Embed Size (px)
Citation preview
URBANI PROMET I OKOLIŠ
PREDAVANJE 3.
Prof.dr.sc. Hrvoje BaričevićDoc.dr.sc. Siniša Vilke
Sveučilište u Rijeci
Pomorski fakultet u Rijeci
5. CESTOVNI PROMET I OKOLIŠ
Zbog razvoja automobilske industrije svijet jepreplavljen automobilima
Najveća godišnja proizvodnja automobila od 65.4milijuna ostvarena je 2013. godine, dok je 2013.godine proizvedeno najviše motornih vozila i to 87.3milijuna (osobnih i komercijalnih vozila)
Ljudska populacija dva puta veća od 1950. godine, abroj automobila 12 puta veći
Prema analitičkim procjenama broj motornih vozila ćese u slijedećih 10 godina udvostručiti
Udio pojedinih vrsta u ukupnoj populaciji vozila:
o osobni automobili 85,0 – 90,0 %
o autobusi 0,5 – 1,0 %
o teretni automobili 8,0 – 12,0 %
o motocikli 1,0 – 2,0 %
o ostalo 1,0 – 2,0 %
8.000.00011.000.000
9.000.00012.000.000
10.000.000
20.000.000
20.000.000
31.000.00028.000.000
32.000.00033.000.000
36.000.00038.000.000
41.000.000
55.000.00058.000.000
60.000.00063.000.000
65.000.000
0,00
10.000.000,00
20.000.000,00
30.000.000,00
40.000.000,00
50.000.000,00
60.000.000,00
70.000.000,00
1955195719601963196519671973197819801982198519901997200020072010201120122013
Svjetska proizvodnja automobila
Svjetska proizvodnja automobila
Graf 1. Svjetska proizvodnja automobila
Izvor: http://www.oica.net/category/production-statistics/
Razvoj cestovnoga prometa izazvao je nepoželjne i nepredvidiveposlijedice za čovjeka i okoliš
Šezdesetih godina problematika prevelike koncentracije štetnih tvari uokolišu (SAD osamdesetih – obaveza ugradnje katalizatora (sustava zapročiščavanje)
Rast i razvoj cestovnoga prometa – zauzimanje prostora, povećanjebuke i vibracije, rast utroška energije, onečišćenje vode i tla...
Rast cestovnoga prometa dovodi do rasta štetnog utjecaja na okoliš štomora dovesti do brige za okoliš
Ugljik (C) i vodik (H) su najvažniji elementi goriva, a kisik (O2) služi zaizgaranje
14,7 kg zraka potrebno je za izgaranje 1 kg goriva
Odnos stvarne količine zraka potrebne za potpuno izgaranje cjelokupnekoličine goriva, koje su dovedene u motor naziva se faktor zraka (λ)
5.1. Cestovna motorna vozila kao izvori onečišćenja okoliša
5.1.1.Teorija izgaranja
Dušik N2; 11,1
Kisik O2; 3,4
Ostali plinovi;
0,2
Masena bilanca potpunog izgaranja
Dušik N2 Kisik O2 Ostali plinovi
Ugljik C; 0,86
Vodik H2; 0,14
Masena bilanca potpunog izgaranja
Ugljik C Vodik H2
Dušik N2; 11,1
Ugljik (IV) oksid
CO2; 3,1
Vodena para
H2O; 1,3
Ostali plinovi;
0,2
Masena bilanca potpunog izgaranja
Dušik N2 Ugljik (IV) oksid CO2
Vodena para H2O Ostali plinovi
14,7 kg zraka + 1 kg goriva = 15,7 kg ispušnih plinova
Izvor: Golubić, J. Promet i okoliš, FPZ Zagreb, 1999., str. 15
Graf 2. Masena bilanca potpunog izgaranja
λ > 1 postoji višak zraka (siromašna smjesa), a kad je λ < 1 postojimanjak zraka (bogata smjesa) pri izgaranju – iIzgaranjem goriva umotorima sa unutarnjim izgaranjem (MUI) nastaju produkti izgaranja -ispušni plinovi
Kako proces izgaranja kod MUI nije kontinuiran gotovo nikad nemapotpunog izgaranja zbog čega nusprodukti koji nisu izgorili odlaze uatmosferu
Zbog navedene pojave nepovratno se gubi dio energije, a unusproduktima javljaju se satojci koji ugrožavaju zdravlje ljudi i okoliš
Najčešći razlozi nepotpunog izgaranja:
o Pomanjkanje kisika (λ > 1)
o Loša izmiješanost gorive smjese
o Kut pretpaljenja kod Dieselovih ili Otto motora
o Kut predubrizgavanja ili ubrizgavanja kod Dieselovihmotora
Neočišćeni zrak je u osnovi plinska smjesa dušika (N2) 78% volumena ikisika (O2) 21% volumena, plemenitih plinova, ugljik (IV) oksida (CO2) imetana, dušičnih oksida (NOX), vodika (H2), vodene pare i raznihugljikovodika
Sastojci atmosfera u tragovima: plinskom obliku i čestičnom obliku(utjecaj na čovjekov okoliš - toksični, radioaktivni) - utječu na klimu;čestice – utječu na stvaranje naoblake i intenzitet padalina
Onečišćenje zraka mjeri se kao vrijeme “poluživota” tj. vrijemepotrebno da polovica količine u zrak emitiranoga onečišćenja napustiatmosferu, prelaskom u vodu, tlo ili neki drugi receptor. To vrijememjeri se u danima (SO2, NO, NO2, NH3, H2S), mjesecima (CO) igodinam (CO2)
5.1.2. Vrste ispušnih plinova cestovnih motornih vozila
Tablica 6. Vrijeme boravka nekih sastojaka u atmosferi
Izvor: Golubić, J. Promet i okoliš, FPZ Zagreb, 1999.
Vrijeme boravka Sastojak
do 1 sekunda OH
1 sekunda do 1 minuta CH3CCI3, HO2
1 sat do 1 dan H2CO, H2O2, NO2, H2S
1 dan do 1 godine H2SO4, HNO3, SO2, CS2, O3, CO
1 godina do 10 godina CH4, H2
10 godina do 100 godina N2O
Klasični onečišćivači zraka mogu se podijeliti u pet štetnihskupina:
o sumporni spojevi nastali izgaranjem fosilnih goriva
o ugljik (II) oksid (CO)
o dušični oksidi (NOX)
o ugljikovodici
o čađa, čestice, aerosol
Prirodni izvori onečiščenja – primarni onečišćivači
Međureakcija sastojaka zraka – sekundarni onečiščivači zraka
(novi spojevi)
Motorna vozila – primarni onečišćivači zraka
Cestovna vozila – 80% ukupnoga onečišćavanja okoliša
Tablica 7. Emisija onečišćivača zraka po vrstama prometa
Izvor: Mlinarić I., Missoni E., Prometna medicina, FPZ Zagreb, 1994.
