Měření emisí venku: Výzkum a dopady na kvalitu ovzduší

Pro docílení světových cílů v oblasti snižování energetické spotřeby a produkcí emisí musí od 25. 1. 2020 energetičtí auditoři hodnotit nově spotřebu energie a emise z dopravy v rámci posuzovaného energetického hospodářství. Článek je zaměřen na silniční dopravu, kde čtenáře seznamuje s vlivem dopravy na světové emise a evropským přístupem k jejich snižování. Dále je srovnán efekt při spalování různých pohonných hmot a efekt na emise při přechodu k elektromobilitě.

U dopravy se bude hodnotit spotřebovaná roční energie v MWh/rok a produkce emisí jako je oxid uhličitý (CO2). Na základě současné prováděcí vyhlášky o energetickém auditu a posudku by se pak hodnotily i ostatní emise typu NOx, SOx, TZL, PM2,5, PM10, NH3, VOC. V novele vyhlášky č. 480/2012 Sb. rámcový postup energetickým auditorům stanoví ČSN 16247-4 Doprava. Energetický auditor v rámci své činnost musí tedy mimo jiné zmapovat vozový park dané společnosti, zjistit množství a typ nakupované pohonné hmoty ideálně v litrech za rok.

Dle zákona č. 406/2000 Sb. pak takto vyhodnotit a zprůměrovat 2 roky po sobě jdoucí a rozhodnout, zda daný podnikatel či např. státní příspěvková organizace (např. U budov a procesů lze jednoduše spotřeby v MWh vyčíst z faktur za energie. Hlavní emise v pozemní dopravě tvoří oxid uhličitý (CO2), dále oxid uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NOx), prachové částice (PM), těkavé organické látky (VOC) a těžké kovy (např. olovo). Pozemní doprava produkuje zanedbatelné emise oxidů síry (SOx).

Vliv dopravy na emise

Silniční doprava má největší podíl ve světových emisích na produkci těžkých kovů, kde se podílí 50 % všech produkovaných emisí a oxidů dusíku, kde se podílí zhruba 40 %. Další výrazné skupiny tvoří emise oxidu uhelnatého (20 %), oxidu uhličitého (greenhouse gases) (15 %) a prachových částic (10 %).

Evropská unie reguluje emise z pozemní dopravy od 70. let. Od roku 1992 byly v Evropské unii zavedeny Euro normy, které určují horní limity emisí vozidel. Euro normy jsou rozděleny do 6 kategorií, nejnovější Euro 6 byla uvedena v platnost v září 2015. Tato norma byla dále upravena aktualizacemi s podkategoriemi 6b/6c a 6d.

Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?

V aktuální environmentální politice je nejsledovanějším emisním parametrem CO2. Produkce CO2 je přímo úměrná množství spáleného paliva. Euro normy nestanovují limity pro emise oxidu uhličitého! Hodnoty produkovaného CO2 jsou omezeny nařízením Evropské unie a jsou vztaženy k celé produkci automobilového koncernu, nikoliv ke konkrétnímu vozu. Emise CO2 lze redukovat pouze snížením spotřeby paliva vozu. Při spálení 1 l paliva je vytvořeno 2,4 kg CO2 (benzín) resp. Jak je vidět z Tab. 2 docílit spotřeby kolem 4 l/100 km je, vyjma aut kategorie mini, nemožné či extrémně složité.

Tato nařízení Evropské unie nutí automobilové koncerny zvyšovat podíl elektrických a hybridních vozidel v počtu prodaných kusů automobilového koncernu, jelikož nařízení pracují s lokálními (výfukovými) emisemi, nikoliv globálními. Elektromobily mají nulové lokální emise.

Výpočetní nástroj PHMtool

Pro vyhodnocení podnikové dopravní flotily byl vytvořen výpočetní nástroj PHMtool společnosti EnergySim, s.r.o. Nástroj pracuje s hodnotami emisí a spotřeb udanými Evropskou agenturou pro životní prostředí vydaným v technickém průvodci z roku 2019. Hodnoty reflektují emise a spotřeby dopravních prostředků při reálném provozu. V nástroji lze volit kategorii a typ vozidla, palivo a emisní třídu (případně rok výroby) vozidla a celkový nájezd km či spotřebovaný objem pohonných hmot dané kategorie vozidel.

