REDUCING THE NEGATIVE IMPACT OF PUBLIC TRANSPORT ON THE ENVIRONMENT BY USING CNG AS A FUEL

Podobne dokumenty
Analiza emisji oraz wskaźników pracy autobusu miejskiego zasilanego CNG w rzeczywistych warunkach eksploatacji

THE ANALYSIS OF THE EMISSION FROM SUV VEHICLE FITTED WITH CI ENGINE AND START-STOP SYSTEM

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

THE IMPACT OF APPLICATION OF PHOTOVOLTAIC CELLS FOR BUS ECOLOGICAL PROPERTIES

The analysis of emission from CNG city bus in terms of procedures NTE and the EU 582/2011

Analiza emisyjności pojazdu ciężkiego spełniającego normę Euro VI w warunkach rzeczywistej eksploatacji

Analysis of exhaust emissions in the NTE test of heavy-duty vehicle under real operating conditions

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

BADANIA STĘŻE Ń ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN TURBINOWEGO SILNIKA ŚMIGŁOWEGO W USTALONYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Mgr inŝ. Wojciech Kamela Mgr inŝ. Marcin Wojs

Biogas buses of Scania

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

Jacek Nowakowski Gas Business Development Manager

Wpływ sposobu rozpędzania samochodu ciężarowego na emisję toksycznych składników spalin

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

Wyznaczenie strat energii w układzie wylotowym autobusu komunikacji miejskiej w rzeczywistych warunkach eksploatacji

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

Opracowanie testu jezdnego do oceny zużycia paliwa w cyklu podmiejskim dla autobusów wyposażonych w napędy hybrydowe

Analiza emisji spalin z pojazdów wyposażonych w system start-stop

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

Przy prawidłowej pracy silnika zapłon mieszaniny paliwowo-powietrznej następuje od iskry pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

Niskoemisyjne, alternatywne paliwa w transporcie. Sławomir Nestorowicz Pełnomocnik Dyrektora ds. Paliw Metanowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

ISBN

DOŚWIADCZENIA W PRODUKCJI I EKSPLOATACJI AUTOBUSÓW JELCZ NA CNG. AGH Kraków, 8-9 maja 2009 r.

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

WYBRANE ASPEKTY ANALIZY SKŁADU SPALIN AUTOBUSÓW ZASILANYCH CNG

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

Silniki Scania Euro 6 moc na miarę każdego zadania

Warszawa, dnia 30 czerwca 2017 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII 1) z dnia 12 czerwca 2017 r.

Pojazdy Mercedes-Benz z napędem gazowym

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

EMISJA SPALIN Z WOZÓW BOJOWYCH ROSOMAK W WARUNKACH POLIGONOWYCH

Analiza porównawcza techniczno-ekonomicznych aspektów eksploatacji autobusów miejskich zasilanych olejem napędowym i gazem CNG

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

MAN Truck & Bus Ekologicznie i ekonomicznie w przyszłość. Napędy alternatywne, CNG, biogaz,hybryda

Ocena emisji zanieczyszczeń z pojazdów w rzeczywistych warunkach ruchu

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

Technika Samochodowa

WPŁYW DOWNSIZINGU NA ZUśYCIE PALIWA I EMISJĘ SUBSTANCJI SZKODLIWYCH W SPALINACH

DŁUGODYSTANSOWY. Ekonomiczne rozwiązanie dla pokonujących długie trasy. Sterownik LPG/CNG do silników Diesel.

Simulation of vehicle work in real conditions at engine test bed

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

MOŻLIWOŚĆ ODWZOROWANIA RZECZYWISTYCH WARUNKÓW PRACY SILNIKA NA SILNIKOWYM STANOWISKU HAMOWNIANYM

Spełnienie wymagań EURO4 i EURO5 przez autobusy na ON i CNG analiza porównawcza, na przykładzie wybranej floty pojazdów

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

WPŁYW MASY ŁADUNKU NA EMISJĘ CO 2 , NO X I NA ZUŻYCIE PALIWA POJAZDU CIĘŻAROWEGO O MASIE CAŁKOWITEJ POWYŻEJ KG

Analiza kosztów eksploatacji pojazdów komunikacji miejskiej na przykładzie Miejskiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego w Lublinie

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

Rating occurrence of knock combustion in a dual fuel CI engine powered by addition of biogas

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Wpływ wybranych parametrów użytkowych lekkiego pojazdu dostawczego na emisję w rzeczywistej eksploatacji

Czy technologia Duala Fuel przyśpieszy rozwój rynku NGV w Europie?

