ZSP Węgrów

Warsztaty Szkolne

ZZaanniieecczzyysszzcczzeenniiee ii oocchhrroonnaa ppoowwiieettrrzzaa

ww aassppeekkcciiee eemmiissjjii ssppaalliinn wwyyttwwaarrzzaannyycchh

pprrzzeezz ssiillnniikkii ppoojjaazzddóóww ssaammoocchhooddoowwyycchh

Autor: mgr Franciszek Łazowski…

Nauczyciel zajęć praktycznych…

Praktyczna nauka zawodu:…

mechanik pojazdów samochodowych…

ZSP im Jana Kochanowskiego w Węgrowie

2

Oddziaływanie zanieczyszczenia powietrza

na środowisko i gospodarkę

Problemem, który nabrał w ostatnich latach szczególnej wagi, jest

zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego. Stanowią je wszystkie sub-

stancje stałe, ciekłe lub gazowe, których udziały w powietrzu przekraczają

średnią zawartość tych substancji w czystym powietrzu. Zanieczyszcze-

niami powietrza są składniki, które są emitowane do atmosfery w wyniku

działalności samej przyrody lub w wyniku działalności ludzkiej. Równo-

cześnie jednak, przekroczenie średnich zawartości stałych składników po-

wietrza atmosferycznego uważane jest także za jego zanieczyszczenie.

Ilość rodzajów zanieczyszczeń, jakie mogą występować w powietrzu, jest

niezmiernie duża, a ich szkodliwość dla otoczenia zależy od bardzo wielu

czynników, jak: właściwości chemiczno-toksyczne, stan skupienia, stopień

dyspersji, stężenie w powietrzu, czas oddziaływania, warunki klimatyczno-

meteorologiczne itp.. Stały wzrost produkcji przemysłowej i komunika-

cyjnej wiąże się nieodłącznie ze wzrostem szkodliwych substancji w at-

mosferze. W niemałym stopniu przyczyniają się do tego dymy uchodzące z

domów mieszkalnych, jak również produkty spalania powstające w kom-

pleksach przemysłowych (kotłownie, silniki pojazdów).

W skutek działalności człowieka do atmosfery dostają się setki ty-

sięcy różnych substancji, lecz tylko niektóre z nich, najbardziej pospolite i

uważane za charakterystyczne zanieczyszczenia powietrza, są przedmiotem

stałych badań, głównie z uwagi na ich uciążliwość i toksyczność. Do takich

zalicza się pyły, tlenki węgla, tlenki siarki i tlenki azotu. Znajdują się one

zarówno w sąsiedztwie wielkich miast i okręgów przemysłowych, jak i w

odległych miejscowościach, dokąd przedostają się poprzez cyrkulację po-

wietrza w atmosferze.

3

Zanieczyszczenia powietrza stanowią zagrożenie dla zdrowia czło-

wieka, a także negatywnie wpływają na funkcjonowanie środowiska przy-

rodniczego. Powodują też straty ekonomiczne. Zanieczyszczenia pyłowe i

gazowe wywołują liczne schorzenia i choroby, stanowiąc istotne zagroże-

nie zdrowia oraz życia człowieka. Zanieczyszczenia powietrza najczęściej

oddziałują w sposób systematyczny, w małych dawkach, wywołując scho-

rzenia chroniczne. Jednak, w szczególnych przypadkach mogą wywoływać

ostre dolegliwości. W przypadku roślin uprawnych zanieczyszczenia po-

chodzące z powietrza atmosferycznego prowadzą do spadku plonów w rol-

nictwie, w wyniku zakwaszenia gleby, jak i bezpośredniego szkodliwego

oddziaływania na rośliny. Straty w lasach związane są zarówno ze zmniej-

szeniem ich produktywności, jak i ze zniszczeniem drzew w wyniku wyso-

kich stężeń szkodliwych gazów w atmosferze. W odniesieniu do global-

nych zmian klimatycznych najistotniejsze są jednak oddziaływania zanie-

czyszczeń powietrza na ekosystemy roślinne i wodne. Wiąże się to,

bowiem z jedynym z podstawowych procesów wymiany gazów pomiędzy

atmosferą a biosferą i hydrosferą - asymilacją dwutlenku węgla.

Zanieczyszczenia powietrza powodują również liczne straty ekono-

miczne ponoszone przez społeczeństwo i gospodarkę. Ich ocena jest jednak

bardzo trudna. Trudna jest zarówno identyfikacja szkód, określenie ich za-

sięgu, jak i oszacowanie rozmiarów. Straty ponoszone przez gospodarkę z

powodu zanieczyszczenia powietrza można podzielić na cztery grupy:

Ø straty związane z wydatkami ponoszonymi na ochronę powietrza

atmosferycznego,

Ø wydatki ponoszone w związku z obniżeniem stanu zdrowotnego

społeczeństwa,

Ø straty samych surowców, których część zostaje wydzielona do atmos-

fery w postaci lotnej,

4

Ø straty spowodowane zwiększoną korozją narzędzi, materiałów i wyro-

bów gotowych oraz niszczeniem substancji budynków, budowli i za-

bytków kultury.

Ryc.1. Oddziaływanie zanieczyszczenia powietrza.

Istnieje związek pomiędzy warunkami meteorologicznymi a zanie-

czyszczeniem powietrza. Główną rolę odgrywa ruch powietrza, który

wpływa z jednej strony na szybkie rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń

powietrza, z drugiej na lokalne obniżanie jego poziomu. Przenoszenie róż-

nych zanieczyszczeń na dość duże odległości, może prowadzić do ich ne-

gatywnego oddziaływania na ekosystemy znacznie oddalone od źródeł

emisji (np. w syberyjskiej czy kanadyjskiej tajdze). Z drugiej strony, w po-

bliżu źródeł emisji niebezpieczne bywają zjawiska stagnacji powietrza i

inwersji temperatury.