Naziv štetnih tvari% u
jediničnojkoličini
Po vrstama prometa
Željeznički Cestovni Zračni Vodeni
Ugljični monoksid (CO) 68 1 98 0,3 0,2
Dušični oksid (NOX) 17 4 90,5 0,5 5
Ugljikovodik (CH) 9 1 95 1 3
Sumporni dioksid (SO2) 2 10 74 2 14
Krute čestice 1 5 85 3 7
Ostali nusprodukti(olovo, gorivo, gume,azbestne čestice…)
3
Neškodljivi sastojci ispušnih
plinova:
o dušik (N2)
o vodena para (H2O)
o kisik (O2)
o ugljik (IV) oksid (CO2)
Štetni sastojci ispušnih plinova:
o ugljik (II) oksid (CO)
o ugljikovodici (CH)
o sumpor (IV) oksid (SO2)
o dušični oksidi (NOX)
o olovo (Pb) i spojevi
o čađa i dim
N2
CO2
H2O
O2 i inertni plinovi
Štetne tvari
Čvrste čestice 0,02
NOx 0,08
HC 0,05CO 0,85
Štetne tvari 1%
Graf 3. Sastav ispušnih plinova Otto motora
Izvor: Ferić, M. Zakonske regulative o emisiji ispušnih plinova štetnih komponenata, predavanje, siječanj 1998., Zagreb
Bezbojan neotrovan plin, nastaje izgaranjem ugljika i organskih
spojeva uz dovoljnu prisutnost kisika te disanja ljudi i životinja,
a zelene biljke ga troše i prerađuju u složene organske spojeve
(fotosinteza)
Industrijskom revolucijom koncentracija CO2 u atmosferipovećana za 30%
Ugljik (IV) oksid (CO2)
270
280
290
300
310
320
330
340
350
1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000
Porast CO2 po godinama
Porast CO2
Graf 4. Rast koncentracije CO2 u zemljinoj atmosferi
Izvor: Golubić, J. Promet i okoliš, FPZ Zagreb, 1999., str 19
90% plinova koji izazivaju “učinak staklenika” dolazi iznajrazvijenijih zemalja Europe i SAD-a
U atmosferu se godišnje ispusti cca. 7 milijardi tona
Efekt staklenika “green – house effect” je pojava nastalapovećanja temperature zemlje zbog različite propusnostiatmosfere za kratkovalno i dugovalno sunčevo zračenje teonečišćenja atmosfere
Nastanak efekta staklenika je rezultat 50% CO2, 19% metana,17% flurokloro-vodika, 8% ozona i 6% ostalih spojeva
Emisija CO2 po vidovima prometa:
o cestovni 80%
o zračni 11%
o željeznički 4%
o ostali 5%
Smanjenje emisije CO2: potrebno smanjiti potrošnju fosilnihgoriva, promjenom ponašanja u prometu, supstitucijakonvencionalnih alternativnim gorivima
Dušik (N2)
o Sa 70% volumnog udjela najvažniji sastojak zraka; u motor ulazi sausisnim zrakom, najvećim dijelom ne sudjeluje u procesu izgaranjanego izlazi van u taktu ispuha
Kisik (O2)
o Sa 21% sudjeluje u zraku, u motor ulazi usisnim zrakom; jedan odglavnih sastojaka izgaranja
Vodena para (H2O)
o Zajedno sa CO2 produkti su svakog izgaranja i nastaju kao produktioksidacije ugljikovodika (CH) goriva s kisikom iz usisnog zraka
Tablica 8. Tipični kemijski sastav ispušnih plinova cestovnih vozila
Izvor: Mavrin I., Golubić J.: „Problemi zaštite čovjekove okoline gradnjom istarskih prometnica”, Zbornik radova s međunarodnog znanstveno-stručnog savjetovanja „Prometna valorizacija Istre”, Brijuni 8.-9. lipanj 1995., str. 31-34
Komponente Vozilo s Ottomotorom
Vozilo s Diesel motorom
Srednji kemijski sastav
Dušik N2 74,0 – 77,0 76,0 – 78,0 75,0 – 77,0
Kisik O2 0,3 - 0,8 2,0 – 18,0 4,0 – 9,0
Vodena para 3,0 - 5,5 0,5 – 4,0 2,0 – 4,0
CO2 5,0 - 12,0 1,0 – 10,0 5,0 – 12,0
CO 5,0 – 10,0 0,01 – 0,5 1,0 – 10,0
NOx 0,0 – 0,8 0,0002 – 0,5 0,0 – 0,8
Ugljikovodici 0,2 – 3,0 0,009 – 0,5 0,2 – 3,0
Aldehidi 0,0 – 0,2 0,001 – 0,009 0,0 – 0,2
Čađa, g/m3 0,0 – 0,04 0,1 – 1,1 0,0 – 1,1
CO nastaje kao produkt nepotpunog izgaranja kad u gorivoj smjesinema dovoljno kisika (bogata smjesa) za potpunu oksidaciju ugljika (C)u CO2.
CO je otrovan plin sa velikom sklonosti vezivanja na hemoglobin u krvi.Kemijskom reakcijom nastaje karboksihemoglobin te izaziva sljedećereakcije:
o 1% nakon nekoliko udisaja pada se u nesvijest
o 0,5% blaže trovanje i glavobolja
o 0,1% otežano disanje
o 0,0016% bezopasna koncentracija
Ugljik (II) oksid (CO)
o Nalaze se u ispušnim plinovima zbog nepotpunog izgaranjagoriva
o Neugodnog mirisa i nadražujućeg djelovanja
o Uzrokuju nastajanje smoga
o Djeluju na središnji živčani sustav i imaju narkotičnodjelovanje
o Upotrebom trostrukog katalizatora aromatski ugljikovodici seodstranjuju iz ispušnih plinova i do 90%
Ugljikovodici (CH)
Dušični oksidi (NOx)
o Nastaju izgaranjem goriva MUI (siromašna smjesa)
o Glavni nosilac otrovnosti je NO2
o Crvenožute boje, zagušljiva mirisa
Olovo i spojevi olova (Pb)
o U gorivu se pojavljuju u obliku aditiva za poboljšanje otpornostidetonacijama
o Onečišćuju okoliš
o Značajno smanjeni uvođenjem bezolovnih goriva, ali i alternativnihgoriva
o Nalazi se u ispušnim plinovima, naročito Diesel motora
o Oksidira u atmosferi u SO3
o U kontaktu s vodom nastaje sulfatna kiselina koja rezultira“kiselim kišama”
o Uzrokuje koroziju
o Upotrebom trostrukog katalizatora aromatski ugljikovodici seodstranjuju iz ispušnih plinova i do 90%
Sumpor (IV) oksid SO2
o Ozbiljan su problem ispušnih plinova diesel motora
o Na dim se vežu toksične stvari koje su kancerogene
o Čađa je tvrdi filtrat ispušnih plinova, a sastoji se od čestica
ugljika
o Čađa ovisi kako o gorivu tako i o uvjetima izgaranja
Čađa i dim
Štetno djelovanje na zdravlje ljudi i životinja, oštećenje vegetacije,
propadanje materijala, klimatske promjene…
Lako uočljivi učinci onečišćenja zraka – oštećenja vegetacije i
materijala
Teško mjerljivi učinci onečišćenja zraka – zdravstveni učinci na ljude i
životinje
5.1.3. Učinci onečišćenog zraka
Oštećenje vegetacije je najraniji indikator štetnog djelovanja
onečišćenog zraka
o Jedva vidljivi učinci su promjene u rastu biljaka, sposobnost
razmnožavanja (kronični)
o Vidljivi učinci mogu biti morfološki, pigmentni…
o Drastični učinci su uginuće pojedinih biljnih vrsta, podbacivanje
prinosa…
Učinci na vegetaciju
Vegetacija osjetljiva na učinke koje izaziva zagađeni zrak – standardi za
kvalitetu zraka ruralnih područja strožiji od standarda za urbana
područja
Najvažniji fototoksični onečišćivači kojima je uzrok promet su dušični
dioksid (NO2), etilen, sumpor (IV) oksid (SO2), prašina, olovo (Pb)
Velike opasnosti od katranskih isparavanja i za biljke (klorofil) i za
čovjeka – moduće rješenje betonski umjesto asfaltnih elemenata za
opločenje
Zelenilo uz ceste je prva fronta zaštite od onečišćenja – zdravo drveće
smanjuje onečišćenje zraka od 60 do 80%
Najznačajnije djelovanje onečišćenja je ono koje djeluje na ljudsko
zdravlje
Najčešće djelovanje onečišćenja je na respiratorne organe
udisanjem najlakše ulaze u tijelo (astma, bronhitis, rak pluća…)
Učinci zagađivača mogu biti:
o akutni koji se manifestiraju se brzo nakon kratkotrajnog izlaganja
o kronični koji postaju vidljivi nakon duljeg perioda djelovanja - teže
uočljivi
Učinci na čovjeka
Najosjetljivija djeca predškolske dobi kao i osobe s kroničnim bolestima
pluća i srca
Učinci na zdravlje:
o sumporni oksidi – respiratorne bolesti