Development of road test to evaluate the fuel consumption in the urban cycle for city buses equipped with hybrid powertrain

ZASTOSOWANIE GAZU ZIEMNEGO JAKO PALIWA DO ZASILANIA SILNIKÓW W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Environmental and economic aspects of operation of various configurations of urban bus drive systems

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Rozwój krajowego rynku CNG na tle państw UE: szanse i zagrożenia

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

UCHWAŁA Nr RADY MIEJSKIEJ W ŁODZI z dnia

Redukcja emisji substancji szkodliwych dzięki wprowadzeniu paliw metanowych analiza dla pojedynczego pojazdu. mgr Łukasz Kowalski

Ryszard Michałowski, Adam Dyduch Praktyczne doświadczenia Dolnośląskiego Oddziału Obrotu Gazem Gazowni Wałbrzyskiej i Miejskiego Przedsiębiorstwa

WŁAŚCIWOŚCI GAZU ZIEMNEGO JAKO PALIWA DO ZASILANIA TŁOKOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

WPŁYW SKŁADU MIESZANKI NA EMISJĘ SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN PODCZAS ZASILANIA SILNIKA GAZEM ZIEMNYM

1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA ROZPRAWY

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

BADANIA EMISJI SPALIN W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU DROGOWEGO AKTUALNE MOŻLIWOŚCI BADAWCZE

Analiza wybranych aspektów indykowania silników w warunkach rzeczywistej eksploatacji pojazdu

Periodic tests of exhaust emissions from passenger cars with spark ignition engine

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

Najnowszy system dual fuel dla silników o zapłonie samoczynnym Stworzony całkowicie od podstaw z automatyczną kalibracją i korektą wtrysku gazu

Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

Wymagania gazu ziemnego stosowanego jako paliwo. do pojazdów

Polityka państwa wobec paliwa CNG do pojazdów w Polsce na tle rozwiązań w innych krajach

Assessment of vehicle emission indicators for diverse urban microinfrastructure

METODY OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA KOREKCJI WILGOTNOŚCI I ICH WPŁYW NA EMISJĘ TLENKÓW AZOTU

The potential of current European light duty LPG-fuelled vehicles to meet Euro 6 requirements

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

The effect of mileage of the vehicle fueled with natural gas on the vehicle s ecological indices

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

KATALIZATOR DO PALIW

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

WYMOGI NORMY EMISJI SPALIN EURO 5 W ODNIESIENIU DO POJAZDÓW ZASILANYCH LPG

Mieszanka paliwowo-powietrzna i składniki spalin

Transkrypt:

Journal of KONBiN 2(22)2012 ISSN 1895-8281 REDUCING THE NEGATIVE IMPACT OF PUBLIC TRANSPORT ON THE ENVIRONMENT BY USING CNG AS A FUEL OGRANICZENIE NEGATYWNEGO WPŁYWU KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ NA ŚRODOWISKO NATURALNE POPRZEZ ZASTOSOWANIE CNG JAKO PALIWA Jerzy Merkisz, Paweł Fuc, Maciej Bajerlein, Michał Dobrzynski, Łukasz Rymaniak, Andrzej Ziółkowski Politechnika Poznańska, Instytut Silników Spalinowych i Transportu e-mail: jerzy.merkisz@put.poznan.pl; pawel.fuc@put.poznan.pl; maciej.bajerlein@put.poznan.pl; michal.dobrzynski@put.poznan.pl; lukasz.m.rymaniak@doctorate.put.poznan.pl; andrzej.wo.ziolkowski@doctorate.put.poznan.pl Abstract: The paper presents the results of emission research city buses fueled by compressed natural gas and diesel. The exhaust emission tests were performed under actual traffic conditions on a regular bus line. For the measurement was used a mobile exhaust analyzer for the group of PEMS SEMTECH DS by Sensors Inc. Based on the obtained of the result the test determined the impact of applied compressed natural gas to reduce exhaust emissions for a vehicle fueled by diesel. Keywords: compressed natural gas, exhaust emissions, road tests Streszczenie: W artykule przedstawiono wyniki badań emisyjności autobusów komunikacji miejskiej zasilanych sprężonym gazem ziemnym i olejem napędowym. Drogowe badania emisji gazów wylotowych przeprowadzono na regularnej linii klursowania autobusów. Do pomiarów wykorzystano mobilny analizator gazów wylotowych z grupy PEMS (Portable Emissions Measurement System) SEMTECH DS firmy Sensors Inc. Na podstawie otrzymanych wyników badań wyznaczono wpływ zastosowania sprężonego gazu ziemnego na ograniczenie emisji szkodliwych i toksycznych składników gazów wylotowych w odniesieniu do pojazdu zasilanego olejem napędowym. Słowa kluczowe: sprężony gaz ziemny, emisja gazów wylotowych, badania drogowe 147