5

Jeżeli źródło emisji (np. wylot komina) znajduje się poniżej inwer-

syjnej warstwy powietrza, to emitowane zanieczyszczenia nie mogą prze-

dostawać się ku górze i kumulują się w najbliższym otoczeniu źródła emi-

sji. W klimacie umiarkowanym zjawisko inwersji pojawia się nie tylko w

dolinach, w regionach górskich, ale także na terenach równinnych. Podczas

trwania inwersji para wodna może osiągnąć temperaturę niższą od punktu

kondensacji. Wówczas pojawia się mgła, co jeszcze bardziej komplikuje

sytuację, powstaje, bowiem smog. Nie pozwala on na przenikanie światła,

utrudnia, zatem ogrzanie dolnych części atmosfery, przedłużając stan in-

wersji. Zawiera przy tym niezwykle niebezpieczne stężenia groźnych dla

zdrowia i życia zanieczyszczeń. Zjawisko smogu doprowadzało już wielo-

krotnie do wzrostu liczby zachorowań i zgonów w wielu regionach świata.

Dobrym przykładem problemów z zanieczyszczeniem powietrza, ale

też sposobu radzenia sobie z nimi jest miasto Meksyk gdzie 3 miliony sa-

mochodów spala codziennie 17, 3 mln litrów benzyny i 5 mln litrów oleju

(dane z, 1997 r.), co daje 75% wszystkich zanieczyszczeń powietrza tam

występujących. W 1999 r. stężenie ozonu przekraczało dozwolone normy

przez 300 dni. W latach 1990-92 średnio przez 177 dni w roku stężenie

różnych zanieczyszczeń przekraczało stany alarmowe, zaś w 1999 r. zda-

rzyło się to tylko 5 razy. Dozwolone normy zanieczyszczeń są niższe niż

normy dla stanów alarmowych. Gdy wystąpi stan alarmowy władze miasta

mogą np. nakazać ograniczenie używania samochodów w mieście. Postęp

w czystości powietrza w Meksyku jest rezultatem działań lokalnych władz.

Średni wskaźnik stężenia ozonu zmniejszył się z 197, 6 w 1990 r. do 144 w

1999 r. W tym przypadku norma wynosi 100 punktów, a 1 punkt to rów-

noważnik ekspozycji na stężenie 0, 11 ppm przez 1 godzinę. Tak duży po-

stęp w polepszaniu, jakości powietrza wskazuje, że nawet duże miasta

mogą redukować zanieczyszczenia powietrza.

6

Dostarczanie nadmiernych ilości zanieczyszczeń do powietrza at-

mosferycznego może prowadzić do przekształcenia naturalnych procesów,

zachodzących w atmosferze. Wynikiem tego jest pojawianie się tzw. "kwa-

śnych deszczy", a także zmniejszanie się zawartości ozonu (O3) w stratos-

ferze, zwane "dziurą ozonową". Następuje również wzmocnienie natural-

nego efektu cieplarnianego.

Większość energii produkowanej na świecie pochodzi ze spalania

paliw stałych, płynnych i gazowych. Spalaniu paliw towarzyszy dostarcza-

nie ogromnych ilości zanieczyszczeń do powietrza atmosferycznego, za-

leżne przede wszystkim od rodzaju spalanego paliwa. Gaz ziemny uważany

jest za paliwo względnie czyste, olej opałowy powoduje emisję zanie-

czyszczeń gazowych, głównie dwutlenku węgla, dwutlenku siarki i tlen-

ków azotu, natomiast spalanie węgla bywa najbardziej uciążliwe; bo obok

tych samych substancji gazowych do atmosfery wydziela się także pył. W

czasie spalania węgla emitowane są przede wszystkim dwutlenek siarki

(SO2), tlenki azotu (NOx), tlenek węgla, (CO), dwutlenek węgla, (CO2), zaś

pyły zawierają metale ciężkie (np. ołów, cynk, kadm). Spalanie paliw ko-

palnych w Europie w 1998 r. dostarczyło do atmosfery około 5 670 000

tys. ton dwutlenku węgla, (CO2). Spośród wszystkich paliw kopalnych naj-

więcej siarki zawiera węgiel, ale jest to bardzo zróżnicowane zależnie od

gatunku węgla. Udział transportu w globalnym zanieczyszczaniu powietrza

jest znaczny, a w krajach wysoko rozwiniętych przewyższa lub dorównuje

udziałowi przemysłu.

7

Udzia ł transportu w zanieczyszczeniu

powietrza

Ruch samochodowy odpowiedzialny jest za wysokie stężenie zanie-

czyszczenia powietrza w miastach i w pobliżu dróg, w dodatku na pozio-

mie ulic, a dokładniej na poziomie oddychania. W miejscach o szczególnie

wysokim poziomie ryzyka, gdzie zanieczyszczenie powietrza jest wyjąt-

kowo wysokie (ruchliwe drogi, podziemne i nadziemne parkingi samocho-

dowe, tunele i okolice stacji benzynowych), poziom zanieczyszczenia po-

wietrza może być od 4 do 40-krotnie wyższy niż średnia dla całych obsza-

rów miejskich. Jednym z miejsc charakteryzujących się szczególnie wyso-

kim poziomem ryzyka jest sam samochód. Poziom substancji lotnych po-

chodzenia organicznego oraz dwutlenku azotu wewnątrz samochodów kil-

kakrotnie przewyższa ich poziom w otoczeniu

Ryc.2. Ruch uliczny a zanieczyszczenie powietrza.

8

W skali globalnej samochody wydalają corocznie do atmosfery nie-

mal 300 mln t toksycznych spalin. Podstawowym źródłem emisji substancji

szkodliwych z pojazdu napędzanego tłokowym silnikiem spalinowym jest

układ wylotowy oraz w mniejszym stopniu układ paliwowy (śladowo także

skrzynia korbowa). Skład gazów emitowanych z układu wylotowego za-

leży przede wszystkim od współczynnika nadmiaru powietrza i w dużym

stopniu od obiegu silnika oraz od warunków jego pracy. Występują, zatem

znaczne różnice pomiędzy emisją związków toksycznych w silnikach o za-

płonie iskrowym ZI i zapłonie samoczynnym ZS. Silniki benzynowe ZI

emitują do atmosfery więcej szkodliwych gazów niż silniki zasilane olejem

napędowym ZS, które emitują duże ilości sadzy (zwłaszcza, gdy są w złym

stanie technicznym).

