I. Filipovi
ć
i drugi
Primjena alternativnih goriva...
goriva i maziva,
44, 4 : 241-262, 2005.
241
Ivan Filipovi
ć
, Boran Pikula, Dževad Bibi
ć
, Mirsad Trobradovi
ć
ISSN 0350-350X
GOMABN 44, 4, 241-262
Pregledni rad/Review
UDK 629.113.4 : 504.064.4 : 621.433: 621.433/.434
PRIMJENA ALTERNATIVNIH GORIVA U CILJU
SMANJENJA EMISIJE ZAGA
Đ
IVA
Č
A KOD
CESTOVNIH VOZILA
Sažetak
Jedan od najutjecajnijih
č
inilaca u procesu one
č
iš
ć
enja
č
ovjekovog okoliša je cestovni prijevoz, tj. emisija zaga
đ
iva
č
a u
ispušnim plinovima kod vozila. Posebno izražen problem visokih
koncentracija zaga
đ
iva
č
a od cestovnih vozila je u urbanim
sredinama gdje je prisutna velika koncentracija vozila, s vrlo
razli
č
itim režimima vožnje. Na emisije zaga
đ
iva
č
a od vozila
najve
ć
i utjecaj imaju:
−
tehni
č
ko-tehnološka rješenja koja se koriste na motorima s
unutarnjim izgaranjem, što je direktno povezano s godinom
proizvodnje motora i vozila,
−
tip motora,
−
vrsta i kvaliteta goriva,
−
koncentracija i prohodnost vozila u pojedinim zonama,
−
uvjeti (režimi) vožnje i drugo.
U cilju dobivanja slike o utjecaju cestovnih vozila na emisiju
zaga
đ
iva
č
a u radu je napravljena analiza emisije zaga
đ
iva
č
a na
primjeru urbane sredine sa cca 100000 registriranih vozila, gdje
je oko 60 % vozila s dizelovim motorom, te dosta nepovoljne
starosne strukture. Dobiveni rezultati su uspore
đ
eni sa sli
č
nim
rezultatima u zemljama Zapadne Europe.
U radu je dat i prikaz suvremenih tehni
č
kih dostignu
ć
a koja
se koriste na vozilima koja koriste konvencionalna goriva u cilju
zadovoljavanja europskih regulativa o emisiji zaga
đ
iva
č
a.
Posebno su obra
đ
ena alternativna goriva, s naglaskom na ona
goriva koja se danas uglavnom koriste. Prikazana su tehni
č
ka
rješenja
uporabe
prirodnog
plina,
kao
perspektivnog
alternativnog goriva i njegov utjecaj na emisiju zaga
đ
iva
č
a.
Primjena alternativnih goriva...
I. Filipovi
ć
i drugi
242
goriva i maziva,
44, 4 : 241-262, 2005.
1. Uvod
Doba širokog industrijskog razvoja društva, s naglim razvojem tehnike i tehnologije,
predstavlja razdoblje kada po
č
inje masovna eksploatacija prirodnih resursa, što ima
posljedicu narušavanja kvalitete me
đ
usobnog odnosa
č
ovjek - okoliš. Razvoj
automobilske industrije dovodi u drugoj polovini XX. stolje
ć
a do enormnog razvoja
sektora cestovnog prijevoza ljudi i dobara. Cestovna vozila, odnosno štetne
komponente u ispušnim plinovima cestovnih vozila postaju prepoznatljivi kao jedan
od najutjecajnijih
č
inilaca u one
č
iš
ć
enju okoliša. Posebno je ovaj problem izražen u
urbanim sredinama, gdje je na relativno malom prostoru prisutna velika
koncentracija cestovnih vozila. Urbane sredine postaju prezaga
đ
ene, što ima velike
posljedice za zdravlje ljudi. Ovakvo stanje utjecalo je na bu
đ
enje ekološke svijesti
kod ljudi –
č
ist zrak postaje imperativ. U tom svjetlu je posljednje desetlje
ć
e
proteklog stolje
ć
a obilježeno nizom zakonskih mjera, koje su popra
ć
ene
odgovaraju
ć
im tehni
č
kim rješenjima, kojima se nastoji smanjiti zaga
đ
enje zraka.