Reducing the negative impact of public transport on the environment Ograniczenie negatywnego wpływu komunikacji miejskiej na środowisko. 1. Wstęp Według badań przeprowadzonych przez Międzynarodową Agencję Energii IEA (International Energy Agency) światowe zapotrzebowanie na podstawowe surowce energetyczne w 2008 roku wyniosło 5,12 10 11 GJ. W porównaniu do roku 1973 zapotrzebowanie to zwiększyło się o około 50% [2]. Głównymi surowcami energetycznymi eksploatowanymi obecnie przez człowieka są: ropa naftowa, węgiel kamienny oraz gaz ziemny. W grupie państw nalężących do Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju OECD (Organization for Economic Co-operation and Development) największy udział w zapotrzebowaniu energetycznym w 2009 roku miała ropa naftowa, który wyniósł 37,2%. Na drugim miejscu znajdował się gaz ziemny, którego udział wyniósł 24,2% [2]. Światowa produkcja gazu ziemnego począwszy od 1971 do 2009 roku zwiększyła się prawie trzykrotnie i wynosi obecnie około 3000 Tm 3 (rys. 1). Liderami produkcji tego surowca są Stany Zjednoczone oraz Federacja Rosyjska. Rys. 1. Światowa produkcja gazu ziemnego na przełomie 1971-2009 [2] Rosnące zapotrzebowanie oraz niewystarczająca produkcja NG (natural gas) w Stanach Zjednoczonych spowodowała poszukiwanie nowych złoż tego surowca. Efektem intensywnych prac badawczych trwających od ponad 20 lat jest odrykcie oraz eksploatacja gazu ziemnego z niekonwencjonalnych źródeł. Terminem tym określa się ogólnie nowe typy złoż gazu, które ze względu na specyficzną technologię wydobycia nie były eksploatowane przez przemysł naftowy. Obecnie dzięki zwiększeniu opłacalności i rozwoju technik wydobycia możliwe jest eksploatowanie złoż gazu łupkowego (shale gas), gazu zamkniętego (tight gas), tj. gazu zatrzymanego w głębokich częściach basenów sedymentacyjnych. 148

Jerzy Merkisz, Paweł Fuc, Maciej Bajerlein, Michał Dobrzynski, Łukasz Rymaniak, Andrzej Ziołkowski 2. Charakterystyka i technologie wydobycia gazu łupkowego Gaz łupkowy składa się głównie z metanu wraz z domieszką gazów wysokowęglowodorych takich jak: etan, propan czy butan. Rzadziej zawiera on gazy niewęglowodorowe: azot, dwutlenek węgla czy siarkowodór. Gaz łupkowy pod względem genezy powstawania jest taki sam jak gaz pochodzący ze złoż konwencjonalnych i powstaje w łupkach bogatych w substancje organiczne. Jest to jednak ta cześć gazu, która nie zdołała wydostać się ze skały macierzystej, ponieważ łupki mają bardzo niską zdolność do przepuszczania węglowodorów. Kluczowym parametrem geologicznym decydującym o wielkości złoża gazu jest wysoka koncentracja substancji organicznej w skale macierzystej. Rozproszone w skale konglomeraty szczątków organicznych przekształtając się w gaz ziemny wypalają się, pozstawiając po sobie pustki skalne, które zastępuje powstający gaz. Strefy nasycone gazem występują w sposób ciągły na rozległym obszarze, który może obejmować nawet setki kilometrów przykładowo watsrwa o grubości 100 m może rozpościerać się w basenie o średnicy 50 km, z czego 10% wypełnia gaz, w dodatku sprężony [8]. Rys. 2. Rozkład niekonwencjonalnych złoż gazu ziemnego i ropy naftowej w basenie sedymentacyjnym [8] W prawdzie złoża gazu łupkowego mają prostrzą genezę i są łatwiejsze do znalezienia niż złoża konwencjonalne, ale produkcja z nich gazu ziemnego jest dużo trudniejsza. Wynika to z ich niskiej rzepuszczalności dla gazu, a jeszcze niższej dla ropy naftowej. Przepuszczalność konwencjonalnych skał zbiornikowych zawiera się zazwyczaj w szerokim zakresie 1-1000 md, natomiast dla łupków gazonośnych przepuszczalność jest rzędu nd. Oznacza to, że naturalna zdolność dopływu gazu ziemnego do wiertniczego otworu produkcyjnego jest znikoma [8]. 149

