emisije ispušnih plinova pri hladnom startu za cijelu grupu vozila u godini dana EMISIJA HLAPIVIH TVARI BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI POBOLJŠANA GORIVA GRUPE VOZILA U SKOROJ BUDUĆNOSTI Osobna i laka teretna vozila Autobusi i teška teretna vozila NOVE TEHNOLOGIJE Električna vozila Hibridna vozila Vozila s gorivnim ćelijama II

4 SADRŽAJ 9.4. ALTERNATIVNA GORIVA Uvod Stlačeni prirodni plin Metanol Etanol Biodizel Dimetil eter Sažetak PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA KORIŠTENJEM PROGRAMA COPERT PODACI VEZANI ZA DRŽAVU KOJA SE OBRAĐUJE Odabir države koja se obrađuje Podaci vezani za gorivo Podaci vezani za temperature Tlak para po Reidu Podaci vezani za prometnu aktivnost pri hladnom startu Podaci o spremniku goriva PODACI VEZANI ZA PROMETNU AKTIVNOST Podaci o vozilima Zastupljenost kretanja po pojedinim vrstama prometnica Emisija hlapivih tvari na pojedinim prometnicama EMISIJSKI FAKTORI Emisijski faktori pri radnoj temperaturi motora Dodatni emisijski faktori pri hladnom startu Emisijski faktori hlapivih tvari UKUPNA EMISIJA Emisija pri radnoj temperaturi motora Dodatna emisija pri hladnom startu Emisija hlapivih tvari Ukupna emisija Balans potrošenog goriva Specifikacija emisije nemetanskih ugljikovodika (NMVOC) OSTALO SAŽETAK PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ PRORAČUN EMISIJE ISPUŠNIH PLINOVA CESTOVNIH VOZILA U HRVATSKOJ POMOĆU RAČUNALNOG PROGRAMA COPERT III

5 SADRŽAJ Analiza podataka dobivenih računalnim programom COPERT ZAKLJUČAK LITERATURA IV

6 POPIS TABLICA POPIS TABLICA Tablica 1. Štetne tvari s obzirom na stupanj pouzdanosti postojećih podataka...16 Tablica 2. Štetne tvari za koje je EU predložila granične vrijednosti...17 Tablica 3. Ispušni plinovi s obzirom na vrstu i razinu dostupnosti podataka...21 Tablica 4. Podjela vozila na kategorije prema UN-ECE...25 Tablica 5. Grupe vozila...26 Tablica 6. Nastavak...27 Tablica 7. Nastavak...28 Tablica 8. Nastavak...29 Tablica 9. Nastavak...30 Tablica 10. Granične vrijednosti emisijskih faktora [g/km] za PC prema zahtjevima EURO III i EURO IV (EU smjernica 98/69)...35 Tablica 11. Granične vrijednosti emisijskih faktora [g/km] za LDV prema zahtjevima EURO III i EURO IV (EU smjernica 98/69)...35 Tablica 12. Maksimalni dopušteni udio sumpora u gorivu prema zahtjevima EURO III i EURO IV (EU smjernica 98/70)...36 Tablica 13. Granične vrijednosti emisijskih faktora za HDV...36 Tablica 14. Granične vrijednosti emisijskih faktora za dizelska HDV prema zahtjevima EURO III, EURO IV i EURO V - ESC i ELR ispitni ciklus...36 Tablica 15. Granične vrijednosti emisijskih faktora za plinska i dizelska HDV prema zahtjevima EURO III, EURO IV i EURO V - ispitni ciklus ETC...37 Tablica 16. Granične vrijednosti emisijskih faktora za motocikle (EU smjernica 97/24)...38 Tablica 17. Ovisnost emisije CO o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila...42 Tablica 18. Ovisnost emisije HC o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila...43 Tablica 19. Ovisnost emisije NO x o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila...44 Tablica 20. Ovisnost emisije CO 2 o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila...45 Tablica 21. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za dizelska EURO 0 osobna vozila do 2,5 t...46 Tablica 22. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za dizelska vozila koja podliježu zahtjevima EURO I do 2,5 t...46 Tablica 23. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za vozila bez katalizatora na tekući naftni plin do 2,5 t...46 Tablica 24. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za vozila na tekući naftni plin koja podliježu zahtjevima EURO I do 2,5 t...47 Tablica 25. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za benzinska laka teretna vozila...47 Tablica 26. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za dizelska laka teretna vozila...48 V

7 POPIS TABLICA Tablica 27. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 3.5 do 7.5 t...49 Tablica 28. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 7.5 do 16 t...50 Tablica 29. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 16 do 32 t...50 Tablica 30. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 32 do 40 t...50 Tablica 31. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za gradske autobuse...50 Tablica 32. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za međugradske autobuse...51 Tablica 33. Korekcijski faktori za vozila preko 40 t (u odnosu na vozila od t)...51 Tablica 34. Emisijski faktori štetnih ispušnih plinova e hot,v za mopede...52 Tablica 35. Emisijski faktori štetnih plinova u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje za dvotaktne motocikle...52 Tablica 36. Emisijski faktori štetnih plinova u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje za četverotaktne motocikle...53 Tablica 37. Koeficijenti faktora uspona za benzinska osobna i laka teretna vozila bez katalizatora...55 Tablica 38. Koeficijenti faktora uspona za osobna i laka teretna vozila s katalizatorom...56 Tablica 39. Koeficijenti faktora uspona za osobna i laka teretna dizelska vozila...57 Tablica 40. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila do7.5 t...58 Tablica 41. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila od 7.5 do 16 t...59 Tablica 42. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila od 16 do 32 t...60 Tablica 43. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila preko 32 t...61 Tablica 44. Koeficijenti faktora uspona za gradske autobuse...62 Tablica 45. Koeficijenti faktora uspona za međugradske autobuse...63 Tablica 46. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 3.5 do 7.5 t...64 Tablica 47. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 7.5 do 16 t...64 Tablica 48. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 16 do 32 t...64 Tablica 49. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 32 do 40 t...65 Tablica 50. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora broja prijeđenih kilometara...67 Tablica 51. Koeficijenti potrebni za izračun korekcijskog faktora prosječne temperature okoliša...68 Tablica 52. Parametri koje je potrebno uključiti u izračun emisijskog faktora pri radnoj temperaturi...70 Tablica 53. Učestalost kretanja po različitim vrstama uzdužnog nagiba kolnika za PC i LDV...71 VI

8 POPIS TABLICA Tablica 54. Učestalost kretanja po različitim vrstama uzdužnog nagiba kolnika te srednji nagib kolnika za HDV...71 Tablica 55. Prosječne brzine vožnje na usponima u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje na ravnom kolniku...72 Tablica 56. Dodatni emisijski faktor pri hladnom startu uz referentne uvjete ϖ [g/putovanju]...78 Tablica 57. Funkcija korekcije utjecaja prosječne brzine vožnje pri hladnom startu f(v)...78 Tablica 58. Funkcija korekcije utjecaja temperature okoliša pri hladnom startu g(t)...79 Tablica 59. Hladni put d h u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje...80 Tablica 60. Konstanta a potrebna za računanje funkcije korekcije h(d)...81 Tablica 61. Dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu za teška teretna vozila...82 Tablica 62. Postotak ukupnog broja prijeđenih kilometara pri hladnom startu u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje...84 Tablica 63. Zastupljenost prosječnih brzina vožnje pri hladnom startu u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje tijekom cijelog putovanja...84 Tablica 64. Nastavak...85 Tablica 65. Nastavak...86 Tablica 66. Učestalost početne temperature pokretanja motora s obzirom na srednju temperaturu okoliša...86 Tablica 67. Učestalost dužine putovanja u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje pri hladnom startu...87 Tablica 68. Nastavak...88 Tablica 69. Nastavak...89 Tablica 70. Funkcije emisijskih faktora hlapivih ugljikovodika za benzinska PC i LDV...94 Tablica 71. Emisijski faktori za vozila na dva kotača...95 Tablica 72. Prosječna dnevna upotreba osobnih vozila...96 Tablica 73. Zastupljenost temperatura motora na kraju putovanja u ovisnosti o prosječnoj temperaturi okoliša...97 Tablica 74. Nastavak...98 Tablica 75. Svojstva benzinskih goriva prema EU smjernici 98/ Tablica 76. Svojstva dizelskih goriva prema EU smjernica 98/ Tablica 77. Utjecaj poboljšanog benzina na emisiju LDV bez katalizatora Tablica 78. Utjecaj poboljšanog benzina na LDV s katalizatorom Tablica 79. Redukcijski faktori za benzinska vozila Tablica 80. Redukcijski faktori za dizelska vozila Tablica 81. Standardi i redukcijski faktori za autobuse i teška teretna vozila Tablica 82. Emisija ispušnih plinova pri dobivanju električne energije Tablica 83. Emisijski faktori za benzinska hibridna vozila VII

9 POPIS TABLICA Tablica 84. Emisijski faktori za vozila na gorivne ćelije s metanolom Tablica 85. Korekcijski faktori za vozila na stlačeni prirodni plin u odnosu na vozila bez katalizatora Tablica 86. Korekcijski faktori za vozila na metanol u odnosu na vozila bez katalizatora vozila Tablica 87. Korekcijski faktori za vozila na etanol u odnosu na vozila bez katalizatora Tablica 88. Kvalitativna ocjena emisije vozila na biodizel Tablica 89. Korekcijski faktori za vozila na dimetil eter Tablica 90. Prednosti i nedostaci alternativnih goriva Tablica 91. Utjecaj alternativnih goriva na emisiju promatranih plinova VIII

10 POPIS SLIKA POPIS SLIKA Slika 1. Blok shema organizacija i njihovih međusobnih veza...2 Slika 2. Porast putničkog prometa u EU...6 Slika 3. Zastupljenost različitih vrsta prometa u kopnenom putničkom prometu...7 Slika 4. Promjene u kopnenom prijevozu roba...8 Slika 5. Promjene u brodskom prometu u EU...9 Slika 6. Promjene emisije CO za grupu članica EU...10 Slika 7. Promjene emisije NOx za grupu članica EU...11 Slika 8. Godišnje koncentracije NO 2 mjerene u većim europskim gradovima...12 Slika 9. Prosječna godišnja koncentracija krutih čestica u nekim europskim gradovima...13 Slika 10. Usporedba stvarnog i laboratorijskog ispitnog ciklusa vožnje...23 Slika 11. Usporedba emisijskih faktora iz švicarsko / njemačkog Priručniku za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila s krivuljom emisijskog faktora dobivenom statističkom obradom vrijednosti iz priručnika...24 Slika 12. Granične vrijednosti emisije CO u početnim EU standardima...33 Slika 13. Emisijski faktori za vozila koja koriste različite tehnologije...34 Slika 14. Usporedba graničnih emisija HDV, za različite standarde...38 Slika 15. Podaci vezani za pojedino vozilo koje bi trebao ispunjavati Centar za vozila Slika 16. Izgled baze koja odgovara razdiobi prema MEET-u Slika 17. Tablica vezana za meteorološke podatke Slika 18. Podaci o sastavu goriva Slika 19. Podaci vezani za tlak para po Reidu Slika 20. Emisijski faktori benzinskih vozila prema godinama proizvodnje Slika 21. Emisijski faktori dizelskih vozila prema godinama proizvodnje Slika 22. Usporedba emisijskih faktora benzinskih i dizelskih vozila Slika 23. Broj registriranih benzinskih vozila u Hrvatskoj g. prema godini proizvodnje Slika 24. Ukupna emisija benzinskih vozila g. u Hrvatskoj Slika 25. Broj registriranih dizelskih vozila u Hrvatskoj g. prema godini proizvodnje Slika 26. Ukupna emisija dizelskih vozila g. u Hrvatskoj Slika 27. Broj registriranih vozila u Hrvatskoj g. prema godini proizvodnje Slika 28. Usporedba ukupne emisije benzinskih i dizelskih vozila Slika 29. Udio pojedinih vrsta vozila u ukupnoj emisiji CO IX

11 POPIS OZNAKA POPIS OZNAKA [C] [kg] masa ugljika [CO] [kg] masa ugljik monoksida [CO 2 ] [kg] masa ugljik dioksida [CO 2 ] [kg] masa ugljik dioksida [GORIVO] [kg] masa goriva [HC] [kg] masa neizgorenih ugljikovodika [H x C y ] [kg] masa goriva [PM] [kg] masa krutih čestica a [km/god] prometna aktivnost d [km] prevaljena udaljenost d h [km] hladni put E [t/god] ukupna emisija e d [g/danu] emisijski faktor gubitaka uslijed disanja spremnika za benzinska vozila s metalnim spremnikom E evap [t/god] emisija hlapivih tvari e fi [g/putovanju] emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s elektroničkim ubrizgavanjem e hot [g/km] emisijski faktor pri radnoj temperaturi E hot [t/god] emisija pri radnoj temperaturi motora e hot,v [g/km] emisijski faktor pri radnoj temperaturi u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje e r,hot [g/km] emisijski faktor vrućih gubitaka u vožnji e r,worm [g/km] emisijski faktor toplih gubitaka u vožnji e s,hot [g/putovanju] emisijski faktor vrućih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s rasplinjačom e s,worm [g/putovanju] emisijski faktor toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s rasplinjačom e start [g/putovanju] dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu E start [t/god] dodatna emisija pri hladnom startu f [1] faktor uspona h [1] faktor tereta l [km/god] prosječna broj kilometara u godini dana m [1] faktor broja prijeđenih kilometara n [1] broj vozila u svakoj od grupa R [g/god] vrući i topli gubici hlapivih tvari u vožnji X

12 POPIS OZNAKA r 1 [1] omjer broja vodikovih i ugljikovih atoma u gorivu r 2 [1] faktor emisije neizgorenih ugljikovodika S c [g/danu] prosječni emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za benzinska vozila s rasplinjačom S fi [g/danu] prosječni emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za benzinska vozila s elektroničkim ubrizgavanjem goriva T [ C] prosječna temperatura okoliša t [1] faktor prosječne temperature okoliša t ok [ C] prosječna temperatura okoliša t ok,min [ C] prosječna minimalna dnevna temperatura okoliša TPR [kpa] tlak para po Reidu v [km/h] prosječna brzina vožnje v start [km/h] prosječna brzina vožnje za vrijeme korištenja hladnog motora t ok [ C] prosječni dnevni porast temperature α [1] udio ugljika u krutim česticama δ [1] omjer prevaljene udaljenosti i hladnog puta γ [%] uspon ϖ [g/putovanju] dodatni emisijski faktor pri hladnom startu uz referentne uvjete (20 C i 20 km/h) XI

13 UVOD 1. UVOD U EU s gotovo jedna trećina energije troši na promet (285 megatona ekvivalentne energije nafte od ukupno potrošenih 992 u godini). Pored toga, energija koja se troši na promet stalno raste, dok ostala potrošnja relativno stagnira. Energija koja se troši na promet je, od do godine, porasla za 45 %, dok je porast energije potrošene u industriji i ostalim granama iznosio svega 0.5 %. Porast prometa je usko vezan s ekonomskim razvojem. Razvijeniji promet pruža veće mogućnosti učestvovanja na širem pa i globalnom tržištu što omogućuje veću konkurentnost i ekonomski razvoj, dok je posljedica većeg ekonomskog razvoja stvaranje uvjeta za korištenje većeg broja vozila, odlazak na odmore te pristup većoj količini roba i usluga. Promet je vrlo vrijedan i neophodan dio modernog društva, ali je njegovo ubrzano širenje prepoznato kao glavni uzrok neželjenih popratnih efekata. Prometna zagušenost čini gradove manje ugodnima za život te smanjuje prometnu učinkovitost, povećavajući vrijeme putovanja, potrošnju goriva i stres vozača. Prometna infrastruktura, mora počesto biti građena na agrikulturno korisnom zemljištu ili lokacijama od visoke ekološke, povijesne ili kulturne važnosti. Od ekološke je, ekonomske i političke važnosti, da promet bude organiziran na najbolji mogući način, tako da zadovoljava potrebe ljudi i roba, uz uzrokovanje što je moguće manje neželjenih popratnih pojava. Cijena navedenoga se mora kretati u razumnim granicama, a njegov utjecaj na prirodni i čovjekov okoliš se mora minimalizirati. Promet velikim dijelom utječe na okoliš, na taj način da ga zagađuje ispušnim plinovima. Svaka litra izgorjelog goriva, u vrlo općenitim okvirima, uzrokuje ispuštanje u atmosferu 100 g ugljičnog monoksida, 20 g hlapljivih organskih spojeva, 30 g dušikovih oksida, 2.5 kg ugljičnog dioksida te još niz drugih spojeva uključujući olovne spojeve, sumporne spojeve i krute čestice. Svaki od ovih ispušnih plinova je u nekoj mjeri vezan za zagađenje zraka, od kojih neki djelaju lokalno direktno na zdravlje ljudi, dok drugi djeluju globalno uzrokujući globalne promjene kao što je efekt staklenika. Do projekta MEET [1] (''Methodologies for Estimating air pollutant Emissions from Transport'' odnosno ''Metoda za procjenu emisije štetnih ispušnih plinova u prometu'') je došlo da bi se stvorio jedinstven europski model za procjenu utjecaja prometa na zagađivanje zraka. Rađen je paralelno s programom COST Action 319 [2], u kojem je moguće naći više podataka vezanih za znanstveni pristup istraživanju, pri čemu su se ova dva projekta ispreplitala i prožimala. Projekt MEET donosi, u tom trenutku, najrelevantnije i najsvježije podatke vezane za utjecaj prometa na zagađenje zraka te podatke vezane za statističku obradu prometne aktivnosti, što omogućava procjenu emisije štetnih plinova za bilo koju radnju u prometu. Mnogo je drugih razloga, osim zagađenja zraka, na osnovu kojih se donosi odluka o korištenju određene vrste prijevoza, međutim rezultati ovog projekta daju mogućnost ljudima koji donose konkretne odluke, te ljudima koji kreiraju politiku i javno mišljenje, da i ovaj utjecaj uzmu u obzir MEĐUNARODNE AKTIVNOSTI VEZANE ZA IZVJEŠTAVANJE O NACIONALNIM EMISIJAMA ŠTETNIH ISPUŠNIH PLINOVA Na slici 1. je prikazana shema organizacija i njihovih međusobnih veza. Obojene strelice predstavljaju izviješća koja se šalju u sklopu preuzetih međunarodnih obveza Republike Hrvatske, dok tanke crne linije predstavljaju međusobnu komunikaciju između organizacija, a debele crne linije smijer izmjene podataka i izviješća u Europskim institucijama. 1

14 UVOD EU UN EEA ETC/AE... Europski referentni centri za različite teme Ministarstvo zaštite okoliša i prostornog uređenja RH AZO Specijalizirana poduzeća CLRTAP UNFCCC KYOTO PROTOKOL EU smjernica 93/389 Međusobna komunikacija Slika 1. Blok shema organizacija i njihovih međusobnih veza European Environment Agency EEA (Europska agencija za okoliš) i European Topic Centre on Air Emissions ETC/AE (Europski referentni centar za onečišćenje zraka) Europska agencija za okoliš (EEA) je osnovana u Kopenhagenu (Danska), a potpuno je započela s radom godine. Osnovni ciljevi EEA su: Osnovati i koordinirati u suradnji sa zemljama članicama Europsku mrežu za praćenje stanja okoliša (European Environment Information and Observation Network - EIONET), gdje bi zadatak EEA bio sakupljanje, analiziranje te daljnja obrada podataka i informacija. 2

15 UVOD Osigurati pravovremene, relevantne i objektivne podatke osobama koje kreiraju politiku i građanstvu zemalja članica. Ovim bi došlo do efikasnije politike vezane za okoliš te bi se time postigla značajna i mjerljiva poboljšanja u okolišu. Bilježiti i organizirati podatke o stanju okoliša, koje bi kroz stručne izvještaje dostavljale zemlje članice o kvaliteti, osjetljivosti i ugroženosti okoliša. EEA osniva referentne centre kao znanstvenu podršku u različitim područjima onečišćenja okoliša. Jedan u nizu takvih centara je Europski referentni centar za onečišćenje zraka ETC/AE koji započinje s djelovanjem godine. Osnovna zadaća ETC/EA je davanje znanstvene podrške i stručnih podataka vezanih za onečišćenje zraka Europskoj agenciji za okoliš. Institucije kojima EEA i ETC/EA u najvećoj mjeri daju podatke su Europska komisija te vlade članica EU odnosno vlade članice EEA. EEA daje i redovite izvještaje o stanju okoliša (npr. Europe's Environment: The Second Assessment, objavljena u lipnju 1998.). Glavni cilj radnog programa ETC/AE je izdavanje godišnjih izvješća CORINAIR [3] (CORe INventori of AIR emissions) od nadalje, koja se temelje na službenim nacionalnim izvješćima, a uključuju ukupnu emisiju i emisiju po različitim granama i izvorima. ETC/AE pruža potporu zemljama članicama pri izradi različitih izvješća u skladu s preuzetim međunarodnim obvezama, kako bi ta izvješća bila kompletna, transparentna, jezgrovita i donesena na vrijeme. Najznačajnije međunarodne obveze zemalja članica, u vezi kojih se šalju izvješća su: UNECE 1 Konvencija o prekograničnim zagađenjima zraka (CLRTAP 2 ). UN Konvencija o klimatskim promjenama (UNFCCC 3 ). Kyoto protokol 4 o ograničenju emisije stakleničkih plinova. EC mehanizam nadgledanja vezan za CO 2 i druge stakleničke plinove (EU smjernica 93/389). ETC/AE je omogućio korištenje CollectER (Collect Emission Register, izdan g.) softverskog paketa, da bi pomogao članicama pri slanju izvješća koja udovoljavaju svim navedenim međunarodnim obvezama. U dodatku ovog softverskog paketa nalazi se program COPERT (Computer Programme for estimating Emissions from Road Transport) koji služi za nacionalnu procjenu emisije ispušnih plinova u cestovnom prometu (može se besplatno skinuti na stranici EEA predlaže svojim članicama da za sastavljanje izvješća o cestovnom prometu koriste COPERT, međutim zemlje članice mogu koristiti vlastite razrađenije i prilagođenije modele. COPERT 5 se zasniva na preliminarnim rezultatima iz dobivenim COST 319 i MEET programom, a unaprijeđen je korištenjem konačnih rezultata dobivenih ovim programima. COPERT se kao računalni program, stalno unaprijeđuje i prilagođava korisnicima. Republika Hrvatska nije članica EEA, ali je potpisnica CLRTAP-a, UNFCCC-a i Kyoto protokola, a u sklopu pridruživanja EU preuzima i obveze iz EU smjernice 93/389. Za sada, sva izvješća prema navedenim preuzetim međunarodnim obvezama Republika Hrvatska, upućuje preko nadležnog ministarstva (Ministarstvo zaštite okoliša i prostornog uređenja). Konkretno, 1 UNECE United Nations Economic Commission for Europe (jedna od 5 regionalnih organizacija UN-a) 2 CLRTAP Convention on Long Range Transboundary Air Pollution 3 UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change 4 Kyoto protokol je sastavni dio UNFCCC, međutim sve zemlje potpisnice UNFCCC nisu potpisnice i Kyoto protokola 5 Prva verzija je bio COPERT90, zatim COPERT2, a najnoviji je COPERT3 računakni program 3

16 UVOD ministarstvo od specijaliziranih poduzeća naruči konkretnu studiju, a zatim je proslijedi nadležnim međunarodnim instancama godine Vlada Republike Hrvatske je potaknula osnivanje ''neovisne'' agencije, Agencija za okoliš (AZO), koja bi se trebala baviti problemima onečišćenja okoliša. U vrijeme pisanja ovog rada ova agencija nije bila u potpunosti operativna te se pri izradi godišnjih izvješća i dalje oslanja na specijalizirana poduzeća. Trenutno su u osnivanju Hrvatski referentni centri za pojedine teme, međutim još nisu započeli s radom. Prema riječima djelatnika AZO, Republika Hrvatska trenutno ne podnosi izvješća vezana za emisiju ispušnih plinova u cestovnom prometu, niti u obliku COPERT programa, niti u bilo kojem drugom obliku CLRTAP/EMEP Od potpisnica CLRTAP (gotovo sve europske zemlje uključujući Republiku Hrvatsku) se traži da godišnje dostavljaju izvješće o emisiji sljedećih štetnih tvari: SO 2, NO x, CO 2, CH 4, nematanskih hlapljivih organskih spojeva, CO, NH 3, teških metala i stabilnih štetnih organskih tvari. Za ove štetne tvari potpisnice dostavljaju ukupnu nacionalnu emisiju, kao i emisiju razvrstanu u 11 grupa zagađivača kako to određuje SNAP (Selected Nomenclature for Sources of Air Pollution). Vezano za promet, radi se razlika između cestovnog prometa (SNAP 07) i ostalih vrsta prometa (SNAP 08). Članice se dodatno potiču da dostavljaju i detaljnija izvješća (npr. SNAP level 2). SNAP level 2 znači da se zagađivanje prometom dijeli na sljedeći način: za cestovni promet (SNAP 07) o osobna vozila o laka teretna vozila (< 3.5 t) o autobusi i teška teretna vozila (> 3.5 t) o mopedi i motocikli (< 50 cm 3 ) o mopedi i motocikli (> 50 cm 3 ) o hlapive tvari o oprema vozila vezana za gume i kočnice ostale vrste prometa (SNAP 08) o vojska o željeznica o unutarnji brodski promet (rijeke i kanali) o pomorski promet o zračni promet o poljoprivreda o šumarstvo o industrija o održavanje vrtova i okućnica. Metodologija za procjenu emisije prema SNAP-ovim grupama zagađivača, je dana u zajedničkom EMEP/CORINAIR Atmospheric Emission Inventory Guidebook-u [4] (Priručniku za procjenu emisije štetnih plinova u atmosferu). 4

17 UVOD EMEP je znanstveno utemeljeni program u sklopu CLRTAP-a za međunarodnu suradnju oko uklanjanja problema vezanih za onečišćenje zraka. Nove spoznaje dobivene programima COST319 [2] i MEET [1], uvrštene su u priručnik i 98. godine (može se naći na: a namjera je uvrstiti i konačne rezultate ovih dvaju programa UNFCCC/IPCC i EC Monitoring Mechanism (EC mehanizam nadgledanja prema EU smjernici 93/389) Od potpisnica UNFCCC se traži da godišnje dostavljaju izvješće o emisiji sljedećih štetnih tvari: CO 2, CH 4, N 2 O, NO x, nematanskih hlapljivih organskih spojeva, CO, fluoriranih ugljikovodika, perfluoro spojeva i SF 6. Potpisnice se potiču da pri sastavljanju nacionalnih izvješća koriste IPCC 6 Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories [5] (Vodič za nacionalnu procjenu stakleničkih plinova (dostupan na: mada se mogu koristiti i druge metode koje daju potrebne podatke i dokumentaciju. Zemlje članice EU, dužne su dostavljati godišnja izvješća Komisiji EC mehanizma nadgledanja, o emisiji istih štetnih tvari. Do godine u izvješća nisu ulazili fluorirani ugljikovodici, perfluoro spojevi i SF 6. Pri izradi IPCC-vog vodiča, korištena su iskustva mnogih stručnjaka i organizacija (npr. CLRTAP/EMEP). Za promet se traže izvješća vezana za sljedeće područje: civilno zrakoplovstvo međunarodni i domaći cestovni promet osobna vozila, laka teretna vozila, autobusi i teška teretna vozila, motocikli, hlapive tvari željeznički promet brodski promet međunarodne marine i međunarodna plovidba ostale vrste prometa cjevovodi PROMJENE VEZANE ZA PROMETNU AKTIVNOST I EMISIJU Kao što je već rečeno, intenzitet prometa se već godinama povećava. Međutim, rast nije jednak u različitim vrstama prometa te varira od zemlje do zemlje. Različiti promjene, vezane za navedeno, su opisane u nastavku. 6 IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change 5

18 UVOD Slika 2. Porast putničkog prometa u EU Na slici 2. prikazan je rast putničkog prometa u EU. Debelom crvenom linijom označen je europski prosjek, dok tanke linije označavaju zemlje s najvećim, odnosno najmanjim rastom (ostale zemlje EU se nalaze negdje između tankih linija). Sve vrste putničkog prometa su rasle od na ovamo, ali najveći porast imaju putovanja osobnim automobilima. U prosjeku je intenzitet putovanja osobnim automobilima u bio više od 4 puta veći od onog u godini. Putovanja autobusom i vlakom pokazuju mali rast, dok putovanja motociklima ostaju, manje više jednaka. Dominacija osobnih vozila, kao osnovnog sredstva u putničkom prometu prikazana je i na slici 3. Iz slike je vidljivo da se 90 % putničkog prometa (ne računajući zračni promet) odnosi na cestovni promet, a da se 80 % cestovnog prometa odnosi na osobne automobile. U prikazanom periodu od 30 godina, promet autobusima se smanjio u prosjeku sa 23 % na 13 %, dok se željeznički putnički promet smanjio sa 13 % na 6 % ukupnog putničkog prometa. 6

19 UVOD Slika 3. Zastupljenost različitih vrsta prometa u kopnenom putničkom prometu Zračni promet u EU (uključujući putovanja iz Europe širom svijeta i obrnuto) je doživio najveći porast od svih vrsta prometa, od godine naovamo. Procjenjuje se da je napravljeno 43 bilijuna 7 kilometar putnika, dok je napravljeno 274 bilijuna kilometar putnika. Zračni se putnički promet može trenutno mjeriti sa željezničkim i zauzima otprilike 6 % ukupnog putničkog prometa. Statistika vezana za promet roba u cestovnom i željezničkom prometu dana je na slici godine oko 30 % prijevoza roba je otpadalo na željeznički promet, da bi se taj udio smanjio za duplo do godine. U istom razdoblju se količina cestovnog prijevoza roba (izražena u kilometar tonama [tkm] povećala za oko 2.5 puta dok je količina željezničkog prijevoza roba ostala otprilike jednaka (smanjenja za 3 %). Ako u razmatranje uzmemo samo količinu prevezenog tereta u cestovnom prometu, ona pokazuje porast u istom razdoblju za 30 %, što pokazuje da porast intenziteta cestovnog prijevoza roba, dolazi u većoj mjeri od dužih putovanja, nego od prevezene količine roba. Količina prevezenog tereta u željezničkom prometu pokazuje pad za 20 %, što opet pokazuje povećanje u prosječnoj udaljenosti. 7 1 bilijun iznosi kilometara. 7

