Palivové emise a jejich dopad na životní prostředí

Změna klimatu je skutečná. CO2 (oxid uhličitý), který se koncentruje v atmosféře, přispívá ke skleníkovému efektu a globálnímu oteplování. Abychom tento negativní jev zmírnili, musíme jednat a rychle snížit emise oxidu uhličitého v našem životním stylu.

Moderní energetické zdroje musí respektovat stále se zpřísňující požadavky na energetické zdroje z hlediska vlivu na životní prostředí, tzn. na zatížení ovzduší emisemi, které tyto zdroje produkují. V poslední době se objevil i další faktor, který tyto zdroje musí respektovat, a to je trend omezování produkce CO2. Tento trend je důsledkem mezinárodních závazků.

Emise z dopravy se na celkovém znečištění ovzduší v ČR podílejí přibližně z jedné pětiny. Emise výfukových plynů, zejména pak emise oxidu uhličitého, jsou jedním z hlavních témat současnosti. Podle jejich hodnoty se i mění výrobní cykly a nastavení legislativy z pohledu EU.

Ve velmi blízké budoucnosti již nebudou smět na silnice jezdit nákladní vozidla poháněná spalovacími motory. Za tímto účelem byly zintenzivněny evropské předpisy, které nyní poprvé ukládají výrobcům nákladních vozidel omezení pro snižování emisí CO2 a zahrnují velmi přesné cíle: do roku 2025 o -15 % a do roku 2030 o -30 % ve srovnání s rokem 2019, aby bylo do roku 2050 dosaženo uhlíkové neutrality v dopravě. Ve 13 evropských zemích bylo zřízeno 247 nízkoemisních zón.

Příspěvek podává obsáhlou, komplexní informaci o současné legislativě v ochraně ovzduší ve vztahu k stacionárním zdrojům znečišťování. Popisy mechanizmu vzniku hlavních znečišťujících látek a jejich působení na ovzduší a zdraví člověka. Přímé praktické využití zde naleznou projektanti a provozovatelé kotlů. Příspěvek je rozdělen na tři články, první část je zaměřena na popis hlavních znečisťujících látek vznikajících při spalování, vysvětlení pojmů a mechanizmu vzniku emisí, působení imisí a obsahuje i souhrnnou přehlednou informaci o nové legislativě v ochraně ovzduší se zaměřením na malé zdroje.

Čtěte také: Příznaky blikání

Znečišťující látky a jejich vznik

Při spalování fosilních paliv, ale i dřeva a biomasy, vznikají hlavní znečišťující látky, které podle současné legislativy v ochraně ovzduší patří mezi základní znečišťující látky. Tyto znečišťující látky jsou svým původem vzniku součástí paliva nebo okysličovadla a ve výše uvedené formě se do ovzduší dostávají v důsledku uvolnění tepla obsaženého v palivu spalovacím procesem.

Palivo (tuhé nebo kapalné) se skládá ze tří základních složek, které tvoří tzv. kde h je tzv. Pro plynná paliva platí výše uvedené rozdělení přiměřeně s tím, že hořlavinou h jsou hořlavé plyny, A jsou inertní plyny a W je vodní pára. Všechna fosilní paliva a dřevo i biomasa obsahují tedy tři základní prvky, které jsou zdrojem chemicky vázaného tepla - uhlík C, vodík H a síru S.

Znečišťující látky v koncentrované podobě, tak jak vystupují ze zdroje znečišťování, u kotelny z komína, označujeme jako emise a jejich maximální povolená koncentrace je omezena podle zákona o ovzduší a navazujícími předpisy tzv. Znečišťující látky rozptýlené v ovzduší se v tzv. přizemní vrstvě, tj. Problematika imisí a dovolených imisních koncentrací je poněkud složitější a je zpracována v Nařízení vlády č. 350/2002 Sb.