Reducing the negative impact of public transport on the environment Ograniczenie negatywnego wpływu komunikacji miejskiej na środowisko. Według danych opublikowanych przez Ministerstwo Środowiska w Polsce udzielono 101 koncesji na poszukiwanie gazu ze złoż niekonwencjonalnych. Najbardziej perspektywiczne obszary należą do takich dużych firm naftowych jak: PGNiG, Orlen, Exxon, Marathon [9]. Jak wynika z szacunków Ministerstwa Środowiska największy obszar w Polsce stanowią złoża gazu łupkowego (rys. 3). W centrum kraju występuje niewielki obszar złoż gazu zamkniętego. Według raportu amerykańskiej agencji USGS (United States Geological Survey) w Polsce może występować nawet 5,3 biliona metrów sześciennych gazu ziemnego zgromadzonego w niekonwencjonalnych źródłach. Powyższe dane świadczą o możliwości wiekszego wykorzystania gazu ziemnego jako paliwa alternatywnego stosowanego jako źródło zasilania pojazdów użytkowych [9]. Rys. 3. Mapa obszarów występowania gazu ziemnego w niekonwencjonalnych źródłach [9] 3. Możliwość stosowania gazu ziemnego jak źródła napędu pojazdów W związku ze światową polityką źrównoważonego wykorzystywania konwencjonalnych złóż energii prowadzonych jest szereg prac dotyczących poszukiwania alternatywnych źródeł energii, które mogą posłużyc do napędu pojazdów. Dla grupy pojazdów użytkowych (pojazdy ciężarowe i autobusy) najkorzystniejsze stało się obecnie wykorzystywanie gazu ziemnego jako paliwa silnikowego. Te pojazdy mogą być zasilane dwoma rodzajami gazu ziemnego: sprężoną CNG (compressed natural gas) oraz skroploną LNG (liquefied natural gas). Najcześciej producenci pojazdów wykorzystują sprężoną formę gazu ziemnego ze względu na lepsze właściwości eksploatacyjne niż właściwości formy skropnej. CNG sprężany jest do ciśnienia 20 25 MPa i podczas całego procesu 150

