SKÝRSLA I

Varnir gegn mengunarefnum í afgasi farartækja í Bandaríkjunum og Evrópu

Áhrif mengunarstaðla á þróun dísilvéla

Mengunarstaðlar EBE og USA

Framkvæmd og eftirlit

Leó M. Jónsson Iðnaðar- og vélatæknifræðingur, ráðgjafarstofa Reykjanesbæ. Nóv. 2004 ^©

Útgáfa og dreifing: IB Innflutningsmiðlun ehf. Fossnesi 14. 800 Selfoss. S. 480 8080

Inngangur
Umhverfismál snerta alla. Mengunarhætta er eitt af málefnum líðandi stundar, m.a. sá hluti loftmengunar sem myndast vegna umferðar. Í þessari skýrslu er leitast við að safna saman upplýsingum um og lýsa tækniþróun, sem orðið hefur síðan 1999, í gerð bílvéla og sem leitt hefur til hreinni útblásturs. Gerð er grein fyrir markmiðum, kröfum og áföngum aðgerða til að draga úr mengunarefnum í afgasi bíla, bæði í Evrópu og í Bandaríkjunum og lýst mismun á reglum. (Í Skýrslu II er fjallað sérstaklega um tækniþróun varðandi nýjustu dísilvélar og þeim áhrifum sem hún hefur haft á mengunarvarnir).

Ástand
Þótt umhverfismál séu ekki aðalviðfangsefni þessarar skýrslu, er ástæða til að geta þess að hættuástand hefur skapast við helstu umferðaræðar í Reykjavík vegna eitraðrar loftmengunar frá umferð - einkum í frosti og stilltu vetrarveðri. Ein af aðgerðum sem gætu dregið úr hættu á heilsutjóni er örari endurnýjun bílaflotans, ekki síst með fleiri dísilbílum. Með þessari skýrslu er m.a. leitast við að draga fram rök fyrir hagkvæmni þess.

Alþjóðaheilbrigðismálastofnunin (WHO)^a) gaf út skýrslu 1999 sem fjallaði um rannsókn á kostnaði heilbrigðisþjónustu vegna loftmengunar frá umferð í 3 löndum; Austurríki, Frakklandi og Sviss. Þar kemur fram að loftmengun vegna umferðar varð fleira fólki að aldurtila en umferðarslys. Í skýrslunni kemur jafnframt fram að lengri tíma innöndun afgasmengaðs lofts hjá fólki eldra en 30 ára, olli 21 þúsund ótímabærum dauðsföllum vegna lungna- og hjartakvilla. Á sama tíma létust á sama svæði rétt innan við 10 þúsund manns vegna umferðarslysa. Ennfremur segir í sömu skýrslu: ,,Árlega veldur afgasmengað loft 300 þúsund tilfellum bronkítis hjá börnum og 15 þúsund innlögnum á sjúkrahús vegna hjartasjúkdóma; 395 þúsund astma-tilfellum hjá fullorðnum og 162 þúsund slíkum tilfellum hjá börnum." Í skýrslu WHO eru helstu mengunarvaldar taldir kolmónoxíð, nituroxíð, kolvetni, benzen, ósón og blý.

Umhverfisverndarstofnun Bandaríkjanna, EPA, hefur fylgst með og mælt loftmengun af völdum 6 efna á mismunandi stöðum í Bandaríkjunum síðan 1970 ^f). Efnin eru kolmónoxíð, blý, nituroxíð, loftagnir og rokgjörn lífræn efni. Loftmengun af völdum þessara efna allra, að undanskildum nituroxíðum, hefur minnkað umtalsvert. Loftmengun vegna nituroxíða hefur, hins vegar, aukist á tímabilinu til dagsins í dag um 10% þrátt fyrir hreinni útblástur, þ.e. minni mengun í afgasi á hvern ekinn km. Ein skýringin er fjölgun bíla og aukin umferð.

Gróðurhúsalofttegundir (ghl)
Gróðurhúsáhrif er hugtak sem oft ber á góma þegar umhverfismál eru rædd. Andrúmsloftið er að 99 hundraðshlutum nitur og súrefni. Í þeim hluta sem eftir er eru nokkrar lofttegundir sem gleypa í sig varmageislun (innrauða geislun) frá jörðu. Þessar lofttegundir, sem nefnast einu nafni gróðurhúsalofttegundir (ghl), eru helstar vatnsgufa, koldíoxíð, metan, ósón og dí-nituroxíð. Gróðurhúsalofttegundirnar gera jörðina lífvænlega - án þeirra yrði hitastig mun lægra og lífskilyrði takmarkaðri. Lífshættir, t.d. með aukinni brennslu eldsneytis, auka losun ghl út í andrúmsloftið. Sé aukningin nægilega mikil hækkar hitastig jarðar vegna minna varmaútstreymis og það jafnvægi sem ríkt hefur gæti raskast.

Samband ghl og ósónlags
Ósónlag í lofthjúpi jarðar virkar sem endurvarpandi skjöldur gagnvart hættulegri geislun utan úr geimnum. Nituroxíð og nokkrar aðrar ghl svo sem klórsambönd (t.d. freon) valda með efnahvörfum þynningu ósónlagsins yfir pólsvæðum. Þynning ósónlagsins, sérstakleg yfir norðurskautinu, veldur því að meira af útfjólubláum sólargeislum nær til jarðar með þeim afleiðingum m.a. að tíðni húðkrabbameins gæti hækkað hjá íbúum á norðurhveli.