o ugljični monoksid – glavobolja, povraćanje, koma i smrt u težim
slučajevima
o fotokemijski oksidanti – nadražuju oči, nos, grlo
o Metali – blokiraju enzimsku aktivnost, izazivaju rak, mijenjaju
propustljivost staničnih membrana…
Smanjenje ispušnih plinova benzinskih motora
Uzroci stvaranja emisije ispušnih plinova:
o hladni start – prebogata smjesa – emisija nesagorenih tvari
o loše održavanja (zapečeni klipovi)
o defekt sonde katalizator
o vozila s reguliranim λ - siromašno prilagođavanje povećava NO,bogato namještanje povećava CO i CH;
o katalizatori bez λ – nastaju novi spojevi neugodna mirisa
5.1.4. Mjere za smanjenje ispušnih plinova
Graf 5. Emisija ispušnih plinova Otto motora ovisno o višku zraka
Izvor: Golubić, J. Promet i okoliš, FPZ Zagreb, 1999., str 38
Prednosti Otto motora: jednostavna ugradnja, povoljna uporaba kodpunog opterećenja, emisija ispušnih plinova utjecajna
Nedostaci Otto motora: viša uporaba kod djelomičnog opterećenja,visoka emisija CO, CH, NOx
Smanjenje emisije štetnih plinova iz ispuha motora moguće na dvanačina:
o Zahvati unutar motora: djelovanje na motor i na pomoćne uređaje(optimiranje procesa izgaranja), uporaba elektroničkog sustavaubrizgavanja goriva, sustavi elektroničkog paljenja, optimiranjeoblika prostora za izgaranje, regulacija vremena prekrivanja ventila(vrijeme kada su otvoreni ispušni i usisni ventili)
o Zahvati na vanjskom dijelu motora: katalizatora, zagrijavanjekatalizatora, toplinska izolacija ispušnog sustava, upuhivanjesekundarnog zraka i upravljanje motorom
U kemiji katalizator je nosač materijala s aktivnim slojem
Prednost katalizatora:
o njegova sposobnost premještanja brzine kemijske reakcije
o štetne tvari redukcije za vrijeme toplog rada znatno ranije nastajunego kod do sad obrađene metode čišćenja
Mora biti ispravno postavljen tako da ispušni plin dolazi u kontakt skatalizatorom
Zadaća katalizatora: štetne tvari pretvara u manje štetne kemijskomreakcijom ugljikovodike u vodu i ugljik (IV) oksid
Katalizator
Lamda sondaSaće od
keramikeSloj od čeličnog pletiva za prigušivanje vibracija
Kućište od plemenitog
čelika
CO
HC
NOx
CO2
H2O
NO2
Slika 23. Katalizator
Izvor: http://www.motorna-vozila.com/lambda-sonda/
Moderni sustavi katalizatora služi za održavanje sadržaja kisika u vrlo
uskoj toleranciji u katalizatoru ulaznog ispušnog plina, dok se istodobno
razlažu sve tri štetne tvari (ugljik (II) oksid, ugljikovodici i dušični
oksidi)
Sustav katalizatora ugrađuje se u sva putnička motorna vozila s Otto
motorom
Daljnji razvoj obrade ispušnih plinova je postupak naknadnog izgaranja
preko različitih katalitičkih sustava
Neizgorljivi ugljikovodici, ugljik (II) oksid i dušični oksidi kao ispušni
plinovi čiste se na dva načina:
o Poboljšanjem tijeka izgaranja kroz optimalizaciju čistih motornih
parametara (paljenje, miješanje, izgaranje, vođenje ispušnih
plinova) – umanjivanje stvaranja štetnih tvari
o Dodatnim termičkim izgaranjem koje ima uzrok u tzv. “Manifold Air
Oxidation” (MAO) – posredstvom pumpe postiže temperatura viša
od 650 ˚C potrebna za oksidaciju ugljikovodika i ugljik (II oksida)
Graf 6. Utjecaj prometnog toka na emisiju ispušnih plinova
Izvor: Golubić, J., Promet i okoliš, Sveučilište u Zagrebu, Fakultet prometnih znanosti, Zagreb, 1999., str. 42
Ispuh diesel motora
Priprema smjese goriva i zraka kod diesel motora – najveći utjecaj napotrošnju, bućnost i količinu ispušnih plinova
Diesel motor – višak zraka pri punom opterećenju od 20 – 30%
Štetni sastav ispuha – plinovi (NOx, SOx, HC, CO, CO2), čađa, čestice
Proces izgaranja – događa se stalno s viškom zraka – zbog toga jekoncentracija CO2 i HC relativno mala
Stoga je najvažnije prisustvo dušičnih oksida u ispušnom plinu
Smanjenje ispušnih plinova diesel motora
Graf 7. Sastav ispušnog plina Diesel motora
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
NOxCO
HCSO2
Čestice
Mg
/m3
Izvor: Golubić, J. Promet i okoliš, FPZ Zagreb, 1999., str. 55
o sadržaj CO2 i HC sličan
kao i kod Otto motora
o sadržaj NOx je niži od 5
do 10 puta nego kod
Otto motora bez
katalizatora
CO – zbog nehomogenosti smjese goriva i zraka; naknadnomoksidacijom CO oksidira u CO2; povećanjem λ opada temperatura ismanjuje se naknadna oksidacija CO; CO koncentracija manja nego uOtto motoru
NOX – niža je koncentracija nego kod Otto motora, ali je udio NO2nešto veći; utjecaj na stvaranje NOX ima postupak izgaranja
Dieselov motor s izravnim ubrizgavanjem – proces izgaranjazapočinje u pretkomori ili vrtložnoj komori – zbog nedostatka kisikaniža koncentracija NOX
Nastajanje štetnih komponenti kod diesel motora
Dieselov motor s izravnim ubrizgavanjem – nema reducirajućihfaktora kao pri podijeljenom prostoru izgaranja – dvostruko većakoncentracija NOX
Nastajanje spojeva sumpora – sumpor u gorivu uzrokuje stvaranjesumpora u ispušnom plinu – SO2 + H2O stvara sumporastu kiselinukoja štetno djeluje na dijelove motora - sadržaj S u gorivu u EUzakonom ograničen na 0,05%
Nastajanje čestica - sastavni dio ispušnih plinova od kojeg se, porazrjeđivanju sa zrakom (t < 51,7˚C) odvajaju na pročistaču
Čađa - ubraja se u čestice; nastaje krekiranjem molekula s dugimlancima pri značajnom manjku zraka; odvajanjem vodika stvaraju seugljikove strukture siromašne vodikom, a preko acetilena i daljnjepolimerizacije stvaraju se molekule bogate ugljikom – čađa; čestice sesastoje od neotopljivih organskih faza i tekućih organskih faza:
o Čvrsta faza - sastoji se od čađe kao amorfnog ugljika, pepela,uljnih aditiva, proizvoda korozije i čestica materijala od trošenjai sulfata i njihove molekularno vezane vode
o Tekuća faza - sastoji se od dijelova goriva i mazivanataloženih na čađu u vrućem plinu ti dijelovi su uplinovitom stanju, a nakon hlađenja i miješanja sa zrakomprelaze u tekuću fazu
Sastav čestica jako ovisi o režimu rada motora, a sastav je slijedeći:
o 40% ulje za podmazivanje
o 31% čađa
o 14% sulfati i vezana voda
o 8% ostalo
o 7% neizgorjelo gorivo
Na kakvoću izgaranja u dieselovom motoru najveći utjecaj ima:
o Početak dobave i ubrizgavanje
o Predubrizgavanje
o Punjenje
o Hlađenje usisanog zraka
o Povratno vođenje ispušnih plinova
Početak dobave je trenutak početka slanja goriva u vod premabrizgaljci; početak ubrizgavanja je trenutak kad se kroz sapnicebrizgaljke gorivo počne ubrizgavati u prostor za izgaranje
Mjere unutar motora
Početak ubrizgavanja ispod GMT (gornje mrtve točke)motor radi bučno, povećana potrošnja goriva i emisija (NOX)
Početak ubrizgavanja iznad GMT – proces izgaranja neće završitiprije otvaranja ispušnih ventila zbog toga veća koncentracija HC ičađe u ispušnim plinovima
Predubrizgavanje goriva – ubrizgavanje neznatne količine goriva(cca 5%) u prostor izgaranja prije glavnog ubrizgavanja - prednosti:manja buka, manje neizgorjelih HC i NOX