Pred cestovna vozila se postavljaju sve stroži zahtjevi u pogledu emisije zaga
đ
iva
č
a,
prije svega CO, C
x
H
y
, NO
x
i
č
estica. Pravilnicima Ekonomske komisije Ujedinjenih
naroda za Europu (ECE Pravilnici) propisane su norme u pogledu emisije ispušnih
plinova koje cestovna vozila moraju zadovoljiti (Euro 1, Euro 2, Euro 3, Euro 4).
Trenuta
č
no su važe
ć
e Euro 3 norme, dok Euro 4 norme stupaju na snagu od 2005.
godine za osobna vozila, odnosno 2006. godine za teretna vozila. Sve prisutniji
trend globalnog zagrijavanja planeta u posljednje vrijeme u fokus stavlja emisiju
plinova koji doprinose efektu staklenika, prije svega CO
2
.
2. Analiza ekološke slike tipi
č
ne urbane zone
U cilju dobivanja što potpunije slike o utjecaju cestovnih vozila na emisiju
zaga
đ
iva
č
a analizirana je urbana sredina s oko 100000 registriranih vozila, tipi
č
na
za europske tranzicijske zemlje. Od navedenog broja vozila 90 %
č
ine osobna
vozila, dok ostatak otpada na teretna vozila, autobuse i ostala vozila. Sa stajališta
pogonskog agregata oko 60 % vozila je pokretano dizelovim motorom. Starosna
struktura razmatranog voznog parka je dosta nepovoljna. Samo 14 % vozila je
mla
đ
e od 5 godina, dok je 70 % vozila starije od 10 godina. Od ukupnog broja
promatranih vozila gotovo 30 % su starosti 15 i više godina. Prosje
č
na starost
razmatranog voznog parka iznosi 13 godina. Starosna struktura voznog parka, s
brojem vozila po pojedina
č
nim kategorijama, prikazana je na slici 1.
Na osnovi izvršene analize strukture voznog parka u
č
injen je prora
č
un
karakteristi
č
nih emisija zaga
đ
iva
č
a pomo
ć
u ra
č
unarskog programa Copert III
(Computer program to calculation emissions from road transport) koji se uspješno
koristi na podru
č
ju cijele Europe. Verificiranje rezultata u
č
injeno je usporedbom
prora
č
unate i stvarno utrošene koli
č
ine pojedinih pogonskih goriva. Odstupanja su
se kretala u rasponu od -1,1 % do +3,7 %, pa se prora
č
un može smatrati valjanim.
Rezultati prora
č
una po pojedinim zaga
đ
iva
č
ima i kategorijama vozila prikazani su u
tablici 1.
Primjena alternativnih goriva...
I. Filipovi
ć
i drugi
244
goriva i maziva,
44, 4 : 241-262, 2005.
zna da ova vozila
č
ine manje od 10 % voznog parka. U okviru kategorije osobnih
vozila najve
ć
a koli
č
ina proizvedenih NO
x
i
č
estica dolazi od osobnih vozila sa
dizelskim pogonskim agregatima, tako da se uop
ć
e vozila s dizelovim motorom
mogu ozna
č
iti kao glavni nosioci emisije
č
estica i velikim dijelom NO
x
. Emisija CO
2
je uzrokovana potrošnjom goriva i tu su osobna vozila ozna
č
ena kao glavni nosioci
zaga
đ
enja. Ipak zbog velikih snaga pogonskih dizelovih motora, kao i ve
ć
eg broja
prije
đ
enih kilometara i teretna vozila imaju zna
č
ajan utjecaj na emisiju CO
2
.