Ryc.3. Nadmierna emisja zanieczyszczeń przez silnik ZS.

9

Skład spalin z silników benzynowych jest następujący: tlenek węgla,

(CO), tlenki azotu (NOx) węglowodory HC (lotne związki organiczne),

dwutlenek siarki (SO2), dwutlenek węgla, (CO2), tlen (O2), para wodną

(H2O), azot, (N2) i cząstki stałe. Procentowy, orientacyjny skład spalin sil-

nika ZI przedstawia poniższy wykres.

H2O7,00%

O21,50% CO

2,00%

HC0,15%

RESZTA1,15%

NOX0,20%

N270,00%

CO218,00%

Ryc.4. Procentowy, orientacyjny skład spalin silnika ZI.

Najgroźniejszy jest tlenek węgla - w mowie potocznej znany, jako

czad - jest on śmiertelną trucizną dla organizmu człowieka i każdego in-

nego, który używa hemoglobiny do transportu tlenu (na przykład dla

wszystkich kręgowców). Łączy się on z hemoglobiną w sposób trwały,

blokując w ten sposób przenoszenie tlenu. Powstaje podczas spalania wę-

gla (w sensie chemicznym) przy niedostatecznym dostępie powietrza. Od

czasu do czasu zdarzają się nieszczęścia, spowodowane przez piec, opalany

drewnem lub węglem. Jeżeli zamknąć zbyt szczelnie piec, w którym jest

10

dużo rozżarzonych węgli, może powstać czad. Jeżeli dzieje się to nocą w

pokoju, w którym śpi cała rodzina, skutki mogą być tragiczne.

Współcześnie mieszkańcy miast są codziennie zatruwani częściowo

tlenkiem węgla zawartym w spalinach samochodowych. Gazy spalinowe

zawierają dużo więcej tlenku węgla niż tlenków azotu i węglowodorów ra-

zem wziętych i są dokładnie tak samo trujące jak czad z pieca.

Węglowodory, wiele z nich to gazy albo ciecze o dość dużej lotno-

ści. W spalinach samochodowych znajdują się przede wszystkim w postaci

gazowej. O szkodliwości dla organizmów zwierzęcych można by powie-

dzieć w największym skrócie i trochę w przenośni, że jest tym większa, im

bardziej węglowodór jest pierścieniowy. To znaczy, że stosunkowo naj-

mniej toksyczne są węglowodory o budowie łańcuchowej - alifatyczne.

Bardziej od nich groźne są węglowodory pierścieniowe -aromatyczne, naj-

gorsze zaś - węglowodory zbudowane z wielu pierścieni. Te ostatnie są sil-

nie rakotwórcze. Wszystkie stają się z reguły jeszcze bardziej toksyczne po

przyłączeniu grupy aminowej, nitrowej lub nitrozowej. W środowisku na-

turalnym węglowodory z czasem ulegają utlenieniu przez mikroorganizmy

do dwutlenku węgla i wody, ale te procesy samooczyszczania przebiegają

bardzo powoli. Tempo ich jest zupełnie niewspółmierne do tempa zanie-

czyszczania środowiska, na przykład dookoła pierwszej z brzegu stacji

benzynowej.

Tlenki azotu - głównie NO i N02 - powstawały zawsze i nadal po-

wstają od energii błyskawic, po czym w wodzie tworzą jon azotanowy,

niezbędny dla roślin. Stąd bierze się jednak niewiele tych jonów i powo-

duje znikome stężenia, poniżej progu szkodliwości dla istot żywych. Dla

człowieka ten próg wynosi 10 ppm N02 i 50 ppm NO. Współcześnie tlenki

azotu są wytwarzane w wielu różnych procesach przemysłowych, przede

wszystkim przy spalaniu w wysokich temperaturach. Są to ilości tak duże,

że często pojawiają się stężenia szkodliwe dla życia. U ludzi dwutlenek

11

azotu powoduje podrażnienie oczu, skóry, dróg oddechowych, uporczywy

kaszel, bóle głowy, zaburzenia obiegu krwionośnego, a przy większym stę-

żeniu zatrucia śmiertelne. Wyrzucany z dymami przez kominy oraz roz-

przestrzeniany razem z innymi spalinami przez ruch samochodowy jest du-

żym niebezpieczeństwem dla ludności miejskiej i jedną z przyczyn po-

wstawania tzw. smogu. Ponadto, gdy tlenki azotu znajdą się w glebie,

mogą tam ulegać przemianom do związków o nazwie nitrozoamin. Nitro-

zoaminy są silnie rakotwórcze, a pobrane z gleby przez warzywa mogą

znaleźć się w pożywieniu ludzkim. Wreszcie - jako prekursor kwasu azoto-

wego - tlenki azotu mają też udział w tworzeniu kwaśnych deszczów i ich

niszczącym działaniu.

W 1990 roku silniki spalinowe były odpowiedzialne za 37, 5%

wszystkich tlenków azotu wytworzonych w Polsce. Zarówno wytwarzanie,

jak też i zagęszczenie jest największe w miastach - tym większe, im więk-

sze miasto.

Dwutlenek węgla występuje nawet w czystym powietrzu atmosfe-

rycznym. Gaz ten jest produktem końcowym procesów metabolicznych i w

naturalnej wymianie w atmosferze jest wiązany przez rośliny po okresie

przebywania w atmosferze przez około 300 lat. Emisja dwutlenku węgla do

atmosfery odbywa się nie tylko z procesów oddychania, ale również z pro-

cesów przemysłowych i użytkowania pojazdów i urządzeń z silnikami spa-

linowymi. Ilość dwutlenku węgla zwiększa się znacznie, a szczególnie z

procesów technologicznych powoduje wzrost tego gazu w atmosferze.

