Wpływ rozwoju norm emisji spalin EURO na emisję zanieczyszczeń powietrza z pojazdów komunikacji miejskiej na przykładzie miasta Krakowa

Transkrypt

1 Aleksandra Grzywa 1, Maciej Gliniak AGH Akademia Górniczo-Hutnicza Logistyka - nauka 2 Wpływ rozwoju norm emisji spalin EURO na emisję zanieczyszczeń powietrza z pojazdów komunikacji miejskiej na przykładzie miasta Krakowa Wstęp Komunikacja miejska odgrywa istotną rolę w transporcie publicznym dużych aglomeracji miejskich. Powszechny dostęp do nowoczesnych technologii, spowodował rozwój społeczno-gospodarczy i powoduje wiele zmian w życiu człowieka. Dzięki rozwojowi gospodarki można zauważyć trwały i równomierny wzrost dostępności środków transportu publicznego [1, 2]. W komunikacji miejskiej w Polsce od lat dominują autobusy wyposażone w silniki spalinowe, które podczas pracy emitują do atmosfery związki szkodliwe powstające w procesie spalania paliw. Jest to bardzo istotny problem w kontekście miast o dużym natężeniu ruchu. Obecnie silniki spalinowe emitują na terenach zurbanizowanych do 70% tlenków azotu i do 90% pozostałych zanieczyszczeń powietrza. Do najbardziej szkodliwych składników spalin należą tlenki azotu, tlenki węgla, węglowodory, cząstki stałe, tlenki siarki oraz aldehydy [8, 11]. Negatywne oddziaływanie spalin na otoczenie wymagało podjęcia działań, mających na celu zminimalizowanie ich wpływu na środowisko miejskie. Od lat 90-tych ubiegłego wieku przemysł motoryzacyjny prowadzi rozwój i wdrażanie technologii pozwalających na ograniczenie emisji substancji szkodliwych, powstających w silnikach spalinowych. Nierównomierny rozwój technologii w zakresie redukcji zanieczyszczeń w spalinach doprowadził do rozwoju Europejskich Norm Emisji Spalin (EURO). Od 2000 roku Unia Europejska sukcesywnie zaostrza obowiązujące normy emisji (Tab. 1). Od 2012 roku obowiązuje norma spalania EURO VI, która zakłada 80% redukcję zawartości tlenków azotu w spalinach w stosunku do normy EURO V. Wprowadzone normy emisji spalin, są elementem polityki transportowej Unii Europejskiej, która zakłada zastępowanie pojazdów z silnikami spalinowymi przez pojazdy wyposażone w napędy alternatywne [4, 5, 8, 10, 11]. Alternatywą dla stosowania silników spalających olej napędowy i benzynę są silniki napędzane gazem ziemnym (CNG, LNG, LPG, NGV). Zastosowanie gazu ziemnego jako paliwa, pozwala na znaczną redukcję zanieczyszczeń gazowych i wyeliminowanie w 99% zanieczyszczeń pyłowych. Wadą stosowania gazu ziemnego w pojazdach jest bardzo mała ilość stacji do tankowania oraz bardzo długi czas napełniania zbiorników [3, 7]. Stan powietrza w Krakowie jest uwarunkowany emisją zanieczyszczeń komunalnych, komunikacyjnych i przemysłowych, która bardzo często jest skorelowana z występowaniem niekorzystnych warunków klimatycznych oraz słabym przewietrzaniem miasta. W 2012 roku jakość powietrza w Krakowie określona została jako niezadowalająca. Przekroczone zostały średnioroczne normy emisji pyłu, tlenków azotu i benzo(a)pirenu. Od 2009 roku miasto Kraków realizuje program ochrony powietrza, który ma na celu poprawę jakości, poprzez ograniczenie niskiej emisji oraz emisji komunikacyjnych (m.in. wymiana taboru autobusowego) [9]. 1 Mgr inż. A. Grzywa, doktorantka, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców, grzywa@agh.edu.pl 2 Mgr inż. M. Gliniak, doktorant, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców, mgliniak@agh.edu.pl 4310