Technický průvodce popisuje tři metody, jak přistupovat k řešenému problému:

• Metoda 1: Je použitelná v případě, kdy nejsou známy konkrétní kategorie vozů ve flotile.
• Metoda 2: Vyžaduje informace o typu, modelu a stáří vyhodnocovaných vozů. Ke kategorii vozu přiřazuje emisní faktory a spotřebu dle emisní třídy (roku výroby) vozu. Charakteristika jízdy je zprůměrován pro standartní užívání dané kategorie vozidel. Výpočet je oproti metodě 1 výrazně zpřesněn.
• Metoda 3: Zpřesňuje výpočet. K využití této metody je zapotřebí znát charakteristiku jízdy vozidel, tedy průměrnou rychlost, poměr jízdy město / mimo město / dálnice. Dále je zakomponován vliv studených startů.

Pokud by byl podnikatelem tzv. velkým viz [1], týká se ho audit automaticky bez ohledu na spotřebu energie. Může však být malým či středním podnikatelem, jehož spotřeba EH bude vyšší než 5 000 MWh/rok. Majitel z faktur za elektřinu a zemní plyn ví, že v budovách a procesech celkové spotřebuje 4017 MWh/rok. Avšak ve svém podnikovém vozovém parku vlastní 15 osobních vozů, 5 dodávek a 3 kamiony. Při zadání vozového parku do výpočetního nástroje PHMtool je možné určit průměrnou spotřebu paliva každé kategorie vozů. U velké podnikové flotily, jako je v našem případě, by získávání těchto dat bylo zdlouhavé a možná i nereálné.

Čtěte také: Postupy měření emisí 2T

Zároveň nedoporučujeme přebírat data z technického průkazu vozidel, jelikož nereflektují styl jízdy ani technický stav vozidla. Z výstupu vidíme, že podniková flotila aut spotřebuje 1 083 MWh/rok. V součtu roční spotřeba energie energetického hospodářství podnikatele překročí 5 000 MWh/rok a je potřeba dle zákona [1] zpracovat energetický audit. Budova vytápěná plynem, chlazená včetně osvětlení a větrání spotřebuje 75 % spotřeby, procesy pak 4 % a doprava dělá 21 % celkové spotřeby energetického hospodářství.

Možnosti úsporných opatření

Úsporným opatřením může být výměna vozů za nové, úspornější modely. V tomto případě by se jednalo o výměnu osobních vozů a kamionů za modely splňující emisní normu Euro 6. Z Tab. 5 je názorně vidět, že výměnou vozového parku běžně nedojde k snížení spotřebované energie ani produkovaného CO2. Je to dáno tím, že spotřeba paliva nových vozů v posledních letech razantně neklesá.

Jedinci znalí tématiky mohou namítnout, že se na trhu najdou vozy, u kterých došlo za poslední léta k výraznému snížení průměrné spotřeby. To je jistě pravda, ale nejedná se o obecný trend, který by bylo možné aplikovat v energetických auditech. Na druhou stranu, moderní automobily mají výrazně nižší emise oxidů dusíků, kde v našem případě klesly emise NOx o 84 %. U vznětových motorů jsou také výrazně regulovány emise jemných prachových částic. V našem případě klesly o 83 %. Z Tab. 5 si můžeme všimnout nárustu u emisí čpavku. Z Obr. 1 je ovšem patrné, že celkové emise čpavku tvoří z více než 90 % zemědělství a vliv dopravy je zanedbatelný.

Srovnání technologií u osobních vozidel

Nakonec se podíváme na srovnání jednotlivých typů technologií u osobních vozidel. Srovnáme stejnou kategorii vozů vyrobených pod nejnovějšími Euro normami (tedy zhruba 2016 +). Zajímavostí je spalování nafty, která je v posledních letech částí medií a politické sféry označována za nejméně ekologický zdroj.

Samostatnou kapitolou je elektromobilita. Ta sice má nulové lokální emise, ale pro spravedlivé vyhodnocení je nutné počítat s globálními emisemi, které v současném energetickém mixu České republiky nejsou příznivé - viz Vyhláška č. 480/2012 Sb. V Tab. 6 je vidět výrazné snížení spotřebované koncové energie a pokles či kompletní eliminace emisí těkavých látek, čpavku a oxidu uhelnatého. Na druhou stranu emise pevných částic a oxidů dusíku narostly, což jsou dvě kategorie, za které jsou dieselové motory nejvíce haněny. Kromě toho dojde i k produkci emisí oxidů síry (cca 17 g/100 km).

Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták

Vyhláška dnes stanovuje hodnoty emisí CO2 pro elektrickou energie jako 1011 g/kWh. Tato hodnota je dnes již zastaralá a jako reálnější se jeví hodnota okolo 450 g/kWh [16]. Případ, kdy by náš podnikatel z případové studie vyměnil osobní automobily za elektromobily, je znázorněn v Tab. 7. V tomto případě by došlo k snížení koncové spotřebované energie. Množství produkovaných emisí CO2 jsou závislé na emisních faktorech v ČR.

Je tedy zřejmé, že emise produkované elektromobily jsou přímo závislé na zdroji elektrické energie. Tedy primárně na státě, ve kterém je vůz provozován. V druhé řadě se jedná o politické rozhodnutí, který zdroj bude na národní či nadnárodní úrovni prosazován. V současných emisních faktorech ČR není elektromobilita vhodné opatření z hlediska emisí CO2. Pro energetické specialisty je vhodné vědět, že spotřeba elektromotorů je daleko více ovlivněna stylem jízdy než spotřeba spalovacích motorů.

Při rychlosti 130 km/h je spotřeba cca 2× vyšší, než při optimální rychlosti okolo 50 km/h. Dále je spotřeba výrazně ovlivněna aktivitou topení, jelikož elektromobily, na rozdíl od klasických spalovacích vozů, nemohou využívat odpadní teplo z motoru. Spotřeba se zapnutým topením bude vyšší o desítky %.

Ultrajemné částice

V odborné literatuře se lze setkat s různými definicemi ultrajemných částic. V této práci jsou používány "tři termíny ultrajemné částice, nanočástice a atmosférický nanoaerosol" (DOHANYOSOVA a kol., 2007, s. 17). Autoři JANÍČEK a kol., 2013 používají shodné termíny ultrajemný aerosol a nanočástice (JANÍČEK a kol., 2013). Někteří autoři tyto pojmy považují za synonymum a rozlišují je. Např. autoři RUPOVA, 2011 používají termín ultrajemné částice pro částice menší než 200 nm a nanočásticemi částice (PM) menší než 100 nm. Jiní autoři rozlišují ultrajemné částice velikostí částice 0,5 um až 100 nm a nanočástic o velikosti 100 nm až 6 nm (CDV, 2014). Dle Mgr. Kateřiny Dědkové, Ph. D. se ultrajemné částice a nanočástice neliší pouze ve velikosti, ale i jejich původu a složení. V této práci je ultrajemná částice definována jako částice menší než 100 nm (DEDKOVA, 2011). Lze je tedy považovat za shodný termín, kterým jsou označeny částice menší než 100 nm.

Ultrajemné částice vznikají především antropogenní činností, a to zejména v souvislosti s dopravou, vytápěním a průmyslovou výrobou (UFIREG, 2011). Primární ultrajemné částice vznikají nejčastěji spalovacími procesy. Sekundární UFPs vznikají chemickými reakcemi v atmosféře, kdy z plynných prekurzorů vznikají nové sloučeniny (SIOUTAS, DELFINO, SINGH, 2005). Mezi plynné prekurzory UFPs jsou oxid siřičitý (S02 ) a oxidy dusíku (NOx) (ČHMU, 2014).

Ultrajemné částice se měří např. pomocí jejich pohyblivosti v elektrickém poli. Měření ultrajemných částic není v současné době upraveno žádnou zákonnou směrnicí (UFIREG, 2014). Ke zjištění koncentrace a velikosti ultrajemných částic se používá přístroj SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer - SMPS). Tato skupina přístrojů se používá pro rozšíření znalostí o účincích těchto látek na lidské zdraví.

Imisní limity v ČR

V České republice je v rámci SVRS (Státnímu monitoringu životního prostředí) provozován Českým hydrometeorologickým ústavem (ČHMU). Sledovanými polutanty v rámci SVRS jsou podle zákona č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší částice P M 1 0 , S02 , N 0 2 a 03 . Součástí SVRS jsou i automatické monitorovací stanice, což jsou stanice na základě jejich měření lze vyhlašovat smogové situace.