Tworzy to warunki do występowania efektu cieplarnianego. Charaktery-

styczną właściwością dwutlenku węgla jest to, że przepuszcza krótkofa-

lowe promieniowanie słońca i pochłania długofalowe cieplne promienio-

wanie z Ziemi, czyli przeciwdziała wypromieniowaniu ciepła z Ziemi.

Wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze prowadzi, zatem do

wzrostu temperatury Ziemi. Podobnymi własnościami odznaczają się inne

12

gazy np. metan, freony, podtlenek azotu itp. Źródłem gazów powodujących

efekt cieplarniany są przede wszystkim procesy spalania węgla i ropy naf-

towej. Istotny wkład na podwyższanie temperatury Ziemi ma również wy-

cinanie lasów, co przyczynia się do zmniejszania ilości pochłanianego

dwutlenku węgla przez roślinność.

Zanieczyszczenia określone na wykresie, jako „RESZTA”:

Ø Dwutlenek siarki. Gaz ten dostaje się do atmosfery w wyniku

spalania ogromnych ilości paliw zawierających siarkę lub jej

związki. Do tej pory technika nie opracowała jeszcze metody

generalnego odsiarczania paliw. Dwutlenek siarki jest bardzo

szkodliwy dla wszystkiego, co żyje, zwłaszcza dla roślin. Działa

on nawet w stężeniach 1-2 ppm, chociaż człowiek wyczuwa

węchem dopiero stężenie 3-5 ppm., Jeżeli więc czujesz w po-

wietrzu zapach palonej siarki to znaczy, że twój organizm już

został zaatakowany.

Ø Cząstki pyłowe PM, znajdują się w spalinach silników. W

środowisku naturalnym pyły, które nie są szczególnie trujące,

mogą jednak szkodzić roślinom. Pył osadzający się na po-

wierzchni liści pochłania światło, a może również zatykać apa-

raty szparkowe i w ten sposób utrudniać fotosyntezę. Najczę-

ściej jednak pyły zawarte w spalinach składają się z substancji

trujących i od tego głównie zależy sposób ich oddziaływania na

środowisko.

Silniki Diesla emitują mniej szkodliwych gazów [np. 20 razy mniej

tlenku węgla (CO), 8 razy mniej węglowodorów], ale więcej sadzy. Ze

względu na swe zalety rozpowszechniły się w pojazdach użytkowych. Ich

zalety biorą się z faktu, że spalanie zachodzi w nich przy nadmiarze po-

wietrza (λ > 1). Niestety, ekologiczność nie oznacza, że nie, zanieczysz-

czają one środowiska, obniżając, bowiem emisję jednych składników, pod-

13

noszą poziom innych. Ich główną wadą jest podwyższony poziom cząstek

stałych. W składzie spalin silników ZS można znaleźć rozmaite substancje.

Ich wzajemne proporcje zależą od konstrukcji silnika, warunków eksplo-

atacji oraz stosowanego paliwa i oleju silnikowego. Składniki spalin

opuszczających silnik mają postać:

Ø gazową: azot, wodór, tlen, tlenek i dwutlenek węgla, tlenki azotu,

tlenki siarki, woda, aldehydy;

Ø ciekłą: węglowodory niespalone w silniku, takie jak: parafiny,

węglowodory aromatyczne, nafteny;

Ø stałą: sadza, ciężkie węglowodory.

Poniższy schemat przedstawia sposób powstawania spalin w silni-

kach ZS i ich skład chemiczny.

Ryc.5. Procentowy, orientacyjny skład spalin silnika ZS.

14

Regulacje prawne dążące do ograniczenia

emisji zanieczyszczeń zawartych w spalinach

Ponieważ silniki spalinowe pojazdów są istotnym źródłem zanie-

czyszczenia powietrza w skali globalnej, już od dość dawna stały się celem

dla działań ustawodawców dążących do ochrony środowiska. Pierwsze re-

gulacje prawne nastąpiły w amerykańskim stanie Kalifornia w 1957. Były

one spowodowane powtarzającym się zjawiskiem smogu dławiącego

aglomerację Los Angeles.

Po lokalnych, stanowych regulacjach nastąpiły regulacje ustawowe

w formie Clean Air Act (1963) oraz Motor Yehicle Air Pollution Control

Act (1965), w których zawarto już dopuszczalne poziomy emisji zanie-

czyszczeń. W 1971 roku rozszerzeniu uległa także lista kontrolowanych

zanieczyszczeń dołączono do niej (po raz pierwszy w Kalifornii) NOX. W

Europie pierwsze przepisy prawne ograniczające poziom emisji zanie-

czyszczeń weszły w życie w krajach EWG w 1970 roku. Przyjęto w nich za

dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń określone w dyrektywach Komisji

Europejskiej ONZ. Te pierwsze dyrektywy dotyczyły samochodów osobo-

wych i były dopiero zapowiedzią tego, co miało dopiero nastąpić w dzie-

dzinie legislacji w nadchodzących latach.

Europejskie pojazdy użytkowe o masie całkowitej dopuszczalnej

powyżej 3, 5t zostały objęte regulacjami poziomów emitowanych zanie-

czyszczeń dopiero w końcu lat osiemdziesiątych. Obowiązujące w tym

względzie przepisy wydaje Komisja Europejska i mają one rangę dyrek-

tyw, czyli zobowiązują kraje Unii Europejskiej do ich obligatoryjnego sto-

sowania. Pierwsza dyrektywa, która została wydana w 1988 roku i weszła

w życie w roku1990, nie obejmowała jeszcze limitów dla cząstek stałych.

W późniejszej dyrektywie ujęto i ten problem.

15

Zespól wymagań określany w dyrektywach przyjęło się określać

mianem EURO z odpowiednim numerem wskazującym kolejny poziom

ograniczeń.

