Jak chronić miasta przed nadmierną emisją produktów spalania paliw w silnikach spalinowych?

Poprawa jakości powietrza w miastach poprzez wprowadzanie alternatywnych napędów do samochodów.

AUTOR
Prof. dr hab. Andrzej Kulczycki
Centrum Ekologii i Ekofolozofii, Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego

DATA
Lipiec 15.2023

W stępne badania wykonane w wybranych miastach europejskich wskazują, że wzrost liczby pojazdów z napędem elektrycznym w okresie kilku lat daje mierzalne zmniejszenie emisji CO₂ (efekt globalny) oraz produktów niezupełnego spalania, co jest równoznaczne z poprawą jakości powietrza w tych miastach. Wstępna ocena tego trendu wskazuje, że efekt ten nie zależy od wielkości aglomeracji miejskiej.

Wniosek: z punktu widzenia jakości powietrza w mieście należy promować napędy elektryczne.

Rosnąca w coraz większym tempie liczba ludności na Świecie (już ponad 8 miliardów), powstawanie coraz większych przestrzennie aglomeracji miejskich i stały wzrost ilości przewożonych towarów powodują, że proporcjonalnie szybko wzrasta liczba użytkowanych środków transportu (samochody, samoloty, kolej, statki) oraz intensywność ich używania. Napędy tych środków transportu stanowią głównie silniki spalinowe (wyjątek kolej w Europie i Azji – napęd elektryczny), a podstawowymi paliwami do nich są produkty pochodzące z przerobu ropy naftowej. Chemicznie są one mieszaniną wielu węglowodorów (każde paliwo jest mieszaniną około 1000 związków chemicznych), w tym kancerogennych węglowodorów aromatycznych. W każdym kraju paliwa te w wolumenie milionów m3 są transportowane, magazynowane i nalewane do zbiorników paliwowych milionów środków transportu. Skala tych operacji powoduje, że już na drodze od rafinerii ropy naftowej do zbiornika samochodu paliwa powodują skażenie gruntu i wód powierzchniowych, a poprzez parowanie przy napełnianiu zbiorników pojazdów skażenie powietrza atmosferycznego.
Dla jakości powietrza podstawowe jednak znaczenie mają produkty spalania paliw w silnikach spalinowych. Emitowane są do powietrza atmosferycznego z układów wydechowych każdego z użytkowanych pojazdów. Ze względu na jakość powietrza składniki spalin podzielone mogą być na trzy grupy:

Gazy cieplarniane, głównie ditlenek węgla CO₂;

Produkty niezupełnego spalania paliw, tj.: tlenek węgla CO, niespalone węglowodory HC oraz cząstki stałe PM (sadza + kancerogenne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne);

Tlenki azotu NOx.

Gazy cieplarniane mają wpływ na globalne zmiany klimatyczne. Produkty niezupełnego spalania i tlenki azotu lokalnie wpływają na jakość powietrza, decydując o stopniu zanieczyszczenia powietrza przede wszystkim w aglomeracjach miejskich. Zasadniczym powodem ogólnoświatowych działań zmierzających do wymiernego ograniczenia uciążliwości transportu dla środowiska jest redukcja emisji gazów cieplarnianych (zmiany klimatyczne są najbardziej niebezpiecznym skutkiem rozwoju naszej cywilizacji technicznej).
Przez ostatnie 30 lat próbowano zredukować emisję gazów cieplarnianych przez wprowadzanie paliw alternatywnych, w tym biopaliw, CNG i LNG (metan). Okazało się to jednak zbyt mało efektywne. Stąd w ostatnich 10 latach skupiono się na działaniach zmierzających do całkowitego wyeliminowania procesu spalania paliw poprzez zastąpienie napędów spalinowych napędami elektrycznymi.
Środki transportu napędzane silnikami elektrycznymi na etapie użytkowania nie emitują do atmosfery spalin. Gdyby zastąpić wszystkie pojazdy użytkowane np. w Warszawie czy Krakowie pojazdami elektrycznymi to jakość powietrza w tych miastach w wymiernym stopniu poprawiłaby się (brak emisji produktów niezupełnego spalania i NOx). Wstępne badania wykonane w wybranych miastach europejskich wskazują, że wzrost liczby pojazdów z napędem elektrycznym w okresie kilku lat daje mierzalne zmniejszenie emisji CO₂ (efekt globalny) oraz produktów niezupełnego spalania, co jest równoznaczne z poprawą jakości powietrza w tych miastach. Wstępna ocena tego trendu wskazuje, że efekt ten nie zależy od wielkości aglomeracji miejskiej.

Wniosek: z punktu widzenia jakości powietrza w mieście należy promować napędy elektryczne.