20 UVOD Slika 4. Promjene u kopnenom prijevozu roba Statistika vezana za brodski promet (uključuje i morski i slatkovodni), dana je na slici 5. U nekim državama unutarnji brodski promet ima značajan udio, posebno Njemačkoj (16 % u prijevozu tereta) i Nizozemskoj (53 % u prijevozu tereta), dok je u drugim državama njegov udio zanemariv. Ukupni iznos unutarnjeg brodskog prometa u EU je od otprilike konstantan i iznosi 110 bilijuna kilometar tona, međutim njegova zastupljenost je u opadanju sa 12 % u na 8 % u godini. Morski promet, mjeren u tonama tereta ukrcanog i iskrcanog u lukama je u stalnom porastu. 8

21 UVOD Slika 5. Promjene u brodskom prometu u EU Jasno da porast ukupne prometne aktivnosti ne može biti ostvaren bez porasta utrošene energije. Udio energije potrošene na promet raste sa 21 % od ukupne potrošene energije u na 28 % u Od toga je godine % ukupne energije otpadalo na cestovni promet, 2.28 % na zračni promet i 0.83 % na željeznički promet godine % posto ukupne energije je otpadalo na cestovni promet, 3.46 % na zračni promet i 0.69 % na željeznički promet. Uočavamo da se cestovni promet povećao za trećinu od Budući da ukupna potrošena energija raste, to u apsolutnom smislu predstavlja porast od 50 %. Na zračni promet otpada relativno skroman udio energije, ali on pokazuje najbrži rast. Udio energije potrošene na zračni promet je za 50 % veća u nego u 1980., što u apsolutnom smislu predstavlja porast od 70 %. Vidljivo je da u ovom razmatranju nije uzet u obzir brodski promet, ali iz brodske aktivnosti prikazane na slici 5., možemo zaključiti da energija potrošena na slatkovodni brodski promet ostaje otprilike konstantna, dok je ona u pomorskom prometu porasla za približno 30 %. Intuitivno bi se moglo zaključiti da će, zbog porasta prometne aktivnosti i potrošnje energije, u jednakom omjeru doći do povećanja emisije štetnih ispušnih plinova, međutim to nije slučaj. Vrlo su značajna poboljšanja napravljena, u smanjenju emisije štetnih ispušnih plinova, od godine kad je EU uvela prva ograničenja. Ograničenja su dalje mijenjanja, kako bi se uvela stroža ograničenja i kako bi se njihova primjena proširila na više različitih grupa vozila. Unaprjeđivanje kvalitete goriva je zatim pridonijelo smanjenju emisije štetnih ispušnih plinova (npr. smanjenje udjela olova u benzinu i sumpora u dizelskom gorivu). Na slikama 6. i 7. je prikazana promjena emisije ugljičnog monoksida (CO) i dušikovih oksida (NO x ), za odabranu grupu zemalja članica EU, u razdoblju od do godine. Promjena emisije ne preslikava snažan trend porasta prometa, već u velikom broju slučajeva pokazuje i opadanje emisije ispušnih plinova. 9

22 UVOD Slika 6. Promjene emisije CO za grupu članica EU Za CO se može uočiti vrlo bliska veza između emisije i sastava osobnih vozila pojedine zemlje. Naime, benzinska vozila bez katalizatora, ispuštaju znatno više CO od dizelskih vozila i benzinskih vozila s katalizatorom. Najočitiji su primjer Austrija i UK. Unutarnji austrijski propisi su doprinijeli puno ranijoj upotrebi vozila s katalizatorom, nego što je to bio slučaj u UK. Osim toga, zastupljenost dizelskih vozila u Austriji je puno veća nego u UK, tako da je Austrija imala 30 % ''nisko-emisijskih'' vozila (dizelska vozila i benzinska vozila s katalizatorom), dok je u UK bila svega 3 % dizelskih vozila, a vozila s katalizatorom gotovo da nije ni bilo. Isto pravilo se može uočiti na donjem dijagramu na slici 6., koji prikazuje emisiju CO vezanu za promet. U Austriji, Njemačkoj i Nizozemskoj je upotreba ''nisko-emisijskih'' vozila postala obvezna (ili na neki način poticana) puno prije nego ih je EU proglasila obaveznima i zbog toga ove zemlje pokazuju znatan silazni trend u emisiji CO, kroz cijeli prikazani period. U UK i Italiji nije bilo znatnijeg upliva naprednih tehnologija do 1992./93. pa je u tim zemljama uočljiv trend rasta emisije CO uslijed povećanja prometne aktivnosti. Francuska pokazuje silazni trend, ali on nije tako izražen kao kod Austrije, Njemačke i Nizozemske. Do smanjenja emisije u francuskoj je došlo zbog velikog porasta popularnosti dizelskih vozila, što je dovelo do njihove veće zastupljenosti. 10

23 UVOD Slika 7. Promjene emisije NOx za grupu članica EU Udio dušikovih oksida iz prometa u ukupnoj količini dušikovih oksida u atmosferi, ovisi, jasno, o sastavu vozila, ali znatno više ovisi o zastupljenosti različitih izvora električne energije u pojedinoj zemlji. Elektrane, koje rade na principu izgaranja tvari (termoelektrane), stvaraju znatne količine dušikovih oksida, dok ih nuklearne elektrane i elektrane na obnovljive izvore (hidroelektrane, vjetrenjače, solarne elektrane,...) ne stvaraju. U Francuskoj se 40 % električne energije stvara u nuklearnim elektranama, a u Švedskoj nuklearne elektrane i hidroelektrane čine čak 50 % od ukupne proizvodnje električne energije. Normalno da će u tim zemljama udio NO x iz prometa biti viši nego u drugim zemljama. S druge strane, Danska gotovo svu električnu energiju dobiva iz termoelektrana pa stoga i ima najmanji udio NO x iz prometa. Promjene emisije NO x iz prometa, ne pokazuju tako naglo smanjenje kao što je to bio slučaj kod CO, jer je raniji porast udjela dizelskih vozila i benzinskih vozila s katalizatorom pokazao manju djelotvornost u smanjenju emisije dušikovih oksida. Mnoga od ranije proizvedenih vozila s katalizatorom su imala neregulirani sustav koji je bio puno manje djelotvoran, u smanjenju emisije NO x, od današnjih reguliranih katalizatora. Dizelska vozila imaju manju emisiju NOx od benzinskih vozila bez katalizatora, ali ona je samo dva do tri puta manja (samo, jer je za emisiju CO manja više od 10 puta). Unatoč svemu, zemlje koje su ranije počele koristiti vozila s katalizatorom i kod kojih je udio dizelskih vozila veći pokazuju veći pad u emisiji NO x. U razmatranom periodu od 15 godina, Austrija i Njemačka su smanjile emisiju za 20 %, dok je u UK i Danskoj čak porasla, mada u posljednje vrijeme pokazuje tendenciju opadanja. Osnovni cilj smanjenja emisije štetnih ispušnih plinova, je poboljšanje kvalitete zraka. Na slici 8. je prikazana razina NO 2, mjerena u razdoblju od do godine, u većim europskim gradovima. 11

24 UVOD Slika 8. Godišnje koncentracije NO 2 mjerene u većim europskim gradovima U gornjem dijagramu na slici 8. su prikazane prosječne godišnje koncentracije. Uočljivo je da koncentracije variraju iz godine u godinu, najviše zbog promjenljivih vremenskih uvjeta, te nemogućnosti da se uklone promjene kojima pridonose emisiji u određenim razdobljima. Zbog toga je napravljena donja slika koja pokazuje linearno aproksimirane promjene u cijelom razmatranom razdoblju. Međutim, ni u ovako danom prikazu nije sasvim jasno zbog čega dolazi do ovakvih promjena. Tri grada pokazuju trend smanjenja, dva grada trend povećanja, a dva grada ne pokazuju veće promjene. Začuđuje da se gradovi koji pokazuju trend povećanja emisije, nalaze baš u Njemačkoj i Nizozemskoj, u kojima je rečeno da su se ranije od ostalih zemalja, značajnije počela koristiti ''nisko-emisijska'' vozila. Vjerojatno je uzrok tome složen proces nastanka dušičnog dioksida u atmosferi. U najvećoj mjeri se dušikovi oksidi ispuštaju u atmosferu u obliku dušikovog monoksida (NO), koji u atmosferi oksidira u dušikov dioksid (NO 2 ). Koncentracija dušikovog dioksida ovisi, koliko o koncentraciji ispušnih dušikovih oksida, toliko i o koncentraciji oksidacijskih agensa, u prvom redu ozona (O 3 ). Na slici 9. prikazana su mjerenja koncentracije krutih čestica u zraku, za grupu europskih gradova. Pošto su mjerenja vršena korištenjem različite opreme i metoda, rezultate nije moguće uspoređivati u apsolutnim iznosima, već su prikazane relativno u odnosu na koncentraciju iz godine. Za razliku od dušikovih oksida, koncentracija krutih čestica pokazuje trend smanjenja za sve promatrane gradove (u prosjeku za 30 %). Međutim, smatra se da promet nije imao utjecaja na ova smanjenja. 12

25 UVOD Slika 9. Prosječna godišnja koncentracija krutih čestica u nekim europskim gradovima Dizelska vozila emitiraju znatno više krutih čestica od ostalih tipova vozila, a u razmatranom razdoblju se zastupljenost dizelskih vozila znatno povećala. U razmatranim se gradovima broj dizelskih vozila povećao za 50 %, dok je se broj benzinskih vozila povećao za 15 %. Time se zastupljenost dizelskih vozila povećala sa 30 % u na 45 % u godini. U navedenom se razdoblju, zahvaljujući konstrukcijskim poboljšanjima, smanjio emisijski faktor (izražen u gramima po kilometru i vozilu) što u kombinaciji s povećanom prometnom aktivnošću daje, otprilike konstantnu emisiju krutih čestica od strane prometa. MEET se ne bavi utjecajima emisije ispušnih plinova iz prometa na koncentraciju tih plinova u atmosferi, a mogli smo uočiti da, što se toga tiče, niti ne postoji direktna ovisnost. U velikom broju slučajeva, ostali izvori (koji nisu posljedica prometa) još uvijek imaju značajniji utjecaj na onečišćenje zraka od samog prometa VRSTE PROMETA Mobilni izvori onečišćenja zraka su, prema CORINAIR-ovoj klasifikaciji: cestovni promet drugi pokretni izvori i strojevi vojska željeznički promet unutarnji brodski promet pomorske aktivnosti 13

26 UVOD zračni promet poljoprivreda šumarstvo industrijski održavanje vrtova i okućnica. Što se tiče MEET projekta, mobilnost nije osnovni kriterij, već sudjelovanje određenih izvora u prijevozu osoba i roba. Stoga MEET dijeli vrste prometa na cestovni, željeznički, zračni i brodski. Brodski promet uključuje unutarnji brodski promet i dio pomorskog prometa. Pomorski promet ne uključuje samo prekomorska putovanja (kod kojih ne dolazi do emisije ispušnih plinova na Europskom kontinentu), već i ribarstvo, turistička putovanja uz obalu, sportske aktivnosti itd. Pošto svaka od ovih osnovnih grupa prometa, uključuju razne vrste prometala koja koriste različite vrste goriva te su različite po tehničkoj unaprijeđenosti, nije ih moguće promatrati kao homogenu grupu, već ih je potrebno dodatno razdijeliti na relativno homogene podgrupe o čemu će više riječi biti kasnije ŠTETNE TVARI Veliki broj različitih kemijskih tvari, koje se ispuštaju u atmosferu kao nuspojava prometa, jednim imenom nazivamo štetni ispušni plinovi ili samo ispušni plinovi (mada ne moraju uvijek biti ispušnog porijekla, npr. hlapivi ugljikovodici). Specifična emisija (u daljnjem tekstu emisijski faktor [g/km]) nekih od njih je proučena u detalje i stoga vrlo dobro poznata, dok za druge postoji vrlo malo dostupnih podataka. Za neke je tipove ispušnih plinova za neke grupe vozila moguće jasno odrediti emisijske faktor, za neke je moguće odrediti samo red veličine, a za ostale toliko malo podataka da se emisijski faktor ne može ni približno odrediti. Iz tog su razloga ispušni plinovi podijeljeni u tri skupine s obzirom na dostupnost pouzdanih podataka vezanih za određivanje emisijskog faktora: 1. skupina: uključuje ispušne plinove za koje je moguće odrediti emisijske faktore s visokom sigurnošću 2. skupina: uključuje ispušne plinove za koje emisijske faktore ne možemo smatrati reprezentativnima (emisijski faktori dani za ove ispušne plinove moramo uzeti samo kao red veličine) 3. skupina: uključuje ispušne plinove za koje postoji vrlo malo dostupnih podataka te nije moguće odrediti emisijske faktore. Opća lista štetnih ispušnih plinova uključuje: ugljik dioksid (CO2) još uvijek se službeno ne smatra štetnim ispušnim plinom, ali ovdje je uvršten zbog dokazanog utjecaja na efekt staklenika ugljik monoksid (CO) hlapljivi organski spojevi VOC (HC) pojednostavljeno gledano možemo ih smatrati ugljikovodicima otud oznaka 8 dušikovi oksidi (NO x ) 8 U daljnjem tekstu koristit će se oznaka HC 14

27 UVOD krute čestice (PM 9 ) sumpor dioksid (SO 2 ) Spojevi s olovom (Pb) dušikov dioksid (NO 2 ) amonijak (NH 3 ) dušični oksidul (N 2 O) teški metali (HM 10 ) uključuju kadmij (Cd), cink (Zn), bakar (Cu), krom (Cr), nikal (Ni), selen (Se) i dr. sumporovodik (H 2 S). Hlapljivi organski spojevi (HC) uključuju niz organskih tvari s različitim utjecajem na okoliš i zdravlje ljudi, stoga su dodatno podijeljeni na: metan (CH 4 ) nematanske hlapljive organske spojeve (NMHC 11 ). Neki od nemetanskih hlapljivih organskih spojeva su dobro poznati kancerogeni i mutageni spojevi pa kod nemetanskih hlapljivih organskih spojeva uvodimo dodatne podgrupe, a to su: policiklički aromatski ugljikovodici (PAH 12 ) benzen (C 6 H 6 ) 1,3-butandien (C 4 H 6 ). Krute čestice imaju različite utjecaje s obzirom na veličinu čestice pa je u tom smislu poželjno poznavati razdiobu veličina čestica. Potrebno je poznavati potrošnju goriva. Kod cestovnih vozila je izračunavamo na osnovu emisije plinova koji sadrže ugljik, dok je kod ostalih vrsta prometa ona ulazna veličina na osnovu koje određujemo emisiju ispušnih plinova. U tablici 1. dan je prikaz svih navedenih spojeva te njihova razdioba prema stupnju pouzdanosti postojećih podataka. 9 PM particulate matter 10 HM heavy metals 11 NMHC non-methane hydrocarbons 12 PAH polycyclic aromatic hydrocarbons 15

28 UVOD Tablica 1. Štetne tvari s obzirom na stupanj pouzdanosti postojećih podataka Tvar 1. skupina 2. skupina 3. skupina Potrošnja goriva CO 2 CO HC NO x PM SO 2 Pb N 2 O CH 4 NMHC NMHCspec (PAH, benzen itd.) Razdioba veličina PM NH 3 H 2 S NO 2 HM U tablici 2. dan je prikaz tvari za koje je EU donijela, ili namjerava donijeti, standarde vezane za emisiju. Pošto su neke od navedenih tvari iz druge ili čak treće skupine, potrebno je uložiti dodatan napor i što prije istražiti i definirati emisijske faktore za ove vrste ispušnih tvari. 16

29 UVOD Tablica 2. Štetne tvari za koje je EU predložila granične vrijednosti Tvar Granične vrijednosti Početak primjene Benzen Godišnji prosjek 0.5 µg/m Ugljik monoksid Osmosatni prosjek 10 mg/m Olovo Godišnji prosjek 0.5 µg/m Dušik dioksid PM 10 Sumpor dioksid PAH Kadmij Arsen Nikal Živa Jednosatni prosjek 200 µg/m 3, ne smije biti prijeđen više od 18 puta godišnje Godišnji prosjek 40 µg/m satni prosjek 50 µg/m 3, ne smije biti prijeđen više od 35 puta godišnje Godišnji prosjek 40 µg/m Jednosatni prosjek 350 µg/m 3, ne smije biti prijeđen više od 24 puta godišnje Dnevni prosjek 125 µg/m 3, ne smije biti prijeđen više od 3 puta godišnje Još nisu predložene Još nisu predložene Još nisu predložene Još nisu predložene Još nisu predložene METODE IZRAČUNAVANJA EMISIJE ISPUŠNIH PLINOVA I POTROŠNJE GORIVA Postoji više metoda na osnovu kojih se može izračunati emisija ispušnih plinova i potrošnja goriva. Izbor metode ovisi o vrsti ispušnog plina, vrsti prometa, vrsti prometala te o dostupnosti i kvaliteti dostupnih podataka. Metode možemo razvrstati u četiri osnovne grupe: Metoda temeljena na prometnoj aktivnosti ovaj način se računa emisija ispušnih plinova u cestovnom prometu. Na temelju podataka dobivenih za količinu ispušnih plinova se računa potrošnja goriva. Ovom metodom se podaci mogu podijeliti na emisiju pri radnoj temperaturi, pri hladnom startu i emisiju hlapivih tvari. Metoda temeljena na potrošnji goriva ovo je standardna metoda za izračunavanje emisije ispušnih plinova u necestovnom prometu. U cestovnom prometu se na taj način računa emisija olova i sumpor dioksida. Na temelju poznate količine potrošenog goriva se procjenjuje sastav i količina ispušnih plinova. Metoda temeljena na udjelima ugljika na ovaj način se računa potrošnja goriva u cestovnom prometu. Na osnovu količine ispušnih tvari koje sadrže ugljik se računa, po kemijskoj formuli, količina potrošenog goriva. Za druge tipove prometa se ovom metodom računa emisija ugljičnog dioksid. Specifične metode za određene tvari neki su ispušni plinovi podgrupe drugih (NMHC su podgrupa od HC, PM određene veličine su podgrupa ukupnih PM itd.). Procjena se radi distribucijom ili zastupljenošću podgrupe u grupi. 17

30 UVOD U cestovnom prometu se emisija CO 2, CO, HC, NO x i PM određuje primjenom metode temeljene na prometnoj aktivnosti i to posebno za emisiju pri radnoj temperaturi, pri hladnom startu i za emisiju hlapivih tvari. Količina potrošenog goriva se računa primjenom metode temeljene na udjelima ugljika, kada su već poznate emisije gore navedenih ispušnih plinova. Iz količine potrošenog goriva se primjenom metode temeljene na potrošnji goriva računaju emisije olova i sumpor dioksida. 18

31 UVOD U PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA 2. UVOD U PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA Cestovnom prometu pripada najveći udio u prijevozu, kako osoba tako i dobara. Osim što ima najveći udio, cestovni promet je i najpristupačniji, od svih vrsta prometa, najvećem broju ljudi. Zbog toga je na njega usmjeren najveći broj istraživanja i proučavanja. Zahvaljujući toj istraženosti dostupna je velika količina informacija vezana za emisiju štetnih plinova cestovnih vozila (mada još uvijek postoji potreba za daljnjim i detaljnijim istraživanjima, posebno onima vezanima za ovo područje). Okvirni principi ove metode su opisani u daljnjem tekstu uvoda, a detaljna analiza u poglavljima nakon njega OSNOVNI PRINCIPI U ispušne plinove u širem smislu koji i jesu tema ovog rada (u daljnjem tekstu ispušni plinovi) ubrajamo ispušne plinove iz motora i ugljikovodike koji nastaju hlapljenjem goriva. Što se tiče ispušnih plinova iz motora postoji bitna razlika u njihovoj koncentraciji i udjelima za vrijeme rada zagrijanog motora i za vrijeme rada nezagrijanog motora odnosno rada motora u režimu hladni start. Ova nas podjela dovodi do prve i osnovne jednakosti: gdje je: E E hot E start E evap E = E + E + E (2.1) hot start evap ukupna emisija [t/god] emisija pri radnoj temperaturi [t/god] dodatna emisija hladnog motora [t/god] emisija hlapivih tvari [t/god]. Svaki od ovih članova ovisi o emisijskom faktoru i jednom ili više parametara vezanih za prometnu aktivnost pa općenito možemo pisati: gdje je: E x e x E x = e x a jedan od tri člana koji pridonose ukupnoj emisiji [t/god] pripadni emisijski faktor [kg/km] a iznos prometne aktivnosti relevantan za pripadnu emisiju [km/god]. Za emisiju pri radnoj temperaturi, emisijski faktor e hot je prvenstveno funkcija prosječne brzine vožnje. Ostale veličine koje utječu na emisijski faktor, kao što su gradijent ceste ili opterećenje vozila teretom, uzeti su u obzir kroz korekcijske faktore. Iznos prometne aktivnosti u tom slučaju predstavlja ukupni broj kilometara za svaku od prosječnih brzina, vrstu ceste određenog gradijenta, opterećenje vozila teretom itd. Emisijski faktor e start ovisi o broju putovanja, a ne o broju prijeđenih kilometara, jer do emisije hladnog motora dolazi samo u početnoj fazi putovanja. Izražava se kao funkcija prosječne brzine vožnje, temperature motora, dužine puta te dužine dijela puta u kojem dolazi do emisije hladnog motora. U tom slučaju iznos prometne aktivnosti predstavlja broj putovanja. Do hlapljenja ugljikovodika dolazi na niz različitih načina. Pri svakom punjenju spremnika goriva dolazi do ishlapljivanja goriva. Povećanjem dnevne temperature (u odnosu na noćnu temperaturu) povećava se tlak para u spremniku i gorivo hlapi. Različite grupe vozila imaju različita svojstva vezana za emisiju hlapivih tvari te stoga svaku homogenu grupu treba promatrati odvojeno s obzirom na različite tvari. 19

32 UVOD U PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA 2.2. POTROŠNJA GORIVA TE EMISIJA OLOVA I SUMPORNOG DIOKSIDA Izgaranje goriva na bazi ugljikovodika (kao što su benzin, dizelsko gorivo, stlačeni prirodni plin itd.) sa zrakom, može se u idealnim uvjetima prikazati slijedećom jednadžbom: y y C x H y + x + O2 xco2 + H 2O (2.2) 4 2 Masu ugljika koji se nalazi u gorivu jednostavno je izračunati pomoću slijedeće formule: [ C] = 12 [ ] 12 x + y C x H y gdje je: [C] masa ugljika [kg] [H x C y ] masa goriva [kg]. Pribrajajući masi ugljika, masu dvaju atoma kisika po molekuli možemo izračunati masu ugljik dioksida po slijedećoj formuli: 32 [ CO2 ] = [ C] + [ C] (2.4) 12 gdje je: [CO 2 ] masa ugljik dioksida [kg]. Jasno da u stvarnosti neće doći do idealnog izgaranja te da će se kao produkti izgaranja, uz ugljik dioksid, pojaviti i ugljik monoksid, neizgoreni ugljikovodici, krute čestice, dušikovi oksidi itd. Međutim, isti princip možemo primijeniti za računanje potrošene mase goriva ako znamo mase produkata izgaranja u kojima je sadržan ugljik. Za računanje mase goriva koristimo slijedeću formulu: gdje je: [GORIVO] [CO 2 ] [CO] [HC] [ ] ( ) [ CO ] [ ] [ ] 2 CO HC GORIVO = 12 + r ( 12 + r ) masa goriva [kg] masa ugljik dioksida [kg] masa ugljik monoksida [kg] masa neizgorenih ugljikovodika [kg] 20 2 [ KČ] α + 12 [PM] masa krutih čestica [kg] r 1 omjer broja vodikovih i ugljikovih atoma u gorivu [1] r 2 faktor emisije neizgorenih ugljikovodika [1] α udio ugljika u krutim česticama [1]. Pri računanju se smatra da su r 1 i r 2 jednaki te da iznose za benzin 1.8, a za dizelsko gorivo 2.0. Mada nije istina da su sve krute čestice čisti ugljik, pri računanju se ipak obično uzima da je α jednak 1. Ovakvo pojednostavljenje će dovesti do potpuno irelevantne pogreške u izračunu ukupne mase potrošenog goriva. (2.3) (2.5)

33 UVOD U PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA Što se tiče olova i sumpora, vrlo teško je pronaći relevantne podatke mjerenja koncentracije olova i sumpornog oksida u ispušnim plinovima, ali to ne predstavlja problem jer se njihova koncentracija može direktno izračunati iz mase potrošenog goriva ako znamo njihove udjele u gorivu. Dio olova ostaje u ispušnom sustavu, motoru i ulju za podmazivanje pa se uzima da se 75% olova iz goriva oslobađa ispušnim plinovima. Za sumpor se uzima da se sav oslobađa ispušnim plinovima. Masa sumpornog dioksida izračuna se tako da se masa oslobođenog sumpora jednostavno pomnoži sa dva, jer molekula sumpornog dioksida ima duplo veću molekularnu masu od atoma sumpora. U tablici 3. prikazani su štetni ispušni plinovi te metode izračuna njihove koncentracije. Treba imati na umu, da za neke ispušne plinove ne postoje adekvatni podaci te se njihove koncentracije procjenjuju ili određuju uspoređivanjem podataka dobivenih za neki drugi ispušni plin. Međutim kad god je to moguće trebaju se primjenjivati zadane metode izračuna. Razina dostupnosti podataka podijeljena je u tri skupine, gdje razina 1 označava dobru dostupnost podataka, razina 2 otežanu dostupnost, a razina 3 lošu dostupnost. Tablica 3. Ispušni plinovi s obzirom na vrstu i razinu dostupnosti podataka Ispušni plin Razina dostup. podataka Metoda izračuna Uključuje CO 2 1 Standardne metode hot, start CO 1 Standardne metode hot, start HC 1 Standardne metode hot, start, evap NO x 1 Standardne metode hot, start PM 1 Standardne metode hot, start Potrošeno gorivo 1 Pomoću CO 2, CO, HC i PM hot, start, (evap) SO 2 1 Pb 1 Pomoću potrošnje goriva i udjela sumpora Pomoću potrošnje goriva i udjela olova hot, start, (evap) hot, start, (evap) N 2 O 2 Standardne metode hot, start CH 4 2 Iz odnosa HC=Nemetanski HC+CH 4, hot, start Nemetanski HC 2 ako je poznat CH 4 ili Nemetanski HC hot, start, evap Vrste neizgorenih HC 2 Iz HC i potrošnje goriva hot, start, evap PM prema veličini 3 Iz PM i distribucije veličine hot, start NH 3 3 Standardne metode hot, start H 2 S 3 Standardne metode hot, start NO 2 3 Standardne metode hot, start Ostali teški metali 3 Standardne metode hot, start 21

34 EMISIJSKI MODELI U CESTOVNOM PROMETU 3. EMISIJSKI MODELI U CESTOVNOM PROMETU Procjene emisije ispušnih plinova iz prometa se u nekim zemljama na nacionalnoj razini (ili čak na razni regija ili uže), kao dio studija utjecaja na okoliš, rade već od godine. Metode određivanja se od tada stalno unaprjeđuju i razvijaju, što najviše ovisi o količini i pouzdanosti dostupnih podataka. Trenutno se koriste tri, po pristupu različite metode koje se najviše razlikuju po načinu na koji određuju međuovisnost upotrebe vozila (statistika vezana za prometnu aktivnost) i pripadne emisije štetnih plinova. Prva metoda je metoda koja se najduže koristi, polazi od činjenice da prosječna emisija na nekom putu ovisi o prosječnoj brzini vožnje na tom putu. Oblik krivulje ovisnosti emisijskog faktora o prosječnoj brzini vožnje je dobro poznat i u velikoj mjeri odgovara krivulji ovisnosti potrošnje goriva o brzini vrtnje motora. Jasno da konkretan oblik ovisi o vrsti vozila i vrsti ispušnog plina, ali općenito možemo reći da krivulja pokazuje veliku emisiju pri malim brzinama vožnje (kad je vožnja neefikasna zbog čestih zaustavljanja i kretanja) i povećanu emisiju pri velikim brzinama (zbog veće potrebe za snagom pa time i potrošnjom goriva) te minimalnu emisiju u srednjem rasponu brzine. Ispitivanja, na osnovu kojih se došlo do ovisnosti emisije o brzini vožnje, su gotovo uvijek rađena na valjcima za ispitivanje motora gdje vozilo radi prema određenom ispitnom ciklusu vožnje dok se emisija bilježi i analizira. Do ovisnosti emisije o prosječnoj brzini vožnje se dođe korištenjem više ispitnih ciklusa s različitim prosječnim brzinama vožnje. Točnost dobivenih funkcija u velikoj mjeri ovisi o tome koliko ispitni ciklusi vožnje odgovaraju stvarnim uvjetima korištenja vozila te o tome koliko ispitivani uzorak vozila možemo smatrati reprezentativnim za cijelu grupu vozila. MEET projekt koristi samo podatke dobivene u stvarnim uvjetima vožnje. Dobiveni rezultati se u velikoj mjeri razlikuju od onih dobivenih ispitivanjem na kočnici. Druga metoda koristi vrlo stilizirane ispitne cikluse vožnje koji ipak pokazuju velika odstupanja od stvarnih uvjeta vožnje. Na slici 10. je dana usporedba ispitnog ciklusa koji se koristi za ispitivanja i stvarnog gradskog ciklusa vožnje. Jasno je vidljivo da je frekvencija promjene puno viša u stvarnom ciklusu vožnje nego u laboratorijskom. Prosječnu brzinu vožnje, korištenjem ovog načina, možemo definirati na neograničeno puno načina kombinacijom maksimalnih brzina vožnje i frekvencije. Očito je da emisija ispušnih plinova ne ovisi samo o prosječnoj brzini vožnje, nego i o nekim drugim parametrima. 22