NormaData wejścia

w życie Dopuszczalne wartości

R49 1982 r. HC - 3, 50 g/kWh CO - 14, 00 g/kWh NOx - 18, 0 g/kWh

EURO 0 1990 r. HC - 2, 40 g/kWh CO - 11, 20 g/kWh NOx - 14, 40 g/kWh

Ryc.6. Zespół wymagań określanych mianem R49 EURO „0”.

Ryc.7. Zespół wymagań określanych mianem EURO.

Źródło: http://www.dieselnet.com/standards/eu/ld.html

16

Regulacje prawne w Polsce.W Polsce około 25 lat temu postanowiono wprowadzić pierwsze

normy dotyczące emisji spalin.

W naszym kraju dopuszczalne normy zawartości zanieczyszczeń

zawartych w spalinach pojazdów samochodowych zawarte są w warunkach

technicznych dopuszczenia pojazdów samochodowych do ruchu na dro-

gach publicznych.

Na następnych stronach przedstawione są aktualne poziomy emisji

zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery przez silniki pojazdów samo-

chodowych oraz kryteria oceny stanu technicznego pojazdu podczas bada-

nia technicznego..............................................................................................

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY

z dnia 30 kwietnia 2004 r.

zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ichniezbędnego wyposażenia

Dz. U. nr 103 poz. 1085

Załącznik do rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 30 kwietnia 2004 r. (poz. 1085)

POZIOMY EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH I WSPÓŁCZYNNIKA NADMIARU POWIETRZA λ

Zawartość CO w % objętości spalin, CH w ppm (cząstki na milion)oraz współczynnik λ dla pojazdu zarejestrowanego po raz pierwszy

Lp. PojazdPrędkośćobrotowasilnika

do dnia30września1986 r.

od dnia 1października1986 r. do dnia30 czerwca1995 r.

od dnia 1 lipca1995 r. do dnia 30kwietnia 2004 r.

od dnia 1 maja2004 r.

2 3 4 5 6 7 8 9 101

CO CO CO CH λ CO λ

1 Motocykl Bieg jałowy 5,5 4,5 4,5 - - 4,5 -

Bieg jałowy 4,5 3,5 0,5 100 - 0,3 -

2 Inny pojazdsamochodowy1

2.000 min-1

do 3.000min-1

- - 0,3 100 0,97-1,03 0,2 0,97-

1,03

1 Dla pojazdu zarejestrowanego po raz pierwszy po dniu 31 grudnia 1996 r., wyposażonego w silnik opojemności sokowej poniżej 700 cm3, dopuszcza się wartości określone w kolumnie 5; wartości podane wkolumnach 6, 7 i 8 nie dotyczą pojazdu, dla którego w świadectwie homologacji potwierdzono wartościwyższe, stanowiące dla tego pojazdu kryterium oceny.

18

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY

z dnia 16 grudnia 2003 r.

w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdówDz. U. nr 227 poz. 2250

WYKAZ CZYNNOŚCI KONTROLNYCH ORAZ METODY l KRYTERIA OCENY STANU TECHNICZNEGOPOJAZDU PODCZAS PRZEPROWADZANIA BADANIA TECHNICZNEGO

ZAGADNIENIA ZWIĄZANE Z OCHRONĄ ŚRODOWISKA

Przedmiot i zakresbadania

Sposób przeprowadzeniabadania

Podstawowe kryteria uznania stanu technicznego zaniezadowalający

1 2 31. Wskazania miernika tlenku węgla (CO) przy

prędkości obrotowej biegu jałowego silnika:

- powyżej wartości 4, 5% dla pojazdów

rejestrowanych po raz pierwszy do dnia 30.09.1986 r., a w

odniesieniu do motocykla 5,5%,

- powyżej wartości 3, 5% dla pojazdów

rejestrowanych po raz pierwszy od dnia 01.10.1986 r. do dnia

30.06.1995 r., a w odniesieniu do motocykla 4,5%.

2. Wyraźnie zauważalne spalanie oleju silnikowego

(nie dotyczy silników dwusuwowych).

3. Niedozwolone odprowadzenie spalin do atmosfery

(tzw. “odma").

4. Wskazania wieloskładnikowego analizatora spalin

powyżej:

- 0, 5% CO i 100 ppm CH mierzone na biegu

jałowym silnika, w odniesieniu do motocykla 4, 5% CO,

- 0, 3% CO i 100 ppm CH mierzone z prędkością

obrotową silnika (z zakresu od 2 000-3 000 min-1) nie dotyczy

motocykli,

Emisjazanieczyszczeńgazowych z silnika ozapłonie iskrowym

Pomiar emisji

zanieczyszczeń gazowych

przeprowadza się zgodnie z

instrukcją (załącznik nr 4 do

rozporządzenia).

oraz wartość współczynnika nadmiaru powietrza

(lambda) poza granicami 0, 97-1, 03, mierzona z podwyższoną

prędkością obrotową silnika (z zakresu od 2 000 min do 3 000

min) dla pojazdu wyposażonego w sondę lambda, dla

pojazdów zarejestrowanych po raz pierwszy po 30.06.1995 r.

19

Przedmiot i zakresbadania

Sposób przeprowadzeniabadania

Podstawowe kryteria uznania stanu technicznego zaniezadowalający

1 2 35. W pojazdach wyposażonych w pokładowy system

diagnostyczny typu OBDII/EOBD występowanie

zarejestrowanego kodu usterki sygnalizowanego kontrolką

MIL przy jednoczesnym prawidłowym działaniu jej obwodu.

Nieprawidłowe działanie elementów odpowiedzialnych za

ograniczenie emisji substancji szkodliwych dla środowiska, a

w szczególności:

- reaktorów katalitycznych,

- czujników tlenu (sond lambda).

- systemu powietrza wtórnego,

- powietrza wtórnego,

- systemu kontroli emisji par paliwa, w tym

zamknięcia i szczelności korka wlewu paliwa,

- pozostałych czujników i systemu połączeń

elektrycznych.