Obecně platí, že čím delší expozice (doba trvání příslušné koncentrace znečišťující látky v ovzduší), tím nižší dovolená koncentrace této látky. Neomezené trvání koncentrace bez prokázaného vlivu na lidský organismus (zdraví lidí) je vyjádřeno tzv. ročním imisním limitem, nejvyšší přípustnou krátkodobou koncentraci znečišťující látky vyjadřuje tzv. 1 hodinová maximální koncentrace. Pro běžnou potřebu vyjádření stavu znečištění v ovzduší a pro regulaci zdrojů znečištění se používají všeobecně známé maximální přípustné 24 hodinové koncentrace, pro hodnocení CO je zaveden tzv. 8 hodinový klouzavý průměr.

Kromě imisních limitů NV č. 350/2002 Sb. zavádí i tzv. meze tolerance jako hodnoty, o které mohou být příslušné imisní limity v daném roce překročeny. U každé znečišťující látky je uveden i cílový rok, zpravidla 2005 nebo 2010, kdy mez tolerance dosáhne nuly. Pro účely ochrany zdraví lidí jsou imisní limity a meze tolerance stanoveny pro tyto látky: SO2, PM10 (frakce TZL menší než cca 10 µm), NO2, Pb, CO, benzen, Cd, NH3, As, Ni, Hg a polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH). Pro ochranu ekosystémů jsou imisní limity stanoveny pouze pro NOx a SO2 ve formě ročních koncentrací.

Čtěte také: Eko-kotle z Polska – recenze

Koncentrace emisí znečišťujících látek se vyjadřují buď hmotnostní koncentrací (mg.m-3, µg.m-3 nebo až ng.m-3 pro dioxiny) nebo u plynných znečišťujících látek objemovou koncentrací v ppm (1 ppm znamená 1 miliontinu celku, tj. 1 cm3 znečišťující látky v 1 m3 směsi, respektive koncentraci znečišťující látky 10-4 %).

Oxid uhelnatý (CO)

Vznik oxidu uhelnatého je spojen s nedokonalostí spalovacího procesu, respektive s neúplnou oxidací uhlíku "C" (jako součásti hořlaviny paliva) na finální produkt CO2. Příčiny tohoto nedokonalého spálení uhlíku jsou jednak v tom, že není dosaženo ideálního míšení paliva a okysličovadla (nedostatečný přístup O2 k palivu), a jednak v nedodržení vhodných teplotových poměrů v pásmu probíhajících spalovacích reakcí.

Emisní limit pro oxid uhelnatý (CO) je u spalovacích procesů obecně velmi přísný. Důvodem této přísnosti není pouze snaha o co nejvyšší využití chemicky vázaného tepla v palivu, ale především to, že nízká emise CO zaručuje nízkou emisi uhlovodíků ΣCxHy (z nichž zejména vysokomolekulární často patří mezi karcinogenní látky), které při spalování tvoří hlavní část organických látek. Emisní hodnoty ΣCxHy se obtížně kontrolují a pro všechna běžná paliva není emisní limit této znečišťující látky, respektive organických látek vyjádřených jako ΣC, vyhlášen. Výjimku tvoří pouze spalování dřeva a biomasy u zdrojů s tepelným výkonem větším než 1 MW, protože dřevo a biomasa jsou pro svůj velmi vysoký obsah tzv.

Pro CO jako imisní limit platí 8 hodinový klouzavý průměr 10 mg.m-3 a je v porovnání s imisními limity ostatních znečišťujících látek přibližně o 2 řády vyšší. Oxid uhelnatý v těle člověka váže v krvi krevní barvivo a způsobuje proto při vyšších dávkách smrt udušením, protože zabraňuje funkci krve jako transportéru kyslíku v těle. Přesto působení oxidu uhelnatého na lidský organismus je kvalifikováno ze zdravotního hlediska jako nejméně významné (nejméně poškozující) ze všech znečišťujících látek z energetických zdrojů. Koncentrace 100 ppm (125 mg.m-3) způsobí za dobu trvání 1 hodiny (podle Světové zdravotnické organizace, dále jen WHO) 4 % vázání hemoglobinu v krvi a tím např.