35 EMISIJSKI MODELI U CESTOVNOM PROMETU Slika 10. Usporedba stvarnog i laboratorijskog ispitnog ciklusa vožnje U švicarsko / njemačkom Priručniku za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila [6] (Handbuch der Emissionsfaktoren des Strassenverkehrs) (druga varijabla koja se uvodi nije numerički parametar, već opis prometnih uvjeta na koje se emisijski faktor može primijeniti. Za svaki od prometnih uvjeta, vrstu ispušnog plina i grupu vozila, dan je zaseban emisijski faktor (klasifikacija slična onoj iz tablice 5.). Pošto svaki od prometnih uvjeta možemo povezati s prosječnom brzinom vožnje, moguće je i podatke iz Priručnika povezati s prosječnim brzinama vožnje tako da ih možemo uspoređivati s češće korištenim krivuljama ovisnosti emisije o brzini, što je slikovito prikazano na slici 11. Emisijski faktori iz Priručnika pokazuju sličan uzorak dobiven primjenom krivulja ovisnosti emisijskog faktora o prosječnoj brzini vožnje, međutim nisu izraženi kao kontinuirane funkcije. Uzrok tomu je što je određeni tip vozila, pri određenoj prosječnoj brzini vožnje, ispitivan u različitim uvjetima vožnje odnosno korištenjem različitih stvarnih ispitnih ciklusa. Konkretno, dok krivulje ovisnosti emisijskog faktora o prosječnoj brzini vožnje daju, za raspon brzine od 60 do 80 km/h, relativno uzak interval rezultata (0.95 do 1.1 g/km), rezultati iz Priručnika se kreću u rasponu od 0.9 do 2 g/km. 23

36 EMISIJSKI MODELI U CESTOVNOM PROMETU Slika 11. Usporedba emisijskih faktora iz švicarsko / njemačkog Priručniku za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila s krivuljom emisijskog faktora dobivenom statističkom obradom vrijednosti iz priručnika. Treća metoda izračunavanja emisijskog faktora koristi drugu numeričku varijablu, uz brzinu vozila, kako bi se točnije opisala funkcijska ovisnost emisijskog faktora. Druga varijabla je najčešće ubrzanje [m/s 2 ] ili umnožak brzine i ubrzanja [m 2 /s 3 ], pri čemu umnožak brzine i ubrzanja daje bolje pokazatelje o trenutnom korištenju snage od same akceleracije. Cilj ovog modela, više nije odrediti prosječnu emisiju na određenim putu, već dati kontinuiranu ovisnost emisijskog faktora o ovim dvjema varijablama u stvarnom vremenu. U posljednje vrijeme, ovaj treći model zaokuplja najviše pažnje istraživača i spravom ga se smatra modelom koji najtočnije opisuje stvarne uvjete. Međutim, zbog brojnih razloga, ova metoda nije prihvaćena za korištenje u MEET programu. MEET i dalje preporučuje korištenje krivulja ovisnosti emisijskog faktora o brzini vožnje sa stvarnim ispitnim ciklusima vožnje. Za konkretnu primjenu, u najvećem broju slučajeva, emisijski faktori dobiveni korištenjem krivulja ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje i prometnim uvjetima, daju sasvim zadovoljavajuću točnost. Jasno da ima slučajeva gdje će promjene emisije ispušnih plinova znatnije ovisiti o dinamici vožnje pa je u tim slučajevima preporučljivo korištenje ovog trećeg modela. Pošto je svrha MEET-a stvoriti metode za sasvim općenite svrhe odlučeno je potpuno se usredotočiti na krivulje ovisnosti emisijskih faktora o prosječnoj brzini vožnje. 24

37 PODJELA VOZILA PO GRUPAMA 4. PODJELA VOZILA PO GRUPAMA Emisije štetnih plinova se značajno razlikuju za različite tipove vozila pa ih je nužno svrstati u grupe koje će pružiti potrebnu homogenost podataka. Da bi dobili ukupnu emisiju, moramo množiti emisijske faktore sa iznosom prometne aktivnosti pa je nužno osigurati da razdioba prema emisiji bude kompatibilna sa razdiobom prema prometnim svojstvima. Da bi odredili grupe potrebne za emisijsku razdiobu poći ćemo od podjele vozila na kategorije prema UN-ECE, koja se zasniva na fizičkim osobinama različitih tipova vozila, a dana je u tablici 4. Tablica 4. Podjela vozila na kategorije prema UN-ECE Grupa Opis L L1 L2 L3 L4 L5 M M1 M2 M3 N N1 N2 Motorna vozila s manje od četiri kotača Vozila na dva kotača kojima radni obujam cilindra motora ne prelazi 50 cm3 i maksimalna brzina nije veća od 40 km/h Vozila na tri kotača kojima radni obujam cilindra motora ne prelazi 50 cm3 i maksimalna brzina nije veća od 40 km/h Vozila na dva kotača kojima je radni obujam cilindra motora veći od 50 cm3 ili kojima je maksimalna brzina veća od 40 km/h Vozila na tri kotača asimetrično postavljena na uzdužnu os vozila, kojima je radni obujam cilindra motora veći od 50 cm3 ili kojima je maksimalna brzina veća od 40 km/h (motocikli s bočnom prikolicom) Vozila na tri kotača simetrično postavljena u odnosu na uzdužnu os vozila čija ukupna dopuštena masa ne prelazi 1000 kg, a čiji je radni obujam veći od 50 cm3 i maksimalna brzina veća od 40 km/h Vozila na motorni pogon namijenjena za prijevoz osoba koja imaju barem četiri kotača ili imaju tri kotača, a ukupna dopuštena masa im prelazi 1000 kg Vozila namijenjena za prijevoz osoba koja imaju najviše 8 sjedala ne računajući sjedalo vozača Vozila namijenjena za prijevoz osoba koja imaju više od 8 sjedala ne računajući sjedalo vozača, a ukupna dopuštena masa im ne prelazi 5 t Vozila namijenjena za prijevoz osoba koja imaju više od 8 sjedala ne računajući sjedalo vozača, a ukupna dopuštena masa im prelazi 5 t Vozila na motorni pogon namijenjena za prijevoz tereta koja imaju barem četiri kotača ili imaju tri kotača, a ukupna dopuštena masa im prelazi 1000 kg Vozila namijenjena za prijevoz tereta čija maksimalna dopuštena masa ne prelazi 3.5 t Vozila namijenjena za prijevoz tereta čija maksimalna dopuštena masa prelazi 3.5 t, ali ne prelazi 12 t N3 Vozila namijenjena za prijevoz tereta čija maksimalna dopuštena masa prelazi 12 t 25

38 PODJELA VOZILA PO GRUPAMA Za ovaj projekt potrebno je donekle drugačije grupiranje, ali da bi se što više sačuvala kompatibilnost sa prometnim svojstvima, osnovne grupe su određene tako da su u skladu s UN- ECE i to na slijedeći način: osobna vozila (PC 13 ) M1 laka teretna vozila (LDV 14 ) N1 autobusi i teška teretna vozila (HDV 15 ) M2, M3, N2, N3 vozila na dva kotača (2-W 16 ) L1, L2, L3, L4, L5. Unutar ovih osnovnih grupa, još uvijek postoji velika razlika u emisiji ispušnih plinova zbog razlike tipova vozila u obujmu motora, ukupnoj masi, vrsti goriva, tehnološkoj izvedbi motora itd. Zbog toga je neophodno postojeće grupe podijeliti u podgrupe koje će pružati zadovoljavajuću homogenost s obzirom na emisiju ispušnih plinova. U tablici 5. prikazana je konačna podjela tipova vozila u grupe koje daju zadovoljavajuću homogenost. Tablica 5. Grupe vozila Grupa Motor / gorivo Veličina Godina proizvodnje Razina ograničenja prema EU smjernici Benzin < 1.4 l prije 1971 Prije ograničenja (Pre ECE) /220 i 74/290 (ECE15/00-01) /102 (ECE 15/02) /665 (ECE 15/03) Osobna vozila /351 (ECE 15/04) Elektroničko ubrizgavanje bez katalizatora Neregulirani katalizator /441 (EURO I) /12 (EURO II) /69 (EURO III) /69 (EURO IV) 13 PC Passenger Cars 14 LDV Light Duty Vehicles 15 HDV Heavy Duty Vehicles 16 2-W Two Wheel Vehicles 26

39 PODJELA VOZILA PO GRUPAMA Tablica 6. Nastavak Grupa Motor / gorivo Veličina Godina proizvodnje Razina ograničenja prema EU smjernici Benzin l prije 1971 Prije ograničenja (Pre ECE) /220 i 74/290 (ECE15/00-01) /102 (ECE 15/02) /665 (ECE 15/03) /351 (ECE 15/04) Elektroničko ubrizgavanje bez katalizatora Osobna vozila > 2.0 l Neregulirani katalizator /441 (EURO I) /12 (EURO II) /69 (EURO III) /69 (EURO IV) prije Prije ograničenja (Pre ECE) 70/220 i 74/290 (ECE15/00-01) /102 (ECE 15/02) /665 (ECE 15/03) /351 (ECE 15/04) Elektroničko ubrizgavanje bez katalizatora Dizel < 2.0 l Neregulirani katalizator /441 (EURO I) /12 (EURO II) /69 (EURO III) /69 (EURO IV) prije 1986 EURO /436 i 91/441 (EURO I) /12 (EURO II) /69 (EURO III) /69 (EURO IV) 27

40 PODJELA VOZILA PO GRUPAMA Tablica 7. Nastavak Grupa Motor / gorivo Veličina Godina proizvodnje Razina ograničenja prema EU smjernici Dizel > 2.0 l prije 1986 EURO /436 i 91/441 (EURO I) /12 (EURO II) /69 (EURO III) /69 (EURO IV) Tekući naftni plin (LPG 17 ) Svi prije 1986 Bez katalizatora /436 i 91/441 (EURO I) /12 (EURO II) Osobna vozila Stlačeni prirodni plin (CNG 18 ) Svi EURO III EURO IV Alkohol Svi Bio dizel Svi Električni Svi Hibridni Svi Dvotaktni Svi Bez razine ograničenja Buduća ograničenja Benzin < 3.5 t prije 1995 Bez razine ograničenja Laka teretna vozila Dizel /59 (EURO I) /69 (EURO II) EURO III EURO IV prije 1995 EURO /59 (EURO I) /69 (EURO II) 98/69 (EURO III) 98/69 (EURO IV) 17 LPG liquefied petroleum gas 18 CNG compressed natural gas 28

41 PODJELA VOZILA PO GRUPAMA Tablica 8. Nastavak Grupa Motor / gorivo Veličina Godina proizvodnje Razina ograničenja prema EU smjernici Tekući naftni plin < 3.5 t Laka teretna vozila Stlačeni prirodni plin Alkohol Biodizel Električni Hibridni Dizel t t prije 1993 R49 i 88/ /542 stage I (EURO I) /542 stage II (EURO II) EURO III EURO IV prije 1993 R49 i 88/77 Autobusi i teška teretna vozila t t /542 stage I (EURO I) /542 stage II (EURO II) EURO III EURO IV prije 1993 R49 i 88/ /542 stage I (EURO I) /542 stage II (EURO II) EURO III EURO IV prije 1993 R49 i 88/ /542 stage I (EURO I) /542 stage II (EURO II) EURO III EURO IV 29

42 PODJELA VOZILA PO GRUPAMA Tablica 9. Nastavak Grupa Motor / gorivo Veličina Godina proizvodnje Razina ograničenja prema EU smjernici Dizel > 40 t Gradski autobusi prije 1993 R49 i 88/ /542 stage I (EURO I) /542 stage II (EURO II) EURO III EURO IV prije 1993 R49 i 88/ /542 stage I (EURO I) Autobusi i teška teretna vozila Međugradski autobusi /542 stage II (EURO II) EURO III EURO IV prije 1993 R49 i 88/ /542 stage I (EURO I) /542 stage II (EURO II) EURO III EURO IV Tekući naftni plin Stlačeni prirodni plin Bio dizel Električni Hibridni Benzin Svi Svi Svi Svi Svi < 50 cm 3 prije 1996 R 47 Vozila na dva kotača > 50 cm 3 četverotaktni > 50 cm 3 dvotaktni COM(93)449 Stage COM(93)449 Stage 2 prije 1996 R COM(93)449 prije 1996 R COM(93)449 Razinu ograničenja emisije štetnih plinova prema EU propisima jednostavno je povezati s godinom proizvodnje vozila što je i učinjeno u tablici 5., a čime se uvelike olakšava svrstavanje konkretnih automobila u grupe. U desnom stupcu ove tablice odmah su dani procijenjeni podaci za Hrvatsku u godini, čisto iz komparativnih razloga. 30

43 PODJELA VOZILA PO GRUPAMA Zanimljivo je da pri razdiobi grupa prema MEET-u nisu uvrštena EURO V ograničenja (odnosno pripadne grupe EURO V), međutim grupe EURO V su zastupljene u COPERT3 programu koji se trenutno koristi za službeno slanje podataka EEA vezanih za emisiju ispušnih plinova u cestovnom prometu. U COPERT3 nisu uvrštene sljedeće grupe osobnih vozila: CNG, Alkohol, Biodizel, Električni i Hibridni, što je i razumljivo s obzirom na njihovu zanemarivu zastupljenost u ukupnom broju vozila. U COPERT3 računalnom programu uvrštena je grupa benzinskih teških teretnih vozila, što je ispravak nevjerojatnog propusta u MEET programu. 31

44 EMISIJSKI STANDARDI 5. EMISIJSKI STANDARDI Jedan od najvažnijih kriterija, na osnovu kojih su definirane grupe vozila, je razina ograničenja kojoj ta grupa podliježe. Sljedeći kriterij je razina unaprijeđenosti motora i ispušnog sustava. Između ova dva kriterija postoji velika korelacija, jer ograničenje emisije prema određenom standardu, zahtijeva korištenje određene vrste tehnologije. U ovom poglavlju će biti opisana povijest emisijskih standarda u EU, te njihova povezanost s razinom unaprijeđenosti vozila odnosno tehnologijom koja se primjenjuje u vozilu OSOBNA VOZILA (PC) I LAKA TERETNA VOZILA (LDV) Prvi emisijski standard prihvaćen u EU je određivao granične vrijednosti ugljičnog monoksida (CO) i ugljikovodika (HC) za benzinska vozila (EU smjernica 70/220). U to vrijeme je svrha donošenja ove smjernica bila sasvim suprotna od današnje. Naime, namjera je bila spriječiti stvaranje granica za trgovanje, odnosno zemlje članice nisu smjele donesti stroža ograničenja emisije, a ovih postojećih se nisu morale pridržavati (EU smjernica 70/220 nije bila obvezujuća za zemlje članice). Ovaj standard se zasnivao na ECE pravilniku br. 15 koji je donio UNECE (United Nations Economic Commission for Europe). Za zadovoljavanje ovih standarda nije bilo potrebno nikakvo unaprjeđivanje vozila i sva su ga vozila lako zadovoljavala. U narednim godinama usvajani su amandmani, s različitim ciljevima, na ovaj standard: EU smjernica 74/290 smanjene granične vrijednosti emisije EU smjernica 77/102 dodane granične vrijednosti za dušikove okside EU smjernica 78/665 smanjene granične vrijednosti emisije EU smjernica 83/351 smanjene granične vrijednosti emisije; uvedena kombinirana granična vrijednost za dušikove okside i ugljikovodike koja se počinje primjenjivati i za dizelska vozila; uvedene promjene vezane za prikupljanja i analizu podataka pri ispitivanju. Sve ove prve EU smjernice se zasnivaju na ECE pravilnicima, tako da su se proizvođači češće pozivali na ECE pravilnike. EU smjernice i ECE pravilnici se podudaraju na sljedeći način: EU smjernica 70/220 ECE pravilnik br EU smjernica 74/290 ECE pravilnik br EU smjernica 77/102 ECE pravilnik br EU smjernica 78/665 ECE pravilnik br EU smjernica 83/351 ECE pravilnik br U svim ovim standardima, granična vrijednost emisije je bila definirana u gramima po ispitivanju i varirala je s obzirom na masu vozila. Ispitni ciklus kojim se vršilo ispitivanje je bila simulacija gradske vožnje pri maloj brzini (otprilike 4 km s prosječnom brzinom od 19 km/h). Granične vrijednosti iz EU smjernice 83/351 su iznosile, otprilike, polovinu u odnosu na granične vrijednosti iz EU smjernice 70/220, ali su se mogle postići bez korištenja sustava za pročišćavanje ispušnih plinova (katalizatora). Na slici 12. su prikazane granične vrijednosti za CO, za navedene standarde (prikazane su granične vrijednosti za mase vozila od 1250 do 1470 kg ). 32

45 EMISIJSKI STANDARDI Slika 12. Granične vrijednosti emisije CO u početnim EU standardima Dva ispitivanja su napravljena, osamdesetih godina u UK [7], kako bi se istražilo konkretne učinke ovih ograničenja. Ispitivanja su napravljena na uzorku od 400 vozila, koja su bila grupirana prema masi i razini ograničenja. Pokazalo se da stvarna emisija CO i HC u velikoj mjeri prati smanjenja u graničnim vrijednostima. Međutim, izmjerene vrijednosti su bile više od onih propisanih standardima, a za CO čak znatno više. Smatra se da je uzrok tomu bilo to što je ispitivanje rađeno na korištenim vozilima pa je vjerojatno došlo do otklona u podešenosti motora. U prilog tomu govori činjenica, da je naknadno ispitivanje provedeno na uzorku vozila kod kojih je napravljeno podešavanje, i taj uzorak je pokazao znatno bolje rezultate. Što se tiče dušikovih oksida situacija je bila potpuno suprotna. Unatoč smanjenju graničnih vrijednosti kroz standarde, emisija NO x se povećavala kod vozila koja su podlijegala novijim standardima, mada je u svim slučajevima bila znatno ispod maksimalnih dopuštenih vrijednosti. Zanimljivo je da naknadno podešeni uzorak vozila pokazivao veću emisiju NO x, ali je ona i dalje bila ispod graničnih vrijednosti. Kod vozila bez katalizatora postoji relativno jednostavna ovisnost između emisije CO i HC s jedne strane i emisije NO x s druge strane. Ova ovisnost, gotovo u potpunosti ovisi o faktoru zraka (λ), čija bi pomaknutost prema gorivom zasićenijoj smjesi (λ<1) u potpunosti objasnila navedene pojave. Moguće je čak da su proizvođači, da bi zadovoljili stroža ograničenja vezana za emisiju CO i HC, namjerno povećavali faktor zraka, jer su im ograničenja vezana za emisiju NO x davila slobodan manevarski prostor. Kasnije bi kod podešavanja motora u radu, koje se obično radi u odnosu na emisiju CO, λ bila smanjena na približno 1 ili manje. U osamdesetima dolazi do intenzivnije aktivnosti vezane za emisijske standarde u EU. Razvoj svijesti i brige za okoliš u Njemačkoj, rezultirao je pritiskom na vladu da donese unilateralne standarde. Njemačka objavljuje da će učiniti obveznim korištenje trokomponentnih katalizatora od godine te nudi smanjenje poreza za ''čista'' vozila. Podupiru je Danska i Nizozemska, a protive se Francuska, Italija i UK. Kao odgovor na to, Europska Komisija godine izlazi s prijedlogom za smanjenje graničnih emisijskih vrijednosti, a nakon intenzivne polemike, EU smjernica 88/76 biva prihvaćena godine. Nakon ove, usvaja se EU smjernica 89/458 kojom se uvode stroža ograničenja za mala osobna vozila (<1.4 l), a EU smjernica 91/441 (tzv. zahtjevi EURO I) proširuje ograničenja na sva vozila. Osim što donosi značajna smanjenja u graničnoj emisiji, zahtjevi EURO I donose i neke druge temeljne promjene u emisijskim standardima: EU smjernica 91/441 je obvezujuća za sve zemlje članice. Uvodi se korištenje novog ispitnog ciklusa, s većim brzinama vožnje, koji uključuje i vangradski ispitni ciklus. Ograničenja emisije se izražavaju u g/km i primjenjuju se za vozila svih masa. 33

46 EMISIJSKI STANDARDI Uvodi se oprema kojom se ispituje trajnost sustava za pročišćavanje ispušnih plinova (katalizatora). Uvode se ograničenja za emisiju hlapivih ugljikovodika. Uvodi se obveza uvođenja strožih mjera godine. Nakon prihvaćanja zahtjeva EURO I, sva nova benzinska vozila su morala imati ugrađen trokomponentni regulirani katalizator i dodatni filtar s aktivnim ugljenom za smanjenje emisije hlapivih tvari. Kako su se ove odredbe trebale početi primjenjivati od godine, neke su zemlje počele poticati njihovu raniju primjenu kroz smanjenje poreza. Pošto su se, u nekim zemljama već od godine, počela koristiti vozila sa smanjenom štetnom emisijom ispušnih plinova, ta su vozila svrstana u dvije zasebne grupe: elektroničko ubrizgavanje bez katalizatora i neregulirani katalizator što je i prikazano u tablici 5. Na slici 13. dana je usporedba emisijskih faktora za vozila koja koriste različite tehnologije. Slika 13. Emisijski faktori za vozila koja koriste različite tehnologije EU smjernica 93/59 je donijela ograničenja vezana za laka teretna vozila (LDV), jednaka onima iz EU smjernice 91/441. EU smjernica 94/12 (zahtjevi EURO II) donosi daljnje obveze smanjenja graničnih vrijednosti emisije štetnih ispušnih plinova. Ovom smjernicom su odvojene granične emisijske vrijednosti benzinskih i dizelskih vozila. Tako je granična vrijednost emisije CO za dizelska vozila znatno manja nego za benzinska vozila, a granična vrijednost emisije NO x + HC znatno viša nego za benzinska vozila. Uvodi se i jedno novo pravilo: slučajnim odabirom se uzima uzorak proizvedenih vozila koja moraju zadovoljavati standard (prijašnjim standardima je bila dopuštena određena tolerancija, što kod ovog standarda nije slučaj). EU smjernicom 96/69 je regulirana primjena ovih standarda na LDV. Da ne bi politika smanjenja emisije štetnih ispušnih plinova stavila prevelik pritisak na samo jedan sektor, Europska Komisija je potaknula osnivanje Auto/Oil programa. Riječ je o tripartitnoj inicijativi koju čine Europska Komisija, automobilska industrija i naftna industrija. Do tada je fokus bio usmjeren na poboljšanje tehnoloških karakteristika vozila, čime bi došlo do smanjenja emisije štetnih ispušnih plinova. Međutim, Auto/Oil program ispituje i razne druge opcije kao što su: kvaliteta goriva, kontrola hlapivih tvari, programi nadgledanja i održavanja, porezna politika te korištenje javnog prijevoza. Uzimajući u obzir zaključke Auto/Oil programa, Europska Komisija je g. donijela smjernice za daljnju kontrolu emisije ispušnih plinova u cestovnom prometu. Cilj je smanjiti emisiju ugljičnog monoksida, benzene, dišikovih oksida i ozona za 60 do 70 % do godine. 34

47 EMISIJSKI STANDARDI Predloženi su stroža ograničenja u emisiji ispušnih plinova, poboljšanja kvalitete goriva, bolje održavanje vozila uz nadzor (uključivao bi on-board dijagnostiku). Dodatne mjere bi uključivale veće cestarine, poboljšanje javnog prijevoza, povećanje poreza na starija vozila kako bi bila što veća zastupljenost novih vozila koja podliježu novim standardima. Također je predloženo osnivanje novog, Auto/Oil II programa koji bi započeo s radom godine. U prosincu su donesene nove smjernice vezane za emisiju osobnih i lakih teretnih vozila (EU smjernica 98/69) te za kvalitetu goriva (EU smjernica 98/70) (ograničenja iz ovih dviju smjernica nazivamo zahtjevima EURO III i EURO IV 19 ). Ključno u EU smjernicama je sljedeće: Postavljene su granične vrijednosti emisije i kvalitete goriva koje počinju vrijediti od i godine. Fiskalne pogodnosti vezane za vozila koja podliježu standardima iz 2005., mogu se početi primjenjivati godine. Trajnost ispušnog sustava (katalizatora) pomaknuta sa km iz g. na km za godinu. On-board dijagnostika se traži za benzinska vozila od 2000., a za dizelska vozila od godine. Procedura ispitivanja je promijenjena, tako da uključuje hladni start pri -7 C. Olovni benzin se izbacuje iz upotrebe godine. Tablice 10. do 12. donose ograničenja prema EU smjernicama 98/69 i 98/70. Tablica 10. Granične vrijednosti emisijskih faktora [g/km] za PC prema zahtjevima EURO III i EURO IV (EU smjernica 98/69) Godina CO HC NO x HC + NO x PM benzin dizel benzin dizel benzin dizel benzin dizel benzin dizel Tablica 11. Granične vrijednosti emisijskih faktora [g/km] za LDV prema zahtjevima EURO III i EURO IV (EU smjernica 98/69) Godina Masa [kg] benzi n CO HC NO x HC + NO x PM dizel benzin dizel benzin dizel benzin dizel benzin dizel 2000 < > < > Zahtjevi EURO III stupaju na snagu godine (za LDV > 1350 kg 2001,), a zahtjevi EURO IV godine (za LDV > 1350 kg 2006.) 35

48 EMISIJSKI STANDARDI Tablica 12. Maksimalni dopušteni udio sumpora u gorivu prema zahtjevima EURO III i EURO IV (EU smjernica 98/70) Godina Benzin Dizel ppm 350 ppm ppm 50 ppm 5.2. AUTOBUSI I TEŠKA TERETNA VOZILA (HDV) Povijest ograničavanja razine emisije ispušnih plinova kod HDV je puno kraća nego kod PC i LDV, uz iznimku ograničenja vidljivog dima iz EU smjernica 72/306. EU smjernica 88/77 donosi prva ograničenja vezana za emisiju ispušnih plinova, kojim su određene granične vrijednosti emisijskih faktora [g/kwh] za CO, HC i NO x. Za određivanje emisijskog faktora, korišten je ispitni ciklus s 13 faza rada. Granične vrijednosti emisijskih faktora su značajno snižene EU smjernicom 91/542, koja uvodi i granične vrijednosti za PM. Ova smjernica se počinje primjenjivati u dvije faze: 1. faza godine (EURO I) i druga faza godine (EURO II). EU smjernica 96/1 uvodi prijelazne vrijednosti granične vrijednosti emisije PM, za vozila snage manje od 85 kw i vrijedi do 1997/98. Granične vrijednosti iz ovih smjernica dane su u tablici 13. Tablica 13. Granične vrijednosti emisijskih faktora za HDV EU smjernica CO [g/kwh] HC [g/kwh] NO x [g/kwh] PM [g/kwh] 88/ / stupanj (EURO I) 91/ stupanj (EURO II) /1 (za vozila ispod 85 kw, do 1997/ Korištenjem rezultata AUto/OIL programa, napravljene su smjernice za daljnja poboljšanja emisijskih standarda. Granične vrijednosti emisijskih faktora, koje je predložilo Vijeće za okoliš (Environment Council) u prosincu 1998., dane su u tablicama 14. i 15. Ovi prijedlozi su prihvaćeni EU smjernicom 2001/27. Tablica 14. Granične vrijednosti emisijskih faktora za dizelska HDV prema zahtjevima EURO III, EURO IV i EURO V - ESC i ELR ispitni ciklus Stupa na snagu CO [g/kwh] HC [g/kwh] NO x [g/kwh] PM [g/kwh] Dim [m -1 ] 2000 (EURO III) (EURO IV) (EURO V) VPO (1999)

49 EMISIJSKI STANDARDI Tablica 15. Granične vrijednosti emisijskih faktora za plinska i dizelska HDV prema zahtjevima EURO III, EURO IV i EURO V - ispitni ciklus ETC Stupa na snagu CO [g/kwh] NMHC [g/kwh] Metan* [g/kwh] NO x [g/kwh] PM [g/kwh] 2000 (EURO III) ** 2005 (EURO IV) ** 2008 (EURO V) EEV (1999) * Ne odnosi se na dizelska vozila ** Ne odnosi se na vozila na plin Najvažnije promjene, u odnosu na ranija ograničenja, su sljedeće: Koristit će se novi ispitni ciklusi vožnje pri ispitivanju, u ovisnosti o vrsti motora. ESC (European Steady State Cycle) i ELR (European Load Response Cycle) će se koristiti za klasične i napredne dizelske motore (ESC za određivanje emisije ispušnih plinova, a ELR za vidljivi dim), dok će se ETC (European Transient Cycle) koristiti za napredne dizelske motore opremljene DENOX katalizatorom i/ili filtrima za krute čestice i plinske motore. Da bi udovoljili zahtjevima EURO III, proizvođači mogu birati između ESC/ELR ispitnog ciklusa i ETC ispitnog ciklusa, ali za udovoljavanje EURO IV i EURO V zahtjevima moraju zadovoljiti i ESC/ELR i ETC ispitni ciklus. Ograničenja se jednako odnose na plinske i dizelske motore. Zbog veće emisije metana plinskih motora, uvedene su granične vrijednosti za metan. Uvodi se nova vrsta vozila EEV 20 (vozilo prilagođeno okolišu - VPO). Ova vozila su podložna poreznim olakšicama, a moraju udovoljavati ograničenjima vezanim sve tri vrste ispitnih ciklusa. Dizelska vozila će moći udovoljiti ograničenjima iz godine bez korištenja naprednijih sustava za pročišćavanje ispušnih plinova. Za zadovoljavanje ograničenja iz g., vjerojatno će trebati filtre za krute čestice, a za g., filtre za krute čestice i DENOX katalizatore. Usporedba graničnih vrijednosti emisijskih faktora za različite standarde, prikazana je na slici EEV Environmentally Enhanced Vehicle 37

50 EMISIJSKI STANDARDI Slika 14. Usporedba graničnih emisija HDV, za različite standarde 5.3. MOTOCIKLI EU smjernica 97/24 donosi granične vrijednosti emisijskih faktora za motocikle, koje će se početi primjenjivati od i godine. Smjernica ograničava vrijednosti emisijskih faktora za CO i HC + NO x, kao što je prikazano u tablici 16. Tablica 16. Granične vrijednosti emisijskih faktora za motocikle (EU smjernica 97/24) Stupa na snagu CO [g/km] HC + NO x [g/km] lipanj lipanj