Novela zákona č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší vešla v platnost 1. 9. 2012. Tato novela zavedla tzv. informativní prahové hodnoty pro P M 1 0 . V případě překročení těchto hodnot je doporučeno omezit větrání a pobyt venku. V současné době se smogová situace vyhlašuje na základě průměrných 24 hodinových koncentrací průměrů. V budoucnu se má však smogová situace vyhlásit na základě hodinových průměrů. V takovém případě by se mohla smogová situace či regulaci vyhlásit častěji (ČHMÚ, 2017). Částice ultrajemné velikosti mohou pronikat až do plicních sklípků (SZU, 2007).

Zdroje ultrajemných částic

Mezi největší zdroje ultrajemných částic patří motory motorových vozidel. Podílí se na z celkového množství UFPs nacházejících se v ovzduší (PEY et al., 2009, s. 7). Dle PEY at al. (2009) se doprava podílí 40 % na celkového množství UFPs v ovzduší (PEY at al., 2009, s. 4). Ultrajemné částice vznikají spalováním fosilních paliv či chemickou reakcí.

Ve městech produkují vozidla s dieselovým motorem více UFPs, než benzinové motory (ČISTÉ NEBE, 2015). Filtry pevných částic (DPF) se používají jenom u aut se vznětovými motory (AUTOREVUE, 2013). Tyto filtry dokáží až 99 % ultrajemných částic odfiltrovány (BIOM, 2007). Starší auta s EURO normou 2 a 3 mohou vyprodukovat méně částic než moderní auta s vyšší EURO normou. Používání filtrů pevných částic tak alespoň k nějakému snížení produkce ultrajemných částic.

Emise UFPs ovlivňuje i technický stav vozidla. Na produkci ultrajemných částic má vliv i neautorizované zvýšení výkonu tzv. chip tuning (ČISTÉ NEBE, 2012). Z hlediska produkce UFPs jsou problematická jednostopá motorová vozidla. Skútry a motocykly produkují při stejném jízdním cyklu více UFPs než auta benzinová. Největší množství UFPs je potom vyprodukována při zrychlení či při „vysoké" rychlosti.

Měření emisí v reálném provozu

Pro stanovení reálného příspěvku dopravy k produkci znečišťujících látek je nejvhodnější měření emisí motorových vozidel v reálném provozu. Činnost oblasti je zaměřena na měření limitovaných i nelimitovaných emisí škodlivin v reálném provozu. Měření v reálných podmínkách je preferováno rovněž orgány EU, apelujícími na výzkumné organizace s požadavkem na intenzivní sběr dat. Zejména v případě nelimitovaných škodlivých látek se jedná o dosud málo prozkoumanou problematiku, narážející na nedostatečnou datovou a znalostní základnu.

V oblasti vyvíjené metody stanovení emisních faktorů těchto látek s využitím odběru vzorků v reálném provozu, umožnuje jejich rozdělení do různých typů provozu (např. městský, mimoměstský a dálniční). Za tímto účelem je používáno unikátní mobilní zařízení, vyvinuté ve spolupráci Centra dopravního výzkumu, v. v. i. a společnosti SEKO Brno, spol. s r.o.

Výsledky měření nacházejí využití při tvorbě koncepčních materiálů v oblasti podpory čisté mobility a udržitelné dopravy, návrhů, nastavení a posouzení ekonomických a fiskálních nástrojů v oblasti silniční automobilové dopravy. Využití naměřených dat také přispívá k doplnění aktivitních dat sloužících ke zpracování emisních bilancí ČR, které se reportují na mezinárodní úrovni.

V říjnu 2015 bylo rozhodnuto o přísnějším měření emisí u aut v Evropě. se začalo využívat od září 2017 pro nové vozy a od září 2019 se týká všech vozidel. Nařízení Evropské unie č. vozidel. Zároveň ji povinně rozšiřuje o měření škodlivin v reálném provozu. Homologační emisní testy se obvykle odehrávají v laboratořích za přesně definovaných podmínek. Je přesnost a opakovatelnost měření.

Testy RDE pokrývají široké spektrum legislativně definovaných přípustných provozních podmínek. Součástí PEMS je GPS modul a senzor pro měření atmosférických podmínek, připevněných na střeše vozidla. Po návratu k emisní laboratoři dojde k ukončení záznamu dat a jejich uložení. vozidel udržitelné mobility Fakulty strojní ČVUT v Praze v Roztokách u Prahy.

tags: #měření #emisí #venku #výzkum

Oblíbené příspěvky:

• Úrodná zahrada díky kompostu
• Objevte Petrohrad
• Průvodce pro sběr odpadků a ochranu přírody
• Ochrana rybníků
• Kedlubny a kompost