Punjenje – prednabijanje zraka zbog povećanja snage i smanjenjaemisije HC, NOX i čvrstih čestica – najčešće predubrizgavanje pomoćuturbo punjača pogonjenog ispušnim plinovima
Hlađenje usisanog zraka – kod prednabijanja zraka uvijek sepovisuje i njegova temperatura – kako se hladi zrak smanjuje se itoplinsko opterećenje motora, spušta se temperatura ispušnih plinovate emisija NOX kao i potrošnja goriva, emisija čvrstih čestica ineizgorenih HC
Povratno vođenje ispušnih plinova – miješanjem ispušnih plinova susisanim zrakom u motoru opada koncentracija kisika čime se smanjujetemperatura izgaranja i emisija NOX
λ>1 (siromašna smjesa) – nije moguće primijeniti katalizatortrostrukog djelovanja
Zbog manje specifične potrošnje goriva tendencija je da se da se dieselmotori izvode s izravnim ubrizgavanjem
U odnosu na emisiju štetnih komponenti nije visoka emisija CO i HC alije lošija emisija NOX i čestica
Mjerama za smanjenje emisije NOX često se povećava emisija čestica iobrnuto – problem suprotnog učinka
Sve mjere za smanjenje emisija štetnih komponenata zahtijevajudodatnu tehnologiju i visoku kvalitetu elektronske regulacije – dieselovmotor visoke tehnologije
Mogući način naknadne obrade ispušnog plina:
o kemijskom reakcijom – termička i katalitička
o pročišćavanjem plina od čestica
o Termička reakcija – smanjenje CH i HC u katalitičkomreaktoru uz visoku temperaturu; zahtjeva visoku temperaturuispušnih plinova; to kod diesel motor nije slučaj tako da termičkireaktor nije prihvatljiv
o Katalitičke reakcije – zbog nemogućnosti primjene trostrukogkatalizatora primjenjuju se slijedeća rješenja: selektivnanekatalitička redukcija, selektivna katalitička redukcija,neselektivna katalitička redukcija, DENOX katalizator,oksidacijski katalizator
Mjere izvan motora
Za odvajanje čestica iz ispušnog plina koristi se pročistač
Prema načinu djelovanja razlikuju se:
o pročistači s površinskim odlaganjem čestica – imaju malepore i čestice se skupljaju na njegovoj površini
o pročistači s unutarnjim odlaganjem čestica – imaju većepore te se krupnije čestice zadržavaju unutar pročistača, amale prolaze
Nakon značajnog popunjavanja česticama potrebna jeregeneracija
Pročišćavanje plina od čestica
Prva ispitivanja – SAD – rane pedesete; Europa – prvi propisi –kasne šezdesete – u okviru ECE (Economic Commission forEurope).
Najstrože granice uvijek postavlja država Kalifornija (SAD) –europske države iste prihvaćaju s vremenskim zaostajanjem
Definiran je dugoročni program uvođenja novih vozila u prometsa sve nižim emisijama
5.1.5. Mjere za smanjenje ispušnih plinova
u cestovnom prometu
Europska Unija pridaje veliki značaj zaštiti okoliša - sadašnjim ibudućim članicama unije predlaže određeni postotak EEV vozila– čista vozila.
EEV (engl. Enhanced environmentally friendly vehicle –Poboljšano ekološki prihvatljivo vozilo) standard je uveden 2000.godine i ima stroga ograničenja.
U Europi su na snazi standardi ispušnih plinova koji određujuprihvatljive razine ispušnih plinova za nova vozila.
Standardi su opisani u seriji direktiva Europske Unije koje regulirajuprogresivnu implementaciju sve strožih standarda.
Dozvoljene emisije dušikovih oksida, ugljikovodika, ugljičnihmonoksida i štetnih čestica određuju se za većinu grupa vozila(automobili, laka i teška gospodarska vozila, autobusi).
Vozila koja ne udovoljavaju navedenim zahtjevima ne smiju seprodavati na tržištu Europske Unije
EEV standard
Tablica 9. Maksimalne dopuštene količine (g/km) pojedinih štetnih tvari u
ispuhu motora vozila kategorije M2*
Izvor: European emission standards - cars and light trucks, www.dieselnet.com* motorna vozila za prijevoz putnika koja osim sjedišta vozača imaju više od 8 sjedišta i čija najveća dopuštena masa nije veća od 5 t
Stupanje na snagu CO HC HC+NOx NOx PM
Diesel motori
EURO 1 1992./07. 3,16 - 1,13 - 0,18
EURO 2, IDI 1996./01. 1,00 - 0,70 - 0,08
EURO 2, DI 1996./01. 1,00 - 0,90 - 0,10
EURO 3 2000./01. 0,64 - 0,56 0,50 0,05
EURO 4 2005./01. 0,50 - 0,30 0,25 0,025
EURO 5 2009./09. 0,50 - 0,23 0,18 0,005
EURO 6 2014./09. 0,50 - 0,17 0,08 0,005
Otto motori
EURO 1 1992./07. 3,16 - 1,13 - -
EURO 2 1996./01. 2,20 - 0,50 - -
EURO 3 2000./01. 2,30 0,20 - 0,15 -
EURO 4 2005./01. 1,00 0,10 - 0,08 -
EURO 5 2009./09. 1,00 0,10 - 0,06 0,005
EURO 6 2014./09. 1,00 0,10 - 0,06 0,005
Tablica 10. Uvođenje i rokovi stupanja na snagu EURO normi
Izvor: Energo d.o.o., KD Autotrolej d.o.o., T.C. i partneri d.o.o., „Studija uvođenja i korištenja SPP goriva u javnom gradskom prijevozu Grada Rijeke”, 2009.
Vrste vozila Vrste goriva Klasa Euro 5 Euro 6
Osobna vozila
Dizel rujan 2009. rujan 2014.
Benzin rujan 2009. rujan 2014.
Laka gospodarska vozila
Dizel
N1, Class I ≤ 1305 kg rujan 2009. rujan 2014.
N1, Class II 1305-1760 kg rujan 2010. rujan 2015.
N1, Class III > 1760 kgrujan 2010. rujan 2015.
Benzin
N1, Class I ≤ 1305 kg rujan 2009. rujan 2014.
N1, Class II 1305-1760 kg rujan 2010. rujan 2015.
N1, Class III > 1760 kg rujan 2010. rujan 2015.
Teška gospodarska vozila
Dizel listopad 2008.* siječanj 2013.
Plin listopad 2008.** siječanj 2013.
*prijedlog Europske komisije od 16.12.2008. godine** rok uvođenja standarda za Euro 4 za nova vozila u Hrvatskoj listopad 2009.
Izvor: Energo d.o.o., KD Autotrolej d.o.o., T.C. i partneri d.o.o., „Studija uvođenja i korištenja SPP goriva u javnom gradskom prijevozu Grada Rijeke”, 2009.
Gorivo Godina
2005. 2010. 2015. 2020.
Biogorivo 2% 6% 7% 8%
Prirodni plin 2% 5% 10%
Vodik 2% 5%
Total 2% 8% 14% 23%
Tablica 11. Učešće alternativnih goriva u ukupnoj potrošnji
Europska Komisija izdala je „Green Paper on Energy Security“ ukojem postavlja preliminarni cilj zamjene 20% konvencionalnihgoriva alternativnim gorivima do 2020. godine.
Prirodni plin, odnosno SPP ima potencijal zamjenekonvencionalnih goriva na razini 10%.
Europska Unija izdala je dokument „White Paper on Trasport“ kojipriziva smanjenje ovisnosti o nafti te potrebu za čišćim iefikasnijim javnim prijevozom pa se u mnogim zemljama prirodniplin uvodi kao pogonsko gorivo za autobusni javni prijevoz.
Zamjena konvencionalnih dizel autobusa SPP autobusima stvaraveliki potencijal za smanjenje razine ispušnih plinova
21. prosinca 2005. Europska Komisija prihvatila je prijedlogDirektive za promoviranje tzv. Clean Road Transport Vehicles
Osnovni ciljevi su težiti ka:
o Značajnom smanjenju emisije štetnih plinova i potrošnjegoriva u cestovnim transportnim vozilima;
o Širenju tržišta „čistih“ i energetski učinkovitih vozila
Direktiva predlaže da 25% od ukupne godišnje nabavke vozilačija ukupna težina prelazi 3,5 tona koja se nabavljaju od stranepravnih osoba država članica EU budu u skladu saspecifikacijama koja imaju EEV vozila.