51 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI 6. EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Pod emisijom štetnih plinova pri radnoj temperaturi podrazumijevamo emisiju do koje dolazi kad svi relevantni dijelovi vozila rade pri radnoj temperaturi. Pri izračunavanju emisije štetnih plinova pri radnoj temperaturi koristimo se već poznatom formulom: E = e a (6.6) gdje je: E hot e hot hot hot emisija štetnih plinova pri radnoj temperaturi [t/god] emisijski faktor pri radnoj temperaturi [g/km] a prometna aktivnost, odnosno u ovom slučaju, ukupna udaljenost prevaljena u godini dana [km/god] Prometnu aktivnost definiramo kao: a = n l (6.7) gdje je: n broj vozila u svakoj od grupa [1] l prosječna udaljenost koju prevale vozila unutar grupe u godini dana [km/god] EMISIJSKI FAKTORI U OVISNOSTI O PROSJEČNOJ BRZINI VOŽNJE Emisijski faktor pri radnoj temperaturi motora ovisi o nizu različitih faktora od čega je najznačajnija brzina kretanja vozila. Pošto je nemoguće pratiti trenutnu brzinu kretanja svakog vozila, čime bi se dobili stvarni emisijski faktori u realnom vremenu, emisijski faktori se određuju u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje kao što je to opisano u poglavlju 3. U sljedećim poglavljima dane su funkcije ovisnosti emisijskog faktora o prosječnoj brzini vožnje. Emisiju pri radnoj temperaturi motora u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje računamo na sljedeći način: Ehot, v = ehot, v a (6.8) gdje je: E hot,v emisija pri radnoj temperaturi motora u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje [t/god] e hot,v emisijski faktor pri radnoj temperaturi u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje [g/km] a prometna aktivnost [km/god]. Osim prosječne brzine vožnje, na emisijski faktor pri radnoj temperaturi utječe niz drugih čimbenika kao što su: uzdužni nagib kolnika, opterećenje teretom, broj pređenih kilometara, temperatura okoliša itd. Kada sve ove čimbenike uzmemo u obzir, dobijemo emisijski faktor pri radnoj temperaturi motora prema sljedećoj formuli: e hot f h m t e hot, v = (6.9) gdje je: e hot emisijski faktor pri radnoj temperaturi [g/km] 39

52 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI f korekcijski faktor uspona [1] h korekcijski faktor tereta [1] m korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara [1] t korekcijski faktor prosječne temperature okoliša [1] e hot,v emisijski faktor pri radnoj temperaturi u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje [g/km] Osobna vozila (PC) i laka teretna vozila (LDV) Programom COST 319 dobiven je veliki broj potrebnih podataka, vezanih za vozila u upotrebi. U njemu su sudjelovale mnoge zemlje i laboratoriji. Analizom tih podataka bilo je moguće stvoriti jednadžbe koje daju ovisnost emisijskih faktora o prosječnoj brzini vožnje za osobna vozila i laka teretna vozila [8]. Međutim ni ovim programom nisu dobiveni podaci za sve vrste vozila (za vozila sa starom tehnologijom) te su stoga za ta vozila primijenjene funkcije razvijene starijim programom COPERT I. Programom COST 319 pokrivene su sljedeće grupe vozila: Benzinska PC koja udovoljavaju zahtjevima EURO I (EU smjernica 91/441). Dizelska PC koja udovoljavaju zahtjevima EURO I (EU smjernica 91/441 i 88/436 te US83). Benzinska LDV bez katalizatora. Dizelska LDV koja spadaju u grupu EURO 0. Benzinska LDV koja udovoljavaju zahtjevima EURO I (EU smjernica 93/59). Dizelska LDV koja udovoljavaju zahtjevima EURO I (EU smjernica 93/59). Za sve grupe vozila koje sadrže starije tipove motora primijenjene su jednadžbe iz programa CORINAIR/COPERT. MEET metodom držalo se sljedećih principa i ograničenja: Promatralo se samo standardne štetne plinove (CO, HC, NO x i PM) te CO 2. Samo su stvarni ispitni ciklusi vožnje iz dnevne upotrebe uzeti u obzir, mada se naknadno pokazalo da i laboratorijska ispitivanja FTP i EUDC daju iste rezultate ili neznatno manje. Ispitivanja vezana za razliku emisije štetnih ispušnih plinova između ranijih vozila s nereguliranim katalizatorom i onih koja podliježu zahtjevima EURO I (EU smjernica 91/441) nisu pokazala nikakve značajne razlike te su sva ranija vozila s katalizatorom svrstana u grupu EURO I. Vozila s više od km i ona s manje od 3000 km nisu uzeta u obzir pri određivanju funkcija za vozila s katalizatorima, da bi se izbjegao utjecaj neispravnih katalizatora, odnosno katalizatora koji još nisu razrađeni. Napravljena je razdioba prema volumenu motora (<1.4 l, 1.4 do 2.0 l i >2.0 l) za vozila koja podliježu zahtjevima EURO I. Nije bilo moguće napraviti podjelu prema volumenu motora za dizelska osobna vozila. Nije bilo moguće napraviti razliku prema masi za laka teretna vozila. 40

53 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI U tablicama od tablice 17. do tablice 26. dana je ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za sve grupe osobnih vozila i lakih teretnih vozila. Navedene funkcije podliježu gore navedenim pretpostavkama. U tablicama je također, za većinu funkcija naveden i koeficijent korelacije funkcije (R 2 ). Uočavamo da je u mnogim slučajevima koeficijent korelacije nizak, što znači da je mala statistička vjerojatnost da funkcija doista predstavlja stvarnu ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje. Glavni uzrok ovako niske vjerojatnosti je širok raspon podataka, odnosno velike razlike u emisiji štetnih plinova među vozilima iste grupe. Znatne razlike nastaju čak i ako su mjerenja napravljena na istim vozilima u različito vrijeme. Ipak, uzmemo li u obzir da je uzorak vozila na kojima su ispitivanja rađena poprilično reprezentativan, možemo pretpostaviti da će dane funkcijske ovisnosti biti zadovoljavajući točne za čitavu grupu vozila. Isto tako uočavamo, da je koeficijent korelacije puno niži za vozila s katalizatorom nego za vozila bez katalizatora (za vozila s katalizatorom oko 0.1, a za vozila bez katalizatora obično je veći od 0.5). Ovo veće statističko rasipanje je, prije svega posljedica većih razlika u emisiji ispušnih plinova kod pojedinačnih vozila s katalizatorom. Naime, isto vozilo s katalizatorom može znatno varirati u koncentraciji ispušnih plinova. Ta koncentracija se može kretati od koncentracije koju imaju vozila bez katalizatora pa sve do, teoretski gledano, potpune emisije CO 2 bez ostalih štetnih plinova, što ovisi o režimu rada motora, stanju ispušnog sustava itd. Zbog toga je veće rasipanje u izmjerenim podacima očekivano, ali i ovdje pretpostavljamo da su funkcije ovisnosti zadovoljavajući točne za čitavu grupu vozila. Pri analizi dobivenih rezultata mjerenja, za izradu funkcijskih ovisnosti emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje, posebna je pozornost posvećena sustavnim odstupanjima u podacima kod vozila različitog volumena motor, kod vozila s različitim brojem prijeđenih kilometara te u podacima dobivenih iz različitih laboratorija. Razlike u volumenu su riješene tako da su uvedene tri grupe prema volumenu motora. Razlike u broju prijeđenih kilometara ja riješena tako da je uveden korektivni faktor za grupe kod kojih je utjecaj broja prijeđenih kilometara bio izražen. Analizom podataka uočena su veća odstupanja u podacima dobivenih iz različitih laboratorija. Razlog ovih odstupanja nije poznat. Možemo pretpostaviti da je uzrok razlika u upotrebljenoj aparaturi, okolišnim uvjetima, uzorku vozila ili možda čak ove razlike zrcale ukupno stanje vozila pojedinih država. Uglavnom, da bi se riješile ove nedoumice potrebno je izvesti dodatna istraživanja o ovim utjecajima. 41

54 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 17. Ovisnost emisije CO o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila Grupa Obujam cilindra Raspon brzine [km/h] Emisijski faktor e hot,v za CO [g/km] R 2 Prije ECE ECE 15-00/01 ECE ECE ECE Svi v Svi v Svi v Svi v v Svi v Svi v v Svi ln(v) 0.79 Svi v v Svi v Svi v v Elektroničko ubrizgavanje < 1.4 l bez katalizatora 1.4 l l v v v v Neregulirani katalizator < 1.4 l v v l l v v < 1.4 l v v EURO I 1.4 l l > 2.0 l v v v v

55 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 18. Ovisnost emisije HC o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila Grupa Obujam cilindra Raspon brzine [km/h] Emisijski faktor e hot,v za HC [g/km] R 2 Prije ECE ECE 15-00/01 ECE 15-02/03 ECE Svi v Svi ,247 - Svi v Svi v Svi v Svi v v Svi v Svi v v Elektroničko < 1.4 l v v ubrizgavanje bez katalizat. 1.4 l l v v Neregulirani katalizator < 1.4 l v v l l v v < 1.4 l v+8.52E-05v EURO I 1.4 l l v+5.21E- 05v > 2.0 l v+3.3E-05v

56 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 19. Ovisnost emisije NO x o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila Grupa Obujam cilindra Raspon brzine [km/h] Emisijski faktor e hot,v za NO x [g/km] R 2 Prije ECE ECE 15-00/01 < 1.4 l v v l l v v > 2.0 l v v < 1.4 l v v ECE l l v v > 2.0 l v v 2 - < 1.4 l v v ECE l l e v > 2.0 l v v < 1.4 l v v ECE l l v v > 2.0 l v v Elektroničko < 1.4 l ln(v) ubrizgavanje bez katalizat. 1.4 l l v v Neregulirani katalizator EURO I < 1.4 l ln(v) l l ln(v) < 1.4 l v E04v l l v+8.54E-05v > 2.0 l v+7.55E-05v

57 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 20. Ovisnost emisije CO 2 o prosječnoj brzini vožnje za benzinska osobna vozila Grupa Obujam cilindra Raspon brzine [km/h] Emisijski faktor e hot,v za CO 2 [g/km] R 2 < 1.4 l v-199ln(v) - Prije ECE 1.4 l l v-263ln(v) - > 2.0 l v v 2-421ln(v) - < 1.4 l v v /v - ECE 15-00/ l l v-284ln(v) - > 2.0 l v+2297/v-229ln(v) - ECE < 1.4 l v /v- 68.6ln(v) 1.4 l l v+986/v-231ln(v) - - > 2.0 l v+2298/v-244ln(v) - < 1.4 l v v 2-167ln(v) - ECE l l v v 2-305ln(v) - > 2.0 l v+1832/v-264ln(v) - < 1.4 l v-157ln(v) - ECE l l v /v ln(v) - > 2.0 l v-315ln(v) - Elektroničko ubrizgavanje bez katalizat. < 1.4 l 1.4 l l v v v v Neregulirani katalizator < 1.4 l v v l l v v 2 - < 1.4 l v v /v - EURO I 1.4 l l v v /v - > 2.0 l v v /v - 45

58 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 21. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za dizelska EURO 0 osobna vozila do 2,5 t Ispušni plin Obujam cilindra Raspon brzine Emisijski faktor e hot,v [g/kg] R 2 CO Svi v NO x < 2.0 l v v > 2.0 l v v HC Svi v PM Svi v v CO 2 Svi v v /v - Tablica 22. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za dizelska vozila koja podliježu zahtjevima EURO I do 2,5 t Ispušni plin Obujam cilindra Raspon brzine Emisijski faktor e hot,v [g/kg] R 2 CO Svi v+2.1E-04v NO x Svi v+1.785E-04v HC Svi PM Svi v+2.24E- 05v v+3.33E- 05v CO 2 Svi v v 2 - Tablica 23. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za vozila bez katalizatora na tekući naftni plin do 2,5 t Ispušni plin Obujam cilindra Raspon brzine Emisijski faktor e hot,v [g/kg] R 2 CO Svi v v 2 - NO x Svi v HC Svi v CO 2 Svi v v 2-46

59 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 24. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za vozila na tekući naftni plin koja podliježu zahtjevima EURO I do 2,5 t Ispušni plin Obujam cilindra Raspon brzine Emisijski faktor e hot,v [g/kg] R 2 CO Svi v v NO x Svi v v HC Svi v v CO 2 Svi v 2-2.7v Tablica 25. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za benzinska laka teretna vozila Ispušni plin Grupa Raspon brzine Emisijski faktor e hot,v [g/kg] R 2 CO NO x HC CO 2 Bez kontrole v v EURO I v v Bez kontrole v EURO I E-05v v Bez kontrole v v+5, EURO I E-05v v Bez kontrole v v EURO I v v

60 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 26. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za dizelska laka teretna vozila Ispušni plin Obujam cilindra Raspon brzine Emisijski faktor e hot,v [g/kg] R 2 CO NO x HC PM CO 2 Bez kontrole v v EURO I v v Bez kontrole v v EURO I v v Bez kontrole v v EURO I Bez kontrole EURO I v v v v v v Bez kontrole v v EURO I v v Autobusi i teška teretna vozila (HDV) Postoji relativno malo dostupnih podataka o emisiji štetnih plinova kod autobusa i teških teretnih vozila. Najbolji pregled emisijskih faktora daje švicarsko / njemački Priručniku za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila [6]. Ovaj priručnik daje pregled emisijskih faktora za sve vrste HDV, uključujući teška teretna vozila i autobuse, uz raznovrsne uvjete vožnje. Uz to, u obzir su uzeti uzdužni nagib kolnika te opterećenje teretom. Nadalje, i teretna vozila i autobusi su podijeljeni u više podgrupa s obzirom na njihovu masu. Do emisijskih faktora se došlo ispitivanjem motora u laboratoriju. Uzorak je odabran prema zastupljenosti vozila u SR Njemačkoj. Uočeno je da postoji 300 različitih tipova teških teretnih vozila. Za uzorak je odabrano 36 dizelskih motora, od kojih 18 motora iz sredine osamdesetih, 12 motora iz 1990-te te 6 drugih motora kako bi se pokrila zastupljenost vozila u Švicarskoj. Svaki od motora je svrstan prema tipu vozila u kojima se koristi. Tipovi vozila svrstani su u 4 grupe: kamioni, tegljači, međugradski autobusi i gradski autobusi, a svaka od grupa je dalje podijeljena prema masi, obliku vozila i godini proizvodnje. Da bi se dobili karakteristični emisijski faktori, motor se ispitivalo u praznom hodu i radnim režimima rada prema ispitnim ciklusima US transient i TÜV-FIGE, koji koriste ispitne cikluse od 13 koraka. Brzina na prometnici, brzina vrtnje motora i moment motora su snimljeni kao funkcija vremena za 25 komercijalnih vozila tijekom vožnje različitim tipovima prometnica, i to: autocestom cestom rezerviranom za promet motornih vozila gradskim cestama izvan izgrađenih područja glavnim gradskim ulicama gradskim ulicama s velikom udaljenošću između raskrižja 48

61 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI gradskim ulicama s malom udaljenošću između raskrižja. Na svakom od ovih tipova prometnica intenzitet prometa je određen kao protočan, slabo zagušen, srednje zagušen ili jako zagušen. Prometnice su podijeljene i u sedam razreda prema vrsti uzdužnog nagiba, te je svaki od tih razreda podijeljen na dva dijela prema opterećenju teretom (10% i 90%). Usporedba podataka iz ovog Priručnika s podacima TRL-a [9] iz ranih devedesetih te s dva dosta slična modela TNO-a [10] i Tehničkog fakulteta u Grazu [11], pokazuje visok stupanj podudarnosti s obzirom da su sva ispitivanja rađena na različitim uzorcima motora, tipova vozila te da su korišteni različiti pristupi. Zbog ovih sličnosti prihvaćena je metoda izračuna emisijskih faktora iz Priručnika. Statističkom obradom podataka došlo se do neprekinute funkcije ovisnosti emisijskih faktora o prosječnoj brzini vožnje: 2 3 d e f ehot, v = K + av + bv + cv (6.10) 2 3 v v v gdje je: e hot,v emisijski faktor štetnih plinova u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje [g/kg] K konstanta [1] a-f faktori [1] v prosječna brzina vožnje [km/h]. U tablcama od tablice 27. do tablice 32. dani su koeficijenti za šest grupa vozila (3.5 do 7.5 t, 7.5 do 16 t, 16 do 32 t, 32 do 40 t, gradski autobusi te međugradski autobusi) kojima su obuhvaćeni CO, HC, NO x, PM te CO 2. U nekim članicama EU dopušteno je korištenje i vozila težih od 40 t. Za ta vozila nije moguće odrediti funkcijsku ovisnost emisijskog faktora o prosječnoj brzini vožnje, jer za to nema potrebnih podataka. Jedini način na koji se mogu odrediti emisijski faktori i za ovu grupu vozila je ekstrapolacija poznatih podataka četiriju grupa od 3.5 do 40 t. Analizom poznatih podatak uočeno je da emisija CO i HC ne ovisi znatno o težini vozila pa se uzima da je emisija ovih plinova jednaka, za vozila teža od 40 t, onima od 32 do 40 t. Za CO2, NOx i PM uočava se ovisnost o težini vozila te za njih potrebno učiniti ekstrapolaciju. Rezultati ekstrapolacije dani su kao korektivni faktori u odnosu na vozila od 32 do 40 t, u tablici 33. Da bi ekstrapolacija bila što točnija, vozila teža od 40 t podijeljena su u dvije grupe: 40 do 50 t i 50 do 60 t. Tablica 27. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 3.5 do 7.5 t K a b c d e f CO E CO HC E NO x E PM E

62 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 28. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 7.5 do 16 t K a b c d e f CO E CO HC E NO x E PM Tablica 29. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 16 do 32 t K a b c d e f CO CO HC NO x E PM E Tablica 30. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za teška teretna vozila od 32 do 40 t K a b c d e f CO CO HC NO x PM Tablica 31. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za gradske autobuse K a b c d e f CO CO HC NO x PM E

63 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 32. Ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje za međugradske autobuse K a b c d e f CO E CO HC NO x E PM Tablica 33. Korekcijski faktori za vozila preko 40 t (u odnosu na vozila od t) Masa Korekcijski faktor u odnosu na grupu od t NO x PM CO t t Mopedi i motocikli (vozila na dva kotača) Emisiji štetnih plinova vozila na dva kotača, u prošlosti nije pridavana veća pažnja, posebno u odnosu na osobna i teretna vozila. Sredinom sedamdesetih, uočeno je da udio emisije štetnih plinova vozila na dva kotača može biti značajan, posebno u zemljama koje imaju veću zastupljenost vozila na dva kotača. Udio emisije štetnih plinova vozila na dva kotača postaje posebno značajan otkad se na osobna i teretna vozila primjenjuju stroža ograničenja. Dvotaktni motori ispuštaju znatno više HC, međutim uočeno je da i četverotaktni motori na ovim vozilima ispuštaju više štetnih plinova od onih na osobnim vozilima. Za kvalitetnu procjenu emisije ovih vozila, kao što je i očekivano, postoji premalo podataka, a i oni podaci koji postoje, dobiveni su na premalenom uzorku tek pojedinih tipova vozila. Osim toga znatno su veće varijacije kod ove vrste vozila. Bitno se razlikuju u masi i snazi motora te vrsti motora i vrsti vozila. Vozila na dva kotača prija svega dijelimo na: Mopede. Mala vozila s motorom radnog volumena do 50 cm 3. Znatne su razlike u ograničenjima vezanim za ovaj tip vozila u pojedinim zemljama, tako se maksimalna brzina kreće od 25 do 50 km/h. Razlike su i u sustavu prijenosa snage (ima stupnjeve prijenosa ili nema te ako ima je li mjenjač automatski ili mehanički) itd. Motocikle. Veća vozila koja mogu imati manje od 125 cm3, ali i više od 1200cm 3, mogu imati od 60 do 350 kg te 3.5 do 100 kw i više. Prema vrsti, dijelimo ih na cestovne, krosere i enduro. Vrste motora koje su uzete u obzir kod ovih vozila su dvotaktni i četverotaktni. Wankelov motor je jedno vrijeme korišten, ali danas ga uopće nema na tržištu. Što se tiče emisije ispušnih plinova, postoje različita zakonska ograničenja za 2-taktne i za 4-taktne motore, ali i za različite vrste vozila na dva kotača. 51

64 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Posljednja istraživanja, koja su provele Švicarske i Njemačke institucije, a objavilo ih je Švicarko ministarstvo zaštite okoliša, pružaju ipak nešto više podataka na osnovu kojih je moguće stvoriti funkcijsku ovisnost emisije štetnih plinova o prosječnoj brzini vožnje. Istraživanje je rađeno na uzorku od 24 motocikla. Korišteni su ovi ispitni ciklusi: europski UDC, europski EUDC, američki US-FTP, američki Highway Cycle te njemački Motorway Cycle. Ovisnost emisije o prosječnoj brzini vožnje dobivena analizom ovih istraživanja prikazana je u tablicama 34., 35. i 36. Tablica 34. Emisijski faktori štetnih ispušnih plinova e hot,v za mopede Razina ograničenja CO [g/km] NO x [g/km] HC [g/km] CO 2 [g/km] R COM(93)449 Stage COM(93)449 Stage Tablica 35. Emisijski faktori štetnih plinova u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje za dvotaktne motocikle Ispušni plin Grupa vozila Raspon brzine Enisijski faktor e hot,v [g/km] CO NO x HC Nekontrolirani Kontrolirani Nekontrolirani Kontrolirani Nekontrolirani Kontrolirani v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v+5.2 CO 2 Nekontrolirani v-22.3ln/v) Kontrolirani v /v 52

65 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 36. Emisijski faktori štetnih plinova u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje za četverotaktne motocikle Ispušni plin Grupa vozila Raspon brzine Enisijski faktor e hot,v [g/km] Nekontrolirani v v+68.3 < 250 cm v v+9.5 CO Nekontrolirani v v cm v v+17.8 Nekontrolirani v v+42.8 > 750 cm v v+6.9 Kontrolirani svi v v v v+0.8 Nekontrolirani v v+0.09 < 250 cm v v Nekontrolirani v v cm v v NO x Nekontrolirani v v+0.1 > 750 cm v v Kontrolirani svi v v v v Nekontrolirani v v+6.95 < 250 cm v v+6.42 HC Nekontrolirani v v cm v v+0.86 Nekontrolirani v v+9.28 > 750 cm v v+3.29 Kontrolirani svi v v v v+1.19 Nekontr. < 250 cm v-41.3ln(v) CO 2 Nekontr v-111ln(v) cm Nekontr. > 750 cm v ln(v) Kontrolirani svi v-85.4ln(v) 53

66 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI 6.2. OSTALI PARAMETRI KOJI UTJEČU NA EMISIJU ŠTETNIH PLINOVA PRI RADNOJ TEMPERATURI Osim vrste motora i prosječne brzine vožnje, na emisiju štetnih plinova utječu i drugi parametri. Direktno na emisiju utječu ukupan broj kilometara vozila, temperatura motora i nadmorska visina dok posredno, mijenjajući režim rada motora utječu uzdužni nagib ceste i opterećenje teretom. Većina dostupnih podataka dobivena je u standardnim uvjetima (na nultoj nadmorskoj visini, na ravnoj podlozi s praznim vozilom pri temperaturi od 20 C (ili pri propisanoj temperaturi za hladni start). Broj prijeđenih kilometara je također obično propisan prije ispitivanja. Utjecaj navedenih parametara koji dodatno utječu na emisiju štetnih plinova bit će obrađen u ovom poglavlju Uzdužni nagib kolnika (uspon) Uzdužni nagib kolnika utječe na povećanje odnosno smanjenje otpora vožnje pa time i na emisiju štetnih plinova. Jasno da kretanje po uzbrdici povećava emisiju, a kretanje po nizbrdici smanjuje. Isto tako, možemo pretpostaviti da je u prosjeku udio kretanja po uzbrdici jednak onom po nizbrdici, međutim pokazano je da smanjenje emisije kretanjem po nizbrdici ne može u potpunosti kompenzirati povećanje emisije ispušnih plinova kretanjem po uzbrdici. Uzdužni nagib kolnika utječe na emisiju štetnih plinova svih grupa vozila, međutim jasno da je njegov utjecaj značajniji kod teških teretnih vozila, zbog njihove veće mase. Metoda ovdje prihvaćena zasniva se na programu German Emission Factor, TÜV Rheinland, Cologne, Njemačka [12]. Prema ovom istraživanju faktor uspona izražen je kao funkcija: tipa motora (LDV i PC) odnosno mase vozila (HDV) uzdužnog nagiba kolnika vrste ispušnog plina prosječne brzine vožnje. Za svaku od grupa vozila i postotak uspona, može se izračunati faktor uspona kao funkcija prosječne brzine vožnje prema sljedećoj formuli: f = A + (6.11) v + A5v + A4v + A3v + A2v + A1v A0 gdje je: f korekcijski faktor uspona [1] v prosječna brzina vožnje [km/h] A 0,...,A 6 koeficijenti za svaki od ispušnih plinova te vrste vozila i nagiba kolnika [1]. Tablice 37. do 45. daju pregled koeficijenata A 0 do A 6 potrebnih za izračunavanje faktora uspona. U tablicama su prikazani i rasponi prosječnih brzina vožnje za koje se mogu primijeniti dane funkcije. 54

67 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 37. Koeficijenti faktora uspona za benzinska osobna i laka teretna vozila bez katalizatora A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni Nagib v min v max plin [%] [km/h] [km/h] 2.94E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-01 HC E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E

68 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 38. Koeficijenti faktora uspona za osobna i laka teretna vozila s katalizatorom A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] 4.99E E E E E E E E E E E E E E E E HC E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO -7.12E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E

69 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 39. Koeficijenti faktora uspona za osobna i laka teretna dizelska vozila A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] -6.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 HC E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 NO x E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 PM E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E

70 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 40. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila do7.5 t A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] 0.00E E E E E E E E E E E E E E HC 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E PM 0.00E E E E E E E E E E E E E E

71 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 41. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila od 7.5 do 16 t A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] 0.00E E E E E E E E E E E E E E HC 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E PM 0.00E E E E E E E E E E E E E E

72 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 42. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila od 16 do 32 t A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] 0.00E E E E E E E E E E E E E E HC 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E PM 0.00E E E E E E E E E E E E E E

73 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 43. Koeficijenti faktora uspona za teška teretna vozila preko 32 t A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] 0.00E E E E E E E E E E E E E E HC 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E PM 0.00E E E E E E E E E E E E E E

74 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 44. Koeficijenti faktora uspona za gradske autobuse A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] 0.00E E E E E E E E E E E E E E HC 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x 0.00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E PM 0.00E E E E E E E E E E E E E E

75 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 45. Koeficijenti faktora uspona za međugradske autobuse A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Ispušni plin Nagib [%] v min [km/h] v max [km/h] 0.00E E E E E E E E E E E E E E HC 2.49E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO 2.22E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E NO x 2.97E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E CO E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E PM 2.83E E E E E E E E E E E E E E Opterećenje teretom Otpori vožnje direktno ovise o masi vozila. Uslijed povećanja mase vozila (opterećenje teretom) povećavaju se otpori vožnje, dakle i potrebna snaga motora, a time i emisija štetnih plinova. Kod mjerenja emisije štetnih plinova osobnih vozila, ispitivanje se vrši na standardno opterećenom vozilu što uključuje vozača. Dodatni broj putnika, odnosno teret koji osobni automobil prevozi ne utječu značajno na povećanje ukupne mase vozila te se smatra da opterećenje teretom nema značajnijeg utjecaja na emisiju štetnih plinova. Kod teških teretnih vozila utjecaj opterećenja teretom je vrlo značajan. Utjecaj opterećenja teretom uzimamo u obzir uvođenjem faktora tereta koji je funkcija prosječne brzine vožnje i postotka uspona: gdje je: u h = κ + nγ + pγ + qγ + rv + sv + tv + (6.12) v 63

76 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI h korekcijski faktor tereta [1] γ uspon [%] v prosječna brzina vožnje [km/h] κ konstanta [1] n...u koeficijenti [1]. Kod gradskih i međugradskih autobusa se emisija štetnih plinova mjeri, kao i kod osobnih automobila, pri standardnom opterećenju što uključuje prosječan broj putnika te ni za ova vozila nije potrebno uvoditi faktor tereta. Koeficijenti potrebni za gore navedenu funkciju dani su tablicama od tablice 46. do tablice 49. Tablica 46. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 3.5 do 7.5 t κ n p q r s t u CO E E-07 0 CO HC E E-07 0 NO x E PM E Tablica 47. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 7.5 do 16 t κ n p q r s t u CO E E CO E HC NO x E PM E Tablica 48. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 16 do 32 t κ n p q r s t u CO E CO HC E E E-07 0 NO x PM

77 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 49. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora tereta h za HDV od 32 do 40 t κ n p q r s t u CO CO HC E E NO x PM Nadmorska visina Izrazito je malo podataka dostupno o utjecaju nadmorske visine na emisiju štetnih plinova. Nedavno su skromna istraživanja provedena pri izradi švicarsko / njemačkkog Priručnika za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila [6]. Mjerenja su vršena na motoru pri radnoj temperaturi koristeći ispitni ciklus US Test 72. Simulirani su uvjeti na visinama od 0, 1000 i 2000 m. Pokazalo se da nadmorska visina znatno utječe na emisiju štetnih plinova i da ju je potrebno uzeti u obzir u sredinama gdje je učestalost prometnica na većim nadmorskim visinama veća. Zbog relativno malog broja vozila na kojima je istraživanje rađeno, nisu određene funkcije kojima bi se korigirao emisijski faktor. Jasno je da treba poduzeti dodatna istraživanja kako bi se stvorile funkcije kojima bi se mogao izračunati konkretan utjecaj nadmorske visine na emisijski faktor. U svakom slučaju treba imati na umu da emisijski faktor ovisi i o nadmorskoj visini mada to u ovom slučaju, zbog nedostatka podataka nije uzeto u obzir Utjecaj broja prijeđenih kilometara Kod dizelskih vozila i vozila s klasičnim benzinskim motorom, povećanje emisije štetnih plinova ovisi o servisnim intervalima pojedinog vozila. Nakon servisa i uklanjanja eventualnih kvarova, emisija štetnih plinova ovih vozila jednaka je onoj novih vozila. Zbog toga uzimamo da emisija štetnih plinova ovih vozila ne ovisi o broju prijeđenih kilometara, mada su stariji automobili u općenito lošijem stanju što statistički uzrokuje povećanje emisije štetnih plinova, ali to se zanemaruje. Vozila s katalizatorom Kod vozila s katalizatorom, neizbježno je smanjenje efikasnosti djelovanja katalizatora uslijed temperaturnog starenja materijala i kontaminacije, što dovodi do povećanja emisije štetnih plinova. Dodatno, na povećanje emisije štetnih plinova utječu i greške u radu motora i nedovoljno održavanje vozila. Međutim, uklanjanjem ovih nedostataka, ne može se vratiti razina emisije na onu kod novih vozila, osim ako se ne zamijeni katalizator. Europski i američki standardi zahtijevaju da se razina emisije ne poveća preko dopuštene do prijeđenih km. Proizvođač testom dokazuje da udovoljava ovim zahtjevima, na kojem se mjeri razina ispušnih plinova na svakih km. Faktor koji pokazuje porast emisije štetnih plinova nazivamo faktor pogoršanja koji je jednak omjeru emisije na km i emisije kod novog vozila. Međutim, ovakvo određivanje porasta emisije na pojedinim vozilima, nije pogodno za primjenu u ovom programu jer ne uzima u obzir uvjete vožnje, razinu održavanja vozila i utjecaj hladnog starta. 65

