Emisja spalin z silników samochodów ciężarowych

Zagadnienia opisane w tym dziale omawiamy również na organizowanym cyklicznie szkoleniu Specjalista ds. Emisji. Zakres przedstawiamy na przykładzie szkolenia przeprowadzonego 24-25.09.2024

Zobacz news "Zalecenie Komisji Europejskiej w sprawie pomiarów zadymienia z samochodów"

Metodologia wyznaczania emisji zanieczyszczeń z transportu samochodowego określona została w metodyce EMEP/CORINAIR oraz w programie COPERT. Metodyka ta jest powszechnie stosowana w ocenie emisji z dróg publicznych. Jest ona również właściwa do wyznaczenia emisji spalin wywołanej transportem ciężarowym na terenie zakładów przemysłowych. Na tle pozostałych grup pojazdów, ciężkie samochody ciężarowe zostały sklasyfikowane w metodologii Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) zgodnie z poniższą tabelą:

źródło: Table 3-6: Summary of all vehicle classes covered by the methodology, B710 Emission Inventory Guidebook

* norma EURO VI dla samochodów ciężarowych została wprowadzona Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) NR 595/2009 z dnia 18 czerwca 2009 r.

Algorytmy obliczeniowe metodyki EMEP/CORINAIR i programu COPERT uwzględniają większość czynników decydujących o wielkości emisji spalin z samochodów poruszających się po drogach, w tym:

• natężenie ruchu,

• strukturę pojazdów,

• normatywy emisji (klasy EURO),

• prędkość pojazdów,

• stopień załadowania,

• nachylenie drogi.

Algorytmy do wyznaczania emisji spalin zostały przedstawione w instrukcji B710 oraz w formie gotowych narzędzi obliczeniowych. W instrukcji określono również udziały niektórych substancji w obrębie grupy, np. udział dwutlenku azotu w sumie tlenków azotu (NO₂/NO_X), co może być przydatne w ocenie oddziaływania emisji na jakość powietrza atmosferycznego. Dane odpowiadające emisji zanieczyszczeń z ciężkich samochodów ciężarowych przedstawiamy w poniższej tabeli.

źródło: Table 9-2: Mass fraction of NO2 in NOx emissions, B710 Emission Inventory Guidebook

Udział dwutlenku azotu w sumie tlenków azotu nabiera szczególnego znaczenia wobec wymagań stawianych jakości spalin, które wymuszają ich oczyszczanie w zestawie urządzeń zawierającym katalizator do selektywnej redukcji NO_X (SCR). Zgodnie z zamysłem Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) NR 595/2009 Komisja Europejska powinna być uprawniona do wprowadzania do załącznika I do rozporządzenia wartości granicznych poziomów składnika NO₂ w wartości granicznej NO_X. Uprawnienie to odnosi się również do zmiany podejścia do oceny emisji cząstek stałych, według którego normowana jest nie tylko łączna masa, ale również ilość (liczba) cząstek stałych. Zmiana sposobu normowania zanieczyszczeń stałych wynika z celów Wspólnoty w zakresie ograniczenia emisji pyłów drobnych oraz zmiany charakterystyki emisji pyłów z samochodów spowodowanej stosowaniem filtrów DPF.

W metodologii EMEP/CORINAIR określono również udział sadzy (elemental carbon EC) w pyle zawieszonym PM2,5:

źródło: Table 9-3: Split of PM in elemental (EC) and organic mass (OM), B710 Emission Inventory Guidebook

Według informacji zawartych w instrukcji B710 sto procent pyłu zawieszonego zawartego w spalinach samochodowych stanowią pyły drobne, zatem emisja pyłu zawieszonego PM10 jest równa emisji pyłu PM2,5. Inny rozkład uziarnienia przyjmuje się dla pyłu pochodzącego ze ścierania opon oraz ze ścierania elementów hamulców i ścierania nawierzchni drogi. Zgodnie z informacjami zawartymi w instrukcji B770 udział pyłu z poszczególnych przedziałów średnic wynosi:

źródło: Table 5: Size distribution of tyre wear emitted particles, Table 6: Size distribution of brake wear emitted particles, Table 7: Size distribution of road surface wear emitted particles, B770 Emission Inventory Guidebook

W ocenie oddziaływania zakładu na powietrze atmosferyczne stosuje się jeden z 3 sposobów postępowania ze źródłami komunikacyjnymi:

- całkowite pominięcie emisji z transportu samochodowego: stosowane dla małych zakładów, w których łączna ilość przewożonych materiałów i ilość stanowisk do ich rozładunku / załadunku decyduje o niskiej intensywności ruchu. Wiele spośród tego rodzaju zakładów charakteryzuje natężenie ruchu rzędu kilku samochodów w ciągu godziny i nie więcej niż 10 tys. pojazdów w ciągu roku, co sprawia, że emisja spalin samochodowych z dróg wewnętrznych nie ma istotnego znaczenia w kształtowaniu jakości powietrza atmosferycznego,

- model uproszczony: przyjęcie dla poszczególnych parametrów jednej reprezentatywnej wartości, to jest jednego rodzaju samochodów, jednego standardu spalin, jednej prędkości dla wszystkich odcinków dróg, itd. Model ten stosowany jest dla średnich i dużych zakładów. Przy zachowaniu zasad przyjmowania założeń nie powodujących zaniżenia emisji pozwala z dostateczną wiarygodnością ocenić oddziaływanie transportu na terenie zakładu na powietrze atmosferyczne. Możliwe jest również stosowanie opublikowanej przez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych i Autostrad ogólnej struktury pojazdów spełniających poszczególne klasy normy EURO,

- model dokładny: uwzględniający strukturę pojazdów ciężarowych właściwą dla samochodów poruszających się po terenie zakładu oraz odpowiednie parametry dla poszczególnych odcinków dróg.

W przypadku uwzględnienia w obliczeniach stężeń substancji w powietrzu emisji niezorganizowanej z transportu samochodowego należy pamiętać o ograniczeniach i niedoskonałościach referencyjnej metodyki modelowania, w szczególności dotyczących wyniesienia smugi i strefy mieszania.

Opisując zagadnienia emisji spalin z silników samochodów ciężarowych nie sposób pominąć znaczenia transferu technologii i wykorzystania przez branżę motoryzacyjną doświadczeń w oczyszczaniu gazów odlotowych z instalacji przemysłowych, np. wobec selektywnej redukcji katalitycznej tlenków azotu (SCR). Odmienne względem metod kontroli emisji przemysłowych jest natomiast podejście do eksploatacji źródła emisji bez poprawnie działających urządzeń ochronnych. W prawie unijnym dla powszechnie stosowanych metod oczyszczania spalin wykorzystujących odczynnik ulegający zużyciu (adblue), zamiast systemu kontroli i kar za nieprzestrzeganie parametrów emisji określono zasady eksploatacji samochodów. W Rozporządzeniu (WE) NR 595/2009 zapisano w artykule 7 punkt 2 zasadę, zgodnie z którą „użytkownicy pojazdów zapewniają, by pojazdy nie były użytkowane bez odczynnika ulegającego zużyciu.” Rozporządzenie Komisji (UE) NR 582/2011 z dnia 25 maja 2011 r. wykonujące i zmieniające rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 595/2009 wprowadza w tym celu w załączniku nr 13 następujące rozwiązania techniczne:

- system ostrzegania kierowcy o niskim poziomie odczynnika, niewłaściwej jakości odczynnika, zbyt niskim zużycia odczynnika lub nieprawidłowym działaniu,

- system wymuszający powodujący najpierw ograniczenie działania, a następnie skuteczne zablokowanie działania pojazdu:

- system wymuszający niskiego poziomu: system zmniejsza maksymalny dostępny moment obrotowy silnika w całym zakresie prędkości obrotowych silnika o 25 %,

- system stanowczego wymuszania:

a) układ „wyłączenia po ponownym uruchomieniu” ogranicza prędkość pojazdu do 20 km/h („tryb pełzania”) po wyłączeniu silnika przez kierowcę („kluczyk wyłączony”),

b) układ „wyłączenia po tankowaniu” ogranicza prędkość pojazdu do 20 km/h („tryb pełzania”) po podniesieniu się poziomu paliwa w zbiorniku o ilość możliwą do zmierzenia, która wynosi nie więcej niż 10 % pojemności zbiornika paliwa i wymaga zatwierdzenia przez organ udzielający homologacji na podstawie parametrów technicznych miernika poziomu paliwa i oświadczenia producenta,

c) układ „wyłączenia po parkowaniu” ogranicza prędkość pojazdu do 20 km/h („tryb pełzania”) po zatrzymaniu pojazdu na więcej niż godzinę,

d) układ „wyłączenia czasowego” ogranicza prędkość pojazdu do 20 km/h („tryb pełzania”), kiedy pojazd zatrzymuje się po raz pierwszy po ośmiu godzinach pracy silnika, o ile wcześniej nie włączył się żaden z ww. systemów.