Oxid siřičitý (SO2)

Pokud je v palivu obsažena síra, může se vyskytovat ve čtyřech hlavních formách. Jedná se o síru organickou, pyritickou, síranovou a v případě plynů ve formě H2S (sirovodík). Pouze síra síranová je ve stabilní oxidované formě a není zdrojem znečišťující látky SO2. Nedojde-li v průběhu spalovacího procesu k navázání síry na vhodné typy látek (aditiva), oxiduje síra v palivu na SO2 a to tak, že z jednoho kilogramu palivové síry vzniknou 2 kg SO2. V případě českých uhlí je oxidovatelné síry v palivu v průměru 95 %, u topných olejů je oxidovatelná síra v palivu veškerá.

Čtěte také: Výroba pelet v České republice

Velmi účinné je působení slabých koncentrací kyselin na materiálech zařízení na odvod spalin za odsiřovacími procesy. Vliv SO2 ve vnějším ovzduší je velmi rozdílný. Za přítomnosti iontů kovů v ovzduší (např. Fe++ nebo Mn++) dochází ke katalyzované oxidaci na SO3, bez jejich přítomnosti k pomalejší oxidaci působením slunečního záření. Hydrolyzovaný SO3 je vymýván do půdy z atmosféry jako kyselé deště, nehydrolyzovaný se může dostat do půdy formou tzv. suché (částicové) depozice jako (NH4)2SO4.

Kyselé deště zvyšují aciditu (kyselost) půdy a povrchové vody, což je považováno za jeden z důvodů nižší odolnosti vegetace (např. stromů) a mizení některých živočišných druhů (např. ryby v severských jezerech). Vhodné materiály (např. Cu) sice kyselé deště korodují, avšak vzniká ochranná nerozpustná vrstva (měděnka), která nedovoluje další oxidaci.

Vliv SO2 na zdraví člověka je vcelku dobře dokumentován a dle údajů WHO je od koncentrace 3 mg.m-3 při minutové expozici až po 25 µg.m-3 pro trvalou roční expozici. Z uvedených hodnot WHO jsou odvozovány dovolené imisní limity. Podle nařízení vlády č. 350/2002 Sb. platí pro SO2 pro ochranu zdraví lidí tyto imisní limity: 1hodinová maximální koncentrace 350 µg.m-3, 24 hodinová maximální koncentrace 125 µg.m-3, roční maximální koncentrace 50 µg.m-3.

Oxidy dusíku (NOx)

Oxidy dusíku vznikají třemi různými způsoby. Jedná se jednak o tzv. promptní (okamžité, viz obr. 2) oxidy dusíku vznikající v nejvyšších teplotách v počáteční fázi hoření (jejich podíl z celkové emise NOx je minimální), dále pak o oxidy dusíku termické, které vznikají v oblasti teplot nad 1100 °C z dusíku přítomného v okysličovadle (ve vzduchu) a následně pak v oblasti nejnižších teplot oxidy dusíku palivové, které vznikají z dusíku obsaženého v hořlavině paliva.

Palivové oxidy dusíku jsou obvykle velmi významné u topných olejů (dokonce s oleji s vysokým obsahem dusíku v palivu nelze splnit emisní limity do ovzduší bez speciálních denitrifikačních technologií) a palivové oxidy dusíku jsou nulové u plynných paliv, která palivový dusík neobsahují a pokud ho obsahují, chová se z hlediska emise NOx stejně jako dusík z okysličovadla (vzduch).

NO je bezbarvý, relativně málo reaktivní plyn. Prahová hodnota pro průmyslovou expozici (nejvýše přípustná koncentrace v pracovním prostředí NPK-P) je 20 mg.m-3, což je o více než dva řády vyšší hodnota než hodnota koncentrace v silně znečištěném ovzduší (méně než 0,1 ppm, kde 1 ppm = 1,34 mg.m-3). NO je ve vnějším prostředí oxidován na NO2.

NO2 je červenohnědý plyn, jehož charakteristickou barvu lze někdy vidět za smogových situací. NO2 je reaktivní silně oxidická látka. Expozice po dobu 1 hodiny v prostředí s koncentrací 0,5 až 1,5 ppm (1 ppm = 2,05 mg.m-3 a odpovídající rozsah hmotnostních koncentrací je 1 až 3 mg.m-3) již způsobují dýchací potíže [1]. V kombinaci s uhlovodíky a slunečním zářením NO2 vytváří ozón, organické peroxidy i PAN (polyakrylnitrát) a další produkty fotochemického smogu. Ozón a PAN dráždí oči a otravují vegetaci.