Količina neizgorjelih ugljikovodika mjeri se bez metana.
Vrlo niske dopuštene vrijednosti emisija štetnih komponenata.
Istraživanja pokazala da će redovite kontrole ispušnog sustava u
prometu i podešavanje vozila pridonijeti čistoći zraka za 30%.
Propisi za ispušne plinove u SAD
Vrlo strogi, kao i u SAD-u
Znatan utjecaj na ugrožavanje okoliša – velika gustoća prometa i
nezadovoljavajući klimatski uvjeti
Velike razlike između tzv. hladnog i vrućeg testa motora
Propisi za ispušne plinove u Japanu
Vrijede granične vrijednosti kao i u propisima SAD
Propisi za ispušne plinove u Austriji i Švicarskoj
U ukupnoj emisiji Hrvatske, cestovni promet najviše doprinosiemisiji Pb, NOX, CO i čestica.
U udjelu u nacionalnoj emisiji NOX, cestovni promet ima doprinos36% od čega osobni automobili čine 54%, a teretna vozila 31%emisije.
U urbanim sredinama udjel emisije NOX je znatno veći,procjenjuje se između 50 i 60%.
Propisi za ispušne plinove u Hrvatskoj
Prema Konvenciji o dalekosežnom prekograničnom onečišćenjuzraka (LRTAP Konvencija), „europska zračna masa” je zajedničkiresurs zemalja potpisnica, te zahtijeva koordinaciju mjerasuzbijanja onečišćenja i zajedničke standarde emisija.
Konvencija je potpisana 1979. godine u Ženevi, a na snagu jestupila 1983. godine.
Republika Hrvatska je Konvenciju preuzela 1991 – Konvencija jeproširena s osam protokola kojima su utvrđene specifične mjerekoje stranke LRTAP Konvencije moraju poduzeti radi smanjenjasvojih emisija onečišćujućih tvari u zrak
Protokol o smanjenju emisija sumpora ili njihovog prekograničnogstrujanja za najmanje 30%
o ima za cilj smanjenje emisija jednog od najvećih onečišćujućihtvari u zraku
o do 1993. godine emisija istog se smanjila za više od 50%, aprema zadnjim podacima sve stranke Protokola su dosegleciljano smanjenje
o Protokol je usvojen 1985. g., a na snagu je stupio 1987. g.Republika Hrvatska nije ratificirala Protokol.
Protokol o nadzoru emisija dušikovih oksida ili njihovihprekograničnih strujanja
o ima za cilj nadzirati i smanjiti antropogene emisije dušikovihoksida (NOX), koje zračna strujanja prenose na velikeudaljenosti i atmosferskim taloženjem štetno utječu nasastavnice okoliša i ljudsko zdravlje
o osim što emisija NOx utječe na zakiseljavanje i eutrofikacijukopnenih i vodenih ekosustava, doprinosi također i stvaranjuprizemnog ozona
Protokol o nadzoru emisija hlapljivih organskih spojeva ili njihovihprekograničnih strujanja
o od velikog je značenja budući da su ovi spojevi vrlo važni zanastajanje prizemnog ozona;
o protokol je usvojen 1991. godine, na snagu je stupio 1997., aRepublika Hrvatska ga je ratificirala 2007. godine
Protokol o daljnjem smanjenju emisije SO2
o primjenjuje pristup zasnovan na učincima, konceptu kritičnogopterećenja, najboljim raspoloživim tehnologijama, očuvanjuenergije, te primjeni brojnih ekonomskih instrumenata, što je ukonačnici dovelo do razlika u obvezama redukcije emisijapojedinih stranaka Protokola
Protokol o teškim metalima
o ima za cilj nadzirati antropogene emisije teških metala, kojemogu imati nepovoljni utjecaj na zdravlje ljudi, odnosno okoliš;
o protokolom se propisuju temeljne obveze stranaka u pogleduemisija olova (Pb), kadmija (Cd), žive (Hg) i njihovih proizvoda;
o stranke su obvezne smanjiti ukupne godišnje emisije uatmosferu navedenih teških metala u odnosu na razinu emisijeu početnoj godini primjenjivanja obveze
Protokol o postojanim organskim onečišćujućim tvarima
o ima za cilj nadzirati, smanjiti ili ukloniti ispuštanje, emisiju igubitke postojanih organskih spojeva
Naziv međunarodnog ugovora Usvojen Stupanje na
snaguBroj država potpisnica
Ratifikacija od strane RH
Konvencija o prekograničnom onečišćenju zraka navelikim udaljenostima (CLRTAP)
1979. 1983. 32 1992.
Protokol o dugoročnom financiranju međunarodnogprograma monitoringa i procjene dalekosežnog prijenosaonečišćujućih tvari u zraku u Europi (EMEP)
1984. 1988. 22 1992.
Protokol o smanjenju emisija sumpora ili njihovogprekograničnog strujanja za najmanje 30%
1985. 1987. 19 -
Protokol o daljnjem smanjenju emisija sumpora 1994. 1998. 28 1998.
Protokol o nadzoru emisija dušikovih oksida ili njihovihprekograničnih strujanja
1988. 1991. 25 2007
Protokol o nadzoru emisija hlapivih organskih spojeva ilinjihovih prekograničnih strujanja
1991. 1997. 23 2007.
Protokol o postojanim organskim onečišćavalima 1998. 2003. 36 2007.
Protokol o teškim metalima 1998. 2003. 36 2007.
Protokol o suzbijanju zakiseljavanja, eutrofikacije iprizemnog ozona („Gothenburški protokol“)
1999. 2005. 31 2008.
Tablica 12. Status međunarodnih ugovora
*Izvor: www.azo.hr/lgs.axd?t=16&id=3060
Zaštita okoliša i ekološko opterećenje u urbanim sredinama
početkom devedesetih – aktualiziranje korištenja alternativnih
goriva.
Velika potrošnja i smanjenje energetskih potencijala zemlje
(nafta) – iniciralo brojna istraživanja o mogućnostima novih
oblika energije – električna energija, alkohol (metanol i etanol),
bioplin, prirodni plin, vodik i dr.
Brojni tehničko-tehnološki problemi i cijena – razlog relativno
slabog korištenja ovakvih tipova vozila.
5.1.6. Alternativna goriva
Traženje alternative nafti – započelo sredinom sedamdesetih
(poslije naftne krize) – usavršena kao dopunska rješenja ali ne i
zamjena.
Paralelna istraživanja o unaprijeđenju goriva i vozila dovela do
slijedećih rezultata: čišća goriva, tiši motori, manja potrošnja.
Usavršavanje alternativnih goriva (prirodni plin, stalačani prirodni
plin, goriva biljnog podrijetla, hibridna vozila...) još traje.
Osobito interesantna mogućnost primjene u javnom gradskom
prijevozu.
Dosadašnja rješenja ne zadovoljavaju podjednako tri vrste prometa:
o individualni promet
o kolektivni promet na kraćim udaljenostima
o promet ljudi i dobara na većim udaljenostima
Kolektivni i javni transport iako različiti po kakvoći usluge koje pružaju
najčešće su pogonjeni diesel motorima
Promet ljudi na regionalnim, nacionalnim i međunarodnim
udaljenostima također koristi diesel motore
Unaprijeđuje se konstrukcija vozila i motora te se unaprijeđuju
goriva i korištenje istih.
Osnovni kriteriji ocjenjivanja potencijalnih goriva:
- mogućnost masovne proizvodnje,
- mogućnost proizvodnje iz obnovljivih izvora,
- ekonomski aspekt primjene potencijalnog goriva (cijena),
- utjecaj na okoliš,
- stupanj opasnosti pri manipulaciji,
- specifičnost pripreme smjese.