78 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Da bi se sve navedeno uzelo u obzir potrebno je provesti statističku analizu na dovoljno veliko uzorku vozila što je učinjeno pri izradi švicarsko / njemačkog Priručnika za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila [6]. Utvrđeno je da regresijska analiza na bazi ciklusa vožnje US Test 75 realistično pokazuje utjecaj broja prijeđenih kilometara na povećanje emisije štetnih plinova. Dodatne analiza su provedene na osnovu većeg broja podataka iz više država dobivenih MEET projektom. Bilo je potrebno uvrstiti što više podataka za vozila u širokom rasponu prijeđenih kilometara. Korišteni su ispitni ciklusi vožnje EC Urban i EUDC jer nije bilo dovoljno podataka o ponašanju u stvarnim uvjetima. Analiza je pokazala, da se ponašanje povećanja emisije štetnih plinova uslijed broja prijeđenih kilometara, bitno razlikuje u sljedeća tri intervala: Faza uhodavanja ( km). Dolazi do povećanja emisije štetnih plinova, međutim ona ostaje niska. Središnja faza ( km). Povećanje emisije linearno raste do maksimalne razine. Konačna faza (> km). Razina emisije u ovoj fazi ostaje konstantna, pa čak se i neznatno smanjuje. Uzrok ovakvog ponašanja ovisnosti nije poznat, ali pretpostavlja se da na određenom broju vozila dolazi do zamijene katalizatora, što statistički ima ovakav efekt, mada treba uzeti u obzir da je mali broj podataka o vozilima u ovoj fazi što može dovesti do krivog zaključka. Uzimajući sve navedeno u obzir, razvijene su funkcije ovisnosti emisije štetnih plinova o broju prijeđenih kilometara za CO, HC i NO x, za tri veličine motora (< 1.4 l, l i > 2.0 l), koristeći dvije vrste ispitnih ciklusa (UDC i EUDC). Za male brzine ( 19 km/h) korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara, određen je preko UDC, a za veće brzine ( 63 km/h) preko EUDC. Za brzine između 19 i 63 km/h korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara izražen je kao interpolacija između UDC i EUDC prema slijedećoj formuli: ( v )( m m ) 19 EUDC UDC mv = mudc + 44 gdje je: m v korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara za raspon brzine od 19 do 63 km/h [1] m UDC korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara za brzinu manju od 19 km/h (gradski korekcijski faktor) [1] m EUDC korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara za brzinu veću od 63 km/h (izvangradski korekcijski faktor) [1] v prosječna brzina vožnje [km/h]. Korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara može se jedinstveno izraziti na sljedeći: m = a + bv + cl + dvl (6.13) gdje je: m korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara [1] a,...,d koeficijenti [1] v prosječna brzina vožnje [km/h] l prosječni broj prijeđenih kilometara [km]. 66

79 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 50. Koeficijenti funkcije korekcijskog faktora broja prijeđenih kilometara Obujam motora [l] Prosječni broj km a b c d Vrijednost korekcijskog faktora m pri km v < 19 km/h CO NO x HC < 1.4 l E l E >2.0 l E < 1.4 l E l E >2.0 l E < 1.4 l E l E >2.0 l E < v < 63 km/h CO NO x HC < 1.4 l E E E-08 n/a l E E E-08 n/a >2.0 l E E E-07 n/a < 1.4 l E E E-07 n/a l E E E-07 n/a >2.0 l E E E-07 n/a < 1.4 l E E E-07 n/a l E E E-08 n/a >2.0 l E E E-07 n/a v > 63 km/h CO NO x HC < 1.4 l E l E >2.0 l E < 1.4 l E l E >2.0 l E < 1.4 l E l E >2.0 l E Utjecaj prosječne temperature okoliša Emisija štetnih plinova pri radnoj temperaturi je puno manje ovisna o okolišnoj temperaturi od emisije hladnog motora. Ipak, pošto je velik raspon prosječnih temperatura u 67

80 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Europi (između krajnjeg sjevera i juga te između ljeta i zime) uzet je u obzir i utjecaj prosječne okolišne temperature. Glavni izvor podataka za obradu ovog utjecaja dobiven je iz VTI-ovog izvješća [13] koje obrađuje rezultate mjerenja više neovisnih instituta. Mjerenja su rađena korištenjem ispitnog ciklusa vožnje FTP 75, a uzeti su podaci dobiveni u drugom (stabilizacijskom) i trećem (prijelaznom) dijelu ispitnog ciklusa. Ovi podaci pokrivaju raspon temperature od -20 do 25 C. Korekcijski faktor utjecaja prosječne temperature određen je kao omjer emisije štetnih plinova pri stvarnoj temperaturi i emisije štetnih plinova pri referentnoj temperaturi. Za referentnu temperaturu je određeno 20 C pri kojima se većina laboratorijskih ispitivanja provodi. U tablici 51. dani su koeficijenti potrebni za izračun korekcijskog faktora prosječne temperature okoliša. Kao što se vidi u tablici, postoje znatne razlike u rezultatima dobivenim stabilizacijskom i prijelaznom fazom. U nedostatku boljih i točnijih podataka, na ovaj način dobivamo indikacije o utjecaju prosječne temperature okoliša na emisiju štetnih plinova. Za konkretnu praktičnu upotrebu, najbolje je uzeti srednju vrijednost između ove dvije vrste podataka. Tablica 51. Koeficijenti potrebni za izračun korekcijskog faktora prosječne temperature okoliša Ispušni plin dio ciklusa FTP75 A B Vrijednost pr - 20 C CO s pr prosjek s NO x pr prosjek s HC pr prosjek Formula kojom računamo korekcijski faktor prosječne temperature okoliša: t = AT + B (6.14) gdje je: t korekcijski faktor prosječne temperature okoliša [1] A i B koeficijenti [1] T prosječna temperatura okoliša [ C] Utjecaj klimatizacijskog uređaja u vozilu Kod benzinskih vozila, količina ispušnih plinova raste proporcionalno povećanju otpora vožnje uslijed klimatizacijskog uređaja, osim CO 2 čija se emisija može povećati i do 20%. Kod dizelskih vozila, dolazi do značajnog porasta NO x, PM i CO 2 od čak 20 do 30%, ali dolazi i do neznatnog opadanja emisije CO i HC. Dakle jasno je vidljivo da upotreba klimatizacijskog 68

81 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI uređaja dovodi do povećanja potrošnje goriva (o kojoj direktno ovisi emisija CO 2 ), dok emisija drugih ispušnih plinova više ovisi o sagorijevaju u pojedinom motoru pri većim opterećenjima. Ipak, previše je nepoznanica da bi se u ovom trenutku moglo kvantitativno odrediti korekcijske faktore utjecaja klimatizacijskog uređaja na emisiju ispušnih plinova. Postojeći podaci dobiveni su upotrebom samo jednog ispitnog ciklusa vožnje (European test cycle) i to je učinjen vrlo mali broj ispitivanja. Nadalje, nisu poznati podaci potrebni za statističku obradu kao što su učestalost korištenja klimatizacijskih uređaja te razina snage kojom klimatizacijski uređaji rade. Jasno je, da je znatan utjecaj klimatizacijskog uređaja na emisiju ispušnih plinova, ali iz gore navedenih razloga, u ovom trenutku je njegov utjecaj i dalje nemoguće kvantitativno odrediti. Zbog toga je potrebno provesti daljnja ispitivanja koja će uzeti u obzir više vrsta ispitnih ciklusa vožnje i veći broj različitih tipova vozila te je potrebno istražiti statističke podatke potrebne za daljnju obradu rezultata SAŽETAK Prvo je izračunat emisijski faktor u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje. Zatim su izračunati različiti korekcijski faktori (uspona, tereta, prosječnog broja prijeđenih kilometara i prosječne temperature okoliša) ovisno o grupi vozila. Uzimajući u obzir navedeno došli smo do konačne formule za emisijski faktor, koja glasi: e = e, f h m t (6.15) hot hot v gdje je: e hot emisijski faktor pri radnoj temperaturi [g/km] e hot,v emisijski faktor pri radnoj temperaturi u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje [g/km] f korekcijski faktor uspona [1] h korekcijski faktor tereta [1] m korekcijski faktor prosječnog broja prijeđenih kilometara [1] t korekcijski faktor prosječne temperature okoliša [1]. Zbog nedostatka dostupnih podataka nije moguće odrediti cjelokupan set funkcija za sve grupe vozila, koje bi uzele u obzir sve parametre koji utječu na emisiju ispušnih plinova. Prosječna brzina vožnje je uzeta u obzir za sve grupe vozila, međutim ostali parametri koji utječu na emisiju ispušnih plinova uzeti su u obzir samo za one grupe vozila za koje postoje dostatni podaci i za koje je značajan utjecaj razmatranih parametara. U tablici 52. dan je pregled parametara koje je potrebno uzeti u obzir kod pojedine grupe vozila. Treba spomenuti da postoje još neki parametri koji utječu na emisiju ispušnih plinova (neki su i detaljnije spomenuti) i čiji je princip djelovanja poznat, ali ne postoji dovoljan broj podataka na osnovu kojih bi mogla biti donesena relevantna kvantitativna procjena njihova utjecaja. 69

82 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 52. Parametri koje je potrebno uključiti u izračun emisijskog faktora pri radnoj temperaturi Grupa vozila Prosječna brzina vožnje Uspon PC bez katalizatora Teret Prosječni broj km Temperatura PC s katalizatorom Dizelska PC LDV bez katalizatora LDV s katalizatorom Dizelska LDV HDV od 3.5 do 60 t HDV autobusi (grad. i međugrad.) 2-W Konkretan način izračuna emisije štetnih plinova pri radnoj temperaturi Izračunati emisijski faktor u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje i to za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova prema formuli: gdje je: e hot,v,i,j,k v i,j f(v i,j ) i j k ( v ) e hot v, i, j, k f i, j, = (6.16) emisijski faktor pri radnoj temperaturi u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica, te za svaki od ispušnih plinova [g/km] prosječna brzina vožnje za svaku od grupa vozila i za svaku od vrsta prometnica [km/h] funkcije ovisnosti emisijskog faktora pri radnoj temperaturi motora o prosječnoj brzini vožnje za svaku od grupa vozila te za svaki od ispušnih plinova (tablice 17. do 36.) indeks koji označava grupu vozila indeks koji označava vrstu prometnice (cesta u naselju (gradska cesta), izvan naselja, autocesta) indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2, CO, NO x, HC, PM). Izračunati korekcijski faktor uspona za sve grupe vozila osim vozila na dva kotača, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova. U obzir treba uzeti da su dani različiti koeficijenti A 6...A 0 za različite uzdužne nagibe kolnika. Za PC i LDV postotak uzdužnog nagiba kolnika dan je za vrijednosti 6,-6,4,-4,2 i -2 % dok je za HDV postotak uzdužnog nagiba kolnika izračen za raspone 4...6, , i %. Zbog takve podjele bilo je neophodno odrediti učestalost kretanja po različitim vrstama nagiba kolnika te srednji nagib uspona za HDV što je dano u tablicama 53. i

83 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 53. Učestalost kretanja po različitim vrstama uzdužnog nagiba kolnika za PC i LDV Nagib [%] Grad [%] Izvan naselja [%] Autocesta [%] Tablica 54. Učestalost kretanja po različitim vrstama uzdužnog nagiba kolnika te srednji nagib kolnika za HDV Nagib [%] Grad [%] Izvan naselja [%] Autocesta [%] Srednji nagib [%] Nadalje, potrebno je bilo uzeti u obzir da se vozila po usponu kreću u prosjeku sporije nego na ravnoj cesti (pretpostavljeno je da se i po pozitivnom i po negativnom usponu kreću sporije). Tablica 55. daje pretpostavljene prosječne brzine na usponima. 71

84 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI Tablica 55. Prosječne brzine vožnje na usponima u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje na ravnom kolniku Osobna vozila i laka teretna vozila (PC i LDV) Teška teretna vozila (HDV) osim gradskih autobusa Gradski autobusi Nagib [%] Prosječna brzina vožnje na nagibu u odnosu na prosječnu brzinu vožnje na ravnom kolniku 6 0.7v v 4 0.9v v v v v v v v v v v v Brzine vožnje izražene u tablici 55. određene su uzimajući u obzir navedene minimalne i maksimalne brzine vožnje na pojedinom usponu dane u tablicama 37. do 45. Uzimajući u obzir sve navedeno, korekcijski faktor uspona računamo na slijedeći način: gdje je: f i,j,k v i,j,l s i,j,l A 6,i,k,l...A 0,i,k,l i j k f [ si, ( + + k l i l + k l i l + k l i l + k l i l k l )] j, l A6, i, k, lvi, j, l A5, i, k, lvi, j, l A4, v A v A v A v A i,,, j, 3, i,,, j, 2, i,,, j, 1, i,,, j, 0, i,, si, j, l + + l (6.17) i, j, k = 1 l korekcijski faktor uspona za sve grupe vozila osim vozila na dva kotača, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] prosječna brzina vožnje za svaku od grupa vozila osim 2-W i za svaku od vrsta prometnica, te za svaki od postotka nagiba kolnika (za tu grupu vozila i vrstu prometnice) [km/h] učestalost kretanja po različitim vrstama nagiba kolnika za svaku od grupa vozila osim 2-W i za svaku od vrsta prometnica izražena kao vrijednost od (vrijednost izražena u postotcima/100) [1] (tablice 53. i 54.) koeficijenti funkcijske ovisnosti za svaku od grupa vozila osim 2-W te za svaki od ispušnih plinova na svakom od postotka nagiba kolnika (za tu grupu vozila i vrstu ispušnog plina) [1] (tablice 37. do 45.) indeks koji označava grupu vozila indeks koji označava vrstu prometnice (cesta u naselju (gradska cesta), izvan naselja, autocesta) indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO2, CO, NOx, HC, PM) 72

85 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI l indeks koji označava postotak nagiba kolnika (za PC i LDV: 6, -6, 4, -4, 2, -2, a za HDV: 5, -5, 2, -2). Izračunati korekcijski faktor opterećenja teretom za HDV osim autobusa, za svaku od vrsta prometnica i za svaki od ispušnih plinova. Pošto je funkcija faktora opterećenja teretom, funkcija dviju varijabli (prosječne brzine vožnje, i uspona kolnika), konkretna formula po kojoj se vrši izračun izražena je na slijedeći način: gdje je: h i,j,k v i,j v i,j,l γ i,j,l a i,j,l u 2 3 i, k hi, j, k 1 ai, j, l κ i, k ri, kvi, j si, kvi, j ti, kvi, j a i, j, l κ i, k ni, kγ i, j, l pi, kγ i, j, l qi, kγ i, l vi, j = 2 3 k j, l + ri, kvi, j, l + si, kvi, j, l + ti, kvi, j, l l i, j, l (6.18) korekcijski faktor opterećenja teretom za svaku od grupa HDV osim autobusa, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] prosječna brzina vožnje za svaku od grupa HDV osim autobusa i za svaku od vrsta prometnica [km/h] prosječna brzina vožnje za svaku od grupa HDV osim autobusa i za svaku od vrsta prometnica te za svaki od postotka nagiba kolnika (za tu grupu vozila i vrstu prometnice) [km/h] postotak nagiba kolnika za svaku od grupa HDV osim autobusa i za svaku od vrsta prometnica [%] (tablice 37. do 45.) učestalost kretanja po različitim vrstama nagiba kolnika za svaku od grupa HDV osim autobusa i za svaku od vrsta prometnica izražena kao vrijednost od (vrijednost izražena u postotcima/100) [1] (tablica 54.) κ i,k konstanta ovisna o grupi HDV osim autobusa te o vrsti ispušnog plina [1] (tablice 46. do 49.) n i,k...u i,k koeficijenti funkcijske ovisnosti za svaku od grupa HDV osim autobusa te za svaku od vrsta ispušnih plinova [1] (tablice 46. do 49.) i indeks koji označava grupu vozila j indeks koji označava vrstu prometnice (cesta u naselju (gradska cesta), izvan naselja, autocesta) k indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO2, CO, NOx, HC, PM) l indeks koji označava postotak nagiba kolnika (5, -5, 2, -2). Izračunati korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara za PC i LDV s katalizatorom, za svaku od vrsta prometnica i za svaki od ispušnih plinova prema sljedećoj formuli: m i, j, k ai, k + bi, kvi, j + ci, kli + d i, kvi, j = l (6.19) i ui, + v gdje je: m i,j,k v i,j korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara za svaku od grupa vozila s katalizatorom, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] prosječna brzina vožnja za svaku od grupa vozila s katalizatorom i za svaku od vrsta prometnica [km/h] 73

86 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI l i a i,k...d i,k i j prosječni broj prijeđenih kilometara u godini dana za svaku od grupa vozila s katalizatorom [km/god] koeficijenti funkcijske ovisnosti za svaku od grupa vozila s katalizatorom te za svaki od ispušnih plinova [1] (tablica 50.) indeks koji označava grupu vozila indeks koji označava vrstu prometnice (cesta u naselju (gradska cesta), izvan naselja, autocesta) k indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO, NO x, HC). Pri računanju korekcijskog faktora broja prijeđenih kilometara, pogrešno bi bilo razmišljati na sljedeći način: pošto računamo korekcijske faktore, posebno za različite vrste prometnica, treba i prosječni broj prijeđenih kilometara podijeliti prema zastupljenosti prevaljenog broja kilometara na svakoj od vrsta prometnica. Ovaj korekcijski faktor uzima u obzir promjenu u emisiji ispušnih plinova s obzirom na prevaljeni broj kilometara u godini dana, bez obzira na kojoj je vrsti prometnica ta kilometraža napravljena, stoga je za izračun korekcijskog faktora za bilo koju od vrsta prometnica potrebno uzeti ukupni godišnji prevaljeni broj kilometara. Izračunati korekcijski faktor prosječne temperature okoliša za PC i LDV s katalizatorom, za svaku od vrsta prometnica i za svaki od ispušnih plinova prema sljedećoj formuli: t + i, j, k = AkT Bk (6.20) gdje je: t i,j,k korekcijski faktor prosječne temperature okoliša za svaku od grupa vozila s katalizatorom, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] T prosječna godišnja temperatura okoliša [ C] A k i B k koeficijenti funkcijske ovisnosti za svaki od ispušnih plinova [1] (tablica 51.) i indeks koji označava grupu vozila j indeks koji označava vrstu prometnice (cesta u naselju (gradska cesta), izvan naselja, autocesta) k indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO, NO x, HC). Izračunati korigirani emisijski faktor za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica i za svaki od ispušnih plinova. Pri izračunu korigiranih emisijskih faktora za grupe vozila za koje nisu računati svi korekcijski faktori, uzeti da svi neizračunati korekcijski faktori iznose 1. Računamo prema sljedećoj formuli: e hot, i, j, k ehot, v, i, j, k f i, j, k hi, j, k mi, j, k ti, j, k = (6.21) gdje je: e hot,i,j,k e hot,v,i,j,k korigiran emisijski faktor pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica, te za svaki od ispušnih plinova [g/km] emisijski faktor pri radnoj temperaturi u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica, te za svaki od ispušnih plinova [g/km] 74

87 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI f i,j,k h i,j,k m i,j,k t i,j,k i j k korekcijski faktor uspona za sve grupe vozila, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] korekcijski faktor opterećenja teretom za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] korekcijski faktor broja prijeđenih kilometara za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] korekcijski faktor prosječne temperature okoliša za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica te za svaki od ispušnih plinova [1] indeks koji označava grupu vozila indeks koji označava vrstu prometnice (cesta u naselju (gradska cesta), izvan naselja, autocesta) indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2, CO, NO x, HC, PM). Izračunati ukupni emisijski faktor pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova prema slijedećoj formuli: e hot, i, k = pi, jehot, i, j, k (6.22) gdje je: e hot,i,k e hot,i,j,k j ukupni emisijski faktor pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova [g/km] korigiran emisijski faktor pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila, za svaku od vrsta prometnica, te za svaki od ispušnih plinova [g/km] p i,j zastupljenost pojedine vrste prometnice izražena kao vrijednost od (vrijednost izražena u postotcima/100) [1] i indeks koji označava grupu vozila j indeks koji označava vrstu prometnice (cesta u naselju (gradska cesta), izvan naselja, autocesta) k indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2, CO, NO x, HC, PM). Izračunati emisiju ispušnih plinova pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova prema sljedećoj formuli: gdje je: E hot,i,k e hot,i,k E hot, i, k ehot, i, k ni li = (6.23) 6 10 emisija ispušnih plinova pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova [t/god] ukupni emisijski faktor pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova [g/km] n i broj vozila za svaku od grupa vozila [1] l i i prosječni broj prijeđenih kilometara za svaku od grupa vozila [km/god] indeks koji označava grupu vozila 75

88 EMISIJA PRI RADNOJ TEMPERATURI k indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2, CO, NO x, HC, PM). Izračunati ukupnu emisiju pri radnoj temperaturi za svaki od ispušnih plinova prema sljedećoj formuli: gdje je: E hot,k E hot,i,k i k E hot, i, k = Ehot, i k (6.24) ukupna emisija pri radnoj temperaturi za svaki od ispušnih plinova [t/god] emisija ispušnih plinova pri radnoj temperaturi za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova [t/god] indeks koji označava grupu vozila indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2, CO, NO x, HC, PM). 76

89 EMISIJA HLADNOG MOTORA 7. EMISIJA HLADNOG MOTORA Metoda koja se ovdje koristi za izračun emisije ispušnih plinova pri hladnom startu motora, je empirijska metoda dobivena korištenjem podataka dobivenih većim brojem različitih testova. Osnovni preduvjet koji su podaci morali zadovoljiti, je da su dobiveni mjerenjem i emisije ispušnih plinova hladnog motora i emisije ispušnih plinova motora pri radnoj temperaturi u istim uvjetima. Dodatna emisija pri hladnom startu je razlika u količini ispušnih plinova pri hladnom startu i pri radnoj temperaturi motora. Dostatni podaci koji su zadovoljavali taj uvjeti, bili su jedino podaci za osobna vozila [14]. Unutar njih napravljena je podjela na benzinske i dizelske motore te na vozila sa i bez katalizatora. Referentne vrijednosti za temperaturu hladnog starta od 20 C i prosječnu brzinu vožnje s hladnim motorom od 20 km/h, određene su za sve grupe vozila i sve vrste ispušnih plinova. U odnosu na referentne podatke izrađene su korekcijske funkcije kojima se uzima u obzir stvarna temperatura hladnog starta, stvarna prosječna brzina vožnje te prevaljena udaljenost (uzeta u razmatranje jer određeni broj putovanja nije toliko dug da bi motor dostigao radnu temperaturu pa samim time se mijenja i dodatna emisije ispušnih plinova pri hladnom startu) OPĆA FORMULA ZA IZRAČUNAVANJE DODATNOG EMISIJSKOG FAKTORA ISPUŠNIH PLINOVA PRI HLADNOM STARTU Dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu možemo izraziti kao funkcijsku ovisnost triju varijabli: prosječne brzine vožnje, temperature okoliša i prevaljene udaljenosti. Dobivamo sljedeću formulu: gdje je: e start v start T d ϖ e start [ f ( v ) + g( T ) ] h( d ) = ϖ 1 (7.25) start dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu [g/putovanju] prosječna brzina vožnje za vrijeme korištenja hladnog motora [km/h] temperatura okoliša [ C] prevaljena udaljenost [km] dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu uz referentne uvjete (20 C i 20 km/h) izražen u [g/putovanju] f(v start ) funkcija korekcije utjecaja prosječne brzine vožnje pri hladnom startu [1] g(t) funkcija korekcije utjecaja temperature okoliša pri hladnom startu [1] h(d) funkcija korekcije utjecaja prevaljene udaljenosti pri hladnom startu [1] Dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu uz referentne uvjete Dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu uz referentne uvjete je definiran kao iznos emisije pri prosječnoj brzini od 20 km/h, pri temperaturi hladnog starta od 20 C te pri udaljenosti koju vozilo prevali dok se ne dostigne radna temperatura motora. Dostupni podaci su dobiveni u različitim uvjetima ispitivanja pa su iteracijom dobiveni traženi podaci. Tako dobiveni podaci dani su u tablici 56. Sve vrijednosti u tablici dane su u g/putovanju. 77

90 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 56. Dodatni emisijski faktor pri hladnom startu uz referentne uvjete ϖ [g/putovanju] Vrsta motora Ispušni plin CO 2 CO HC NO x Potrošnja goriva Benzinski bez katalizatora Dizelski bez katalizatora Benzinski s katalizatorom Dizelski s katalizatorom Utjecaj prosječne brzine vožnje Za određivanje funkcija kojima se određuje ovisnost dodatnog emisijskog faktora pri hladnom startu o prosječnoj brzini vožnje upotrijebljeni su podaci dobiveni programom INSERT. Ovi podaci su odabrani jer se za njihovo dobivanje koristio realni ispitni ciklus vožnje (mnogi drugi podaci su dobiveni korištenjem raznih laboratorijskih ispitnih ciklusa vožnje). Mada su ovi podaci odabrani kao najprikladniji, nije nužno da daju i najtočnije rezultate pri određivanju funkcijske ovisnosti, budući da koriste relativno mali uzorak vozila. Zbog toga su uvedene određene korekcije da bi se došlo do korelacije s većim brojem dostupnih podataka, koji jasno onda obuhvaćaju veći uzorak vozila. Ove korekcije su urađene s obzirom na rezultate dobivene FTP ispitnim ciklusom vožnje. Na ovaj način dobivene funkcije dane su u tablici 57. Tablica 57. Funkcija korekcije utjecaja prosječne brzine vožnje pri hladnom startu f(v) Vrsta motora Vrsta ispušnog plina Korekcijske funkcije f(v) Ograničenja prosječne brzine CO v Benzinski s katalizatorom CO v HC v NO x v v > 5 km/h Potrošnja goriva v CO Dizelski bez katalizatora CO v v < 74 km/h HC v v < 81 km/h NO x v v < 64 km/h Potrošnja goriva 1 - CO v v < 119 km/h Benzinski bez katalizatora CO v HC v NO x v v > 11 km/h Potrošnja goriva v

91 EMISIJA HLADNOG MOTORA Utjecaj temperature okoliša Testovi kojima se došlo dostupnih podataka pokrivaju raspon temperature od -10 do 26 C. U mnogim je slučajevima potreban veći raspon temperature. Upotrebom jednostavnih linearnih modela određene su funkcije koje pokrivaju veći raspon i daju funkcijsku ovisnost dodatnog emisijskog faktora pri hladnom startu o prosječnoj temperaturi, a zadovoljavaju referentnu temperaturu od 20 C. Na ovaj način određene funkcije dane su u tablici 58. Tablica 58. Funkcija korekcije utjecaja temperature okoliša pri hladnom startu g(t) Vrsta motora Vrsta ispušnog plina Korekcijske funkcije g(t) Ograničenja temperature okoliša CO Benzinski s katalizatorom CO T T < 23 C HC T T < 27 C NO x 1 Potrošnja goriva T T < 38 C CO T T < 41 C Dizelski bez katalizatora CO T T < 36 C HC T T < 30 C NO x T T < 31 C Potrošnja goriva T T < 42 C CO Benzinski bez katalizatora CO T T < 30 C HC T T < 27 C NO x 1 - Potrošnja goriva T T < 43 C Utjecaj prevaljene udaljenosti Tek kad se postigne radna temperatura motora emisija ispušnih plinova se stabilizira. Da bi se dostigla radna temperatura motora vozilo mora prevaliti određenu udaljenost. Tu udaljenost nazivamo "hladni put". Ova udaljenost je različita za različite vrste vozila, različite vrste ispušnih plinova, a ovisi i o načinu na koji vozimo vozilo (utjecaj prosječne brzine vožnje). Funkcije ovisnosti hladnog puta o prosječnoj brzini vožnje dane su u tablici 59. Ova udaljenost ovisi i o temperaturi okoliša, ali nije dostupan dovoljan broj podataka da se matematički odredi ovisnost pa je utjecaj temperature okoliša na prevaljenu udaljenost s hladnim motorom zanemaren. 79

92 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 59. Hladni put d h u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje Vrsta motora Vrsta ispušnog plina Hladni put d h [km] CO v start Benzinski s katalizatorom CO 0.24v start HC 0.06v start NO x 0.19v start +3.4 Potrošnja goriva 0.24v start CO v start Dizelski bez katalizatora CO 0.08v start HC 0.08v start NO x -0.07v start +7.5 Potrošnja goriva 0.13v start CO v start Benzinski bez katalizatora CO 0.04v start HC 0.09v start NO x 0.02v start Potrošnja goriva 0.28v start Do dodatne emisije pri hladnom startu, dolazi tijekom cijele udaljenosti koju motor prevali s hladnim motorom. Svaka udaljenost koju vozilo prevali s hladnim motorom, a koja je kraća od "hladnog puta" imat će za posljedicu manju dodatnu emisiju ispušnih plinova. Isto tako svaka udaljenost koja je jednaka ili veća od "hladnog puta" imat će za posljedicu dodatnu emisiju koja je jednaka dodatnoj emisiji hladnog motora na "hladnom putu". Funkcija korekcije utjecaja prevaljene udaljenosti pri hladnom startu dana je sljedećom formulom: aδ 1 e h( d ) = 1 a e (7.26) gdje je: h(d) funkcija korekcije utjecaja prevaljene udaljenosti pri hladnom startu [1] a konstanta ovisna o grupi vozila i vrsti ispušnog plina [1] δ omjer prevaljene udaljenosti i hladnog puta δ = d [1]. Iz formule je vidljivo da kad je prevaljena udaljenost jednaka hladnom putu, tada je δ=1 i h(d)=1. Eksponencijalna funkcija ovog oblika se najbolje podudara s postojećim podacima i pokazuje porast dodatne emisije ispušnih plinova pri hladnom startu s prijeđenom udaljenosti. Konstanta a potrebna u formuli dana je u tablici 60. d h 80