Produkce NO2 je významná zejména ze zdrojů s tlakovým spalováním, tj. zejména ze spalovacích motorů. NO2 je jednou z látek, které se podílejí na vzniku kyseliny dusičné v atmosféře (HNO3). Kyselé deště jsou proto důsledkem spolupůsobení oxidů síry i dusíku. Na rozdíl od většinou málo rozpustných nebo nerozpustných síranů (např. CaSO4) jsou dusičnany většinou vodou rozpustné látky (např. dusičnan amonný NH4NO3).

Tuhé částice

Tuhé částice (oficiální zákonné označení pro částice, které jsou za teploty a tlaku v komíně, výduchu, výpusti nebo v místě měření přítomny v odpadním plynu v pevném skupenství) se dostávají do ovzduší jako emise jednak z paliv, která obsahují popeloviny, jednak jako saze u spalovacích procesů, u kterých dochází k tvorbě amorfního uhlíku při rychlém ochlazení hořících částic uhlíku (tuhá paliva) nebo nezplyněných uhlíkových řetězců u kapalných paliv.

Z hlediska vlivu na zdraví obyvatel je limitována koncentrace tzv. frakce PM10 (tj. částice, které při měření imisní koncentrace projdou velikostně selektivním vstupním filtrem vykazujícím pro aerodynamický průměr 10 µm odlučovací účinnost 50 %). Podle NV č. 350/2002 Sb. platí pro frakci PM10 pro ochranu zdraví lidí tyto imisní limity: 24-hodinová maximální koncentrace 50 µg.m-3, roční maximální koncentrace 40 µg.m-3.

Organické látky

Pod pojmem organické látky máme na mysli celou řadu zejména uhlovodíkových sloučenin od velmi jednoduchých (metan, etan, pentan, ...), přes aromatické uhlovodíky, alifatické uhlovodíky, benzeny, benzpyreny až po vysoce nebezpečné polychlorované organické látky (některá z obvyklých fosilních paliv obsahují chlór).

Protože pravděpodobnost vzniku organických látek u běžně používaných fosilních paliv je malá, postačuje emisní kontrola oxidu uhelnatého CO, která současně zaručuje přijatelně nízkou tvorbu organických látek. V naší legislativě mají pouze spalovací zařízení pro dřevo a biomasu jako nejmladší paliva s vysokým podílem prchavé hořlaviny předepsaný emisní limit pro organické látky. Zařízení na spalování dřeva a zejména biomasy musí být pro spalování paliva s vysokým podílem prchavé hořlaviny příslušně přizpůsobena.

Alternativní paliva a snižování emisí

Na příkladu motoru Cursor od Iveca, kde oproti EURO VI naftovým motorům jsou takřka nulové emise pevných částic, 50% emise NOx a 15% úspory CO2. V případě využití biometanu jsou úspory CO2 dokonce 90%. To vše při výkonu 460 k a 2000 Nm točivému momentu, se sníženou hlučností 71dB.

Mediálně masírovaná veřejnost si možná ani nevšimla, že snižování emisí není jen záležitost osobních vozidel. Podívejme se blíže na čísla srovnání osobní a nákladní dopravy. Kamion najezdí v průměru 120 000 km za rok s průměrnou spotřebou okolo 28 l/100 km. To je 33 600 l nafty plus aditiva. Na druhou stranu statisticky průměrné osobní auto najezdí 10 000 km se spotřebou 6 l benzínu či nafty, což představuje 600 l ročně.

Jeden kamion tedy spálí ročně tolik paliva jako 60 osobních vozidel. A znovu, pokud uvažujeme, že na českých silnicích se denně pohybuje 50 000 kamionů, je to ekvivalent 2,8 mil. osobních automobilů. Jak tedy snížit emise v této kategorii dopravy? Elektrifikací jen velmi obtížné. Pro zachování slušného dojezdu by musela být souprava v současném stavu poznání zatížena takovým množstvím baterií, že spolehlivě eliminuje rozumnou kapacitu nákladu. Kamion vzhledem k výši své pořizovací hodnoty musí být neustále vytížen.