Prirodni plin sadrži oko 80 do 98% metana (CH4), a ostalo su viši
ugljikovodici
Glavni produkt izgaranja prirodnog plina je ugljični dioksid (CO2) i
vodena para (H2O)
Od otrovnih plinova značajna je emisija dušičnih oksida (NOX)
Prirodni plin se koristi u vozilima kao stlačeni prirodni plin (SPP) i
kao ukapljeni naftni plin (UNP) – u praksi se UNP manje koristi
(skuplji i teži za rukovanje od SPP-a)
Prirodni plin
Tablica 13. Glavne onečišćujuće tvari različitih vrsta goriva i pripadni učinci
Razina utjecaja Učinci Plin Tekuće gorivo Drvo i biomasa Ugljen
Lokalne o Visoke prizemne koncentracije uz izvore
NOX SO2, NOX
čestice, teške kovine, dim
NOX, NMVOC, čestice
SO2, NOX
čestice, teške kovine, dim
Regionalne o Zakiseljavanjeo Eutrifikacijao Prizemni ozon
NOX
NOX
NOX
SO2, NOX
NOX
NOX
NOX
NOX
NOX, NMVOC
SO2, NOX
NOX
NOX
Globalne o Klimatske promjene
CO2, CH4 CO2 neutralno CO2
Prirodni plin se u Europi najviše koristi u Italiji i Nizozemskoj
Osim europskih zemalja najviše se koristi u Novom Zelandu,
Argentini, SAD-u i Kanadi
Prednosti prirodnog plina u odnosu na klasična goriva su u
manjim emisijama nekih onečiščivača ali ne i u ispuštanju
dušičnih oksida (NOX)
Prednosti: ekonomska prednost (jeftiniji do 65% od tekućih
goriva); raspoloživ za slijedećih 200 godina, lakši je od zraka, viša
temperatura zapaljivosti, puno manja emisija CO, SO2, hlapljivih
organskih tvari, kancerogenih tvari i dima, neškodljiv za ljudsko
zdravlje
Nedostatak: SPP povećava težinu spremnika 5 do 7 puta;
zapremnina u usporedbi s klasičnim vozilima, pogonjenim diesel
motorom i do 10 puta
Što se tiče NOX one su na razini vozila na benzin ili nešto veće-
Težina spremnika ovisi o propisima svake zemlje – veličina je
ograničavajući čimbenik u radijusu kretanja – jedno punjenje
dostatno za 300 do 400 km, a kamioni u međunarodnom transportu
prelaze i do 1000 km bez punjenja – rješenje je ukapljivanje
prirodnog plina i držanje na temperaturi od -160 °C
Usporedba zagađenja: diesel motori znatno više zagađuju od onih
pogonjenih UNP-om i SPP-om.
Komprimirani plin proizvodi manje zagađenja dušičnim oksidom i
ugljičnim monoksidom, a UNP je povoljniji kada je riječ o
zagađivanju ugljikovodicima i čvrstim česticama
Zaštita okoliša – komprimirani plin je bolja zanjena za diesel goriva te
se može primjeniti na postojeću populaciju diesel vozila
U svijetu više od 9 milijuna vozila koristi SPP, a od toga je više od pola
u Europi
U Europi je pilot projekt uvođenja plina u JGP počeo krajem 80-
tih pregradnjom postojećih autobusa diesel motorima.
Malmo – plinofikacija JGP počinje 1989. godine da bi danas 80%
ukupnog voznog parka činila vozila pogonjena SPP-om te je
procjena da kad bi cijeli vozni park bio pogonjen SPP-om emisija
NOX bi pala sa 95 tona na 1 tonu /na godinu
Ispušni plinovi izgaranja iz SPP goriva ne sadrže čestice olova i
sumpora – smanjuje se rizik trovanja nastalih taloženjem olova i
pojava “kiselih” kiša iz sumpora.
Prirodni plin je “čisti” energent te nije nužna izmjena motornog
ulja kao kod ostalih energenata za pogon vozila, a radni vijek
motora je dulji; rad motora je mirniji, a buka prilikom rada je
smanjena
Grad Rijeka je 2008. godine usvojio plan aktivnosti energetskograzvoja
Europska inicijativa Sporazuma gradonačelnika iz 2009. godine:
o smanjenje emisije stakleničkih plinova za 20%
o smanjenje potrošnje energije za 20%
o povećanje potrošnje energije iz obnovljivih izvora u ukupnojpotrošnji do 20%
- sve do 2020. godine.
2009. godine izrađena Studija uvođenja i korištenja SPP goriva ujavnom gradskom prijevozu Grada Rijeke (KD Autotrolej iEnergo).
Studijom je predviđena izgradnja SPP punionice kao i nabavka40 vozila na SPP
Pogon na plin – iskustva u gradu Rijeci
Hrvatska je do 2013. godine imala 152 vozila – 1 punionica uZagrebu.
Tijekom 2013. godine vozni park KD Autotrolej obnovljen je sa 21novim vozilom pogonjenim na SPP i to 11 standardnih autobusa i10 minibusa – početak realizacije projekta i obveza iz Akcijskogplana.
Otvorena je druga punionica na SPP u Hrvatskoj, a prvaizgrađena prema strogim europskim standardima.
Svrha i cilj projekta – smanjenje emisije CO2 u sektoru prometajavnog gradskog prijevoza - 570 tona za svih 21 autobusa ugodini dana eksploatacije.
U periodu od 1 godine autobusi su prevezli 1.130.000 km i utrošilipribližno 440.000 kg SPP-a.
Uz navedena vozila uređene je i radionica za održavanje ipopravak vozila na SPP te prijenosno postrojenje zapunjenje/pražnjenje plina.
U tijeku je nabavka još 9 vozila pogonjenih na SPP (5 standardnihautobusa i 4 zglobna autobusa) što će povećati broj autobusapogonjenih na SPP na 30.
KD Autotrolej nabavio je i ugradio na 11 solo autobusa uređajkoji omogućuje stvaranje smjese dizela i UNP-a kao pogonskoggoriva
Uređaj kod dizelskog motora može nadomjestiti do 20%potrošnje dizel goriva s UNP-om kao pogonskim gorivom.
U 9 mjeseca eksploatacije postignuto je smanjenje emisije CO2 uiznosu od 59,37 tona za 11 autobusa.
Smanjen utrošak dizela od približno 37.190 litara.
Cijeli projekt sufinanciran od strane FZOEU sa 40%.
Smanjenje emisije otrovnih plinova
*Izvor: Smojver, Ž., Mrvčić, R., Iskustva upotrebe kombinacije dizel/UNP i SPP-a kao pogonskog goriva, LPG Summit, Beograd, 2014.