93 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 60. Konstanta a potrebna za računanje funkcije korekcije h(d) Vrsta motora Vrsta ispušnog plina Konstanta a CO Benzinski s katalizatorom CO HC 7.02 NO x 2.3 Potrošnja goriva 7.55 CO Dizelski bez katalizatora CO 3.43 HC 2.48 NO x 0.89 Potrošnja goriva CO Benzinski bez katalizatora CO 6.7 HC NO x 2.54 Potrošnja goriva DRUGI TIPOVI VOZILA U ovom poglavlju će biti više rečeno o drugim tipovima vozila kao što su dizelska vozila s oksidacijskim katalizatorom, laka teretna vozila, autobusi i teška teretna vozila Osobna vozila s Dizelovim motorom i oksidacijskim katalizatorom Postoje dostupni podaci vezani za vozila s Dizelovim motorom i oksidacijskim katalizatorom, međutim nedostatni su za detaljnu analizu. Iskorišteni su jedino za određivanje dodatnog emisijskog faktora pri hladnom startu uz referentne uvjete (ϖ). Dok ne bude dostupan veći broj podataka treba pretpostaviti da su funkcije f(v), g(t) i h(d) jednake za dizelska vozila sa i bez katalizatora Laka teretna vozila Pošto ne postoje dostatni podaci za ovu vrstu vozila, potrebno je dodatni emisijski faktor pri hladnom startu ovih vozila računati na isti način kao za osobna vozila s istim tipom motora i ispušnog sustava Teška teretna vozila I za ovu vrstu vozila postoji jako malo dostupnih podataka. Ipak, moguće ja dati grubu procjenu njihovog dodatnog emisijskog faktora pri hladnom startu na osnovu ispitivanja koje je 81

94 EMISIJA HLADNOG MOTORA rađeno na uzorku od deset motora [15]. Ovi motori su ispitivani na kočnici za ispitivanje motora koristeći US prijelazni ispitni ciklus vožnje za teška teretna vozila. Motori su ispitivani u uvjetima hladnog starta (temperatura okoliša oko 20 C) i pri radnoj temperaturi motora. Ustanovljeno je da temperatura motora dostigne radnu temperaturu nakon 600 do 800 sekundi (cijeli test je trajao 1200 s). Dodatni emisija pri hladnom startu je određena kao razlika emisije pri hladnom startu i emisije pri radnoj temperaturi motora. Budući da su korišteni podaci dobiveni samo jednim načinom ispitivanja i samo na temperaturi okoliša od 20 C, nije moguće odrediti utjecaj prosječne brzine vožnje i temperature okoliša na dodatni emisijski faktor pri hladnom startu. Obujmi motora, na kojima je ispitivanje rađeno, su se kretali od 3.8 do 14 l. Snaga ovih motora se kretala od 79 do 370 KS. Statističkom obradom podataka dostupnih za teška teretna vozila, moguće je dobiti sasvim zadovoljavajuću ovisnost ukupne mase vozila o snazi motora pa je moguće rezultate dobivene za različite vrste motora razvrstati prema grupama vozila. Zanimljivo je da samo za CO 2 i NO x postoji ovisnost emisije o snazi motora. U tablici 61. dana je ovisnost dodatnog emisijskog faktora ispušnih plinova pri hladnom startu o vrsti vozila (vozila su razvrstana u grupe prema MEET metodologiji). Potrebno je uočiti da je emisija NO x niža pri hladnom startu nego pri radnoj temperaturi motora pa je dodatni emisijski faktor pri hladnom startu za NO x negativan. Tablica 61. Dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu za teška teretna vozila Ukupna dopuštena masa vozila Dodatna emisija ispušnih plinova pri hladnom startu e start [g/hladnom startu] [t] CO CO 2 HC NO x PM Podaci vezani za prometnu aktivnost teških teretnih vozila nisu poznati, odnosno nije poznato koliko puta teška teretna vozila kreću s hladnim motorom u jedinici vremena. Pretpostavljeno je da svako teško teretno vozilo ima jedan hladni start dnevno. Do ove pretpostavke se došlo zaključivanjem na sljedeći način: svako teško teretno vozilo započinje radni dan hladnim startom i cijeli dan se koristi bez dovoljno dugog zaustavljanja da bi se motor značajno ohladio. Iako neka vozila i više puta dnevno započinju vožnju s hladnim motorom, neka se ne koriste tijekom vikenda i blagdana što (pretpostavka) dovodi do statističke izjednačenosti Autobusi U autobuse se ugrađuju isti motori kao i u teška teretna vozila, stoga možemo pretpostaviti da će dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu autobusa odgovarati dodatnom emisijskom faktoru teretnih vozila iste mase. Mada se izrađuju autobusi različitih masa, najčešći su oni kojima se masa kreće od 16 do 32 t. Nisu poznati podaci vezani za prometnu aktivnost autobusa pa i kod njih uzimamo da vozilo jednom dnevno krene s hladnim motorom. 82

95 EMISIJA HLADNOG MOTORA 7.3. GENERALIZACIJA DODATNOG EMISIJSKOG FAKTORA S OBZIROM NA PROMETNU AKTIVNOST Za neka područje primjene, dovoljno je poznavati dodatnu emisiju ispušnih plinova pri hladnom startu za pojedino putovanje. Međutim, zadatak MEET projekta je procijeniti ukupnu emisiju štetnih plinova svih vozila u određenom periodu. Ova procjena se zasniva nizu općenitih parametara kao što su broj vozila, prosječna brzina vožnje, okolišni uvjeti te vremenski period. Formula 7.25 navedena u poglavlju 7.1. odnosi se samo na jedno putovanje i potrebno ju je proširiti na ukupan promet koristeći se dostupnim statističkim podacima vezanima za prometne uvjete. Kad obrađujemo prometnu aktivnost, obično su nam dostupni samo sljedeći ulazni podaci: broj i sastav vozila prosječna brzina vožnje temperatura okoliša razmatrani vremenski period, dok su nam za određivanje dodatnog emisijskog faktora ispušnih plinova pri hladnom startu potrebni sljedeći ulazni podaci: prosječna brzina vožnje za vrijeme hladnog starta temperatura okoliša temperatura motora pri pokretanju prevaljena udaljenost. Očito je da treba potrebne ulazne podatke izraziti kao funkciju lakše dostupnih podataka. Postoji velik broj podataka dobivenih nadzorom nad prometom u realnim uvjetima, za osobna (Modem i Hyzem projekti) [16] i laka teretna vozila [17]. Ovi podaci su detaljno obrađeni u dijelu MEET Deliverable 15. Prema njemu, godina je podijeljena na tri razdoblja i to ljeto, zimu i prijelazno razdoblje od kojih svako traje 4 mjeseca. Preporučuje se pri procjeni dodatne emisije pri hladnom startu, napraviti je odvojeno za svako od razdoblja, kao i za cijelu godinu. Konkretni rezultati dani su u sljedećem poglavlju u obliku tablica Podaci vezani za prometnu aktivnost Statistički podaci dani u tablicama od tablice 62. do tablice 67., izrađeni su da bi omogućili procjenu emisije ispušnih plinova pri hladnom startu. U tablici 62. dan je postotak ukupnog broja prijeđenih kilometara na koje se odnosi hladni start. Odnosno postotak ukupnog broja prijeđenih kilometara koji su započeti s hladnim motorom, u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje s hladnim motorom. 83

96 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 62. Postotak ukupnog broja prijeđenih kilometara pri hladnom startu u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje Period [mjeseci] Godina Zima Ljeto Prijelazno razdoblje < do Prosječna brzina vožnje tijekom cijelog putovanja [km/h] 20 do do do do do > Ukupno U tablici 63. dana je veza između prosječne brzine vožnje s hladnim motorom i prosječne brzine vožnje na cijelom putu. Sam postotak označava učestalost pojedinih prosječnih brzina vožnje s hladnim motorom za određenu prosječnu brzinu vožnje na cijelom putovanju. Podaci su dani za cijelu godinu, ali i posebno za svako od razdoblja. Tablica 63. Zastupljenost prosječnih brzina vožnje pri hladnom startu u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje tijekom cijelog putovanja Godina Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Prosječna brzina vožnje < do do do do 50 > 50 tijekom cijelog putovanja v [km/h] Učestalost [%] < do do do do do do > Ukupna zastupljenost

97 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 64. Nastavak Zima Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Prosječna brzina vožnje < do do do do 50 > 50 tijekom cijelog putovanja v [km/h] Učestalost [%] < do do do do do do > Ukupna zastupljenost Ljeto Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Prosječna brzina vožnje < do do do do 50 > 50 tijekom cijelog putovanja v [km/h] Učestalost [%] < do do do do do do > Ukupna zastupljenost

98 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 65. Nastavak Prijelazno razdoblje Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Prosječna brzina vožnje < do do do do 50 > 50 tijekom cijelog putovanja v [km/h] Učestalost [%] < do do do do do do > Ukupna zastupljenost U tablici 66. dana je ovisnost temperature motora pri hladnom startu u ovisnosti o temperaturi okoliša te njena zastupljenost. Dostupni podaci su pokrivali područje od -10 do 65 C za temperaturu motora te 0 do 35 C za temperaturu okoliša, što nije bilo dostatno pa ih je bilo potrebno ekstrapolirati da bi pokrili šire područje. Tablica 66. Učestalost početne temperature pokretanja motora s obzirom na srednju temperaturu okoliša Početna temp. motora pri hladnom startu [ C] Raspon temperature okoliša i srednja vrijednost [ C] Interval Srednja vrijed < do do do do do do do do do do do

99 EMISIJA HLADNOG MOTORA U tablici 67. dana je ovisnost ukupne dužine putovanja o prosječnoj brzini vožnje pri hladnom startu. Vrijednosti dane u tablici, govore kolika je učestalost pojedine ukupne dužine putovanja za konkretnu prosječnu brzinu vožnje pri hladnom startu. podaci su dani za cijelu godinu, kao i za pojedina razdoblja. Tablica 67. Učestalost dužine putovanja u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje pri hladnom startu Godina Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Dužina putovanja d [km] Interval Srednja vrijed. < do do do do 50 > Učestalost [%] Ukupna zastupljenost [%] < do do do do do do do do do do do do >

100 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 68. Nastavak Zima Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Dužina putovanja d [km] Interval Srednja vrijed. < do do do do 50 > Učestalost [%] Ukupna zastupljenost [%] < do do do do do do do do do do do do > Ljeto Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Dužina putovanja d [km] Interval Srednja vrijed. < do do do do 50 > Učestalost [%] Ukupna zastupljenost [%] < do do do do do do do do do do do do >

101 EMISIJA HLADNOG MOTORA Tablica 69. Nastavak Prijelazno razdoblje Brzina vožnje za vrijeme hladnog starta v start (intervali i prosječna brzina) [km/h] Dužina putovanja d [km] Interval Srednja vrijed. < do do do do 50 > Učestalost [%] Ukupna zastupljenost [%] < do do do do do do do do do do do do > SAŽETAK Koristeći formulu e = [ f ( v ) + g( T ) 1] h( d ) start ϖ vrlo jednostavno možemo odrediti start dodatni emisijski faktor pri hladnom startu za pojedino vozilo. Podaci koje u tom slučaju moramo poznavati su: vrsta vozila, prosječna brzina vožnje za vrijeme hladnog starta, temperatura okoliša te prevaljena udaljenost. Međutim, kad ovu formulo želimo proširiti na cijelu grupu vozila u godini dana (ili nekom kraćem periodu), javljaju nam se značajni problemi. Moramo uzeti u obzir da vozila ne naprave ukupni broj prijeđenih kilometara u godini dana s hladnim motorom, odnosno da smo određeni postotak tih kilometara otpada na hladni start. Mada je poznata ukupno prosječna brzina vožnje, nije poznata prosječna brzina vožnje pri hladnom startu, odnosno pokazano je da prosječna brzina vožnje pri hladnom startu varira pa je zastupljenost svake od njih potrebno izraziti u postotcima i uključiti u formulu za izračunavanje dodatnog emisijskog faktora pri hladnom startu. Sličan se problem javlja i s temperaturom motora pri pokretanju. Mada nam je poznata prosječna temperatura okoliša u godini dana, opet treba uzeti u obzir zastupljenost pojedinih konkretnih temperatura okoliša. Slično je i s prosječnom prevaljenim brojem kilometara. Zbog svega toga, dodatnu emisiju ispušnih plinova pri hladnom startu računamo: 1. Za pojedino vozilo na određenom putovanju. 2. Za grupu vozila tijekom određenog vremenskog razdoblja (najčešće godina). 89

102 EMISIJA HLADNOG MOTORA Izračunavanje dodatne emisije ispušnih plinova pri hladnom startu za pojedino vozilo na određenom putovanju Odrediti dodatni emisijski faktor pri hladnom startu uz referentne uvjete za svaki od ispušnih plinova prema (tablica 56.). Odrediti faktor korekcije utjecaja prosječne brzine vožnje pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova prema (tablica 57.). Odrediti faktor korekcije utjecaja prosječne temperature okoliša pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova prema (tablica 58.). Odrediti faktor korekcije utjecaja prevaljene udaljenosti pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova prema formuli: gdje je: h i (d) h i 1 e = 1 e a δ i ( d ) ai (7.27) faktor korekcije utjecaja prevaljene udaljenosti pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova [1] a i konstanta ovisna o grupi vozila i vrsti ispušnog plina [1] (tablica 60.) δ omjer prevaljene udaljenosti i hladnog starta δ = d d h, uz uvjet da je za prevaljenu udaljenost veću od hladnog starta δ=1 (odnosno d=d h ) [1]. Odrediti dodatnu emisiju pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova prema formuli: gdje je: E start,i ϖ i E start i i [ f ( v ) + g ( T ) ] h ( d ), = ϖ 1 (7.28) i start i i dodatna emisija pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova [g/putovanjuj] dodatni emisijski faktor pri hladnom startu uz referentne uvjete za svaki od ispušnih plinova [g/putovanju] f i (v), g i (T) i h i (d) funkcije korekcije [1] v start T prosječna brzina vožnje pri hladnom startu [km/h] temperatura okoliša [ C] i indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2,CO, HC, NO x ). 90

103 EMISIJA HLADNOG MOTORA Izračunavanje dodatne emisije ispušnih plinova pri hladnom startu za cijelu grupu vozila u godini dana Statističke podatke navedene u prethodnom poglavlju treba obuhvatiti proračunom, a konkretna formula koja ih uzima u obzir i po kojoj računamo dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu glasi: gdje je: e start,i,j hm(s,v i ) ϖ i,k e hm( s, v i ) pk pl pm = [ ( ) + ( ) ] d ϖ i, k f vstart, k g Tl h ( ) (7.29) k l m 10 d m d h vstart, k start, i, j 1 dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu za svaku od grupa osobnih i lakše oterećenih vozila te za svaki od ispušnih plinova [g/km] postotak ukupnog broja prijeđenih kilometara pri hladnom startu u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje [%]() dodatni emisijski faktor pri hladnom startu uz referentne uvjete za svaku od grupa PC i LDV te za svaki od ispušnih plinova [g/putovanju] (tablica 56.) d m duljina putovanja (prevaljena udaljenost) [km] (tablica 67.) v start,k prosječna brzina vožnje pri hladnom startu [km/h] (tablica 63.) T l prosječna temperatura motora pri pokretanju [ C] (tablica 66.) f(v start,k ) funkcija korekcije utjecaja prosječne brzine vožnje pri hladnom startu [1] (tablica 57.) g(t l ) d h (v start,k ) h d p k p l p m i h d m ( v ) start, k funkcija korekcije utjecaja temperature okoliša pri hladnom startu [1] (tablica 58.) funkcija hladnog puta u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje pri hladnom startu [km] (tablica 59.) aδ 1 e d m = [1], gdje je δ =, a koeficijent a je 1 e d h ( vstart, k ) konstanta ovisna o grupi vozila i vrsti ispušnog plina [1] (tablica 60.) funkcija oblika h( d ) a zastupljenost putovanja s prosječnom brzinom vožnje pri hladnom startu v start,k [%] (tablica 63.) zastupljenost putovanja koja započinju T l temperaturom motora [%] (tablica 66.) zastupljenost dužine putovanja u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje pri hladnom startu [%] (tablica 67.) indeks koji označava grupu vozila j indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2, CO, HC, NO x ) k l m indeks koji označava interval prosječne brzine vožnje pri hladnom startu indeks koji označava interval temperature motora pri pokretanju indeks koji označava interval prijeđene udaljenosti. Za autobuse i teška teretna vozila dodatni emisijski faktori dani su u tablici 61. i nije ih potrebno računati. 91

104 EMISIJA HLADNOG MOTORA Dodatnu emisiju pri hladnom startu određujemo prema formulama: gdje je: E start,i,j e start,i,j n i l i i Za osobna i laka teretna vozila: E start, i, j estart, i, j ni li = (7.30) 6 10 dodatna emisija pri hladnom startu za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova [t/god] dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu za svaku od grupa vozila te za svaki od ispušnih plinova [g/km] broj vozila za svaku od grupa vozila prosječni broj prijeđenih kilometara za svaku od grupa vozila [km/god] indeks koji označava grupu vozila j indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2,CO, HC, NO x ). gdje je: E start,i,j e start,i,j n i i j Za autobuse i teška teretna vozila: estart, i, j ni 365 E start, i, j = (7.31) 6 10 dodatna emisija pri hladnom startu za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova [t/god] dodatni emisijski faktor ispušnih plinova pri hladnom startu za svaku od grupa vozila te za svaki od ispušnih plinova [g/putovanju] broj vozila za svaku od grupa vozila indeks koji označava grupu vozila indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2,CO, HC, NO x, PM). Odrediti ukupnu dodatnu emisiju pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova prema formuli: E start, j = Estart, i, j (7.32) gdje je: E start,j E start,i,j i j i ukupna dodatna emisija pri hladnom startu za svaki od ispušnih plinova [t/god] dodatna emisija pri hladnom startu za svaku od grupa vozila i svaki od ispušnih plinova [t/god] indeks koji označava grupu vozila indeks koji označava vrstu ispušnog plina (CO 2,CO, HC, NO x, PM). 92

105 EMISIJA HLAPIVIH TVARI 8. EMISIJA HLAPIVIH TVARI Vozila na motorni pogon ispuštaju ugljikovodike na dva osnovna načina: putem ispušnih plinova i putem ishlapljivanja goriva u spremniku, rasplinjaču, cijevima za dovod goriva do motora i sl. Do emisije hlapivih ugljikovodika dolazi zbog visoke hlapljivosti goriva na različitim temperaturama okoliša. Hlapljivosti pridonosi i zagrijavanje dovodnih cijevi uslijed prijenosa topline s motora. Gubitke zbog hlapivosti goriva, kod vozila na motorni pogon, dijelimo na četiri osnovna tipa: Gubici pri punjenju spremnika. Do ovih gubitaka dolazi pri punjenju spremnika. Prazni dio spremnika je ispunjen benzinskim parama koje zbog dotjecanja novog goriva odlaze u atmosferu. Gubici uslijed disanja spremnika. Do ovih gubitaka dolazi zbog dnevne promjene temperature (noć dan) pri čemu se gorivu u spremniku smanjuje odnosno povećava volumen. Pri povećanju volumena, gorivo istiskuje dio benzinskih para u atmosferu. Gubici uslijed poroznosti materijala. Do ovih gubitaka dolazi nakon prekida rada motora. U tom periodu motor je vruć i prenosi toplinu na uređaje za dovod goriva. Uslijed poroznosti i površinske napetosti u njima je zaostao dio goriva, što dovodi do njegova hlapljenja. Gubici u vožnji. Do ovih gubitaka dolazi za vrijeme rada vozila. Gubici pri punjenju spremnika spadaju u gubitke vezane uz rukovanje gorivom, a ne u gubitke vezane za emisiju ispušnih plinova vozila na motorni pogon pa iz tog razloga neće ovdje biti ni razmatrani. Gubicu uslijed disanja spremnika i gubici uslijed poroznosti materijala čine najveći udio u emisiji hlapivih tvari. Ovi se gubici, kod novijih vozila, mogu znatno smanjiti korištenjem ''parolovaca'' (dodatnih filtra s aktivnim ugljenom). Jedno kratko vrijeme korišteni su plastični spremnici, kod kojih je dolazilo do difuzije goriva kroz plastiku. Kasnije se počelo koristiti presvučenu plastiku (tzv. zapečaćene plastične spremnike) koja ne dopušta difuziju goriva kroz stjenke. Gubitke uslijed poroznosti materijala dijelimo na vruće i tople s obzirom na temperaturu motora nakon prekida rada. Gubici u vožnji su posljednji zabilježeni oblik emisije hlapivih tvari. Kod novijih vozila, opremljenih dodatnim filtrima s aktivnim ugljenom, filtar bi trebao spriječiti nastanak gubitaka u vožnji, međutim ispitivanja pokazuju da do njih svejedno dolazi. Na vozilima bez dodatnog filtra s aktivnim ugljenom, gubici u vožnji mogu biti vrlo značajni, međutim vrlo je malo relevantnih podataka o tome. Emisija hlapivih tvari kod vozila na motorni pogon ovisi o ova četiri glavna faktora: vrsti vozila (opremljen ili neopremljen filtrom s aktivnim ugljenom) temperaturi okoliša i njenim dnevnim promjenama hlapljivosti goriva (ovisi o temperaturi okoliša) prometnoj aktivnosti (prosječna duljina putovanja, duljina parkiranja, itd.). Utjecaj ovih faktora na emisiju hlapivih tvari je bio temom mnogih istraživanja. Prva studija na europskoj razini je izrađena u sklopu program CONCAWE [18], godine. Rezultati ove studije i prihvaćena metodologija čine okosnicu još sofisticiranijeg programa CORINAIR [3]. CONCAWE [19] je g. izišao s poboljšanom metodologijom, koja uvrštena u CORINAIR i COPERT programe godine. Metodologija s kojom je izišao 93

106 EMISIJA HLAPIVIH TVARI RWTÜV, a koja se zasniva na posebno osmišljenom ispitivanju, uvrštena je u švicarsko / njemački Priručnik [6] za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila. U MEET projektu [1] je prihvaćena metodologija iz CORINAIR-a, prvenstveno zbog razumljivosti načina izračuna i dostupnosti potrebnih ulaznih podataka. CORINAIR iz godine, obrađuje tri tipa emisije hlapivih tvari: gubitke uslijed disanja spremnika, gubitke uslijed poroznosti materijala te gubitke u vožnji. Na sva tri tipa znatno utječu hlapljivost goriva, temperatura okoliša i njene promjene te oprema ugrađena na vozilo, dok je za gubitke uslijed poroznosti materijala i gubitke u vožnji od velikog utjecaja i prometna aktivnost. Formula na osnovu koje određujemo emisiju hlapivih tvari glasi: gdje je: E evap,hc,j n j e d S c S fi ( e + S + S ) R Eevap, HC, j = 365 n j d c fi + (8.33) emisija hlapivih ugljikovodika za svaku od grupa benzinskih vozila [g/god] broj vozila unutar grupe emisijski faktor gubitaka uslijed disanja spremnika za benzinska vozila s metalnim spremnikom [g/danu] prosječni emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za benzinska vozila s rasplinjačom [g/danu] prosječni emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za benzinska vozila s elektroničkim ubrizgavanjem goriva [g/danu] R vrući i topli gubici u vožnji [g/god]. Funkcije na osnovu kojih se određuju potrebni emisijski faktori dane su u tablici 70. Zbog nedostatka podataka, navedene funkcije upotrebljavamo za osobna i laka teretna vozila. Tablica 70. Funkcije emisijskih faktora hlapivih ugljikovodika za benzinska PC i LDV Emisijski faktor Emisijski faktor gubitaka uslijed disanja spremnika e d [g/danu] Vozila bez filtra s aktivnim ugljenom 9.1exp(0.0158(TPR- 61.2) (t ok,min ) (t ok -11.7)) Vozila s dodatnim filtrom s aktivnim ugljenom 0.2 vozila bez filtra s aktivnim ugljenom Emisijski faktor toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s rasplinjačom e s,wormt [g/putovanju] Emisijski faktor vrućih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s rasplinjačom e s,hot [g/putovanju] Emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s elektroničkim ubrizgavanjem e fi [g/putovanju] Emisijski faktor toplih gubitaka u vožnji e r,worm [g/km] Emisijski faktor vrućih gubitaka u vožnji e r,hot [g/km] exp( TPR t ok ) exp(0.02TPR) 0.2exp( TPR t a ) 0.3exp( TPR ta) exp( TPR t ok ) 0.136exp( TPR t ok ) 0.1 vozila bez filtra s aktivnim ugljenom 0.1 vozila bez filtra s aktivnim ugljenom 94

107 EMISIJA HLAPIVIH TVARI Ulazni podaci u formulama danim u tablici 70. su: TPR t ok t ok,min tlak para po Reidu [kpa] prosječna temperatura okoliša [ C] prosječna minimalna dnevna temperatura okoliša [ C] t ok prosječni dnevni porast temperature [ C]. Slično kao kod PC i LDV, ni za vozila na dva kotača ne postoji ni približno dovoljno podataka vezanih za emisiju hlapivih tvari. Ipak, u tablici 71. dani su prosječni emisijski faktori dobiveni pri izradi švicarsko / njemačkog Priručnika za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila. Tablica 71. Emisijski faktori za vozila na dva kotača Uslijed disanja spremnika [g/danu] Uslijed poroznosti materijala [g/putovanju] Mali dvotaktni (125 cm 3 ) Veliki četverotaktni (1000 cm 3 ) Kod dizelskih vozila dolazi do potpuno jednakih procesa i javljaju se sve ove vrste gubitaka, međutim zbog puno manje hlapljivosti dizelskog goriva te zbog nedostatka podataka, zanemarujemo je i pretpostavljamo da je nula. Kao i kod drugih tipova emisija, i ovdje je potrebno kombinirati emisijske faktore s prometnom aktivnošću da bi se dobila emisija hlapivih tvari. Za to koristimo sljedeće formule: gdje je: S c e s,worm e s,hot q w p x gdje je: S fi e fi ( 1 q) ( pxe + wxe ) S c s, hot s, worm = (8.34) prosječni emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za benzinska vozila s rasplinjačom [g/danu] emisijski faktor toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s rasplinjačom [g/putovanju] emisijski faktor vrućih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s rasplinjačom [g/putovanju] udio vozila u grupi s elektroničkim ubrizgavanjem goriva udio putovanja koja završe s toplim ili hladnim motorom (kraća putovanja) ili s temperaturom katalizatora nižom od radne udio putovanja koja završe vrućim motorom prosječni broj putovanja u jednom danu za jedno vozilo u godini dana. S fi = qxe fi (8.35) prosječni emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za benzinska vozila s elektroničkim ubrizgavanjem [g/danu] emisijski faktor vrućih i toplih gubitaka uslijed poroznosti materijala za vozila s elektroničkim ubrizgavanjem [g/putovanju] 95

108 EMISIJA HLAPIVIH TVARI q x gdje je: R e r,worm e r,hot n j l j w udio vozila u grupi s elektroničkim ubrizgavanjem goriva prosječni broj putovanja u jednom danu za jedno vozilo u godini dana. ( pe we ) R n jl j r, hot + r, worm = (8.36) vrući i topli gubici u vožnji [g/god] emisijski faktor toplih gubitaka u vožnji [g/km] emisijski faktor vrućih gubitaka u vožnji [g/km] broj vozila unutar grupe prosječni broj prijeđenih kilometara grupe vozila [km] udio putovanja koja završe s toplim ili hladnim motorom (kraća putovanja) ili s temperaturom katalizatora nižom od radne p udio putovanja koja završe vrućim motorom. U proračunu emisije ispušnih plinova je pretpostavljeno da sva vozila koja podliježu EURO standardu imaju ugrađene dodatne filtre s aktivnim ugljenom, te da sva vozila koja podliježu EURO standardu te ostala vozila s katalizatorom i vozila s elektroničkim ubrizgavanjem bez katalizatora da imaju elektroničko ubrizgavanje goriva. Potrebni podaci vezani za prometnu aktivnost dani su u tablicama 72. i 73. U tablici 72. dani su statistički podaci vezani za dnevnu uporabu osobnih vozila: prosječan broj putovanja, njihovo prosječno trajanje i prevaljena udaljenost, za cijelu godinu te za pojedina razdoblja. Tablica 73. daje podatke o zastupljenosti putovanja koja završavaju određenom temperaturom motora, također za cijelu godinu te pojedina razdoblja. Tablica 72. Prosječna dnevna upotreba osobnih vozila Prosječno dnevno korištenje vozila - svi dani Trajanje [min] Prevaljena udaljenost [km] Broj putovanja Godina Zima Ljeto Prijelazno razdoblje Dani s barem jednim korištenjem vozila Godina Zima Ljeto Prijelazno razdoblje

109 EMISIJA HLAPIVIH TVARI Tablica 73. Zastupljenost temperatura motora na kraju putovanja u ovisnosti o prosječnoj temperaturi okoliša Godina Raspon temperature okoliša [ C] Stanje motora na kraju putovanja Hladan Topao Vruć < 30 C 30 do 50 C 50 do 70 C > 70 C Postotak zastupljenosti Ukupno < do do > Ukupna zastupljenost Zima Raspon temperature okoliša [ C] Stanje motora na kraju putovanja Hladan Topao Vruć < 30 C 30 do 50 C 50 do 70 C > 70 C Postotak zastupljenosti Ukupno < do do > Ukupna zastupljenost

110 EMISIJA HLAPIVIH TVARI Tablica 74. Nastavak Ljeto Raspon temperature okoliša [ C] Stanje motora na kraju putovanja Hladan Topao Vruć < 30 C 30 do 50 C 50 do 70 C > 70 C Postotak zastupljenosti Ukupno < do do > Ukupna zastupljenost Prijelazno razdoblje Raspon temperature okoliša [ C] Stanje motora na kraju putovanja Hladan Topao Vruć < 30 C 30 do 50 C 50 do 70 C > 70 C Postotak zastupljenosti Ukupno < do do > Ukupna zastupljenost