6. Kontrolny sygnał niesprawności układu

diagnostyki pokładowej (MIL) nie działa prawidłowo.

7. W pojazdach wyposażonych w pokładowy system

diagnostyczny typu OBDII/EOBD niewykonane wszystkie

procedury diagnostyczne (tzw. Monitory) oraz negatywny

wynik testu czujników tlenu (sond lambda), który wykonany

został na podstawie zarejestrowanych wartości bieżących lub

pomiaru emisji zanieczyszczeń gazowych.

Zadymienie spalinz silnika ozapłoniesamoczynnym

Pomiar zadymienia

spalin przeprowadza się

zgodnie z instrukcją (załącznik

nr 4 do rozporządzenia).

1. Zadymienie spalin (mierzone przy swobodnym

przyspieszaniu silnika w zakresie od prędkości obrotowej

biegu jałowego do maksymalnej prędkości obrotowej,

wyrażone w postaci współczynnika pochłaniania światła),

większe niż: 2, 5 m-1, a w odniesieniu do silnika z

turbodoładowaniem 3, 0 m-1, a w przypadku pojazdów

wyprodukowanych po dniu 30 czerwca 2008 r. nie

przekraczało 1, 5 m-1;

Techniczne środki służące obniżaniu

zawartości zanieczyszczeń w spalinach

pojazdów

W następstwie tych podstawowych aktów prawnych wprowadzono

pierwszy środek techniczny służący obniżaniu zawartości składników tok-

sycznych w gazach spalinowych, tzw. dopalanie polegające na utlenianiu

węglowodorów oraz tlenku węgla w tzw. reaktorach termicznych umiesz-

czanych bezpośrednio za zaworami wylotowymi. W latach siedemdziesią-

tych zastąpiono je katalizatorami.

W każdym silniku skład spalin opuszczających komory spalania

różni się od składu spalin z rury wydechowej, ponieważ tlenek węgla i wę-

glowodory reagują z tlenem pozostałym w spalinach, przekształcając się w

dwutlenek węgła i parę wodną. Proces ten jest w znacznym stopniu uzależ-

niony od temperatury, a krótki czas przepływu spalin przez układ, wyde-

chowy sprawia, że tylko niewielka część toksycznych związków ulega

neutralizacji. Również tlenki azotu przekształcają się w układzie wyde-

chowym w czysty azot, ale i ten proces przebiega mało sprawnie.

W katalizatorach, reakcje między składnikami spalin zachodzą bar-

dziej intensywnie, także przy niższych temperaturach. Potocznie katalizato-

rem nazywa się całe urządzenie oczyszczające spaliny.

W urządzeniach tego rodzaju mogą zachodzić dwa typy reakcji:

Ø utlenianie (tlenek węgla i węglowodory, reagując z tlenem zawar-

tym w spalinach, przekształcają się w dwutlenek węgla i parę

wodną);

Ø redukcja (reakcja tlenku węgla z tlenkiem azotu powoduje

przekształcenie tych związków w azot i dwutlenek węgla).

21

Ze względu na pełnione funkcje katalizatory dzielimy, więc na:

Ø utleniające, których działanie przyspiesza jedynie reakcje utleniania;

Ø redukujące, których zadanie polega wyłącznie na przyspieszaniu

redukcji;

Ø utleniająco-redukujące, w których przyspieszeniu ulegają obydwa

rodzaje reakcji.

Ryc.8. Systemy katalizatorów silników ZI.

22

Najpoważniejszym problemem w przypadku układów wydechowych

silników ZS jest zmniejszenie emisji węgla w postaci sadzy wyrzucanej

wraz z spalinami. Nie jest to produkt bezpośrednio toksyczny, ale w znacz-

nym stopniu uciążliwy dla otoczenia i pozostałych uczestników ruchu dro-

gowego. Dotychczas stosowano techniczne środki obniżenia emisji cząstek

stałych i zanieczyszczeń gazowych w silnikach ZS:

1. wolnossącydwuzaworowy2. turbodoładowany3. turbodoładowany zchłodzeniem powietrzadoładowującego4. turbodoładowany zchłodzeniem i wtryskiempod wysokim ciśnieniem5. turbodoładowany zchłodzeniem, wtryskiemprzy bardzo wysokimciśnieniu i zmiennympoczątku wtrysku6. recyrkulacja zchłodzeniem spalin

Ryc.9. Techniczne środki obniżania zawartości zanieczyszczeń

w silnikach ZS.

Stosowane są też urządzenia bierne, ich funkcja sprowadza się do

mechanicznego zatrzymywania cząsteczek przez tzw. filtry sadzy umiesz-

czane w końcowych odcinkach układów wydechowych. Wymagają one

okresowej wymiany lub czyszczenia.

Spotyka się konstrukcje filtrów sadzowych, w których oczyszczanie

(metodą wypalania) dokonuje się samoczynnie podczas jazdy samochodu.

Są one przeważnie zintegrowane z katalizatorami utleniającymi we wspól-

nych obudowach. Przykładem może być system CRT (Continuos Regene-

23

ration Trap) umożliwia on znaczne ograniczenie toksyczności silników sa-

mochodów ciężarowych. W skład systemu, oprócz stosowania oleju napę-

dowego o ograniczonej zawartości siarki, wchodzą: katalizator utleniający i

filtr cząsteczkowy - umieszczone w zintegrowanej obudowie. Zbudowany

na bazie spieków metalicznych lub ceramiczny katalizator powoduje obni-

żenie emisji tlenku węgla (CO) i węglowodoru (HC) o około 90 %. W fil-

trze cząsteczkowym następuje wypalanie ponad 90 % cząstek stałych, bę-

dących powodem dymienia silników ZS. Przy tej reakcji, (jako źródło

tlenu) wykorzystywany jest inny niepożądany składnik spalin - dwutlenek

azotu N02.