Tablica 14. Prikaz potrošnje i uštede kod korištenja smjese dizel/Unp
kao pogonskog goriva
PRIKAZ POTROŠNJE I UŠTEDE KOD KORIŠTENJA SMJESE DIZEL/UNP KAO POGONSKOG GORIVA (VELJAČA-LISTOPAD 2014.) - 11 VOZILA
Ukupno ostvarenokilometara
Količinadizela koja bi
se utrošila
Količina dizel/UNP
koja se utrošila
Razlika (ušteda) u
litrama goriva
Učešće UNP u ukupnoj
količini dizel/UNP
Ušteda u kunama
Manje CO2
(tona)
443.137,00 235.162,64 197.972,65 37.189,99 24.648,48 178.853,07 59,37
Izvor: Smojver, Ž., Mrvčić, R., Uvođenje UNP tehnologije u Komunalno društvo Autotrolej Rijeka, Zbornik radova Automatizacija u prometu 2014., str. 70-73
Tablica 15. Prikaz potrošnje i uštede kod korištenja smjese dizel/Unp
kao pogonskog goriva
Utrošene litre dizela u veljači 2014. u iznosu od 23.407,36litara uz koeficijent energije za dizelsko gorivo dajeutrošenu energiju –
23.407,36x10,0251=234.661,12 kwh
Utrošene litre UNP u veljači u iznosu od 3.047,09 litara uzkoeficijent energije za UNP gorivo daje utrošenu energiju –
3.047,09x7,2159=21.987,50 kwh
ukupna energija iznosi 256.648,62 kwh; da su vozili na čistidizel utrošili bi 26.774,57 litara dizel što daje utrošenuenergiju od
26.774,57x10,0251=268.417,74 kwh
Ostvarena ušteda u energiji iznosi 11.769,12 kwh(268.417,74-256.648,62) pri čemu koeficijent energije zadizel iznosi 10,0251 kwh za 1 litru dizela dok koeficijentenergije za UNP iznosi 7,2159 kwh za 1 litru UNP
Ušteda energije
Utrošene litre dizela u veljači 2014. u iznosu od 23.407,36litara uz koeficijent emisije za dizelsko gorivo daje emisijuCO2:
(23.407,36x2,672)/1000=62,54 tona CO2
Utrošene litre UNP u veljači 2014. u iznosu od 3.047,09 litarauz koeficijent emisije za UNP gorivo daje emisiju CO2
3.047,09x1,623/1000=4,95 tona CO2
Ukupna emisija iznosi 67,49 tona CO2; da su vozili na čistidizel utrošili bi 26.774,57 litara dizel što daje emisiju od
26.774,57x2,672/1000=71,54 tona CO2
Ostvarena ušteda u emisiji CO2 iznosi 4,05 tona CO2 (71,54-67,49) pri čemu koeficjent emisije CO2 za dizel iznosi 2,672kg/lit dok koeficijent emisije emisije CO2 za UNP iznosi 1,623kg/lit
Smanjenje emisije CO2
U planu je nabavka 19 autobusa na SPP – nabavkom novih 19autobusa na pogon SPP-om procjena je da bi se smanjila emisijaCO2 za dodatnih 853 tone
Sveukupno smanjenje CO2 za ukupno 30 vozila na pogon SPP-omna godišnjoj razini iznosilo bi približno 1.427 tona za prosječnoostvarene kilometre od 70.000 km godišnje po autobusu
Projekt korištenja smjese DIZEL/UNP na godišnjoj razini donosio bismanjenje emisije u iznosu od približno 76 tona CO2
Nastavak projekta upotrebe UNP u kombinaciju s dizel gorivom
Sve se veća pažnja posvećuje električnoj i hibridnoj pogonskojtehnologiji
Realizacija i budući planovi
Jedan od najozbiljnijih kandidata za gorivo budućnosti,
desetljećima se koristi kao gorivo u svemirskom programu.
Može se pretvoriti u korisne oblike energije na nekoliko načina s
visokom učinkovitošću i bez ikakvih štetnih posljedica za okoliš
Obnovljivo gorivo – može se proizvesti iz vode; mana je što je
utrošak energije veći nego što se može povratiti natrag
Kombinacija vodika s obnovljivim izvorima energije – rezultat je
trajan i ekološki prihvatljiv energetski sustav
Vodik
Dobivanje vodika ima veliko ekološko – ekonomsko značenje, zalihe
fosilnih goriva male dok su zalihe vodika gotovo neiscrpne (voda).
Može se proizvesti raznim postupcima iz vode čak i uporabom
alternativnih izvora energije (solarna, energija vjetra, plima,
oseka…); čuva se i prenosi u plinovitom i tekućem stanju; plin bez
boje, okusa i mirisa; najlakša tvar poznata čovjeku
Benzinski motori lako se prerađuju na pogon vodikom dok sa
diesel motorima to nije slučaj
Prednosti - gorenjem u motorima jedina štetna tvar koja se
oslobađa je NOX
Problemi:
- kod miješanja u vodika (H) i kisika (O) u usisnoj grani opasnost
od povratka plamena i prijevremenog paljenja;
- spremnici pod tlakom (radijus kretanja vozila 500 km, spremnik
pod tlakom 500 bara, masa spremnika 2000 kg)
CO
CO
CO
HC
HC
HC
NOx
NOx
NOx
CO2CO2
CO20
20
40
60
80
100
120
1970 (Bez ograničenjaemisije)
1987 Vozila s trostrukimkatalizatorom
Vozila pogonjena na vodik
Emis
ija
CO HC NOx CO2
Graf 8. Emisija CO, HC, NOx i CO2
Izvor: Golubić, J. Promet i okoliš, FPZ Zagreb, 1999., str. 96
Vodik kao gorivo i gorive ćelije posebno su zanimljive za pogon
autobusa – prostor za smještaj spremnika vodika i postrojenja gorivih
ćelija znatno veći.
Vodik se ubraja među najčišća goriva; za komercijalnu primjenu
potrebno prevladati slijedeće probleme: skupu proizvodnju, vrlo
nisku energetsku gustoću i tehničke probleme.
Elektroliza – ponajbolji način dobivanja vodika kao goriva ali se
javlja problem skupe struje.
Kod primjene vodika niska je njegova energetska gustoća u
plinovitom stanju pa se provode posebni postupci da se ona
poveća: komprimiranje, vezivanje s metalima (hibridi),
ukapljivanje i čuvanje u kontejnerima
Kod primjene vodika motori se moraju modificirati; zbog niskog
cetanskog broja vodik nije pogodan za rad diesel motora
Kod otto motora vodik ima dobru mogućnost primjene zbog
velike brzine širenja plamena kao i zbog granice zapaljivosti što
omogućuje rad s ultrasiromašnim smjesama - dobar indikatorski
stupanj iskorištenja i niska emisija NOX
Alternativna goriva za motorna vozila posebice metanol
Primjena – ponajprije kod otto motora, a u zadnje vrijeme i kod
dieselskih
Metan glavna komponenta prirodnog plina što reagira s
vodenom parom
Prednosti alkohola – ekonomske i ekološke (2 do 3 puta manje
toksični)
Mogućnost korištenja i kod dieselskih motora međutim potrebna
bitna izmjena koncepta motora odnosno goriva
Alkohol
Potrebno je konceptualno preraditi diesel motor (uređaj za
ubrizgavanje goriva) na način da se poveća količina ubrizganog
goriva da bi se postigla maksimalna snaga (alkohol ima malu
specifičnu ogrjevnu moć) te prilagoditi gorivo zbog niske
zapaljivosti – dodavanjem organskih nitrata (diesel gorivo
koncentracija od 1%, etanol više od 5%, metanol potrebna
koncentracija više od 10%)
Gorivo iz regenerativnih sirovina – u zrak emitira samo onoliko
CO2 koliko ga je preuzelo iz zraka – zatvoreni ciklus CO2 bez
povećanja CO2 u atmosferi (teoretski)
Fotosinteza – iskorištenje sunčeve energije i proizvodnja goriva
(alkohola); oslobođeni CO2 i H2O će pomoću sunčeve energije
postati biomasa odnosno dobra sirovina za tekuće gorivo
Za proizvodnju je potrebna energija - smanjenje CO2 djelomično,
dok je za korištenje potrebno prilagoditi sustave ubrizgavanja,
motor i korišteno gorivo
Biogoriva
Mogućnost korištenja kao gorivo za dieselske motore;
raspoloživost ograničena postojanjem poljoprivrednih površina;
visoki troškovi proizvodnje i konkurencija gorivi/hrana
Problem - povećana viskoznost koja otežava rad pri niskim
temperaturama te otežava rad pri niskim temperaturama i
raspršivanje ubrizganog goriva – lošije sagorijevanje i povećanje
emisije ispušnih plinova; nešto manja emisija NOX, ostale štetne
emisije rastu
Najbolje gorivo ulje uljane repice; zbog sadržanog kisika masnih
kiselina je emisija čađe manja; biljna ulja ne sadrže sumpor koji
povisuje emisiju čestica
Biljno ulje
Električna vozila pokreće elektromotor, koristeći električnu
energiju pohranjenu u akumulatoru ili drugim uređajima za
pohranu energije
Električni automobili su bili popularni krajem 19. i početkom 20.
stoljeća, dok su unapređenja motora s unutarnjim izgaranjem i
masovna proizvodnja jeftinijeg vozila na benzin doveli do
smanjenja korištenja vozila na električni pogon
Energetske krize 1970-ih i 80-ih dovele su do kratkotrajnog
zanimanja za električne automobile, te se sredinom 2000.
obnovio interes u proizvodnji električnih automobila, uglavnom
zbog zabrinutosti oko ubrzanog povećanja cijene nafte i potrebe
za smanjenjem emisije stakleničkih plinova
Elektropogon
Električna vozila imaju nekoliko prednosti u odnosu na
konvencionalne motore s unutarnjim izgaranjem: značajno
smanjenje onečišćenja zraka, smanjene emisije stakleničkih
plinova, ovisno o gorivu i tehnologiji koja se koristi za proizvodnju
električne energije za punjenje akumulatora, manju ovisnost o
nafti
Unatoč potencijalnim prednostima, široko prihvaćanje električnih
vozila suočava se s nekoliko prepreka i ograničenja:
o električna vozila znatno su skuplja od konvencionalnih vozila
(litij-ionski akumulatori)
o nedostatak javne i privatne infrastrukture za punjenje
Električna vozila pridonose čišćem zraku u gradovima, jer oni ne
ispuštaju štetne tvari u okolinu, kao što su čestice (čađa), hlapljivi
organski spojevi, ugljikovodici, ugljični monoksid, ozon, olovo i
razni dušikovi oksidi.