111 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI 9. BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI U ovom poglavlju dat će se pregled budućih emisijskih faktora s obzirom na buduća tehnološka poboljšanja vozila, s obzirom na poboljšanja kvalitete goriva te na upotrebu eventualnih novih vrsta goriva POBOLJŠANA GORIVA Na temelju rezultata Auto/Oil programa [20], nova poboljšana goriva (benzinska i dizelska) će smanjiti emisiju štetnih ispušnih plinova, a pretpostavlja se da će se pojaviti na tržištu krajem ovog desetljeća. EU smjernica 98/70 određuje svojstva za benzinska i dizelska goriva koja se trebaju početi primjenjivati u dvije etape. Prva se počinje primjenjivati 2000., a druga godine. Tablice 75. i 76. daju pregled svojstava benzinskih i dizelska goriva prema EU smjernici 98/70. Tablica 75. Svojstva benzinskih goriva prema EU smjernici 98/70 Svojstva Jedinica mjere min. max. max. Istraživački oktanski broj 95 Motorni oktanski broj 85 Tlak para po Reidu kpa 60 Destilacija ishlapi pri 100 C (E 100) vol.% 46 ishlapi pri 150 C (E 150) vol.% 75 Analiza ugljikovodika olefini vol.% 18 aromatski ugljikovodici vol.% benzen vol.% 1 Udio kisika mas.% 2.7 Oksidi metanol vol.% 3 etanol vol.% 5 izo-propilni alkohol vol.% 10 tatra-butilni alkohol vol.% 7 izo-butilni alkohol vol.% 10 eteri s 5 ili više atoma ugljika vol.% 15 Drugi oksidi vol.% 10 Udio sumpora mg/kg Udio olova g/l

112 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Tablica 76. Svojstva dizelskih goriva prema EU smjernica 98/70 Svojstva Jedinica mjere min. max. max. Cetanski broj 51 Gustoća pri 15 C kg/m Destilacija (95% točka) C 360 Policiklički aromatski ugljikovodici mas.% 11 Udio sumpora mg/kg O utjecaju ovih poboljšanja na emisiju štetnih plinova, postoji vrlo malo podataka. Podaci koji postoje dobiveni su EPEFE programom [21] te američkim i europskim Auto/Oil programom. Unatoč činjenici da se podaci dobiveni ovim programima odnose isključivo na nova vozila s unaprijeđenim sustavom za pročišćavanje ispušnih plinova, prihvaćeni su i od MEET [1] programa kao indikator očekivanih učinaka na emisiju ispušnih plinova. U tablicama 77. i 78. dan je pregled svojstava koja su bila predmetom proučavanja Auto/Oil programa te njihov utjecaj na emisiju ispušnih plinova Tablica 77. Utjecaj poboljšanog benzina na emisiju LDV bez katalizatora Svojstvo Promjena Promjena emisije u % Pb CO HC isp HC evap NO x Olovo g/l Kisik %O do do do 10-2 do 2 Aromatski ugljikovodici % do do -10 Benzen 3 2 % Olefini 10 5 % 0-2 do 2 2 do 5-2 do 0-2 do -10 Sumpor ppm TPR kpa do E % 0 0 do 2-2 do do 2 0 E % do do 10 Tablica 78. Utjecaj poboljšanog benzina na LDV s katalizatorom Svojstvo Promjena Promjena emisije u % Pb CO HC isp HC evap NO x Olovo g/l -2 do do -2 0 do do -2 Benzen 3 2 % TPR kpa do -2-2 do

113 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI 9.2. GRUPE VOZILA U SKOROJ BUDUĆNOSTI U sljedećim poglavljima predloženi su redukcijski faktori na osnovu kojih je moguće odrediti emisijske faktore ispušnih plinova za buduće izvedbe motora. Predloženi redukcijski faktori su određeni na osnovu ograničenja vezanih za emisiju ispušnih plinova u budućnosti. Takva ograničenja postoje za PC, LDV i HDV, međutim ne postoje za vozila na dva kotača pa za njih nisu niti određeni redukcijski faktori. Princip na osnovu kojeg su dani pretpostavljeni redukcijski faktori je vrlo jednostavan i glasi: ako je nekim standardom, koji u budućnosti stupa na snagu, određeno da se maksimalna dopuštena emisija nekog ispušnog plina smanjuje za x % u odnosu na postojeći standard, onda će vozila koja zadovoljavaju budući standard imati x % manju emisiju istog ispušnog plina u odnosu na ona koja podliježu sadašnjem standardu Osobna i laka teretna vozila Do sada obrađeni podaci su se odnosili na sljedeće grupe vozila: od onih koja ne podliježu nikakvim standardima (bez razine ograničenja) do vozila koja podliježu zahtjevima EURO I (EU smjernica 91/441). U daljnjem tekstu bit će obrađeni redukcijski faktori za grupe vozila koja podliježu zahtjevima EURO II i više (benzinska i dizelska vozila) te ograničenja emisije ispušnih plinova vezana za te standarde. Benzinska vozila Određivanje redukcijskih faktora za buduće grupe vozila se zasniva na EU smjernicama o emisiji ispušnih plinova. Ovim smjernicama određeno je da se ispitivanja vozila provode upotrebom ispitnog ciklusa New European Driving Cycle (NEDC) s hladnim startom. Prema tome, razumno je odrediti emisiju ispušnih plinova vozila koja podliježu zahtjevima EURO I, prema ispitnom ciklusu NEDC i zatim je usporediti s podacima dobivenim korištenjem istog ispitnog ciklusa za buduće standarde. Trenutno su dostupni brojni podaci vezani za ovu problematiku, budući je u velikom broju istraživanja korišten ispitni ciklus NEDC. U MEET-u su korišteni podaci dobiveni pri izradi švicarsko / njemačkog Priručnika za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila [6] te podaci dobiveni I/M projektom 21 [22] Europske Komisije. Da bi udovoljili budućim ograničenjima, proizvođači vozila mogu smanjiti emisiju pri radnoj temperaturi (pri čemu bi zadovoljili stabilizacijski dio ciklusa), mogu smanjiti dodatnu emisiju pri hladnom startu (pri čemu bi zadovoljili početni dio ciklusa), ili oboje (čime bi zadovoljili na čitavom ispitnom ciklusu). Očita je namjera da se smanji emisija i pri hladnom startu i pri radnoj temperaturi vozila. Da bi ispitnim ciklusom NEDC obuhvatili obadva navedena tipa smanjenja emisije, moramo ga podijeliti u dva dijela. gradski dio (UDC) i izvan gradski dio (EUDC). Gradski dio je potrebno dodatno podijeliti na dio koji pokriva hladni start i dio koji pokriva emisiju pri radnoj temperaturi vozila. Pretpostavlja se da kod EUDC dijela, nema hladnog starta. Redukcijski faktori su određeni iteracijom, tako da se pretpostave početni emisijski faktori, za hladni start i pri radnoj temperaturi. Primjenom tih redukcijskih faktora na emisiju vozila koje udovoljava zahtjevima EURO I, dobiju se emisijski faktori za vozilo koje podliježe zahtjevima EURO II. Nakon usporedbe dobivenih i pretpostavljenih podataka, vrši se eventualna 21 I/M - Alternative short tests for Inspection & Maintenance of in-use cars with respect to their emissions performance (Alternativni kratki test emisijskih svojstava za pregled i održavanje korištenih vozila) 101

114 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI korekcija pretpostavljenih redukcijskih faktora. Na slijedećem primjeru pokazan je način određivanja redukcijskih faktora za CO (EURO II u odnosu na EURO I). Na vozilu koje podliježe zahtjevima EURO I, na različitim dijelovima ispitnog ciklusa NEDC izmjereni su sljedeći emisijski faktori: UDC start UDC hot EUDC NEDC start NEDC hot 4.05 g/km 0.96 g/km 0.66 g/km 1.9 g/km 0.77 g/km E start g - dodatna emisija pri hladnom staru. Pretpostavljeno je da su redukcijski faktori: za hladni start 30 %, a pri radnoj temperaturi motora 10 %. Primjenom redukcijskih faktora na dobivene rezultate, dobijemo: UDC hot EUDC 0.87 g/km 0.6 g/km NEDC hot 0.7 g/km E start 8.79 g. Prema sljedećim formulama izračunamo UDC start i NEDC start : UDC hs UDC = hot udaljenostudc + E udaljenostudc start NEDC hs UDC = start udaljenostudc + EUDC udaljenosteudc udaljenostnedc i dobijemo sljedeće rezultate: UDC start 3.03 g/km NEDC start 1.49 g/km. Usporedbom NEDC start s onim dobivenim pri EURO I, dobivamo razliku od 22 %. Promjena u ograničenjima između EURO I i EURO II iznosi 19 % pa je potrebno neznatno smanjiti pretpostavljene redukcijske faktore. Postupak se ponavlja dok ne dobijemo zadovoljavajuće rezultate. Ovakvi su izračuni napravljeni za sva buduća ograničenja (EURO II, III i IV) te za ispušne plinove čija je redukcija njima određena. Treba napomenuti, da je provedba ispitivanja promijenjena za zahtjeve EURO III i IV (izbacuje se 40 s rada motora u praznom hodu prije početka mjerenja pa će mjerenje započeti čim se motor upali). Ova promjena će imati za posljedicu povećanje emisije na ispitivanju pa će smanjenje emisije štetnih ispušnih plinova biti veće, nego što to pokazuju numerički podaci. I ova promjena je uzeta u obzir pri određivanju redukcijskih faktora. U tablici 79. su dani redukcijski faktori u odnosu na EURO I za CO, HC i NO x. Uočavamo da su za HC i NO x redukcijski faktori podjednaki za hladni start i pri radnoj temperaturi, dok su za CO puno veći pri hladnom startu nego pri radnoj temperaturi. 102

115 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Tablica 79. Redukcijski faktori za benzinska vozila Postotak smanjenja emisije u ovisnosti o EURO I za hladni rad CO HC NO x EURO II EURO III EURO IV Postotak smanjenja emisije u ovisnosti o EURO I pri radnoj temperaturi CO HC NO x EURO II EURO III EURO IV Dizelska vozila Ista metoda, kao i kod benzinskih vozila, je upotrijebljena da bi se dobili redukcijski faktori za buduća ograničenja. I ovdje su korišteni podaci dobiveni pri izradi švicarsko / njemačkog Priručnika za određivanje emisijskih faktora cestovnih vozila i I/M projektom Europske Komisije. Dobiveni podaci dani su tablici 80. Za razliku od benzinskih vozila, razlike u redukcijskim faktorima pri hladnom startu i pri radnoj temperaturi su vrlo male. Za primijetiti je što se tiče emisije CO, da vozila koja zadovoljavaju zahtjevima EURO I, zadovoljavaju i zahtjevima EURO II pa nije bilo potrebno uvoditi redukcijske faktore. Tablica 80. Redukcijski faktori za dizelska vozila Postotak smanjenja emisije u ovisnosti o EURO I za hladni rad CO HC NO x PM EURO II EURO III EURO IV Postotak smanjenja emisije u ovisnosti o EURO I pri radnoj temperaturi CO HC NO x PM EURO II EURO III EURO IV Autobusi i teška teretna vozila Nije dostupno dovoljno podataka vezanih za EURO I vozila pa nije bilo moguće uzeti ih kao baznu grupu u odnosu na koju bi se određivali redukcijski faktori. Umjesto toga, za baznu skupinu je odabrana reprezentativni uzorak dobro održavanih vozila koja su se nalazila u prometu godine. Mjerenja su izvršena korištenjem 13-to dijelnog ispitnog ciklusa, a dobiveni rezultati dani su u tablici

116 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Redukcijski faktori za EURO I, II i III su određeni na osnovu donesenih ili tek predloženih ograničenja. Na primjer predloženo je smanjenje emisije NO x za otprilike 40 % kod vozila koja podliježu zahtjevima EURO II, što znači da bi se emisija od 11 g/kwh za baznu skupinu smanjila na 7 g/kwh za vozila koja podliježu zahtjevima EURO II. Na HC i CO postojeća ograničenja nemaju limitirajući utjecaj. Konkretno, emisija HC kod bazne skupine iznosi 0.6 g/kwh, dok zahtjevi EURO III propisuju maksimalnu emisiju za HC od 0.66 g/kwh. Ipak je pretpostavljeno da će emisija CO i HC biti smanjena, iako to ograničenjima nije određeno, zbog nužnog poboljšanja konstrukcije motora da bi se udovoljilo ostalim ograničenjima. Pošto ograničenja vezana za zahtjeve EURO IV u vrijeme izrade MEET programa nisu bila donesena, u MEET-u je usvojen je prijedlog Njemačke agencije iz Berlina UBA. Podaci vezani za redukcijske faktore budućih ograničenja dani su u tablici 81. Tablica 81. Standardi i redukcijski faktori za autobuse i teška teretna vozila CO HC NO x PM Prije EURO I [g/kwh] (bazna skupina) EURO I [g/kwh]a EURO I (postotak smanjenja emisije) EURO II [g/kwh]b EURO II (postotak smanjenja emisije) EURO III [g/kwh]c EURO III (postotak smanjenja emisije) EURO IV [g/kwh]d EURO IV (postotak smanjenja emisije) a EU smjernica 91/542 Stage 1 b EU smjernica 91/542 Stage 2 c Prijedlog EU Komisije 98/CI73/01 d Temeljeno na predloženim ograničenjima od strane UBA 9.3. NOVE TEHNOLOGIJE Tipovi novih tehnologija koji imaju vjerojatnost značajnije se pojaviti na tržištu do godine su: električna vozila hibridna vozila vozila s gorivnim ćelijama vozila s plinskim turbinama vozila sa Stirlingovim motorom benzinska vozila s elektroničkim ubrizgavanjem goriva filtri za krute čestice. 104

117 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Od navedenih tehnologija samo su električna vozila (uključujući gorivne ćelije i hibridna vozila) detaljno razrađena. Alternativni motori s unutarnjim izgaranjem, kao što je Stirlingov motor, nisu još dovoljno razrađeni da bi se mogli primjenjivati u automobilskoj industriji te je malo vjerojatno da će se značajnije pojaviti na tržištu do godine. Razvoj i unapređivanje klasičnih motora i sustava za pročišćavanje ispušnih plinova (npr. benzinski motori s elektroničkim ubrizgavanjem) svrstavamo u evolucijske, prije nego nove tehnologije. Oni će pridonijeti smanjenju emisije štetnih ispušnih plinova prema budućim standardima, odnosno njihov je razvoj uključen u procjenu emisijskih faktora grupa vozila u skoroj budućnosti Električna vozila Električna vozila imaju dugu povijest i ravnopravno su se nadmetala s vozilima s unutarnjim izgaranjem goriva do 1920-tih. Od tada električna vozila zaostaju i ne mogu držati korak s vozilima s unutarnjim izgaranjem goriva. Međutim, u novije vrijeme konstruirana vozila pokazuju vrlo dobre performanse (prototipi su postigli brzine od 150 km/h i ubrzanje od 0 do 100 km/h za 8 s), ali još uvijek imaju ograničen radijus kretanja između punjenja baterija. Dosta je svojstava električnih vozila koja su bolja u odnosu na vozila s unutarnjim izgaranjem goriva. Tiša su, ne emitiraju ispušne plinove pri upotrebi, ne troše energiju kod stajanja i nemaju većih gubitaka od zagrijavanja. Električni motor ima visok potezni moment pri malim brzinama i širok raspon brzina te je njegova učinkovitost relativno konstantna pri svim brzinama korištenja. Unatoč ovim prednostima, učinkovitost električnih vozila je ograničena baterijom čija masa iznosi oko četvrtine ukupne mase vozila. Mnoge organizacije stoga, rade na novim tipovima baterija koje bi omogućile bolja vozna svojstva električnih vozila. Najčešće električna vozila koriste olovne ili nikal kadmijeve baterije. Olovne baterije su jeftine i trajne, ali imaju nisku specifičnu snagu [W/kg] i nisku specifičnu gustoću energije [Wh/l]. Nikal kadmijeve baterije imaju veću specifičnu gustoću energije i duži vijek trajanja, ali su skuplje tri puta i sadrže visoku koncentraciju kadmija koji je štetan za okoliš. Najvjerojatnije će buduća električna vozila imati nikal metal hidrid baterije koje imaju visoku specifičnu gustoću energije i visoku specifičnu snagu, ali su skuplje od olovnih baterija. Iako se prosječne snage potrebne za pokretanje električnih vozila kreću od 10 do 20 kw, vršni zahtjevi kod ubrzanja i uspona mogu biti i 10 puta veći. Baterija koja bi mogla pružiti toliku snagu bi bila neupotrebljivo velika i teška. Električna vozila se koriste kao osobna ili laka teretna vozila. Faktor emisije ispušnih plinova ovisi o vrsti i zastupljenosti pojedine vrste goriva u dobivanju električne energije, odnosno o prosječnoj emisiji nekog ispušnog plina pojedine zemlje. Vrijednosti prosječnih emisija dane su u tablici 82. Koristeći ove podatke po sljedećoj formuli, možemo izračunati emisijske faktore ispušnih plinova. ( ) 2 e OV = v v + E e LOV ( ) 2 = v v + E gdje je: e E v emisijski faktor [g/km] prosječna emisija nekog ispušnog plina u nekoj zemlji [g/gj] prosječna brzina vožnje [km/h]. 105

118 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Tablica 82. Emisija ispušnih plinova pri dobivanju električne energije Prosječni emisijski faktor pri dobivanju električne energije [g/gj] CO 2 CO NO x NMHC SO 2 CH 4 PM Austrija Belgija Danska Finska Francuska Njemačka Grčka Irska Italija Luksemburg Nizozemska Norveška Portugal Španjolska Švedska Švicarska UK Europa Navedeni emisijski faktori mogu složiti samo za usporedbu, jer su dobiveni na vrlo malom proju prototip vozila. Malo je vjerojatno da bi vozila u komercijalne svrhe imala iste emisijske faktore kao prototip vozila, tako da gornje formule treba uzeti s rezervom Hibridna vozila Hibridna električna vozila imaju kombinaciju električnog motora i motora s unutarnjim izgaranjem. Ova dva motora mogu biti izvedena kao serijski ili kao paralelni. U serijskoj izvedbi motor s unutarnjim izgaranjem pogoni generator koji proizvodi struju za pokretanje elektromotora. Za ovakve izvedbe koristi se mali motor s unutarnjim izgaranjem koji uvijek radi u optimalnom režimu rada, što ima za posljedicu nisku potrošnju goriva te nisku emisiju ispušnih plinova. U paralelnoj izvedbi i električni i motor s unutarnjim izgaranjem pogone vozilo, pri čemu motor s unutarnjim izgaranjem radi u optimalnom režimu rada. Ovakva vozila se u gradskom prometu i pri malim brzinama ponašaju kao električna vozila s baterijom, dok na otvorenoj cesti motor s unutarnjim izgaranjem služi kao glavni izvor snage dok mu elektromotor pomaže samo pri eventualnim ubrzanjima. Osim toga, motor s unutarnjim izgaranjem se može ponašati kao generator kada se ne koristi sva energija motora na svladavanje otpora vožnje, pri čemu puni bateriju elektromotora. Baterija se može puniti i regenerativnim kočenjem. Hibridna vozila se, kao i električna, koriste kao osobna ili laka teretna vozila. U tablici 83. dani su emisijski faktori koji, kao što vidimo, nisu funkcije prosječne brzine vožnje, nego konstante. 106

119 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI I ovdje kao kod električnih vozila vrijedi da navedeni emisijski faktori mogu složiti samo za usporedbu, jer su dobiveni na vrlo malom proju prototip vozila. Malo je vjerojatno da bi vozila u komercijalne svrhe imala iste emisijske faktore kao prototip vozila, tako da gornje formule treba uzeti s rezervom. Tablica 83. Emisijski faktori za benzinska hibridna vozila Emisijski faktori CO 2 CO NO x HC PC LDV Vozila s gorivnim ćelijama Gorivne ćelije proizvode električnu energiju direktno iz kemijske reakcije vodika i kisika, čime se izbjegavaju neučinkovitosti klasičnih načina proizvodnje električne energije. Tipovi gorivnih ćelija koje imaju najviše šanse da se nađu u primjeni su ćelije s fosfatnom kiselinom te ćelije s membranom za izmjenu protona. Većina proizvođača automobila ima programe koji se bave gorivnim ćelijama. Iako se energija dobiva reakcijom vodika i kisika, mogu se koristiti mnoga goriva koja sadrže vodik. Može se koristiti i čisti vodik, ali vodik nije prikladan za skladištenje u vozilima i ne postoji razvijena infrastruktura za njegovo komercijalno korištenje. Većina istraživanja je usmjerena na tekuća fosilna goriva iz kojih se reformerom izdvaja vodik, odnosno na njihove derivate od kojih se trenutno najpodesniji čine benzin i metanol. Gorivne ćelije će se najvjerojatnije prvo pojaviti u sljedećim grupama vozila: osobnim vozilima, lakim teretnim vozilima te gradskim autobusima. Emisijski faktori vozila s gorivnim ćelijama na metanol, za ove tri grupe vozila, dane su u tablici 84. Tablica 84. Emisijski faktori za vozila na gorivne ćelije s metanolom Emisijski faktori CO 2 CO NO x HC PC LDV Gradski autobusi ALTERNATIVNA GORIVA Uvod U ovom se poglavlju veća pažnja posvećuje gorivima koja bi do godine mogla imati značajniji upliv na tržište. To uključuje sljedeća goriva: stlačeni prirodni plin, metanol, etanol, biodizel i dimetil eter. Emisijski faktori su određeni u odnosu na grupe iste tehnologije (npr. sva benzinska PC ili sva dizelska LDV) čime je omogućeno lakše uspoređivanje podataka. Vrlo je malo dostupnih podataka vezanih za alternativna goriva pa nije moguće odvojiti različite tipove emisije (hladni 107

120 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI start i emisija pri radnoj temperaturi). Ukupni korekcijski faktor se određuje u odnosu na prosječan emisijski faktor vozila bez katalizatora, a uključuje hladni start i emisiju pri radnoj temperaturi te sve tipove prometnica (grad, izvan grada, autoput) Stlačeni prirodni plin Stlačeni prirodni plin može se koristiti u dvije vrste motora: u kombiniranim motorima i u motorima namijenjenima za stlačeni prirodni plin. U kombiniranim motorima se stlačeni prirodni plin miješa sa zrakom i ulazi u cilindar. U cilindru se komprimira, a nešto prije GMT ubrizgava se mala količina dizelskog goriva koja se pali uslijed velike temperature komprimirane mješavine. Ovi motori mogu raditi sa stlačenim prirodnim plinom uz korištenje dizelskog goriva za paljenje ili kao čisti dizelski motori. Motori namijenjeni isključivo za stlačeni prirodni plin moraju imati ugrađene svjećice koje omogućuju zapaljenje mješavine. Glavni nedostatak kod korištenja prirodnog plina je potreba za posebni pumpnim stanicama. U tim stanicama se plin skladišti pod puno manjem tlaku nego što je tlak u spremniku na vozilu, zbog čega je neophodna upotreba više stupanjskog kompresora. Sljedeći nedostatak prirodnog plina je njegova neujednačenost u sastavu koja može značajno varirati. Prednosti prirodnog plina su visoka otpornost na lupanje motora (RON=120) te vrlo dobro i pravilno sagorijevanje. Tablica 85. daje korekcijske faktore za samo tri vrste vozila (benzinska PC, benzinska LDV te dizelska HDV) zbog ograničenosti dostupnih podataka. Korekcijske faktore nije bilo moguće izraziti u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje pa odgovaraju prosječnoj brzini vožnje na FTP ispitnom ciklusu. O emisiji ispušnih plinova za vozila na stlačeni prirodni plin, u odnosu na vozila bez katalizatora, možemo općenito reći: smanjuje se emisija CO povećava se emisija HC (uslijed povećanja emisije metana pri čemu se smanjuje efikasnost katalizatora za ovaj ispušni plin) smanjuje se emisija NOx emisija PM je znatno niža kod dizelskih vozila potrošnje goriva je približno jednaka onoj kod vozila bez katalizatora smanjuje se emisija nekih nereguliranih plinova (NMHC, benzen, butandien, formaldehid, acetaldehid). 108

121 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Tablica 85. Korekcijski faktori za vozila na stlačeni prirodni plin u odnosu na vozila bez katalizatora Benzinska PC Benzinska LDV Dizelska HDV min prosjek max min prosjek max min prosjek max CO HC NO x PM NMHC CH Benzen Butandien Formaldehid Acetaldehid Metanol Metanol ima mnoge poželjne karakteristike vezane sa sagorijevanje i emisiju ispušnih plinova. Ima oktanski broj 110 što ga u kombinaciji s izvrsnim sagorijevanjem čini pogodnim gorivom za Otto motore. Zbog niskog tlaka para ima nisku emisiju hlapivih tvari. Dobiva se iz prirodnog plina, sirove nafte, biomase i komunalnog otpada. Trenutno je najekonomičnija proizvodnja metanola iz prirodnog plina. Metanol ima nisku ogrjevnu moć u usporedbi s benzinom. Za istu snagu, potrebno je sagorjeti duplo veću masu metanola nego benzina. Zbog visoke temperature ishlapljivanja nije pogodan za upotrebu pri nižim temperaturama. Na temperaturi nižoj od 5 C nemoguće je pokrenuti klasični Otto motor (bez dodatnog ubrizgavanja benzina ili dodatnih grijača) na čisti metanol. Zbog navedenih nedostataka prišlo se upotrebi mješavine od 85 % metanola i 15 % benzina (M85). Ipak, upotrebom ove mješavine umanjena su mnoga dobra svojstva čistog metanola. Motori i ispušni sustav vozila na ovu mješavinu su vrlo slični benzinskim motorima novije generacije što ih čini jeftinijima u proizvodnji, mada postoje i prilagodbe motora na metanol i za HDV s različitim tehničkim rješenjima. Tablica 86. daje korekcijske faktore za osobna vozila na metan. U tablici nije navedeno, ali važno je istaknuti, da je emisija benzena i policikličkih ugljikovodika znatno manja, ali je emisija formaldehida i do 5 puta veća nego kod klasičnih benzinskih vozila. Metanol je vrlo korozivna tvar. 109

122 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Tablica 86. Korekcijski faktori za vozila na metanol u odnosu na vozila bez katalizatora vozila PC (Benzin) Autobusi M100/Dizel min prosjek max min prosjek max CO HC NMHC NO x CO PM Etanol Kao sljedeći od alkohola po molekularnoj težini, etanol ima dosta slična fizička svojstva te način sagorijevanja kao i metanol. Može se dobiti obradom kultiviranog bilja kao što je šećerna trska, kukuruz itd., međutim njegova je proizvodnja skuplja s obzirom na metanol i zahtjeve velike žetve za koje je potrebno uložiti velike količine energije. Kao i metanol i etanol ima nižu donju ogrjevnu moć od benzina, a nizak tlak para ga čini slabo hlapljivim. Kad se etanolu doda 22 % benzina, dobivena mješavina se može koristiti za pokretanje klasičnih Otto motora. Upotreba etanola je raširena u Brazilu, JAR-u i SAD-u. Za distribuciju etanola koristi se ista oprema kao i za benzin. Mada je manje korozivan od metanola ipak treba biti oprezan s upotrebom određenih materijala. Tablica 87. daje korekcijske faktore za vozila na etanol. Emisija acetaldehida je znatno viša nego kod benzinskih ili dizelskih vozila, dok se emisija benzena, butadiena i policikličkih ugljikovodika smanjuje. Tablica 87. Korekcijski faktori za vozila na etanol u odnosu na vozila bez katalizatora PC E85/RGF HDV E100/Dizel HDV E95/Dizel Autobusi E95/Dizel min prosjek max min prosjek max min prosjek max min prosjek max CO HC NMHC NO x CO PM Biodizel Američko društvo za testiranje materijala je definiralo biodizel kao ''monoakrilni ester dugih lanaca masnih kiselina dobivenih iz obnovljivih izvora lipida, kao što su biljna ulja i životinjske masti, za upotrebu u dizelskim motorima''. U sedamdesetim i osamdesetim godinama dvadesetog stoljeća, rađene su usporedbe čistog i djelomično esterificiranog biljnog ulja s dizelom iz fosilnih goriva. Ispitivanja su pokazala značajne poteškoće kod ubrizgavanja te ostale 110

123 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI poteškoće vezane za rad motora. Tek se esterifikacijum takvih ulja došlo do goriva primjenljivog u dizelskim motorima. Svojstva biodizela su sljedeća: ne sadrži sumpor ne sadrži aromatske ni policikličke ugljikovodike udio kisika je 11 % (dok fosilno dizelsko gorivo ne sadrži kisik) veći cetanski broj niža donja ogrjevna moć bolja maziva svojstva veća viskoznost više točka smrzavanja viša točka zapaljenja nije otrovan (ili je u vrlo maloj mjeri) veća korozivnost. Neka od ovih svojstava su prednosti (veći cetanski broj, bolja mazivost), dok su neka očiti nedostatci (manja donja ogrjevna moć, viša točka smrzavanja, veća korozivnost). Napravljene su mnoge studije širom svijeta o emisiji ispušnih plinova kod vozila na biodizel, međutim rezultati tih studija su često ili takvi da se iz njih ne može ništa zaključiti ili čak kontradiktorni. Zbog toga nije bilo moguće odrediti pouzdane korekcijske faktore. Kvalitativne karakteristike biodizela vezane za emisiju ispušnih plinova u odnosu na fosilno dizelsko gorivo su dane u tablici 88. Tablica 88. Kvalitativna ocjena emisije vozila na biodizel Ispušna tvar Krute čestice ukupno (PM) Organske krute čestice Sulfatne krute čestice Ugljične krute čestice Vidljivi dim Dušikovi oksidi (NOx) Ugljikovodici (HC) Ugljični monoksid (CO) Policiklički ugljikovodici Aldehidi ne može se zaključiti povećanje smanjenje smanjenje smanjenje povećanje smanjenje smanjenje smanjenje povećanje Dimetil eter Dimetil eter se u posljednje vrijeme pojavio kao atraktivno alternativno gorivo za dizelske motore. Može se proizvoditi iz niza fosilnih goriva uključujući prirodni plin i ugljen, te od obnovljivih izvora i otpada. Fizikalno gledano, to je tekući naftni plin s relativno niskim tlakom para u normalnim uvjetima. ima relativno visok cetanski broj (55 60), ali nižu ogrjevnu 111