System CRT pracuje bezobsługowo i może być stosowany w silni-

kach EURO I, EURO II oraz EURO 0 turbo-diesel. Zamontowanie systemu

jest proste, nie powoduje zwiększonego zużycia paliwa i sprawia, że silnik

pracuje ciszej.

Ryc.10. Katalizator CRT – zintegrowany katalizator utleniający i

filtr cząsteczkowy.

24

Jak widać, zasada konstruowania norm jest prosta i polega na konse-

kwentnym obniżaniu poziomu dopuszczalnych zanieczyszczeń. Jak to

osiągnąć, to już nie jest problem ustawodawców, chociaż niewątpliwie

uwzględniają oni możliwości techniczne realizacji swoich postanowień.

Przykładem realizmu jest branie pod uwagę masy cząstek stałych, a nie ich

rozmiarów i ilości - chociaż te właśnie parametry lepiej oddawałyby sto-

pień zagrożenia dla środowiska. Zbyt mała rozdzielczość metod pomiaro-

wych nie pozwala jednak na razie na ich zastosowanie. Jedno jest jednak

pewne: następne poziomy dopuszczalnych zanieczyszczeń będą znacznie

niższe.

25

Warunki skuteczności

katalizatorów

W przypadku silników ZI największą skutecznością w usuwaniu tok-

sycznych produktów spalania odznaczają się wśród urządzeń stosowanych

masowo katalizatory trójfunkcyjne współpracujące z sondami lambda. Jed-

nak jednoczesne reakcje utleniania i redukcji mogą przebiegać zadowala-

jąco tylko w odniesieniu do spalin uzyskiwanych z mieszanek o składzie

zbliżonym do stechiometrycznego, (czyli bez nadmiaru zarówno powietrza,

jak i paliwa). Nadmierne wzbogacenie mieszanki wpływa na obniżenie

zdolności katalizatora do usuwania tlenku węgla i węglowodorów, nato-

miast nawet nieznaczne zubożenie mieszanki powoduje całkowitą utratę

możliwości usuwania tlenków azotu. Dlatego katalizator bez sondy lambda

nie może skutecznie usuwać wszystkich składników toksycznych ze spalin.

Z kolei układ zasilania sterowany sondą lambda koryguje skład mie-

szanki tylko wtedy, gdy silnik jest nagrzany do optymalnej temperatury ro-

boczej oraz pracuje w zakresie od 0% do ok. 75% swojego maksymalnego

obciążenia. We wszystkich innych sytuacjach silnik jest zasilany mieszan-

kami bogatymi lub ubogimi (np. podczas intensywnego przyspieszania lub

hamowania silnikiem).

Silniki ZI z katalizatorami i sondami lambda bezwzględnie wymagają

stosowania benzyny bezołowiowej. Spalenie jednego zbiornika benzyny z

dodatkiem ołowiu (etylizowanej) powoduje całkowite zniszczenie obu tych

urządzeń. Dopuszczalna zawartość ołowiu w paliwie wynosi dla tego

rodzaju silników 0, 013 g/l, a etyliny mają ją na poziomie ok. 0, 15 g/l).

Uszkodzenie katalizatora lub sondy (albo obydwu) w silnikach ZI

objawia się spadkiem osiągów i wyraźnym wzrostem zużycia paliwa.

Uszkodzone katalizatory utleniające i filtry sadzowe w silnikach ZS wpły-

wają ujemnie na ich pracę jedynie w przypadku utraty drożności.

26

Walka o poprawę czystości spalin

Urzędowa walka o poprawę czystości spalin nie przynosi zamierzo-

nych efektów. Szacuje się na podstawie reprezentatywnych badań, że 10-

20% jeżdżących po drogach samochodów osobowych należy do grupy

„high-emitter", czyli producentów spalin o wysokiej toksyczności. Im za-

wdzięczamy 40-60% ogólnej ilości toksycznych substancji emitowanych

do atmosfery ziemskiej.

Problem jest poważny, lecz jednocześnie bardzo trudny do rozwią-

zania na drodze czysto administracyjnej. Obowiązkowe kontrole składu

spalin prowadzone są tylko raz w roku, podczas ogólnych przeglądów

kontrolnych. Policje drogowe różnych państw są uprawnione do kontroli

doraźnych, ale ze względu na swój losowy charakter nie mogą one wyeg-

zekwować przestrzegania norm ekologicznych we wszystkich pojazdach, a

sami kierowcy mimo najlepszej woli nie mają sposobu na to, by zoriento-

wać się, kiedy ich samochód przestaje zachowywać się tak poprawnie, jak

podczas ostatniej kontroli. Z tych powodów w USA wprowadzono obo-

wiązek wyposażania wszystkich nowych dopuszczanych do ruchu pojaz-

dów w system OBD (On Board Diagnose - diagnoza pokładowa), a Unia

Europejska przewiduje podobne rozwiązanie

System amerykański ma działanie pośrednie, ponieważ opiera się na

bieżącej kontroli sprawności wszystkich podzespołów samochodu odpo-

wiedzialnych za przepisowy skład spalin. W przypadku nieprawidłowości

na tablicy przyrządów zapala się odpowiednia lampka kontrolna, a usterka

wprowadzona zostaje do pamięci komputerowej centralnej jednostki steru-

jącej w sposób umożliwiający warsztatowi serwisowemu szybką jej identy-

fikację przy wykorzystaniu złącza diagnostycznego.

Dla Europy przygotowywany został w biurze inżynierskim WWU w

Hamburgu system pokładowej kontroli bezpośredniej, nazwany w skrócie

27

OBM (On Board Measurement - pomiar pokładowy). Opiera się on na

zamontowanym w pojeździe urządzeniu pokładowym w postaci czteroga-

zowego analizatora spalin, mierzącego bieżącą zawartość dwutlenku węgla

(C02), tlenku węgla, (CO), węglowodorów (HC) i tlenków azotu (NO).