V ČR je bohatá síť na CNG, kde počet stanic přesahuje 200, v dalších 2 letech se plánují LNG stanice. Ne všechny stanice jsou však vhodné pro obsluhu kamionové dopravy. Zejména z pohledu nájezdu / výjezdu a umístění stojanu. Vozidla na plyn mají o cca 10% nižší absoulutní spotřebu paliva, tedy 30 l nafty odpovídá 27 kg CNG. Ceny CNG jsou dlouhodobě výrazně nižší oproti naftě.

Podle dat Sdružení automobilového průmyslu je v Česku celkově registrováno přes sedm milionů vozidel. Vozy na stlačený zemní plyn (CNG) mají pozitivní vliv na snižování emisí oxidů dusíku v ovzduší. Vyplývá to ze studie, kterou pro Český plynárenský svaz (ČPS) zpracovalo České vysoké učení technické (ČVUT) v Praze ve spolupráci s Českou zemědělskou univerzitou a společností SEVEn Energy. Ve srovnání s naftovými vozy porovnatelné velikosti a motorizace vyprodukovala vozidla na CNG zhruba jedenáctkrát méně oxidů dusíku," uvedl Michal Vojtíšek z Centra vozidel udržitelné mobility Fakulty strojní ČVUT.

Plynaři tvrdí, že CNG snižuje kromě emisí oxidů dusíku také emise oxidu uhličitého. Ruml upozornil na studii představenou mezinárodní asociací Natural & Bio Gas Vehicle Association (NGVA) Europe. V roce 2030 odborníci očekávají více než 36procentní snížení emisí oxidu uhličitého u CNG vozů oproti benzinovým modelům.

Dřevěná paliva nabízejí udržitelnou alternativu k fosilním palivům s nižší energetickou náročností na výrobu. Dlouhodobá udržitelnost patří mezi hlavní priority české vlády i Evropské unie. Cílem je mj. dosáhnout do roku 2045 klimatické neutrality - tedy stavu, kdy se množství oxidu uhličitého (CO2) vypuštěného do ovzduší vyrovná objemu odstraněného CO2. Produkci oxidu uhličitého lze ale také kompenzovat např. Důvodem pro snižování obsahu CO2 v atmosféře je skleníkový efekt tohoto plynu, který přispívá k dlouhodobému globálnímu oteplování.

Jednou z hlavních výhod dřevěných paliv (kam vedle palivového dřeva řadíme např. i dřevěné brikety a dřevěné pelety) je jejich obnovitelnost. Na rozdíl od fosilních paliv, která se vytvářela miliony let a jejich zásoby jsou konečné, dřevo coby zdroj energie neustále roste. Co do výhřevnosti (množství tepla uvolněného spálením 1 kg, resp. 1 m3 suroviny) si dřevěná paliva nezadají s těmi fosilními. Emise CO2 z různých spalovacích zařízení před několika lety zkoumal Deutsches Pelletinstitut GmbH. Dospěl mj. A přestože krbová kamna na dřevo mají nízké emise CO2, emise prachových částic dosahují vyšších hodnot.

Při posuzování udržitelnosti různých zdrojů energie je důležité vzít v úvahu i energetickou náročnost jejich výroby. Výroba palivového dřeva vyžaduje relativně málo energie. Hlavní energetické vstupy se pojí s těžbou, zpracováním a transportem dřeva (a také s následnou obnovou lesního porostu). Topení dřevěnými palivy je ekologickou volbou podporující klimatickou neutralitu. Dřevěná paliva mají nižší energetickou náročnost výroby ve srovnání s fosilními palivy. Při správném používání produkují moderní kotle na dřevo a dřevěná paliva nízké emise.