Motori s unutarnjim izgaranjem su relativno neučinkoviti u
pretvaranju energije goriva za pogon jer se većina energije troši
u obliku topline; elektromotori su učinkovitiji u pretvorbi
pohranjene energije u energiju potrebnu za vožnju
Dio od energije izgubljene prilikom kočenja se ponovno koristi
kroz regenerativno kočenje, koje koristi do 1/5 energije normalno
izgubljene tijekom kočenja.
Benzinski motori učinkovito koriste samo 15% energetskog
sadržaja goriva za kretanje vozila ili za napajanje dodatne
opreme; diesel motorima može se dosegnuti učinkovitost od 20%,
dok je učinkovitost vozila na električni pogon oko 80%
Hibridni automobili su oni koji za pokretanje koriste dva iliviše izvora energije, umjesto jednog kao kod tradicionalnihautomobila. Najčešća je kombinacija benzinskog ilidizelskog motora s elektromotorom.
Hibridni pogonski sustavi se mogu podijeliti, s obzirom navezu mehaničkog i električnog dijela u tri skupine:
o serijski
o paralelni
o serijsko-paralelni hibridi
S obzirom na autonomnost električnoga pogona, hibridi sedijele na:
o djelomične (engl. mild hybrid)
o potpune (engl. full hybrid)
Hibridni pogon
Potpuni hibrid je po definiciji onaj kojem je omogućena vožnja
vozilom pogonjenim samo elektromotorom - u tom slučaju
elektromotor ima u pravilu barem jednu trećinu snage motora s
unutarnjim izgaranjem
Kod djelomičnog hibrida elektromotor služi samo kao pomoć
motoru s unutarnjim izgaranjem – stoga je djelomični hibrid i
znatno jeftiniji, ali kako je dodatna snaga koju on razvija manja, i
ušteda goriva je manja
U hibridnom vozilu motor s unutarnjim izgaranjem radi većinom u
području minimalne specifične potrošnje goriva, pri čemu se
višak snage iznad iznosa potrebnog za vožnju usmjerava na
pogon električnog generatora koji puni bateriju
Paralelni hibrid – kod paralelnog hibrida postoji mogućnostpogona vozila motorom s unutarnjim izgaranjem i elektromotoraistovremeno; postoji mogućnost pogona samo motorom sunutarnijm izgaranjem ili čistog električnog pogona; voznemogućnosti vrlo ograničene kapacitetom baterije.
Serijsko-paralelni hibrid – kod serijsko-paralelnih hibridaraspodjela snage na pogonske kotača dijeli se izmeđuelektričnog motora i motora s unutarnjim izgaranjem pomoćuposebnog diferencijala; Na otvorenoj cesti primarni motor jemotor s unutarnjim izgaranjem, dok elektromotor služi kaododatna snaga (npr. kod pretjecanja).
Hibridni pogonski sustavi
Serijski hibrid – kod serijskog hibrida pogonske kotača uvijekpogoni elektromotor, bez ikakve mehaničke veze s motorom sunutarnjim izgaranjem; za povećanje dometa serijskog hibrida,motor s unutarnjim izgaranjem se uključuje po potrebi i prekogeneratora proizvodi električnu energiju kojom puni baterije.Učinkovitost je dijelom smanjena zbog gubitaka u pretvaranjumehaničke energije u električnu te obrnuto.
Hibridi s gorivim člankom – hibridi s vodikovim gorivim člankomkoriste i gorivi članak i električne baterije kao izvor snage – gorivičlanak puni baterije koje preko elektromotora pogone vozilo
Plug-in hibrid – Plug-in hibrid, kao vrsta hibridnog vozila, može biti
izveden i sa serijskim i sa paralelnim pogonskim sustavom; sadrži
baterije povećanog kapaciteta (od običnih hibrida) kako bi
vozilu bio omogućen veći domet vožnje samo na električnu
energiju;
Plug-in hibridi se mogu spajati utičnicom na mrežu kako bi izbjegli
korištenje motora s unutarnjim izgaranjem za kraća putovanja
(ovisno o veličini baterije); pogodan za putovanja na manjim
udaljenostima zbog izbjegavanja korištenja motora s unutarnjim
izgaranjem.
Potrošnja energije raste dinamikom od cca 2%, dok je nafta
dominantan izvor energije (39,5%)
RH ima mali udio u svjetskoj energetici – male zalihe nafte i plina;
proizvodnja električne energije nešto više zastupljena
Definiranje pojmova:
o Primarni energetski oblici – oni koji postoje u prirodi (drvo,
ugljen, nafta, vodena snaga, sunčevo zračenje…)
5.2. Cestovna motorna vozila i utrošak energije
o Transformirani oblici – energetski oblik koji je proizveden
pretvorbom primarnih oblika energije (benzin, el. energija)
o Neposredna potrošnja – potrošnja oblika energije dostupne
korisniku koju on neposredno koristi
o Korisna energija – oblik koji nastaje kod korisnika gdje on
neposrednom potrošnjom zadovoljava svoje potrebe
(rasvjeta, toplina…) – najvažnija kategorija, događa se u svim
područjima ljudske djelatnosti; u RH povećava se opća
potrošnja i potrošnja energije u prometu dok se potrošnja u
industriji smanjuje
Promet je veliki potrošač energije - 25% ukupne energije, u čemu
cestovni i zračni promet troše 100% tekućih goriva
Cestovni promet - sa 85% utrošene energije obavi se 61%
teretnog i 84% putničkog prometa
U prometu se na svjetskoj razini potroši oko 70% naftnih derivata
od čega cestovni promet iskoristi od 82 do 85%
Naftni se derivati koriste u gotovo 100%-tnom iznosu kao
pogonsko gorivo u svim granama prometa, osim željeznice i
gradskog prometa gdje je taj postotak ispod 50%
Prema potrošnji po pojedinim granama prometa vidljivo je da
70% energije apsorbira cestovni promet
Tablica 16. Potrošnja energije u pojedinim granama prometa
Izvor: Mlinarić, I., Missoni, E.: Prometna medicina, FPZ, Zagreb, 1994.
Prometne grane
Cestovni prome
Zračni promet
Željeznički promet
Riječni prometPomorski promet
Potrošnja u 106 tona ekvivalennta nafte
437,11 65,60 34,97 11,79 60,24
% 71,70 10,70 5,70 1,909,90
Predviđa se da će do 2030. na zemlji će biti oko 1 milijarda cestovnih
vozila te će najveći dio potrošnje nafte otpadati na cestovni promet i to:
SAD 75%, Europa 40%, Japan 25%, zemlje u razvoju 50% - treba težiti
smanjenju potrošnje energije u cestovnom prometu
Graf 9. Utrošak goriva u ovisnosti o smanjenju brzine
Izvor: Gruden, D. und 19 Mitautoren: „Die ökologische Dimension des Automobils”, Expert Verlag, 1996.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Utr
oša
k g
oriv
a (
g/k
m)
Brzina vožnje (km/h)
Normalni tok prometa
Zastoj u prometu
Utrošak goriva se u slučaju zastoja
(smanjenja brzine) povećava za više
od tri puta
Energija se gubi i rasipa na svim područjima njezina toka –
obveza svih da se štedi energija i to na slijedeće načine:
o pomak u postojećoj strukturi korištenja oblika i sredstava
prometa (jačanje javnog prijevoza putnika, prebacivanje
cestovnog prijevoza na željeznicu na dužim relacijama)
o ograničavanje potrošnje goriva (energije) – ekonomske
mjere, zabrana individualnog prijevoza u određenim danima