Slika 2: Postotni udio u ukupnoj emisiji razli
č
itih zaga
đ
iva
č
a prema kategorijama
vozila
Figure 2: Percentage ratio of pollutant emission of different category of vehicle in
total pollutant emission
78
89,3
98
57,6
72,6
20,3
10,4
40,2
25,2
1,8
2,2
2,2
0,2
0,3
1,7
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CO2
CxHy
CO
NOx
Č
estice
U
d
io
u
e
m
is
ij
i
o
d
p
o
je
d
in
ih
v
rs
ta
v
o
z
il
a
,
%
Ostala
vozila
Teretna
vozila i
autobusi
Osobna
vozila
Emission share per individual vehicle types
Other vehicles Commercial vehicles and buses Passenger vehicles
Particulates
Da bi se mogla izvršiti realna valorizacija prije prikazanih rezultata, potrebno je
dobivenu ekološku sliku usporediti s ekološkom slikom drugih gradova u Europi,
prije svega u razvijenim zemljama. Studijom OECD [1] analizirani su rezultati emisije
zaga
đ
iva
č
a u zemljama Zapadne Europe i predvi
đ
anja emisije zaga
đ
iva
č
a do 2030.
godine. Na slici 3 su prikazani rezultati emisije zaga
đ
iva
č
a u analiziranoj urbanoj
sredini za 2003. godinu u usporedbi s trendom emisije zaga
đ
iva
č
a u zemljama
Zapadne Europe za razdoblje 1990. do 2000. godine.
Analiziraju
ć
i vrijednosti prikazane na slici 3 može se zaklju
č
iti da je ekološka slika za
2003. godinu u analiziranom podru
č
ju na razini ekološke slike u zemljama Zapadne
I. Filipovi
ć
i drugi
Primjena alternativnih goriva...
goriva i maziva,
44, 4 : 241-262, 2005.
245
Europe iz 1997. i 1998. godine. Razlog zašto se trenutna ekološka slika u
analiziranom podru
č
ju razlikuje od ekološke slike u razvijenim europskim zemljama
leži prije svega u starosti voznog parka. U cilju smanjenja one
č
iš
ć
enja okoliša i
hvatanja koraka s Europom neophodno je poduzeti odre
đ
ene mjere na smanjenju
emisija zaga
đ
iva
č
a od cestovnih vozila. Na
č
ini i mogu
ć
nosti koje stoje na
raspolaganju razmotrene su u nastavku.
Slika 3: Emisije zaga
đ
iva
č
a u zemljama Zapadne Europe i u analiziranom primjeru
Figure 3: Pollutant emission in Western European countries and in analyzed area
0,425
0,513
0,372
0,186
0,105
0,208
3,223
4,567
3,984
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Godina
E
m
is
ij
a
i
s
p
u
š
n
ih
p
li
n
o
v
a
,
to
n
a
C
O
,
N
O
x
/
v
o
z
il
u
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
E
m
is
ij
a
i
s
p
u
š
n
ih
p
li
n
o
v
a
,
to
n
a
C
O
2
/
v
o
z
il
u
CO
NOx
CO2
0.151
0.216
3.833
Emisija zaga
đ
iva
č
a u
analiziranoj urbanoj
sredini za 2003.godinu
Emisija zaga
đ
iva
č
a u zemljama
Zapadne Europe
Emission of exhaust gases, tons of CO, NOx per vehicle
Pollutant emission in Western European countries
Pollutant emission in analyzed urban area for 2003 / Year
3. Mogu
ć
nosti smanjenja emisije zaga
đ
iva
č
a od cestovnih vozila
Sa stajališta cestovnih motornih vozila, na emisije zaga
đ
iva
č
a najve
ć
i utjecaj imaju:
tehni
č
ko-tehnološka rješenja koja se koriste na motorima s unutarnjim izgaranjem,
radni ciklus motora, vrsta i kvaliteta goriva, koncentracija i prohodnost vozila u
pojedinim zonama, uvjeti (režimi) vožnje.
Promatraju
ć
i motor s unutarnjim izgaranjem kao zasebnu cjelinu smanjenje emisije
zaga
đ
iva
č
a u cestovnom vozilu mogu
ć
e je posti
ć
i na tri na
č
ina: pove
ć
anjem
kvalitete korištenih goriva, optimizacijom radnih procesa u motoru i naknadnim
tretmanom ispušnih plinova, što je shematski prikazano na slici 4.