Legislativa

Ministerstvo životního prostředí stanoví podle § 4 odst. 9, § 6 odst. 9, § 12 odst. 8, § 16 odst. 9, § 17 odst. 7, § 32 odst. 8 a § 34 odst. 5 zákona č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší, ve znění zákona č. 87/2014 Sb. a zákona č. Čl. Vyhláška č. 415/2012 Sb., o přípustné úrovni znečišťování a jejím zjišťování a o provedení některých dalších ustanovení zákona o ochraně ovzduší, ve znění vyhlášky č. 155/2014 Sb., vyhlášky č. 406/2015 Sb. a vyhlášky č.

Emise způsobené vypařováním, které vznikají z motorových vozidel, představují významný zdroj znečištění ovzduší. Proto je důležité definovat a regulovat tyto emise prostřednictvím legislativních opatření a technických norem. Jedná se zejména o:

• Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 715/2007 o schvalování typu motorových vozidel z hlediska emisí z lehkých osobních vozidel a z užitkových vozidel (Euro 5 a Euro 6).
• Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2007/46/ES, kterou se stanoví rámec pro schvalování motorových vozidel a jejich přípojných vozidel, jakož i systémů, konstrukčních částí a samostatných technických celků určených pro tato vozidla (rámcová směrnice).
• Nařízení Komise (ES) č. 692/2008, kterým se provádí a mění nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 715/2007.
• Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) 2024/1257 o schvalování typu motorových vozidel a motorů z hlediska jejich emisí a životnosti baterie (Euro 7).

Tato legislativa stanovuje požadavky na emise z výfuku, emise způsobené vypařováním, životnost zařízení proti znečišťujícím látkám a palubní diagnostické systémy (OBD). Cílem je zajistit, aby vozidla splňovala stanovené limity emisí během své normální životnosti a za běžných podmínek používání.

Euro 5 a Euro 6

Nařízení (ES) č. 715/2007 a prováděcí nařízení (ES) č. 692/2008 stanovují emisní limity pro lehká osobní a užitková vozidla (Euro 5 a Euro 6). Tato nařízení zahrnují zkoušky typu 1, 3 a 4, které se zaměřují na emise z výfuku, emise z klikové skříně, emise způsobené vypařováním a palubní diagnostické systémy.

Euro 7

Nařízení (EU) 2024/1257 (Euro 7) zavádí nové mezní hodnoty emisí a nová ustanovení týkající se emisí pro vozidla kategorií M1 a N1. Toto nařízení se zaměřuje na zajištění přesnosti a spolehlivosti údajů o snímačích, spotřebě paliva nebo elektrické energie a životnosti baterie.

Definice a technická opatření

Emise způsobené vypařováním jsou definovány jako emise uhlovodíků, které se uvolňují z palivového systému vozidla v důsledku vypařování paliva. Tyto emise mohou vznikat z palivové nádrže, palivových hadic a dalších komponentů palivového systému.

Pro omezení emisí způsobených vypařováním se používají různá technická opatření, včetně:

• Utesnění palivového systému, aby se zabránilo úniku palivových par.
• Použití aktivního uhlíkového filtru pro zachycování palivových par.
• Řízení tlaku v palivové nádrži.
• Opatření proti nadměrným emisím způsobeným chybějícím víčkem plnicího hrdla palivové nádrže (např. připoutané víčko).

Zkoušky a postupy schvalování typu

Pro získání ES schválení typu musí výrobci vozidel prokázat, že jejich vozidla splňují stanovené emisní limity. To zahrnuje provedení různých zkoušek, včetně:

• Zkouška typu I: Ověření průměrných emisí z výfuku po studeném startu.
• Zkouška typu III: Ověření emisí z klikové skříně.
• Zkouška typu IV: Ověření emisí způsobených vypařováním.
• Zkouška typu VI: Ověření průměrných emisí oxidu uhelnatého a uhlovodíků z výfuku po studeném startu př...

tags: #palivové #emise #dopad #na #životní #prostředí

Oblíbené příspěvky:

• Svoboda tisku podle Josefa Klímy
• Kroky emise dluhopisů
• Bezdotykový koš 48 litrů
• Proměny klimatu v ČR
• Samolepky na dveře s 3D efektem