Jerzy Merkisz, Paweł Fuc, Maciej Bajerlein, Michał Dobrzynski, Łukasz Rymaniak, Andrzej Ziołkowski sprężania pozostaje w formie gazowej. Jego wartość opałowa jest najwyższa spośród paliw silnikowych i wynosi 55,5 MJ/kg. W pojeździe CNG jest magazynowany w specjalistycznych zbiornikach wykonanych z materiałów kompozytowych zgodnie z normą ECE R110. LNG ze względu na swoją niską temperaturę wynoszącą -162 o C musi być magazynowany w specjalistycznych zbiornikach kriogenicznych, co znacznie utrudnia jego eksploatację [3]. Dzięki wysokiej odporności gazu ziemnego na spalanie stukowe oraz łatwości mieszania się z powietrzem (szybsze uzyskanie mieszani jednorodnej) silniki zasilane CNG mogą pracować według obiegu Otto podobnie jak silniki zasilane benzyną. Ze względu nadużą wartość energii aktywacji zapłonu wymagane jest zastosowanie układów zapłonowych o wyższym wyładowaniu elektrycznym na elektrodach świecy zapłonowej (min. 30 kv). Silniki zasilane CNG ze względu na sposób tworzenia mieszanki możemy podzielić na dwie grupy: silniki o bezpośrednim wtrysku gazu do cylindra i silniki tworzące mieszanke paliwopowietrzą poza komorą spalania. Najpopularniejsze obecnie są jednostki spalinowe o wiepunktowym wtrysku paliwa do kolektora dolotowego. Silniki te mogą pracować zarówno na mieszankach stechiometrycznych, jak i ubogich. Wysokie dopuszczalne limity emisji gazów wylotowych spowodowały że silniki zasilane CNG pracują na mieszankach stechiometrycznych ze względu na zamontowany w układzie wylotowym pojazdu trójfunkcyjny reaktor katalityczny [1, 3]. 4. Metodyka badawcza Celem przeprowadzonych badań było porówanie emisji gazów wylotowych autobusów komunikacji miejskiej zasilanych sprężonym gazem ziemnym oraz olejem napędowym w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Aby najlepiej odwzorować rzeczywiste warunki eksploatacji pojazdów zdecydowano przeprowadzić badania na regularnej trasie kursowania autobusów MPK Poznań. Wybrano trasę zaliczaną do grupy najbardziej obciążonych tras w Poznaniu (rys. 4). Jej długośc wynosi 16 km i posiada 43 przystanki. Zaczyna się w północnej części miasta, następnie przebiega przez scisłe centrum miasta, a kończy się w południowej częsci miasta nieopodal autostrady A2. Duża liczba przystanków, a także przebieg trasy warunkują dużą zmianę przyspieszeń pojazdu, co znacząco wpływa na emisję gazów wylotowych i zużycie paliwa. Obiektami badawczymi były dwa autobusy zasilane sprężonym gazem ziemnym i olejem napędowym (tab. 1). Autobus zasilany CNG wyposażony był w silnik o pojemności 8,9 dm 3 i mocy 235 kw pracujący według obiegu Otto. Pojazd wyposażony był w trófunkcyjny reaktor katalityczny wraz z sondą lambda pracującą w pętli sprężenia zwrotnego. 151

Reducing the negative impact of public transport on the environment Ograniczenie negatywnego wpływu komunikacji miejskiej na środowisko. Rys. 4. Trasa wykorzystana do badań emisyjności pojazdów Na dachu pojazdu umieszczono 8 kompozytkowych zbiorników na sprężony gaz ziemny o pojemności 214 dm 3 każda (rys. 5). Te zbiorniki zwiększyły wyskość pojazdu, do 3 400 mm, co w wielu przypadkach może stanowić poważne utrudnienie ze względu na infrastrukture drogową danej aglomeracji miejskiej (wyskość wiaduktów, nisko zawieszona sieć trakcyjna, itp.). Pojazd zasilany olejem napędowym posiadał silnik spalinowy o pojemności 9,2 dm 3 i mocy 231 kw. Pojazd był wyposażony w układ selektywnej redukcji katalitycznej oraz filtr cząstek stałych. Oba badane pojazdy spełniały norme emisji gazów wylotowych EEV. Tabela 1.Charakterystyka badanych autobusów Parametr Pojazd zasialny CNG Pojazd zasilany ON Rodzaj zapłonu Iskrowy Samoczynny Pojemność silnika 8,9 dm 3 9,2 dm 3 Liczba cylindórw 6 6 Moc maksymalna 235 kw przy 231 kw przy Maksymalny moment obrotowy Norma emisji gazów wylotowych Układ oczyszczania gazów wylotowych 2000 obr/min 1356 Nm przy 1300 obr/min EEV TWC 1900 obr/min 1275 Nm przy 1100 1710 obr/min EEV SCR/DPF Długość 18 000 mm 18 000 mm Wysokość 3 400 mm 3 050 mm Waga 24 000 kg 24 000 kg 152

