Mezőgazdasági, építőipari és egyéb ipari önjáró gépeket és berendezéseket hajtó motorok emissziói

Átírás

1 LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM 2.1 Mezőgazdasági, építőipari és egyéb ipari önjáró gépeket és berendezéseket hajtó motorok emissziói Tárgyszavak: levegőszennyezés; mezőgazdasági gép; építőipari gép; dízelemisszió; részecskekibocsátás. A nemzetközi szakirodalom számos közleményében elemzett kibocsátók (közlekedés, ipar, háztartások) mellett viszonylag kevés tanulmány szól a mozgó gépek és berendezések különösen ártalmas, dízelrészecskéket és nitrogén-oxidokat tartalmazó emisszióiról. A mozgó gépek és berendezések hajtóberendezéseinek gyűjtőfogalma a motorok széles skáláját öleli fel a régi fűnyírók kétütemű kismotorjától az építőipari és mezőgazdasági gépekbe beépített nagy teljesítményű dízelmotorokig. A német Szövetségi Környezetügyi Hivatal (Umweltbundesamt, UBA), felismerve az eddigi emissziós becslések elégtelenségét, valamint az emissziós maximumok európai NEC-direktíváinak és a belőle levezetett két évi részletes direktíváknak való megfelelés és ehhez az intézkedési tervekhez nélkülözhetetlen adatbázis-felállítás szükségességét, megbízta a heidelbergi Energia- és Környezetkutatási Intézetet (Institut für Energie- und Umweltforschung, IFEU), a németországi gépjármű-közlekedés energiafelhasználására és légszennyező kibocsátására vonatkozó évi számítógépes modelljének (Transport Emission Estimation Model, TREMOD) kibővítéseként a mobil gépekre és berendezésekre is kiterjedő rugalmas, jól kezelhető, forgatókönyvek leképezésére alkalmas TREMOD-MM kifejlesztésével. Németországban a közúti gépjárművek kipufogógáz-koncentrációit már az 1980-as években szabályozták, ezt a mobil berendezésekben levő motorok kibocsátásainak rendeleti korlátozása csak több mint tíz év múlva követte, mégpedig a névleges motorteljesítménytől függő

2 megengedett emisszióval (amely egy meghatározott ciklus alatt végzett munkának felel meg), g/kwh és bevezetési határidő kijelölésével. A piacon legújabban megjelent fűnyírókba, fűrészekbe, építőgépekbe beépített motorok emissziókorlátozása csak 2004 óta, sportcsónakok motorjaié csak 2006-tól (négyüteműek), ill től (kétüteműek) érvényes. Határértékek és számítási módszerek A mobil gépek kibocsátására néhány éve érvényben levő modellek Nonroad (USEPA, US Environmental Protection Agency), COPERT (Aristoteles Egyetem, Tesszaloniki, Görögország), Handbuch (= Kézikönyv, BUWAL, Bundesant für Umwelt, Wald und Landschaft = Szövetségi Környezet-, Erdő- és Tájvédelmi Hivatal) még nem vehették figyelembe az azóta hatályba lépett szabályozásokat, továbbá az átláthatóság és a forgatókönyvképzés korszerű elvárásainak sem felelnek meg. Ezért készült el az emissziók kiszámítására szolgáló, új ismereteken nyugvó TREMOD-MM modell, amellyel meg lehet határozni különböző területeken (mezőgazdaság, ipar, építőipar, erdőgazdaság, háztartás, kertápolás, sport) használt gépekbe és eszközökbe beépített motorok üzemanyag-felhasználását és kibocsátását néhány kiválasztott légszennyezőből (NO x, SO x, CO, CH, azaz szénhidrogének, dízelrészecskék), 1980 és 2020 között, Németország területére. A számítás alapját az állományok hasonló kibocsátású rétegek szerinti megkülönböztetése képezi. A felosztás szintjei: a gép kategóriája, nagysága, ill. teljesítménye, majd kora (1. ábra). A végeredmény a megfelelő emissziós norma hozzárendelése. A felsorolt adatok kb ig megszerezhetők statisztikákból és az IFEU felmérésekből, a későbbiek hatóságokkal és gazdasági szereplőkkel egyeztetett szakértői becslések. Az állományok részére (valamennyi rétegére) a kipufogógázemissziók kiszámításának ugyanazon egyenlete érvényes: E A = Anz P Z LF EF,