Uzyskane wyniki rzeczywiste porównywane są z wartościami wzorcowymi

zapisanymi w pamięci komputera. Każde naruszenie norm emisji sygnali-

zowane jest natychmiast na tablicy przyrządów. Niezależnie od tego w pa-

mięciowym układzie samodiagnozy rejestrowane są usterki poszczegól-

nych mechanizmów odpowiedzialnych za prawidłowy skład spalin.

Ryc.11. Bezpośredni pomiar spalin.

1. silnik, 2. katalizator, 3. tłumik, 4. boczny kanał spalin, 5. wylot spalin,

6. analizator spalin, 7. wskaźnik, 8 tablica rozdzielcza.

Trudności w skonstruowaniu sprawnie działającego systemu OBM

wynikają ze znacznego zróżnicowania warunków eksploatacji każdego sa-

mochodu, czyli też towarzyszących im zmian wielkości przepływu, ciśnie-

nia i temperatury spalin. Poza tym eksploatacja analizatora podczas ruchu

pojazdu wymaga zwiększonej wytrzymałości i niezawodności wszystkich

jego elementów.

28

System OBM, opracowany przez firmę WWU (Wissenschaftliche

Werkstatt fur Umwelttechnik GmbH), analizuje składniki spalin metodą

absorpcji promieniowania podczerwonego, znaną dotychczas konstrukto-

rom wysokiej jakości analizatorów stacjonarnych, używanych do okreso-

wej kontroli pojazdów.

Pokładowy analizator WWU wykorzystuje urządzenie podobnego

typu, lecz o zminiaturyzowanych wymiarach i dużej odporności mecha-

nicznej. Przeszło już ono pomyślnie próby eksploatacyjne i może być

wdrożone do produkcji seryjnej.

W systemie OBM analiza spalin towarzyszy od momentu zimnego

rozruchu silnika wszystkim momentom i zakresom jego pracy. Mierzone

wartości wyświetlane są na ciekłokrystalicznym czytniku umieszczonym

na tablicy przyrządów. Czytnik ten staje się dzięki temu źródłem aktual-

nych informacji o stanie technicznym pojazdu i o wpływie stosowanej

techniki jazdy na skład emitowanych spalin.

Dzięki temu kierowca dowiaduje się niezwłocznie o:

Ø nadmiernym zużyciu katalizatora lub innych podzespołów

mających wpływ na skład spalin, czyli o konieczności usunięcia

usterek przed obowiązkowym przeglądem technicznym,

Ø zakresach pracy silnika szczególnie uciążliwych dla środowiska

naturalnego,

Ø pogorszeniu sprawności procesów spalania, czyli nadmiernym

zużyciu paliwa, objawiającym się podwyższoną emisją tlenku

węgla i węglowodorów.

29

Rozdział 1 BIBLIOGRAFIA

1) Rymaszewski E.: Dopalacze katalityczne (katalizatory spalin)

http://www.zss.pl

2) Wiatr I, Marczak H, Sawa J.: Ekoinżynieria. Lublin 2003,

Wyd. Naukowe – Gabriel Borowski.

3) Katalizator spalin. „Auto Ekspert” 1995, nr 3.

4) Czysty silnik ZS?. „Auto Ekspert” 1996, nr 5.

5) Pokładowy analizator spalin. „Auto Ekspert” 1998, nr 5.

6) Analiza spalin. „Auto Ekspert” 1999, nr 1.

7) Euro... „Auto Ekspert” 1999, nr 5.

8) Układy wydechowe silników samochodowych.

„Auto Ekspert” 2001, nr 7/8.

9) Euro-Route - http://www.euroroute.friko.pl

10) Zanieczyszczenie powietrza

http://www.ochronaprzyrody.republika.pl

11) Oddziaływanie zanieczyszczenia powietrza na inne elementy

środowiska i gospodarkę - http://www.atmosphere.mpg.pl

12) Rola energetyki i transportu w zanieczyszczeniu powietrza

atmosferycznego - http://www.atmosphere.mpg.pl

13) Zanieczyszczenia komunikacyjne -

http://www.ekoklub.wroclwaw.pl

14) Zespół wymagań EURO -

http://www.dieselnet.com/standards/eu/ld.html

30

Rozdział 2 Spis rysunków

Ryc.1. Oddziaływanie zanieczyszczenia powietrza................................ 4

Ryc.2. Ruch uliczny a zanieczyszczenie powietrza. ............................... 7

Ryc.3. Nadmierna emisja zanieczyszczeń przez silnik ZS...................... 8

Ryc.4. Procentowy, orientacyjny skład spalin silnika ZI. ....................... 9

Ryc.5. Procentowy, orientacyjny skład spalin silnika ZS. .................... 13

Ryc.6. Zespół wymagań określanych mianem R49 EURO „0”. ........... 15

Ryc.7. Zespół wymagań określanych mianem EURO. ......................... 15

Ryc.8. Systemy katalizatorów silników ZI. .......................................... 21

Ryc.9. Techniczne środki obniżania zawartości zanieczyszczeń w

silnikach ZS...................................................................................... 22

Ryc.10. Katalizator CRT – zintegrowany katalizator utleniający i filtr

cząsteczkowy.................................................................................... 23

Ryc.11. Bezpośredni pomiar spalin........................................................ 27

31

Rozdział 3 SPIS TREŚCI

Oddziaływanie zanieczyszczenia powietrza

na środowisko i gospodarkę ............................................................. 2

Udział transportu w zanieczyszczeniu powietrza .............................. 7

Regulacje prawne dążące do ograniczenia emisji zanieczyszczeń

zawartych w spalinach.................................................................... 14

Techniczne środki służące obniżaniu zawartości zanieczyszczeń

w spalinach pojazdów .................................................................... 20

Warunki skuteczności katalizatorów ........................................... 25

Walka o poprawę czystości spalin .................................................. 26

BIBLIOGRAFIA............................................................................ 29

Spis rysunków ................................................................................ 30

SPIS TREŚCI................................................................................. 31