124 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI moć u odnosu na dizelsko gorivo. Najznačajnija mu je karakteristika, što se tiče upotrebe u dizelskim motorima, niska temperatura samozapaljenja, koja je vrlo slična temperaturi samozapaljenja dizelskog goriva. Ispitivanja pokazuju da su potrebne minimalne promjene na dizelskim motorima, za primjenu dimetil etera. Međutim, tlak ubrizgavanja dimetil etera je mnogo niži nego kod dizelskog goriva i iznosi samo 20 MPa u odnosu na 150 MPa za dizelsko gorivo pa se može očekivati da će se vjerojatnije razviti zasebni motori za dimetil eter, nego da će se koristiti kombinirani motori za ova dva tipa goriva. U tablici 89. su dani korekcijski faktori za emisiju vozila na dimetil eter. Budući da dimetil eter ne sadrži ugljikove veze nema ni emisije (ili je vrlo mala) benzena, policikličkih ugljikovodika, toulena, ksilena, dok je emisija aldehida niža nego kod dizelskih motora. Tablica 89. Korekcijski faktori za vozila na dimetil eter LDV (Dizel) Ispitivani motor (Dizel) HDV (Dizel) min prosjek max min prosjek max min prosjek max CO HC NO x PM Sažetak U tablicama 90. i 91. dan je sažetak svojstava alternativnih goriva. 112

125 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Tablica 90. Prednosti i nedostaci alternativnih goriva Gorivo Prednosti Nedostatci Stlačeni prirodni plin Alkohol Biodizel Dimetil eter Niska emisija PM u odnosu na dizel Niska emisija NOx u usporedbi s naprednim dizelskim motorima Veći oktanski broj Niža emisija NOx Manji gubici zbog hlapivosti Veći cetanski broj Dobra maziva svojstva Nema emisije SO2 i sulfata Manja toksičnost PM (otprilike jednaka emisija) Male promjene u konstrukciji motora Vrlo niska emisija PM Manja buka motora Niska emisija NOx Kompliciran sustav nadopunjavanja goriva Potreban 4 puta veći spremnik za gorivo Efikasnost motora (kod autobusa) niža za 20 % u odnosu na dizelske motore Veća emisija metana Problemi s hladnim startom Povećana emisija aldehida Povećana korozivnost Veći spremnik goriva Sigurnosni problemi pri rukovanju Veća korozivnost Niže ogrjevna moć Viša točka smrzavanja Povećana emisija NOx Povećan??? Niska ukupna iskoristivost (uzeta u obzir energija potrebna za dobivanje) Niska viskoznost Izmjene na sustavu za ubrizgavanje goriva 113

126 BUDUĆI EMISIJSKI FAKTORI Tablica 91. Utjecaj alternativnih goriva na emisiju promatranih plinova Usporedba CO HC NO x PM Stlačeni prirodni plin u odnosu na benzin u LDV Stlačeni prirodni plin u odnosu na dizelsko gorivo u HDV Metanol u odnosu na benzin u LDV Etanol u odnosu na benzin u LDV Metanol u odnosu na dizelsko gorivo u HDV Etanol u odnosu na dizelsko gorivo u HDV Biodizel u odnosu na dizelsko gorivo u HDV Dimetil eter u odnosu na dizelsko gorivo u HDV Smanjenje (0.4 do 0.5) Smanjenje (0.1 do 0.2) Bez promjene (0.7 do 1.1) Bez promjene (0.4 do 1.1) Smanjenje (0.5 do 0.8) Povećanje (1.1 do 1.3) Smanjenje (0.75 do 0.8) Povećanje (1.5 do 2.0) Povećanje (1.5 do 3.0) Smanjenje (0.5 do 0.8) Smanjenje (0.5 do 1.0) Smanjenje (0.4 do 0.6) Bez promjene (0.7 do 1.5) Smanjenje (0.2 do 0.8) Smanjenje (0.4 do 0.6) Smanjenje (~0..6) Smanjenje (0.8 do 0.9) Smanjenje (0.4 do 0.8) Smanjenje (0.4 do 0.75) Smanjenje (0.6 do 0.9) Povećanje (1.1 do 1.2) Smanjenje (0.2 do 0.5) Smanjenje (0.05 do 0.15) Smanjenje (0.1 do 0.2) Smanjenje (~0.2) Bez promjene (0.6 do 1.2) Smanjenje (0.05 do 0.3) 114

127 PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA KORIŠTENJEM PROGRAMA COPERT3 10. PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA KORIŠTENJEM PROGRAMA COPERT3 U ovom će poglavlju, u kratkim crtama, biti objašnjen način rada računalnog programa COPERT3. Prva inačica programa COPERT je bio COPERT90, kojeg je nasljedio COPERT2, da bi trenutno u upotrebi bio COPERT3. Važno je istaknuti da je COPERT3, trenutno službeni računalni program za slanje podataka EEA vezanih za emisiju ispušnih plinova u cestovnom prometu. Uz proračun emisije ispušnih plinova u cestovnom prometu (SNAP 07) ovaj računalni program omogućava i proračun ispušnih plinova iz drugih vrsta prometa prema SNAP 08. Pošto je predmet ovog rada emisija ispušnih plinova u cestovnom prometu, ograničit ćemo se samo na SNAP 07 (područja koja pokrivaju SNAP 07 i SNAP 08 objašnjena su u poglavlju ) PODACI VEZANI ZA DRŽAVU KOJA SE OBRAĐUJE U ovom izborniku odabiremo državu za koju vršimo proračun emisije ispušnih plinova (Select...) te unosimo podatke vezane za gorivo (Fuel), temperaturu (Temperatures), tlak para po Reidu (Reid Vapor Pressure), prometnu aktivnost pri hladnom startu (Cold Start Parameters) i podatke o spremniku goriva (Canister Efficiency) Odabir države koja se obrađuje Pri odabiru polja ''Select...'' vršimo izbor države za koju proračunavamo emisiju ispušnih plinova u cestovnom prometu Podaci vezani za gorivo Pri odabiru polja ''Fuel'' unosimo podatke vezane za gorivo. Gorivo je podijeljeno u 4 grupe: olovni benzin, bezolovni benzin, dizelsko gorivo te LPG (tekući naftni plin). Za svaku od ove 4 vrste goriva unose se: godišnja potrošnja, udjeli sumpora i olova, H:C omjer te udjeli kadmija, bakra, kroma, nikla, selena i cinka Podaci vezani za temperature Pri odabiru polja ''Temperatures'' vršimo unos podataka vezanih za prosječne mjesečne maksimalne i minimalne temperature zraka Tlak para po Reidu Pri odabiru polja ''Reid Vapor Pressure'' vršimo unos podataka vrijednosti tlaka para po Reidu benzinskog goriva za svaki mjesec u godini Podaci vezani za prometnu aktivnost pri hladnom startu Pri odabiru polja ''Cold Start Parameters'' vršimo unos podataka vezanih za prometnu aktivnost pri hladnom startu. Računalni program COPERT3 ne uzima u obzir prometnu aktivnost pri hladnom startu kako je to objašnjeno u poglavlju 7.3., već se za proračun dodatnih emisijskih faktora pri hladnom startu koristi sljedećim vrijednostima: prosječna dužina putovanja 115

128 PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA KORIŠTENJEM PROGRAMA COPERT3 pri hladnom startu (ltrip) i beta faktor. Vrijednost ltrip se unosi jedinstvena za sve mjesece, dok se beta faktor unosi posebno za svaki mjesec u godini. Očito je da COPERT3 ne računa hladni put u ovisnosti o prosječnoj brzini vožnje pri hladnom startu, kako je objašnjeno u poglavlju , već preko vrijednosti ltrip. Kao što je već rečeno, utjecaj prometne aktivnosti je pojednostavljen i izražen preko vrijednosti beta faktor Podaci o spremniku goriva Pri odabiru polja ''Canister Efficiency'' vršimo unos podataka vezanih za razinu učinkovitosti spremnika goriva za svaki mjesec u godini. Ovi podaci su vjerojatno potrebni za alternativni pristup proračnu emisije hlapivih tvari o čemu će biti više rečeno kasnije PODACI VEZANI ZA PROMETNU AKTIVNOST U ovom izborniku unosimo podatke vezane za prometnu aktivnost: podaci o vozilima (Fleet Info), podaci o zastupljenosti kretanja po pojedinim vrstama prometnica (Circulation info) te podaci o emisiji hlapivih tvari na pojedinim prometnicama (Evaporation Share). Osim unosa podataka, u ovom izborniku nam se nudi pregled izviješća kao što su: podaci o vozilima (Fleet Data), zastupljenost kretanja po pojedinim vrstama prometnica (Mileage Distribution), prosječna brzina vožnje na pojedinim prometnicama (Vehicle Speed), emisija hlapivih tvari na pojedinim prometnicama (Evaporation Distribution), postotak uzdužnog nagiba kolnika (Slope Factor) te faktor opterećenja teretom za teretna vozila (Load Factor) Podaci o vozilima Pri odabiru polja ''Fleet Info'' vršimo unos broja vozila, prosječnog broja prijeđenih kilometara, zastupljenost vozila s elektroničkim ubrizgavanjem goriva te zastupljenost vozila s sustavom za kontrolu emisije hlapivih tvari i to za svaku od grupa vozila Zastupljenost kretanja po pojedinim vrstama prometnica Pri odabiru polja ''Circulation info'' vršimo unos zastupljenosti kretanja vozila po pojedinim vrstama prometnica (gradske ceste, ceste izvan naselja te autoceste) te unos prosječne brzine kretanja vozila na svakoj od tih prometnica i to za svaku od grupa vozila Emisija hlapivih tvari na pojedinim prometnicama Pri odabiru polja ''Evaporation Share'' vršimo unos zastupljenosti emisije hlapivih tvari na pojedinim vrstama prometnica i to za svaku od grupa vozila EMISIJSKI FAKTORI U ovom izborniku se nudi pregled emisijskih faktora pri radnoj temperaturi motora, dodatnih emisijskih faktora pri hladnom startu te dva načina proračunavanja emisijskih faktora hlapivih tvari. 116

129 PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA KORIŠTENJEM PROGRAMA COPERT Emisijski faktori pri radnoj temperaturi motora Pri odabiru polja ''Hot Stabilised'' dobijamo preglet izračunatih emisijskih faktora [g/km] pri radnoj temperaturi motora za sve tri vrste prometnica te za svaku od grupa vozila. Emisijski faktori su dani za: CO, NO x, HC (VOC), PM, FC, NH 3, N 2 0 i NH 4. Uočavamo da su osim plinova za koje se daje pregled prema MEET-u, ovdje uvršteni NH 3, N 2 0, NH 4 i FC međutim nije uvršten CO 2. I u ovom dijelu se COPERT3 razlikuje od MEET-a. Naime, MEET preporučuje izračunavanje emisijskih faktora na osnovu prosječne brzine vožnje za CO, CO 2, HC i PM te na osnovu njihove emisije, proračun potrošnje goriva na osnovu balansa ugljika. COPERT3 direktno daje potrošnju goriva na osnovu prosječne brzine vožnje, a zatim izračunava emisiju CO 2 na sličan način kao što se to radi za olovo ili sumpor Dodatni emisijski faktori pri hladnom startu Pri odabiru polja ''Cold Excess'' dobijemo pregled dodatnih emisijskih faktora pri hladnom startu i to zasebno za svaki mjesec u godini. Dodatni emisijski faktori su dani za sve grupe osobnih i lakih teretnih vozila, međutim dani su samo za gradske prometnice. Vrste ispušnih plinova koje su uključene su CO, NO x, HC (VOC), PM te potrošnja goriva (FC). Niti ovdje nije uvršten CO 2 iz gore navedenih razloga Emisijski faktori hlapivih tvari Pregled emisijskih faktora hlapivih tvari dan je na dva načina: standardni (Standard Corinair) i alternativni (Alternative Approach). U standardnom načinu dan je pregled emisijskih faktora za svaku od grupa vozila na benzinska goriva i to posebno za vozila sa sustavom za kontrolu emisije hlapivih tvari i vozila bez sustava za kontrolu emisije hlapivih tvari. Gubici koji se u ovom pristupu obrađuju i za koje su posebno dani emisijski faktori su: gubici usljed disanja spremnika, topli gubici usljed poroznosti materijala, vrući gubici usljed poroznosti materijala, gubici usljed poroznosti materijala za vozila s elektroničkim ubrizgavanjem goriva, topli gubici u vožnji te vrući gubici u vožnji. U alternativnom načinu dan je pregled emisijskih faktora za svaku od grupa vozila na benzinska goriva i to posebno za vozila sa sustavom za kontrolu emisije hlapivih tvari i vozila bez sustava za kontrolu emisije hlapivih tvari. Gubici koji se u ovom pristupu obrađuju i za koje su posebno dani emisijski faktori su: gubici usljed disanja spremnika, vrući gubici usljed poroznosti materijala te gubici u vožnji UKUPNA EMISIJA Pri odabiru polja ''Results'' proža nam se mogućnos pregleda ukupne emisije pri radnoj temperaturi motora, dodatne emisije pri hladnom startu, emisije hlapivih tvari, ukupne emisije, balans potrošenog goriva te specifikacija emisije nemetanskih ugljikovodika (NMVOC) Emisija pri radnoj temperaturi motora U ovom dijelu nam se pruža mogućnost pregleda ukupne emisije pri radnoj temperaturi motora sljedećih tvari: CO, NO x, NMVOC (ukupno), CH 4, PM, N 2 O, NH 3, FC, CO 2, SO 2, Pb, 117

130 PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA KORIŠTENJEM PROGRAMA COPERT3 Cu, Cd, Cr, Ni, Se, Zn. Emisija je prikazana zasebno za svaku od grupa vozila te zasebno za svaku od navedenih vrsta prometnica. Uočavamo da je broj obrađenih tvari znatno veći nego prema MEET-u Dodatna emisija pri hladnom startu U ovom dijelu nam se pruža mogućnost pregleda dodatne emisije pri hladnom startu sljedećih tvari: CO, NO x, NMVOC (ukupno), CH 4, PM, FC, CO 2, SO 2, Pb, Cu, Cd, Cr, Ni, Se, Zn. Emisija je prikazana zasebno za svaku od grupa vozila te zasebno za gradske ceste i ceste izvan naselja. Zanimljivo je da nije dana emisija na autocestama, a dana je na gradskim cestama i cestama izvan naselja pogotovo kad znamo da su emisijski faktori bili dani samo za gradske ceste. Potrebno je uočiti da dodatna emisija pri hladnom startu ne obuhvaća N 2 O i NH 3. I ovdje primjećeujemo da je broj obrađenih tvari znatno veći nego prema MEET-u Emisija hlapivih tvari Daje se emisija hlapivih tvari za sve tri vrste prometnica te za svaku od grupa vozila na benzinska goriva. Daje se ukupna emisija hlapivih tvari te emisija s obzirom na vrstu nastanka i to: usljed disanja spremnika, usljed poroznosti materijala za vozila s rasplinjačem, usljed poraoznosti materijala za vozila s elektroničkim ubrizgavanjem goriva te gubici u vožnji Ukupna emisija U ovom dijelu se daje ukupna emisija sljedećih tvari: CO, NO x, NMVOC (ukupno), CH 4, PM, N 2 O, NH 3, FC, CO 2, SO 2, Pb, Cu, Cd, Cr, Ni, Se i Zn. Emisija je izražena posebno za svaku od vrsta prometnica te ukupno za sve tri vrste prometnica zajedno Balans potrošenog goriva U ovom dijelu možemo vidjeti odnos ukupno potrošenog goriva (stvarni podatak) i računski dobivene vrijednosti potrošenog goriva. Ovaj omjer nam služi kao podatak o udjelu cestovnog prometa u ukupnoj potrošnji goriva Specifikacija emisije nemetanskih ugljikovodika (NMVOC) U ovom dijelu programa je prikazana specifikacija nemetanskih ugljikovodika te njihova emisija. Emisija svakog od NMVOC je prikazana zasebno za radnu temperaturu motora, hladni start i usljed hlapivosti te ukupno. Nemetanski ugljikovodici su podijeljeni u dvije osnovne skupine: ugljikovodici s otvorenim lancima te ugljikovodici s jednim prstenom poliaromatski ugljikovodici te dioksini i furani. Prva skupina sadrži 61 različiti spoj, a druga 28, što čini ukupno 89 različitih spojeva koji zajednički čine grupu NMVOC. 118

131 PRORAČUN EMISIJE CESTOVNIH VOZILA KORIŠTENJEM PROGRAMA COPERT OSTALO Pri odabiru polja ''Advanced'', COPERT3 omogućava upotrebu korekcijskih faktora prosječnog broja prijeđenih kilometara, uzdužnog nagiba kolnika te opterećenja teretom, mada nema mogućnost korištenja korekcijskog faktora prosječne temperature okoliša. Pri korištenju korekcijskog faktora uzdužnog nagiba kolnika, moguće ja odabrati samo jednu vrstu nagiba, a nije moguće uzeti u obzir sve ponuđene. Osim navedenog, COPERT3 pruža mogućnost korištenja nekih dodatnih opcija (npr. opcija da vozila na olovni benzin troše bezolovni itd.) SAŽETAK Osnovna razlika u pristupu između MEET-a i programa COPERT3 je, kao što je već rečeno, u načinu izračunavanja emisije pri hladnom startu te u načinu praćenja emisije CO 2 i potrošnje goriva (FC). COPERT3 znatno pojednostavlja izražunavanje emisijskih faktora pri hladnom startu što može biti i nedostatak i prednost s obzirom na upitnost kvalitete podataka vezanih za prometnu aktivnost pri hladnom startu. Što se tiče praćenja emisije CO2 i potrošnje goriva, nema bitne razlike u konačnim rezultatiman već je razlika samo u pristupu. Velika prednost COPERT3 programa je praćenje većeg broja ispušnih plinova, veći broj grupa vozila (EURO V te benzinska teretna vozila). U svakom slučaju COPERT3 je vrlo operabilan program za praćenje i procjenu emisije ispušnih plinova u cestovnom prometu, a točnost njegovih rezultata je pouzdana koliko i sama metoda koju nudi MEET. 119

132 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ 11. PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ Potrebno je poznavati cijeli niz ulaznih podataka, da bi se MEET-ova metoda izračunavanja emisije ispušnih plinova mogla primjenjivati. Prvenstveno su potrebni statistički podaci vezani za prometnu aktivnost, ali i neki drugi npr. meteorološki podaci PRORAČUN EMISIJE ISPUŠNIH PLINOVA CESTOVNIH VOZILA U HRVATSKOJ POMOĆU RAČUNALNOG PROGRAMA COPERT3 Da bi se olakšalo korištenje MEET programa te da bi se dobila unificiranost podataka vezanih za emisiju ispušnih plinova u prometu izrađen je računalni program COPERT (trenutno se koristi COPERT3). COPERT3 je trenutno službeni program za slanje izviješća EEA vezanih za emisiju ispušnih plinova u cestovnom prometu. Za primjenu ovog programa u Hrvatskoj potrebni su podaci iz triju izvora: Centra za vozila, Državnog hidrometeorološkog zavoda te naftne kompanije s najvećom zastupljenosti na hrvatskom tržištu (INA). Ulazni podaci potrebni za korištenje ovog programa, prema izvoru, su: Centar za vozila: o broj vozila za svaku od grupa o prosječni godišnji broj kilometara za svaku od grupa o zastupljenost vozila s elektroničkim ubrizgavanjem goriva u svakoj od grupa o zastupljenost vozila sa sustavom za kontrolu hlapivih tvari u svakoj od grupa o zastupljenost kretanja po svakoj od vrsta promenica za svaku od grupa vozila o prosječna brzina vožnje na svakoj od vrsta prometnica za svaku od grupa vozila o zastupljenost emisije na svakoj od vrsta prometnica. Na slici 15. dan je prikaz izgleda baze podataka, vezane za vrstu vozila, koju bi trebao ispunjavati Centar za vozila, a koja bi se koristila za proračun emisije ispušnih plinova u cestovnom prometu pomoću računalnog programa COPERT3. Dakle, uz ostale podatke koji se bilježe za vozila, trebalo bi zabilježiti sljedeće podatke za svako vozilo. Slika 15. Podaci vezani za pojedino vozilo koje bi trebao ispunjavati Centar za vozila Na osnovu podataka, prikazanih na slici 15., ne bi bio problem sastaviti bazu podataka koja bi odgovarala razdiobi koju daje MEET odnosno COPERT3. Izgled takve baze prikazan je na slici

133 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ Slika 16. Izgled baze koja odgovara razdiobi prema MEET-u Državni hidrometeorološki zavod: o prosječne mjesečne najniže temperature zraka o prosječne mjesečne najviše temperature zraka. Izgled tablice koju bi trebao sastaviti DHMZ, prikazan je na slici 17. Slika 17. Tablica vezana za meteorološke podatke INA: o potrošnja olovnog benzina, bezolovnog benzina, dizelskog goriva te LPG-a o udio olova u svakom od goriva o udio sumpora u svakom od goriva o H:C omjer za svako gorivo o udio kadmija u svakom od goriva o udio bakra u svakom od goriva o udio kroma u svakom od goriva o udio nikla u svakom od goriva o udio selena u svakom od goriva o udio cinka u svakom od goriva o tlak para po Reidu za benzinska goriva za svaki mjesec u godini. Izgled tablica koje bi trebala ispunjavati INA, odnosno svi veći proizvođači i trgovci naftnim derivatima hrvatskom tržištu, prikazan je na slikama 18. i

134 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ Slika 18. Podaci o sastavu goriva Opći podaci: o ltrip vrijednost o beta faktor. Slika 19. Podaci vezani za tlak para po Reidu Analiza podataka dobivenih računalnim programom COPERT3 Za analizu podataka, korišteni su podaci Centra za vozila, DHMZ-a i INA-e iz godine. Problem je što Centar za vozila nema bazu podatakakoja je usklađena s MEET-om odnosno COPERT-om. Iz baza dobivenih od Centra za vozila, bilo je moguće izvaditi podatke samo za osobna vozila, mopede i motocikle, dok podatke za laka i teška teretna vozila te autobuse, nije bilo moguće obraditi. Naime, ne postoji evidencija o ukupnoj dopuštenoj masi vozila za teška teretna vozila, ne postoji evidencija o razdiobi na gradske i međugradske autobuse, kao ni evidencija o vrsti vozila na osnovu koje bi se dobili podaci o lakim teretnim vozilima. Zbog svega navedenog, težište ove analize bit će stavljeno na osobna vozila. Da bi vidjeli odnose u emisiji ispušnih plinova vozila prema godinama proizvodnje, povoljnije je služiti se emisijski faktorima, jer oni daju pregled emisije jednog vozila na jednom kilometru puta. U tu svrhu poslužili smo se emisijskim faktrorima pri radnoj temperaturi motora na prometnicama izvan naselja. Prikaz navedenih emisijskih faktora za benzinska vozila dan je na slici 20., dok je prikaz navedenih emisijskih faktora za dizelska vozila dan na slici 21. Vozila nisu podijeljena u grupe prema obujmu motora, već su razvrstana samo po godini proizvodnje. U slučajevima gdje su se pojavili različiti emisijski faktori za vozila s različitim obujmom motora, uzeta je srednja vrijednost prema zastupljenosti vozila s pojedinim obujmom. 122

135 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ Emisijski faktor [g/km] do Godina proizvodnje CO NOx HC Slika 20. Emisijski faktori benzinskih vozila prema godinama proizvodnje Emisijski faktor [g/km] CO NOx HC PM do Godina proizvodnje Slika 21. Emisijski faktori dizelskih vozila prema godinama proizvodnje Za benzinska vozila uočavamo da je dominantni ispušni plin (ne uzimajući u obzir CO 2 ) ugljični monoksid (CO). Međutim, uočava se da je emisijski faktor novih vozila (proizvedenih nakon godine) preko 30 puta manji u odnosu na vozila proizvedena prije godine. Za sve je ispušne plinove uočljiva bitna tendencija smanjenja emisije. Kod dizelskih vozila, dominantan ispušni plin nije CO, već NO x (ne uzimajući u obzir CO 2 ). Do godine emisijski faktor za NO x, čak pokazuje rast. Uzok tomu je, što je u tom razdoblju bila ograničena razina emisije CO koju su proizvođači smanjivali na ručun povećanja emisije NO x. Ipak, kod vozila proizvedenih nakon godine uočavamo trend pada emisijskih faktora svih ispušnih plinova. Da bi dobili bolji uvid u veličine emisijskih faktora benzinskih i dizelskih vozila, usporedit ćemo emisijske faktore ovih dviju vrsta vozila. Ova usporedba je dana na slici 22. Pošto su godine, na osnovu kojih su benzinska i dizelska vozila razdijeljena u grupe, različite, podjela nije napravljena prema godini proizvodnje vozila, nego prema razini ograničenja. Benzinska vozila koja su podlijegala ograničenjima prema ECE pravilnicima od do i vozila prije ograničenja su svrstana u zajedničku grupu Pre EURO. Emisijski faktori za ovu 123

136 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ grupu su dobiveni na osnovu srednje vrijednosti uzimajući u obzir broj vozila u pojedinoj skupini Emisijski faktor [g/km] CO Benzinski CO Dizelski NOx Benzinski NOx Dizelski HC Benzinski HC Dizelski PM Dizelski 0 Pre EURO EURO I EURO II EURO III Razina ograničenja Slika 22. Usporedba emisijskih faktora benzinskih i dizelskih vozila Vidimo da općenito dizelska vozila emitiraju znatno manje CO. Benzinska vozila koja ne podliježu EURO ograničenjima emitiraju znatno više NO x, međutim dok emisija NO x kod dizelskih vozila ostaje gotovo nepromijenjena, emisija NO x kod benzinskih vozila se znatno smanjuje tako da benzinska vozila koja podliježu EURO III ograničenjima emitiraju znatno manje NO x od istih dizelskih vozila. Slična je stvar i sa HC kod kojeg za Pre EURO vozila imamo znatno veću emisiju kod benzinskih vozila, da bi dizelska vozila koja podliježu EURO III ograničenjima imala veću emisiju HC negu ista benzinska vozila. I naravno, imamo emisiju PM kod dizelskih vozila koja se pooštravanjem ograničenja smanjuje, međutim kod benzinskih vozila je toliko mala da je zanemarujemo. Općenito možemo reći da su starija dizelska vozila znatno manje zagađivala okoliš od istih benzinskih vozila, međutim za nova vozila možemo reći da su benzinska vozila nepovoljnija što se tiče emisije CO, dok su dizelska vozila nepovoljnija što se tiče emisije NO x i PM. Kad promatramo ukupnu emisiju u Hrvatskoj pregled pruža drugačiju sliku. Naime, u ovom tipu razmatranja osim emisijskih faktora uzima se u obzir i ukupan broj vozila u određenoj starosnoj skupini te prosječni broj kilometara koje ta vozila naprave. Na slikama 23. i 24. prikazan je broj benzinskih vozila u Hrvatskoj godine po godinama proizvodnje te njihova ukupna emisija u godini dana. 124

137 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ Broj vozila do Godina proizvodnje Slika 23. Broj registriranih benzinskih vozila u Hrvatskoj g. prema godini proizvodnje Emisija [t/god] do Godina proizvodnje CO NOx NMHC Slika 24. Ukupna emisija benzinskih vozila g. u Hrvatskoj Uočavamo da mada je broj vozila proizvedenih do godine znatno manji, njihov udio u ukupnoj emisiji ispušnih plinova je značajniji zbog većih emisijskih faktora. Posebno je indikativno da mada je broj vozila u grupama između i podjednak, ukupna emisija ispušnih plinova pokazuje izražajan pad i to za sve ispušno plinove. Ovo je posljedica manjih emisijskih faktora za svaku sljedeću skupinu ovih vozila. Na slikama25. i 26. prikazan je broj dizelskih vozila u Hrvatskoj godine po godinama proizvodnje te njihova ukupna emisija u godini dana. 125

138 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ Broj vozila do Godina proizvodnje Slika 25. Broj registriranih dizelskih vozila u Hrvatskoj g. prema godini proizvodnje Emisija [t/god] CO NOx NMHC PM 0 do Godina proizvodnje Slika 26. Ukupna emisija dizelskih vozila g. u Hrvatskoj Kod dizelskih vozila primjećujemo da emisija CO i NO x donekle prati broj vozila, dok emisija HC i PM pokazuje stalni pad. To je posljedica većih ograničenja emisije za HC i PM u odnosu na ograničenja za CO i NO x. Da bi dobili jasniju sliku usporedit ćemo broj dizelskih i benzinskih vozila te njihovu ukupnu emisiju za pojedine ispušne plinove. Ove usporedbe dane su na slikama 27. i Broj vozila Benzinska vozila dizelska vozila Pre EURO EURO I EURO II EURO III Razina ograničenj a Slika 27. Broj registriranih vozila u Hrvatskoj g. prema godini proizvodnje 126

139 PRIMJENA PROGRAMA MEET U HRVATSKOJ Benz CO Diz CO Benz NOx Diz NOx Benz NMHC Diz NMHC Diz PM 0 Pre EURO EURO I EURO II EURO III Slika 28. Usporedba ukupne emisije benzinskih i dizelskih vozila Učavamo da je unatoč većem broju benzinskih vozila, emisija ispušnih plinova dizelskih vozila višestruko manja od emisije benzinskih vozila. Najviše zagađuju okoliš, odnosno najveću emisiju ispušnih plinova imaju benzinska vozila proizvedena prije godine. Emisija ovih vozila je gotovo jednaka ukupnoj emisiji svih ostalih osobnih vozila u Hrvatskoj. Mada je njihov udio u ukupnom broju osobnih vozila oko 25 %, u ukupnoj emisiji sudjeluju sa cca. 50 %. Ukupnu emisiju ispušnih plinova svih grupa vozila, kao što je već rečeno, nije bilo moguće analiziratai zbog nedostatka podataka vezanih za ostale vrste vozila (osim osobnih vozila). Podaci za ostale vrste vozila su procijenjeni i takvi obrađeni putem računalnog programa COPERT III. Izvadak iz jednog od izviješća koje omogućuje COPERT III prikazan je na slici 29. Kao što vidimo ostale vrste vozila sudjeluju u ukupnoj emisiji CO sa cca. 20 % (otprilike 10 do 20 %). Slični se podaci dobiju i za ostale bitne ispušne plinove. Na osnovu toga možemo zaključiti da će analiza provedena za osobna vozila u velikoj mjeri odgovarati analizi za sve vrste vozila u Hrvatskoj. Slika 29. Udio pojedinih vrsta vozila u ukupnoj emisiji CO 127