2 Tabela 1. Zestawienie emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych dla norm EURO IV-VI oraz CNG. Emisja [g/km] EURO 4 EURO 5 EURO 6 CNG CO 0,5 0,5 0,5 0,24 HC 0,05 0,05 0,09 0,04 NOx 0,25 0,18 0,08 0,01 PM 0,009 0,005 0,005 0,00 Źródło: Opracowanie własne na podstawie [3, 5, 7]. Komunikacja Miasta Krakowa System transportowo-komunikacyjny w Krakowie składa się z wielu elementów infrastrukturalnych: sieć drogowo-uliczna wraz z parkingami, komunikacja zbiorowa (miejska), komunikacja lotnicza oraz transport wodny. W ramach systemu Komunikacji Miejskiej w Krakowie organizowane są przewozy na liniach autobusowych i tramwajowych. Jednostką miejską, która obecnie pełni rolę organizatora transportu publicznego jest Zarząd Infrastruktury Komunalnej i Transportu (ZIKiT). Decyduje on o lokalizacji przystanków, częstotliwości kursowania autobusów i tramwajów, zmianach tras komunikacji miejskiej, uruchamianiu nowych linii oraz wprowadzaniu nowych rodzajów biletów [6]. Od roku 2008 usługi przewozowe na terenie miasta Krakowa oraz 15 gmin aglomeracji miejskiej świadczy komunalna Spółka Akcyjna Miejskie Przedsiębiorstwo Komunikacyjne w Krakowie (MPK SA) oraz firma transportowa Mobilis Sp. z o. o., którzy funkcjonują w ramach Systemu Komunikacji Miejskiej w Krakowie na podstawie umów zawartych z Gminą Miejską Kraków [9]. Największym operatorem przewozowym w ramach systemu Komunikacji Miejskiej w Krakowie jest MPK SA. Przedsiębiorstwo odpowiada za przewóz pasażerów, dystrybucję biletów oraz przeprowadzanie kontroli biletowej [6, 12]. Na terenie Miasta Krakowa zlokalizowanych jest ponad 1800 przystanków komunikacyjnych i dworców. Komunikacja zbiorowa w Krakowie składa się z 154 linii autobusowych oraz 24 linii tramwajowych (rok 2012). Autobusy miejskie są głównie własnością MPK SA, które świadczy usługi przewozowe na 149 liniach autobusowych (pozostałe 5 linii obsługuje firma transportowa Mobilis). Całkowita długość linii autobusowych w 2012 roku wynosiła km, w skład, których wchodzą linie miejskie: dzienne (zwykłe), przyspieszone, nocne oraz linie aglomeracyjne. W Tabeli 2 zamieszono liczbę oraz długość poszczególnych rodzajów linii autobusowych. Średnia prędkość eksploatacyjna taboru autobusowego wynosi 17,6 km/h. Szacuje się, że każdego dnia w ruchu znajduje się 414 pojazdów [6, 9, 12]. Tabela 2. Zestawienie poszczególnych rodzajów linii autobusowych w Krakowie Rodzaj linii Liczba linii Długość linii [km] Dzienne Przyspieszone 5 69 Nocne Aglomeracyjne Łącznie Źródło: Opracowanie własne [raport] 4311

3 W posiadaniu MPK SA znajduje się 511 autobusów, które przydzielone są do trzech funkcjonujących zajezdni autobusowych. Średni wiek taboru autobusowego wynosi 8 lat. Udział autobusów niskopodłogowych we flocie wynosi 96%, tylko pojazdy typu Scania 113 ALB są pojazdami wysoko podłogowymi. Jedynie jedna trzecia taboru wyposażona jest w klimatyzację (pojazdy typu Solaris Urbino 12, Mercedes Citaro O 530 imercedes Citaro O 530 G) [12]. Metodyka badań Metodyka badań emisji zanieczyszczeń powietrza została oparta na obliczeniach, wykonanych na podstawie danych statystycznych i obowiązujących norm emisji spalin. Do wykonania obliczeń przyjęto, że cały tabor autobusowy MPK w Krakowie jest wyposażony w pojazdy z silnikami o tej samej normie spalania EURO. Roczny przebieg autobusów przyjęto jako 35 mln km. Obliczenia przeprowadzono dla norm spalania EURO IV-VI (silnik diesla) oraz norm emisji spalin dla pojazdów wyposażonych w silniki spalające CNG. Wyniki badań i dyskusja Przeprowadzone obliczenia i analizy wskazują znaczącą redukcję emisji zanieczyszczeń pomiędzy silnikami z różnymi normami spalania EURO i CNG (Rys. 1). Analizując Rys. 1., można zauważyć, że normy emisji spalin nie zakładają redukcji emisji tlenków węgla oraz zanieczyszczeń pyłowych. Normy zakładają emisję pyłu na poziomie 1% emisji tlenków węgla. Z wykresu wynika także zredukowanie emisji tlenków azotu o około 35% i dwukrotny wzrost emisji węglowodorów w normie EURO 6 (w porównaniu z normami EURO 4 i 5). Porównując obowiązujące normy emisji spalin z normami CNG, można zauważyć, że paliwo gazowe emituje o ponad 50% mniej tlenków węgla i węglowodorów oraz niewielką ilość tlenków azotu i pyłów (Rys. 1.). Przeprowadzone analizy pozwalają stwierdzić, że stosowanie bardziej rygorystycznych norm spalania w pojazdach w znaczący sposób poprawi jakość powietrza w otoczeniu ciągów komunikacyjnych. Ma to istotne znaczenie zwłaszcza w przypadku pyłów i tlenków azotu, których przekroczenia norm emisji są odnotowywane najczęściej w stacjach komunikacyjnych Państwowego Monitoringu Środowiska. Podobne wnioski można znaleźć w raportach o stanie środowiska, które wskazują komunikację jako jedno z głównych źródeł emisji zanieczyszczeń pyłowych i tlenków azotu. Emisja [Mg rok 1 ] ,75 6,3 8,4 1,75 0,315 1,75 0,175 3,15 2,8 0,175 1,4 0,35 0 EURO 4 EURO 5 EURO 6 CNG Norma emisji CO HC NOx PM Rys. 1. Porównanie rocznej emisji zanieczyszczeń przez tabor autobusowy Miasta Krakowa, wyposażony w silniki o różnych normach emisji EURO oraz CNG Źródło: opracowanie własne 4312