Smanjenje
sadržaja
sumpora,
te
ukidanje
pojedinih
štetnih
aditiva
u
konvencionalnim gorivima omogu
ć
ava postizanje niže emisije zaga
đ
iva
č
a, prije
svega sumpornih oksida i drugih nereguliranih komponenti (zakonski netretiranih
I. Filipovi
ć
i drugi
Primjena alternativnih goriva...
goriva i maziva,
44, 4 : 241-262, 2005.
247
zadovoljavaju
ć
e ekološke slike, postaju preskupa, pa alternativna goriva
predstavljaju rješenja koja zadržavaju i razumnu razinu cijene vozila.
4. Primjena alternativnih goriva s ciljem redukcije zaga
đ
iva
č
a
Uporaba alternativnih goriva za pogon cestovnih vozila predstavlja jedan od realno
mogu
ć
ih na
č
ina za smanjenje štetne emisije ispušnih plinova iz vozila. Pored toga,
primjena alternativnih goriva vodi ka smanjenju ovisnosti o konvencionalnim
pogonskim gorivima, dobivenim iz nafte,
č
ije su rezerve ograni
č
ene. Stoga se
pitanje izbora adekvatnog alternativnog goriva može promatrati i u mnogo širem
kontekstu. Op
ć
enito se izvori energije mogu podijeliti na obnovljive i neobnovljive, a
njihova podjela i mogu
ć
a primjena u domeni cestovnih vozila je prikazana na slici 5.
Kako se sa slike 5 može uo
č
iti motor s unutarnjim izgaranjem u lancu transformacije
energije predstavlja gotovo nezaobilaznu kariku, budu
ć
i da se pokazalo da on svoje
pozitivne osobine, uz odgovaraju
ć
u optimizaciju zadržava bez obzira koje se
pogonsko gorivo koristi.
Za potpuno razumijevanje razmatrane problematike potrebno je definirati pojam
alternativnog goriva. U alternativna goriva za pogon motora SUI spadaju sva goriva,
osim benzina i dizelskih goriva, koja mogu efikasno izgarati u motoru SUI i koja
imaju mogu
ć
nost masovne proizvodnje (npr. prirodni plin, metanol, vodik, biogorivo).
Da bi se neko alternativno gorivo uspješno primijenilo za pogon cestovnog vozila,
moraju biti ispunjeni brojni zahtjevi. Osnovni kriteriji bitni za ocjenu primjenjivosti
alternativnih goriva za pogon motora SUI su:
- emisija ispušnih plinova,
- potrošnja goriva,
- cijena alternativnog goriva,
- performance vozila s pogonom na alternativna goriva,
- nalazišta, na
č
in dobivanja i rezerve alternativnog goriva,
- troškovi konverzije ili proizvodnje vozila,
- na
č
ini i mogu
ć
nosti uskladištenja goriva na vozilu,
- mogu
ć
nost punjenja gorivom i potrebna infrastruktura,
- op
ć
a sigurnost vozila.
U alternativna goriva koja se danas nalaze u primjeni za pogon motora SUI spadaju:
alkoholna goriva (metanol i etanol), ukapljeni naftni plin (LPG), prirodni plin, biljna
ulja, vodik. Sva navedena alternativna goriva, zbog jednostavnije kemijske strukture
u odnosu na benzinsko ili dizelsko gorivo, imaju potencijal za smanjenje emisije
štetnih ispušnih plinova. Zbog manjeg sadržaja atoma ugljika, alternativna goriva pri
izgaranju proizvode manju koli
č
inu CO
2
, a u slu
č
aju uporabe vodika emisija CO
2
potje
č
e isklju
č
ivo od izgaranja ulja za podmazivanje. Bitno je napomenuti da se
uporabom alternativnih goriva ne može u potpunosti posti
ć
i tzv. „nulta“ emisija
štetnih ispušnih plinova, i zbog kemijske strukture ugljikovodi
č
nog goriva (i pri
idealnim uvjetima izgaranja prisutan je CO
2
), i zbog same konstrukcije motornog
