A bio-üzemanyagok alkalmazásának környezetvédelmi hatásai a helyi buszközlekedésben

Átírás

1 A bio-üzemanyagok alkalmazásának környezetvédelmi hatásai a helyi buszközlekedésben Dr. Bai Attila egyetemi docens Debreceni Egyetem, ATC, AVK, abai@agr.unideb.hu Az utóbbi időben gyakran felvetődő kérdés, hogy lokálisan és globálisan kedvező hatással vannak-e a bio-üzemanyagok a környezetre. A Renewable Fuels Agency (Megújuló Üzemanyagok Hivatala - RFA) megbízásából 2008-ban készített felmérés a bio üzemanyagalapanyagok származási helye szerint számította ki az esetleges emisszió-megtakarítást. Eszerint a brazil szójaolaj használata 10%-os, a repceolaj 30 %-os, a délkelet-ázsiai pálmaolaj 40 %-os, a brazil cukornád 70 %-os, míg a használt zsiradékok 80 %-os megtakarítást eredményeznek a hagyományos üzemanyagokhoz képes. Ebben nem szerepel az esőerdők esetleges kivágásából származó negatív hatás (Bio Forrás, 2008 szept. 5). A globális hatásokon túlmenően a koncentráltan, a városi környezetben jelentkező károsanyagkibocsátás csökkentése az ott élők egészsége szempontjából viszont legalább ilyen lényeges kérdés lehet. Magyarországon a közúti közlekedésből származik (Kovács E.,2007): a szén-monoxid kibocsátás 80 %-a, a nitrogén-oxid kibocsátás 62 %-a, a szénhidrogén kibocsátás 56 %-a, a kisméretű szállópor (PM10) kibocsátás 30%-a, a széndioxid kibocsátás 20 %-a. A nagyvárosokban fellépő légszennyezés veszélyének lekerülése érdekében a települések több alternatívával rendelkeznek:

2 A forgalom korlátozása, mely a gépjárművek nélkülözhetetlensége miatt nehezen kivitelezhető, ugyanakkor több európai nagyváros egyes részein bevezették már ezt az intézkedést, A hagyományos üzemanyagok elégetésének tökéletesítése oly módon, hogy ez a lehető legkevesebb károsanyag kibocsátással járjon, Olyan új hajtóanyag alkalmazása, amely a jelenlegi motorkonstrukciókra alapoz és az emissziós határértékei kedvezőbbek a jelenleginél. A tömegközlekedés egy főre eső fajlagos szennyezőanyag kibocsátása jóval kisebb, mint az egyedi személygépjármű közlekedésé, ráadásul városainkban a csúcsforgalmi időszakokban a forgalmas helyeken mért szennyezőanyagok koncentrációja nem ritkán meghaladja az egészségügyi határértéket. A forgalmas területek közelében élő, dolgozó lakosság körében nagyobb a kockázata a légzőszervi, szív- és érrendszeri megbetegedéseknek. Mindez indokolttá teheti a megújuló energiaforrások felhasználásának vizsgálatát a helyi tömegközlekedésben. Magyarországon a tömegközlekedés személyközlekedésen belüli részaránya nagyobb, mint az EU országaiban, azonban ez a jelenleg még kedvező helyzet folyamatosan romlik. Az elmúlt években a gazdaság átalakulása miatt bekövetkezett munkahely-leépítések, az üzleti élet fokozottabb személygépkocsi használata nagymértékben csökkentette a helyi és helyközi tömegközlekedés használatának igénybevételét. Ez arra utal, hogy a közösségi közlekedés szolgáltatási színvonala ma még nem alternatívája a személygépkocsinak (Fleischer, 1996). Az utóbbi években több központi intézkedés született, amely közvetlenül, vagy közvetetten szolgálja a közlekedési eredetű légszennyezés csökkentését: Gépjármű Magyarországon csak az EURO 3-as normának megfelelő emissziós tulajdonságokkal helyezhető forgalomba, január 1-jével pedig már az átalakítás során beépített motoroknak is teljesíteniük kell ezt a normát (1. Táblázat), Jogszabály rendelkezik a nehéz tehergépkocsik hétvégi forgalmának korlátozásáról, Rendelet írja elő a gépjárművek időszakos kötelező környezetvédelmi ellenőrzését, illetve teszi lehetővé a nehézteher-forgalom kitiltását a településekről abban az