Jerzy Merkisz, Paweł Fuc, Maciej Bajerlein, Michał Dobrzynski, Łukasz Rymaniak, Andrzej Ziołkowski A Rys. 5. Zbiorniki na CNG zainstalowane na dachu pojazdu A wraz z zamontowanym przepływomierzem do pomiaru masowego nateżenia przepływu gazów wylotowych (zaznaczony czerwoną strzałką) Do badań wykorzystano mobilny przyrząd SEMTECH DS służący do pomiaru szkodliwych i toksycznych składników gazów wylotowych w rzeczywistych warunków eksploatacji (rys. 6). Przyrząd umożliwiał pomiar CO 2, CO, NO x (NO + NO 2 ), oraz THC (CH 4 + NMHC). Przyrząd posiada własną stację metrologiczną, system pozycjonowania GPS oraz umożliwia odczyt danych z układu diagnostycznego pojazdu [4-7]. Rys. 6. Aparatura pomiarowa zainstalowana we wnętrzu autobusu - SEMTECH DS 153

Reducing the negative impact of public transport on the environment Ograniczenie negatywnego wpływu komunikacji miejskiej na środowisko. 5. Wyniki badań i dyskusja Na podstawie informacji odczytanych z układu GPS wyznaczano charakterystyki udziału czasu pracy w funkcji prędkości i przyspieszenia. Dla pojazdu zasilanego CNG wyróżniono dwa obszary o znacznym udziale czasu pracy (rys. 7a). Pierwszy przypadł dla biegu jałowego i wyniósł 25%, a drugi wystąpił w przedziale prędkości 8 14 m/s (30 50 km) w zakresie przyspieszeń 0 1,2 m/s 2 i stanowił 44% całkowitego czasu pracy pojazdu. Dla pojazdu zasilanego olejem napędowym główny obszar pracy przypadł dla zakresu prędkości 0 18 m/s (0 65 km/h) w przedziale przyspieszeń -0,6 1,2 m/s 2 podobnie jak w przypadku pojazdu zasilanego CNG (rys. 7b). Największy udział czasu pracy dla pojazdu zasilanego ON wystąpił dla biegu jałowego i wyniósł około 25%. Zbliżony rozkład udziału czasu pracy w przedziałach prędkości i przyspieszenia, jak również względna różnica średnich prędkości badanych pojazdów wynosząca 4% świadczą o powtarzalności przeprowadzonych pomiarów. Powyższe kryteria pozwoliły na porównanie emisyjności pojazdów w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Poniżej przedstawiono przykładowo przebiegi emisji sekundowej CO i NO x uzyskane przez pojazdy podczas badań drogowych. Analizując przebiegi emisji sekundowej CO stwierdzono, że pojazd zasilany CNG uzyskał wyższe jej wartości niż pojazd zasilany ON (rys. 8). To można uzasadnić odmiennym sposobem spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku zasilanym CNG spalane są stechiometryczne, bądź do nich zbliżone, mieszanki. Sprzyja to nasileniu zjawiska niezupełnego spalania, które jest jedną z głównych przyczyn powstawania CO. W silnikach zasilanych ON spalane są mieszanki ubogie z dużym współczynnikiem nadmiaru powietrza. Skutkuje to intensywniejszym utlenieniem CO do CO 2 niż w przypadka spalania mieszanek stechiometrycznych. a) b) Rys. 7. Charakterystyka udziału czasu pracy pojazdu w przedziałach prędkości i przyspieszenia: a) pojazd zasilany CNG, b) pojazd zasilany ON 154

Jerzy Merkisz, Paweł Fuc, Maciej Bajerlein, Michał Dobrzynski, Łukasz Rymaniak, Andrzej Ziołkowski Rys. 8. Przebieg emisji sekundowej CO oraz przyspieszenia pojazdów zasilanych CNG i ON Odmienną sytuację zaobserwowano w przypadku emisji sekundowej NO x (rys. 9). Pojazd zasilany ON charakteryzował się o wiele większą emisją niż pojazd zasilany CNG. To wynikało przede wszystkim z charakterystyki pracy pozasilnikowych układów oczyszczania gazów wylotowych zaimplementowanych w układach wylotowych pojazdów. W przypadku pojazdu zasilanego CNG zastosowany trójfunkcyjny reaktor katalityczny (TWC) charakteryzuje się bardzo wysokim stopniem konwersji NO x na poziomie ponad 90%. W przypadku układu selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) stopień konwersji NO x uzależniony jest od szeregu czynników. Jak pokazały wcześniejsze, niepublikowane badania autorów osiągniecie wysokiego stopnia konwersji przez układ SCR podczas rzeczywistej eksploatacji jest trudne. Ten fakt potwierdza wynik badań zrealizowanych w niniejszej pracy, w których pojazd zasilany ON uzyskał o 90% wyższą emisję sekundową NO x niż pojazd zasilany CNG. Na dodatkowe poparcie tej tezy, można stwierdzić że przejazd pojazdu zasilanego CNG charakteryzował się większą zmiennością przyspieszeń. Większa zmienność przyspieszeń pojazdu powoduje wzrost zużycia paliwa, którego efektem jest m.in. wyższa temperatura w komorze spalania silnika. To stwarza korzystne warunki do formowania NO x (mechanizm szybkiego powstawania NO x ). 155