Co dzisiaj jest rozumiane pod pojęciem samochód elektryczny? W większości informacji samochód elektryczny to BEV (battery electric vehicle) – pojazd w którym energia elektryczna potrzebna do napędu silników elektrycznych magazynowana jest w bateriach / akumulatorach. W pojazdach tych wykorzystany może być tylko napęd elektryczny. Od około 20 lat rozpowszechniane są jednak rozwiązania pośrednie – napędy hybrydowe, w których częściowo źródłem energii są baterie, a częściowo silniki spalinowe. W pojazdach typu HEV baterie ładowane są w czasie hamowania pojazdu, w pojazdach typu PHEV (Plag-in HEV) baterie mogą być dodatkowo ładowane z sieci elektroenergetycznej. Kolejnym rodzajem pojazdów elektrycznych są FCEV – pojazdy wyposażone w ogniwa paliwowe (wodorowe) generujące na pokładzie energię elektryczną w ilości potrzebnej do napędu silników elektrycznych.
Tak więc pojazdy elektryczne całkowicie bezemisyjne na etapie użytkowania to BEV i FCEV. Ich rozwój i upowszechnienie napotykają jednak na liczne bariery i ograniczenia. Przede wszystkim wymagają bardzo dużego wzrostu ilości wytworzonej i rozprowadzonej po kraju energii elektrycznej, zastąpienia dotychczasowych elektrowni bezemisyjnymi źródłami energii elektrycznej, a także zbudowania sieci wytwarzania i dystrybucji wodoru. Są to ogromne wyzwania dla gospodarki każdego kraju, w tym dla Polski.

Pomimo tych barier każde miasto niezależnie od wielkości dążyć powinno do zastępowania pojazdów o konwencjonalnym napędzie pojazdami o napędzie hybrydowym i elektrycznym. Działania te odnosić powinny się na początku do pojazdów intensywnie użytkowanych na terenie miasta, tj. autobusów miejskich, taksówek samochodów dostawczych i gospodarki komunalnej.

Samochód z alternatywnym napędem typu hybryda Plag-in HEV wydaje się być obecnie optymalnym rozwiązaniem nie tylko w mieście. - Opinia Redakcji Ekoforum.eu

Prof. dr hab. Andrzej Kulczycki

Profesor nauk technicznych. Ukończył studia na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Jest pracownikiem naukowo – dydaktycznym UKSW (Centrum Ekologii i Ekofilozofii).
W swojej działalności zajmuje się zagadnieniami tribochemicznymi, paliwami i chemicznymi zagadnieniami spalania paliw. Od wielu lat zajmuje się biopaliwami, Odnawialnymi Źródłami Energii, a w ostatnim czasie wodorem i zagadnieniami napędów elektrycznych dla środków transportu, w tym dla lotnictwa. Uczestniczył w licznych projektach badawczych krajowych i międzynarodowych, zakończonych wdrożeniami nowych technologii paliw.

REDAKCJA EKOFORUM:
Alternatywne napędy do samochodów powinny być rozwijane z wielu powodów jednak nie mogą stanowić remedium na wszystkie nasze obecne kłopoty z ograniczaniem zanieczyszczenia powietrza w miastach. Spalanie benzyny nie jest jedynym powodem powstawania zanieczyszczeń. Ścieranie opon raz klocków hamulcowych przez każdy samochód poruszający się w mieście jest potencjalnym źródłem powstawania smogu. Samochody te mogą mieć napęd elektryczny jednak ich oddziaływanie na środowisko będzie nie mniej szkodliwe, jak tych z tradycyjnymi silnikami. Okazuje się, że najnowsze silniki diesla emitują nawet mniej cząstek CO₂ niż benzynowe. Przy pełnej analizie kosztów ich użytkowania, w tym wytworzenia baterii oraz znacznie krótszym okresie użytkowania końcowy efekt nie tylko ekonomiczny staje się bardzo wątpliwy.
W naszych warunkach położenia geograficznego oraz dostępności taniej energii elektrycznej przejście jedynie na nowe samochody o napędach elektrycznych od roku 2035 jest całkowicie nierealne.
Trzeba obecnie dążyć do ograniczania emisji poprzez wprowadzanie alternatywnych źródeł zasilania samochodów typu hybryda Plag-in HEV które przede wszystkim powinny poruszać się głównie na obszarze dużych aglomeracji miejskich. Jest to najlepsza droga do poprawy jakości powietrza. Użytkownicy tego typu alternatywnych napędów nie tylko wpływają na poprawę jakości powietrza, ale również mają znacznie mniejszy koszt codziennego użytkowania takich pojazdów, w tym nie są w żaden sposób ograniczeni w ich zasięgu.