3 esetben, ha a problémás úttal párhuzamosan létezik elkerülő út, amely autópálya is lehet. 1. táblázat: A nehéz Diesel-motorok emissziójának határértékei az EU-ban Forrás: Hancsók, 2004 A táblázat adataiból jól látható, hogy az értékek csökkentek, tehát a szabályozások jelentős mértékű szigorodása következett be és ez a tendencia valószínűleg az továbbra is így marad. 1. A debreceni projekt A Mobilitási kezdeményezések helyi integrációhoz és fenntarthatósághoz c. TREN/04/FP6EN/S07/ sz. projekt célja komplex eszközökkel a környezetbarát városi közlekedés megvalósítása, a tapasztalatok átadása és adaptálása. Az ezzel kapcsolatos sokféle tevékenységből és a pályázott összegből jelentős részarányt képviselt Debrecenben a bioüzemanyagok (biodízel, biológiai eredetű CNG) használatának vizsgálata a városi buszokban. A program keretében között a Debreceni Egyetem ATC és a Hajdú Volán együttműködésével, valamint a Debreceni Polgármesteri Hivatal koordinálásával, a Hajdú Volán Zrt gázüzemű buszparkjának fejlesztésére, valamint jelentős előkészítő munkát

4 követően a biodízel kísérleti alkalmazására került sor 2008 tavaszán. A programban eredetileg szerepelt a Városi Szennyvíztisztító Telepen és a Szilárdhulladék-lerakó Telepen képződő biogáz tisztításából származó bio-cng felhasználása is hajtóanyagként, ez azonban a tulajdonjogi viszonyok megváltozása miatt nem valósult meg. Az értékesítést a gazdaságossági szempontok mellett azzal indokolták, hogy a hatályos környezetvédelmi előírások szerint a depóniagáz teljes mennyiségének hasznosítását is előírják, amire a kísérleti hajtóanyagcélú alkalmazás nem nyújtana garanciát. Ez amiatt különösen is sajnálatos, hogy a tiszta gázmotor környezetvédelmi paraméterei messze megelőzik a dízelmotorok emissziós értékeit, tehát ebből a szempontból itt várhattuk volna a legnagyobb károsgáz-emisszió megtakarítást. A Közlekedéstudományi Intézet (KTI) mérései alapján a gázmotor károsanyag kibocsátása az EURO III norma határértékeit teljesítik, a szennyező hatása a jelenleg hazai forgalomban üzemelő belsőégésű motorok közül az egyik legkisebb, ugyanis koromkibocsátása a legmodernebb dízelmotorokénál is kevesebb.(1.ábra) 1. ábra: Különböző autóbuszmotorok károsanyag-kibocsátása Forrás: További, környezetvédelemben jelentkező előny, hogy a gáz-levegő tökéletes keveredésének köszönhetően csökken az olajfogyasztás is, az olajcsere-periódus megduplázódik, tehát kevesebb fáradtolaj keletkezik a gázüzemű járművek üzemeltetése során.