4 Podsumowanie Przeprowadzone analizy wykazały, że wyposażenie całego taboru autobusowego w pojazdy z silnikami spełniającymi normę emisji EURO VI, może znacząco przyczynić się do poprawy jakości powietrza na terenie aglomeracji krakowskiej. Korzystniejszym rozwiązaniem, z punktu widzenia jakości powietrza, jest zakup pojazdów zasilanych gazem ziemnym (CNG) ze względu na bardzo niskie emisje zanieczyszczeń gazowych i pyłowych. Stosowanie najnowocześniejszych rozwiązań technologicznych w autobusach komunikacji miejskiej, w znaczący sposób może przyczynić się do poprawy jakości powietrza na terenie miasta Krakowa oraz będzie efektem realizacji programu ochrony powietrza. Dotyczy to zwłaszcza emisji tlenków azotu, które są składnikiem smogu fotochemicznego, a także mają właściwości kancerogenne. Streszczenie W artykule przedstawiono krótki przegląd obowiązujących norm emisji zanieczyszczeń EURO oraz emisję zanieczyszczeń z silników CNG. Z przeprowadzonych analiz na podstawie danych statystycznych dla miasta Krakowa, stwierdzono, że najkorzystniejsze jest wykorzystywanie autobusów zasilanych CNG oraz spełniających normę emisji EURO VI. Inwestowanie w najnowocześniejszy i ekologiczny tabor, pozwoli na ograniczenie emisji zanieczyszczeń z transportu miejskiego oraz może przyczynić się do poprawy jakości powietrza na terenie miasta Krakowa. Słowa kluczowe: jakość powietrza, Kraków, normy emisji zanieczyszczeń EURO THE INFLUENCE OF DEVELOPMENT OF EURO EMISSION STANDARDS ON EXHALA- TION OF AIR POLLUTION FROM PUBLIC TRANSPORT VEHICLES BASED ON EXAM- PLES FROM CRACOW Abstract In the article a short review of current EURO emission standards and emission of fumes from CNG engines is presented. The analysis carried out using statistic data for Cracow city showed that the most benefitial solution would be an utilization of buses which have CNG engines and meet EURO VI emission standards. Investment in the most advanced and eco-friendly vehicles will grant a reduction of emission of fumes from public transportation and may contribute to improvement of quality of air in Cracow. Keywords: air quality, Cracow, EURO emission standards Literatura [1] Czech P., Barcik J.: Aspekty prawne indywidualnego importu używanych samochodów. Przegląd Komunikacyjny, nr 9, 2007, [2] Czech P., Barcik J.: The excise duty of imported cars legal problems. International Scientific Journal Transport Problems, vol. 2/1, 2007, [3] Filip A.: Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie. PIMOT, [4] Gense N.I.J., Riemersma Y., Such C., Ntziachristos L.: EURO VI technologies and costs for Heavy Duty vehicles. The expert panels summary of stakeholders. TNO Science and Industry for European Comission, Directorate General Environment, 12 September

5 [5] Komisja Europejska. Biała Księga. Plan utworzenia jednolitego europejskiego obszaru transportu dążenie do osiągnięcia konkurencyjnego i zasobooszczędnego systemu transportu, Bruksela, [6] Komunikacja Miejska w Krakowie, kmkrakow.pl. [7] Kowalski Ł.: Redukcja emisji substancji szkodliwych dzięki wprowadzeniu paliw metanowych analiza dla pojedynczego pojazdu. PIMOT, [8] Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych. Tom 1. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, [9] Raport o stanie miasta Krakowa w 2012 roku, [10] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 59/2009 z dnia 18 czerwca 2009 r. dotyczące homologacji typu pojazdów silnikowych i silników w odniesieniu do emisji zanieczyszczeń pochodzących z pojazdów ciężarowych o dużej ładowności (EURO VI) oraz w sprawie dostępu do informacji dotyczących naprawy i obsługi technicznej pojazdów, zmieniające rozporządzenie (WE) nr 715/2007 i dyrektywę 2007/46/WE oraz uchylające dyrektywy 80/1269/EWG, 2005/55/WE, Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej, Bruksela, [11] Sobociński R, Nagórski Z.: Tworzenie cząstek stałych w silnikach o zapłonie samoczynnym. Zeszyty Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej, nr 2, [12] Tabor MPK S.A. w Krakowie,