3 amelyben E A = kipufogógáz (pl kw teljesítményű, 1990-ben gyártott traktorok kibocsátásai a 2000-es viszonyítási évben), Anz = a gépek/eszközök/járművek száma/állománya, P = a réteg névleges teljesítményének átlaga, Z = az üzemórák száma, LF = jellemző átlagos terhelési tényező (<1), EF = emissziós faktor, g/kwh. ágazat gépkategória méretosztály kor (használati idő) emissziós norma mezőgazdaság vontatók >75 kw új gép 3. lépcső ipar/építőipar erdőgazdaság kombájnok (arató/ cséplő gépek) kw kw 1 év 2 év 2. lépcső 1. lépcső háztartás, kert sport- és utasszállító hajók vasút katonaság >18 kw 3 év 4 év 5 év 6 év lépcső előtt emissziós faktorok 1. ábra A berendezés- és gépállományok felosztásának, ill. megkülönböztetésének menete Ez a mozgó berendezések emisszóinak meghatározására nemzetközileg elfogadott, ún. állománymódszer az egyenletben szereplő adatokat egyszerűsítve, csupán a motor használata alapján állapítja meg az egyes rétegekre jellemző EF emissziós tényezőt. Ennek részei az alaptényező, az öregedési és

4 az átmeneti, ún. alkalmazkodási tényező, amely a dinamikusan használt motor emisszióját jellemzi a stacionárius működéshez viszonyítva. Az emissziós tényező három összetevőjét szakirodalmi kutatás, 690 dízelmotoron végzett méréssorozat és ezúttal is az eredmények gyakorlati szakemberekkel való egyeztetése alapján vezették le. A közvetlen kibocsátásokon kívül figyelembe vették a tankolási és az elpárolgási emissziókat is. Mezőgazdasági berendezések kibocsátásai A különféle mezőgazdasági önjáró munkagépekben használt dízelmotorok széles skálájában a névleges teljesítmény a nagy kombájnokban és vontatókban működő 130 kw-tól a különféle speciális kisgépek 18 kw-jáig vagy még ennél is kisebb motorjaiig terjed. A gépek üzemidejének meghatározásához a használt gépek vásárán gyűjtötték a legtöbb adatot. A kis traktorok üzemideje általában hosszabb, mint a nagy gépeké. A TREMOD-MM modell segítségével kiszámított mezőgazdasági dízelrészecske-emisszió 1998-ig nő, majd az újabb gyártású, kisebb kibocsátású motorok terjedése és a határértékek szigorítása nyomán fokozatosan csökken. A nitrogén-oxid-emisszió 2005-ben fogja elérni maximumát, újabb szabályozás Németországban csak ezután várható. Ipari és építőipari berendezések emissziói Az ugyancsak nagy teljesítménytartományt átfogó építőipari gépekre a magas-, mély- és útépítésnél van szükség. Ezeket is nagyrészt dízelmotor hajtja, ezzel szemben a különböző daruk, szivattyúk, hegesztő- és hűtőegységek villamos hajtásúak, tehát közvetlenül nem járulnak hozzá a légszennyező kibocsátásokhoz. Az ipar területén a rakodóberendezéseket kell számításba venni. Nagy teljesítményük és sok évi használati idejük folytán a rakodógépek, a betonkeverők és a villás targoncák járulnak hozzá leginkább az ágazat részecske- és nitrogén-oxid-kibocsátásaihoz. A modellszámítások szerint 1999-től kezdve szintén a törvé-

5 nyes szabályozásnak és korszerű motorok forgalomba kerülésének köszönhetően mindkettő fokozatosan csökken. Ez a csökkenés (2010-ig), ill ig nitrogén-dioxidokra 42 (67), üzemanyag-részecskékre 58 (42)%-os lesz. Mozgó gépek és berendezések összes emissziói A mezőgazdaság az iparral és az építőiparral együtt kb. tízszer anynyi üzemanyagot használ fel, mint a további két vizsgált szektor: a háztartások és az erdőgazdaság. Minthogy pedig a nagy fogyasztó ágazatok gépei jobbára dízelmotorokkal működnek, az NO x -kibocsátásokban 90%- os, a dízelemissziókban 98%-os a részarányuk. A másik két, benzin- és villanymotoros berendezéseket használó ágazatban viszont nagy a CHemisszió: a háztartási és kertápolási kisgépek 2000-ben kétszer annyi szénhidrogént bocsátottak ki, mint az ipari szektorok (1. táblázat). A évig 160 kt-ra emelkedő NO x -emissziók 2020-ban az említett okokból 60 kt alá esnek vissza. A dízelemissziókból a csökkenés már 1999-ben megindul a 2020-as 5 kt értékig. 1. táblázat A vizsgált ágazatok munkagépeinek dízelüzemanyag-fogyasztása és emissziói 2000-ben Németországban, kt Ágazat Fogyasztás NO x CH CO Dízelrészecskék Mezőgazdaság Ipar, építőipar Erdőgazdaság Háztartás, kertápolás ,6 0, ,5 30 Összesen Részarány a TREMOD-MM-ben felmért összes emissziókból, % Mezőgazdaság Ipar, építőipar Erdőgazdaság Háztartás, kertápolás ,7 3, ,5 0, , , ,0 0,4 0, ,5 0,0 Összesen 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