5 2. A biodízeles kísérletek lefolyása Az autóbuszok károsanyag-kibocsátásának vizsgálata AVL DiCom 4000 típusú kipufogógáz elemző műszerrel történt. A mérőműszert a Hajdú Volán Zrt elsősorban környezetvédelmi igazolólapok kiállítása céljából használja saját járműveinél. A mérőműszerrel a környezetvédelmi igazolólap kiállításához szükséges mérési elvet alkalmazta. Dízelüzemű járművekhez a füst (vagy más néven opacitás) [%] és az ún. K érték (fényelnyelési együttható) [m-1] jellemzőit mérik. A vizsgált 5 busz az EURO 2-es kategóriába tartozik, közöttük szóló és csuklós járművek is előfordultak. Minden egyes autóbusz a biodízel teszteket megelőzően soron kívüli átvizsgáláson esett át, ahol a jármű teljes átvizsgálásán felül olajszűrő és levegőszűrő ellenőrzés, illetve szükség esetén csere is történt. A tényleges üzemi és próbapadi mérések április 10-június 2 között folyamatosan zajlottak le. Összességében 2400 l biodízelt használtunk fel, 10, 20 és 50 %-os biodízelkoncentrációban és ezeket hasonlítottuk össze a normál (4,4 % biodízelt tartalmazó) gázolajjal, különböző életkorú, de azonos típusú buszokban. A kísérletek lefolyása következőképpen zajlott: 2008 április között 10 %-os keverék (2000 l keverék üzemanyag felhasználása), 2008 április 22-május 15 között 20 %-os keverék (5600 l keverék üzemanyag felhasználása), 2008 május 16-június 2 között 50 %-os keverék (3600 l keverék üzemanyag felhasználása. Az autóbuszok üres gázolajrendszere a bekevert 10 és 20%-os gázolaj-biodízel keverék üzemanyaggal teljes egészében feltöltésre került. A motorok védelmében azonban a 20%-ról 50%-ra való áttérés fokozatosan valósult meg. A 20%-os bekeverésű üzemanyagra folyamatos 50%-os keverék rátankolással lett növelve a koncentráció. Az autóbuszok mindennap tankoltak, így a folyamatos rátankolásokkal naponta megközelítőleg 10%-al nőtt az üzemanyagtankban a keverék biokomponens tartalma. A mérések során a cél az volt, hogy minél több jellemző kerüljön mérésre, így a dízelüzemben nem szokásos, ugyanakkor benzinüzemben kötelezően előírt CO [tf%] és CH [ppm] határértékek mérése is megtörtént.

6 3. A biodízel alkalmazásának környezetvédelmi hatásai A mért adatok alapján a K-érték 1 minden esetben, a CO teljes fordulatszámon, a füst alapjáraton 50 %-os koncentrációnál csökkenti jelentős (33-59 %-os) mértékben a károsanyag-kibocsátást, egyéb esetekben számottevő csökkenés nem tapasztalható. A mért értékekben általánosságban következetes csökkenés vagy növekedés, illetve tendencia nem vehető észre. A mérés során alkalmazott mérőműszer, valamint a mérési metodika minden mérés során azonos volt, ennek ellenére a legtöbb káros-anyagnál, illetve autóbusznál nem mutatható ki nagymértékű (sőt olykor egyértelmű) változás a különböző keverési arányok károsanyag-kibocsátásai között. Méréseink eredményei a 2. táblázatban találhatók a kísérletekben résztvevő buszok kibocsátási értékeinek átlagolásával. 2. táblázat: A kísérlet során vizsgált buszok átlagos emisszió kibocsátási értékei 10%-os 20%-os 50%-os Megnevezés Dízel keverék keverék keverék alapjárat 1,033 1,033 0,900 0,575 Füst teljes fordulatszám 3,950 2,300 4,050 4,075 alapjárat 0,023 0,015 0,015 0,015 K-érték teljes (m 2 ) fordulatszám 0,225 0,028 0,048 0,093 alapjárat 0,013 0,008 0,010 0,010 CO teljes (térf. %) fordulatszám 0,048 0,055 0,053 0,020 alapjárat 1,350 1,467 1,475 1,525 CO 2 teljes (térf.%) fordulatszám 3,100 3,567 2,850 2,325 alapjárat 13,750 10,333 12,250 13,000 HC teljes (ppm) fordulatszám 19,250 14,667 18,000 15,500 1 Fényelnyelési együttható, amely megmutatja hogy 1 négyzetméteren mennyire szennyezett szilárd részecskékkel a kipufogógáz.