Reducing the negative impact of public transport on the environment Ograniczenie negatywnego wpływu komunikacji miejskiej na środowisko. Rys. 9. Przebieg emisji sekundowej NO x oraz przyspieszenia pojazdów zasilanych CNG i ON 6. Podsumowanie, Wnioski Na podstawie przeprowadzonych pomiarów emisji gazów wylotowych stwierdzono, że względna różnica emisji drogowej dla pojazdu zasilanego CNG w odniesieniu do pojazdu zasilanego ON kształtowała się następująco (rys. 10): CO 2 spadek o 6%, CO wzrost o 45%, NO x spadek o 90%, THC wzrost o 156%. Powyższe wartości świadczą o zmniejszeniu negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne pojazdów komunikacji miejskiej zasilanych CNG w przypadku CO 2 i NO x. Należy podkreślić, że są to związki które odpowiadają głównie za efekt cieplarniany i zmniejszenie ich emisji wpływa lokalne na ograniczenie zjawiska smogu fotochemicznego. Zasadnym zatem staje się włączenie do floty miejskich operatorów komunikacyjnych pojazdów zasilanych CNG, gdyż poprawi to sumaryczny bilans emisji. 156

Jerzy Merkisz, Paweł Fuc, Maciej Bajerlein, Michał Dobrzynski, Łukasz Rymaniak, Andrzej Ziołkowski Rys. 10. Względna emisja drogowa CO 2, CO, NO x, THC dla obu pojazdów 7. Literatura [1] Ambrozik A.: Wybrane zagadnienia procesów cieplnych w tłokowych silnikach spalinowych; Wyd. Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2003. [2] IEA STATISTICS: Natural Gas Information; France 2010. [3] Kruczyński S., Wołoszyn R., Stępniewski M.: Spalanie mieszanki gazu ziemnego z powietrzem w silniku o zapłonie iskrowym; Combustion Engines / Silniki Spalinowe 3/2011 (146), 2011. [4] Merkisz J., Lijewski P., Fuc P., Pielecha J.: Exhaust emission tests from agricultural machinery under real operating conditions. SAE 2010 Commercial Vehicle Engineering Congress, October, 2010, Chicago, IL, USA, SAE Paper 2010-01-1949, 2010. [5] Merkisz J., FucP.: The Exhaust Emission from Light Duty Vehicles in Road Test in Urban Traffic. SAE Technical Paper Series 2010-01-1558, (2010). [6] Merkisz J., Pielecha J., Fuc P., Lijewski P.: The analysis of the PEMS measurements of the exhaust emissions from city buses using different research procedures. The 8th IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference VPPC 2012, Org. KIEE, Paper No. F20120618-0339Seul 9-12.10.2012, s. 903-907. [7] Merkisz J., Idzior M., Pielecha J., Gis. W.: Emission tests in city buses under real road conditions. Book Urban Transport XVI Urban Transport and the Environment in the 21st Century, Edited by A. Pratelli and C.A. Brebbia. WIT Transactions. WIT Press 2010, Wessex, UK, s. 181-189. [8] Poprawa P.: Nadzieja w łupkach; Wiedzia i Życie Energia; numer specjalny 5/2011. [9] www.mos.gov.pl 157

Reducing the negative impact of public transport on the environment Ograniczenie negatywnego wpływu komunikacji miejskiej na środowisko. Prof. dr hab. inż. Jerzy Merkisz. Profesor na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu. Dr inż. Paweł Fuc. Adiunkt na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu. Dr inż. Maciej Bajerlein. Adiunkt na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Mgr inż. Michał Dobrzynski. Doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu. Mgr inż. Lukasz Rymaniak. Doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu. Mgr inż. Andrzej Ziółkowski. Doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu. 158