6 Összehasonlítás a közúti közlekedés emisszióival Az itt vizsgált szektorok légköri kibocsátásainak kellő besorolásához ezek értékeit összehasonlították a közúti közlekedés régebben feldolgozott adataival (2. ábra). Megállapítható, hogy a TREMOD-MM-ben felmért ágazatok mobil gépeinek és berendezéseinek dízelemisszója mintegy 90%-a a közlekedési kibocsátásnak. Mivel azonban az utóbbi csökkenése hamarabb megkezdődött, 2000-ben a mobil gépek kibocsátása még meg is haladta a közúti közlekedését, és csak 2015-től csökken az új határértékek hatására mobil berendezések/ közúti forgalom viszony 120% kt/év közúti közlekedés mobil gépek és berendezések 90% 60% 30% a mobil berendezések/gépek és a közúti közlekedés viszonya % 2. ábra Mobil berendezések és a közúti közlekedés dízelrészecske-emissziója Az NO x -emisszióból a mobil gépek és berendezések 1990 és 2015 közt mindinkább kiveszik részüket, ugyanis erre az időszakra a közúti közlekedés jelentős csökkenéséről szólnak a prognózisok. A vizsgált motorok az utakon csak az NO x 20%-át bocsátják ki (3. ábra). A szénhidrogén-emisszió az 1990-es évekig az összes közúti kibocsátásnak csupán 10%-a volt. A modellprognózis szerint, a közúti közlekedés várható visszaszorulása következtében 2010-ben a CH-emisszió aránya 50%-os lesz az utakon (4. ábra). Mivel pedig erre főleg a forró

7 nyári napokon kell majd számítani, jelentősége az ózonképződés szempontjából sem elhanyagolható mobil berendezések/ közúti forgalom viszony 30% kt/év közúti közlekedés mobil gépek és berendezések 0 0% % 20% 15% 10% 5% a mobil berendezések/gépek és a közúti közlekedés viszonya 3. ábra Mobil berendezések és a közúti közlekedés nitrogén-oxid-emissziója 1500 mobil berendezések/ közúti forgalom viszony 60% kt/év közúti közlekedés mobil gépek és berendezések 0 0% % 40% 30% 20% 10% a mobil berendezések/gépek és a közúti közlekedés viszonya 4. ábra Mobil berendezések és a közúti közlekedés szénhidrogén-emissziója

8 Következtetések A TREMOD MM kimutatta a mobil gépek és berendezések káros emisszióinak több mint figyelemre méltó arányát a teljes motorizáció légszennyezésében. Kiderült, hogy az ipar és a mezőgazdaság nagy önjáró munkagépeit, a házi és kerti kisgépekkel együtt a nitrogén-oxidokkal és az üzemanyag-részecskékkel való levegőszennyezés fele, NO x -ből mintegy 20%-a, a felszín közeli ózonképződésben is részt vevő szénhidrogéneknek 30%-a terheli. Mivel az NO x - és dízelemissziók vonatkozásában vezető mezőgazdasági, ipari és építőipari nagy berendezésekre e téren 1999-ig nem volt szabályozás, és a gépek egy része már magas kort ért el, az emissziók a következő években nem fognak olyan mértékben csökkenni, mint a közúti közlekedésben, ezért kb ig nem várható részarányuk csökkenése az emissziók összességében. A levegőminőségi határok németországi túllépése és az európai NEC-direktíva követelményeinek teljesítése egyaránt megkívánja a mobil gépek terén várható fejlődés (ill. fejlesztés) nyomon követését. A kidolgozott modell módot ad új határérték-kijelölések, valamint az eszköz- és géppark szerkezetében és használatában bekövetkező változások hatásának vizsgálatára. Mindeközben nem maradhat figyelmen kívül a mobil berendezések rendelkezésre álló adatainak a közlekedési adatbázishoz viszonyított bizonytalansága. Ennek egyik magyarázata az, hogy az eszközök egy része nincs használati engedélyhez kötve, így statisztikai kimutatás sincs róluk, a másik abban rejlik, hogy ez a műszaki állomány mint környezetszennyező elkerülte a közvélemény érdeklődését, nem úgy, mint a közúti járművek. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Lambrecht, U.; Helms, H.: Luftschadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren in mobilen Geräten und Maschinen der Landwirtschaft, der Bauwirtschaft und weiterer Sektoren. = Immissionsschutz, 9. k. 3. sz szept. p Arcaklioghlu, E.; Celikten, I.: A diesel engine s performance and exhaust emissions. = Applied Energy, 80. k. 1. sz p Durán, A.; Carmona, M.; Balesteros, R.: Competitive diesel engine emissions of sulphur and nitrogen species. = Chemosphere, 52. k. 10. sz szept. p