7 Környezetvédelmi szempontból a füst színe fehérebb, jellegzetes olaj-illata van, a szilárd részecskék koncentrációja és a szénhidrogén-kibocsátás egyértelműen, bár a koncentrációváltozással nem arányosan csökkent a dízelüzemhez képest. Bizonytalan a méréseink alapján a biodízel-koncentráció változásának hatása a szénmonoxid és széndioxidkibocsátásra, utóbbinál a 10 %-os keverék esetén mindegyik busznál emelkedett a károsanyag-kibocsátás a dízelüzemhez képest, utána viszont általában csökkenés következett be. A norma szerinti határértéket egyik mérésünk eredményei sem lépték túl. A kibocsátás növekedése ezeknél a gázoknál valószínűleg nem a koncentrációval, hanem az első alkalmazással áll összefüggésben, amit alátámasztanak a későbbi, nagyobb biodízelkoncentrációval elvégzett kísérletek jóval alacsonyabb emissziós adatai is. A értékelés nehézségeit a szórásnál kapott értékek is alátámasztják, melyek között csak néhány eredmény adott szignifikánsnak tekinthető összefüggést. A 7. táblázatban található értékek az egyes autóbuszokon mért értékek átlagos szórását mutatják be az átlagértékhez képest. A kivastagított esetek kivételével meglehetősen nagy esetenként 100%-ot is meghaladó mértékű eltérések jelentkeztek a különböző járműveken mért értékek között. Megnevezés 1. Táblázat: Az emissziós értékek relatív szórása Dízel 10%-os keverék 20%-os keverék 50%-os keverék alapjárat 0,53 0,53 0,40 1,06 Füst teljes fordulatszám 0,59 0,00 0,37 0,67 alapjárat 0,65 0,87 0,40 0,40 K-érték teljes fordulatszám 1,27 1,14 1,23 0,71 alapjárat 0,38 0,63 0,00 0,00 CO teljes fordulatszám 0,75 1,42 1,47 0,40 alapjárat 0,10 0,08 0,12 0,08 CO 2 teljes fordulatszám 0,28 0,35 0,32 0,47 alapjárat 0,35 0,20 0,31 0,24 HC teljes fordulatszám 0,40 0,17 0,25 0,41 Összességében a kibocsátási értékek egyértelműen kedvező irányba változtak a füst, a K-érték és a szénhidrogén-kibocsátás értékei, a CO és CO 2 vonatkozásában a kisebb koncentrációknál a mérések alapján nem, vélelmezhetően azonban szintén kisebb lesz az emisszió, az alkalmazás időtartamának előrehaladtával. Környezetvédelmi szempontból tehát feltétlenül indokolt lenne a tömegközlekedésben a biodízel akár 50 %-os koncentrációban történő

8 alkalmazása is vizsgálataink szerint ennek motorikusan sem lennének hátrányos következményei -, gazdasági szempontból azonban a jelenlegi jogi-közgazdasági körülmények között számításaink alapján sajnos még nem lenne indokolt az alkalmazása. Felhasznált szakirodalom 1. Bai A (altéma-felelős): A bio-üzemanyagok alkalmazásának tapasztalatai a debreceni tömegközlekedésben. Összefoglaló tanulmány. Közreműködők: Grasselli G, Kormányos Sz, Szendrei J, Teleki A, Bói S.. European Commission. 6 th Framework Programme on Research, Technological Development and Demonstration Mobilis Integrated Project. Mobility Initiatives for Local Integration and Sustainability. WP5 Clean and Energy Efficient Vehicles. Koordinátor: Debrecen MJV Önkormányzata, Toulouse-i Önkormányzat. Debrecen, 2008 szeptember 1, pp , 2. Fleischer T.: Városi közlekedési kérdések egy környezetbarát magyar közlekedéspolitikában. Előadás a Mátrafüreden 1996 június között rendezett II. Városi Útgazdálkodási Konferencián 3. Hancsók J: Korszerű motor- és sugárhajtómű üzemanyagok III. Alternatív motorhajtóanyagok. Veszprém Egyetemi Kiadó, Veszprém, Kovács E.: Gépjárművek légszennyezőanyag kibocsátásra vonatkozó környezetvédelmi követelmények alakulása. GÉMOSZ konferencia, Galyatető, Bio Forrás, 2008/15. szám