Ghl, loftmengun, vægi
Eins og áður er nefnt eru ghl nauðsynlegar til að lífvænlegt sé á jörðinni. Gerður er greinarmunur á ghl og loftmengun enda eru ekki allar ghl eitraðar né skaðlegar lífríkinu í sjálfum sér þótt þær valdi gróðurhúsaáhrifum. Deilt er um hve mikil áhrif einstakra ghl eru umfram aðrar en koldíoxíð, sem myndast í miklum mæli á eðlilegan hátt í náttúrunni, hefur aukist vegna vaxandi notkunar eldsneytis. Árleg aukningin hefur mælst jöfn 0,3 - 0,4% frá því um 1990 ^o). Hver ghl hefur mismunandi mikil gróðurhúsaáhrif. Kolvetnis-klórsambönd (t.d. freon) og brennisteins-flúrsambönd, sem eru framleidd efni, eru mjög áhrifamikil. Metan gleypir í sig 21 falt meiri varmageislun en koldíoxíð og sameindir nituroxíða, sum þeirra eitruð, gleypa 270 sinnum meiri innrauða varmageislun en sameindir koldíoxíðs ^p).

Staða Íslands með tilliti til ghl
Ísland hefur þá sérstöðu að um 70% allrar orku sem notuð er í landinu er fengin úr fallvötnum og jarðhita en þeirri orkuframleiðslu fylgir ekki losun ghl út í andrúmsloftið. Flestar aðrar þjóðir framleiða um og yfir 90% notaðrar orku með brennslu eldsneytis svo sem brúnkola, kola, olíu, gass og úrgangsefna - brennslu sem fylgir losun ghl út í andrúmsloftið. Ísland er aðili að s.k. Kyoto-bókun (alþjóðlegt samkomulag um takmörkun á losun ghl) og hefur skuldbundið sig til að draga úr losun ghl samkvæmt samkomulaginu. (Þessar upplýsingar er m.a. að finna á vefsíðu Landsvirkjunnar).

Sjáanleg loftmengun
Andrúmsloft inniheldur 78% nitur (köfnunarefni). Þótt bílvél nýti einungis súrefni (21% af andrúmslofti) til bruna flæðir nitrið óhjákvæmilega í gegn um brunahólfin og út með afgasinu. Nái hiti í brunahólfum ákveðnum mörkum myndar nitrið efnasambönd sem nefnast einu nafni nituroxíð (NOx) og eru á meðal s.k. gróðurhúsalofttegunda (ghl).

Nituroxíð og nitursambönd
Niturefnasambönd eru nokkur og misjafnlega hættuleg. Þau eru:
NO niturmónoxíð. Eitruð lofttegund.
N₂O dí-nituroxíð. Efnið þekkja margir sem ,,hláturgas".
NO₂ niturdíoxíð. Samband NO og súrefnis úr lofti. Rauðleit eitruð lofttegund sem er algengasta niturmengunin og sést oft t.d. yfir Reykjavík í frosti þegar umferð er mikil. Efnið getur valdið öndunarerfiðleikum og jafnvel heilsutjóni.
N₂O₅ dí-niturpentoxíð. Nefnist einnig nituranhýdrýð, hvítt efni.
N₂O₃ dí-niturtríoxíð. Nánast gagnslaus en eitruð lofttegund.
HNO₃ saltpéturssýra.
NH₃ ammóníak.

Temprun nituroxíða
Myndun nituroxíða í bílvél má minnka með því að halda brunahita í skefjum. Algengast er að það sé gert með því að veita hluta afgassins aftur inn í brunahólfin með stýrðri hringrás. Kerfið nefnist EGR (Exhaust Gas Recirculation). Þar sem ekkert súrefni er í afgasinu þynnir það brunablönduna og kælir. Þar til fyrir fáum árum þurfti að seinka kveikju/innspraututíma bensín- og dísilvéla til að EGR-kerfið skilaði árangri. Seinkunin minnkar afl og eykur eyðslu sem dregur úr mengunarvörninni. Í nýjustu dísilvélum (2003) er afgas í EGR-kerfinu forkælt þannig að seinkun tímans er óþörf en með því móti eykst afl og sparneytni vélarinnar og virkni EGR-kerfisins sem mengunarvarnar verður meiri með minna af nituroxíðum í afgasi.

Skaðsemi nituroxíða
Nituroxíð frá umferð skapa hættulega loftmengun á fleiri en einn máta. Nituroxíð í heitu loftslagi mynda ósónlag niðri við jörð sem veldur öndunarerfiðleikum. Nituroxíð mynda agnir nítrata; súrt gas og niturdíoxíð (rauðgult ský) valda ertingu og sjúkdómum í öndunarfærum. Nituroxíð valda einnig ,,súru regni", spilla vatnakerfum, hverfast með öðrum efnum og mynda þannig eiturefni auk þess að valda hnattrænni hitun.

Myndun nituroxíða
Nituroxíð myndast í náttúrunni; í jarðvegi, gróðri og í vatni. Mikið magn nituroxíða myndast t.d. í eldingaveðrum. Auk nituroxíða sem myndast vegna umferðar myndast nituroxíð af mannavöldum í alls konar landbúnaðartengdri starfsemi/framleiðslu; í iðnaði, við sorpeyðingu o.fl. Tilbúinn áburður veldur nituroxíð-mengun sem og framleiðsla hráefna fyrir plastiðnað, svo nokkuð sé nefnt.

Varnir gegn loftmengun
Þættir sem hafa áhrif á og geta dregið úr loftmengun vegna umferðar (raðað af handahófi):

- Lög, reglur og staðlar um leyfilegt hámark mengunarefna í afgasi bíla.
- Þróun og framleiðsla virkari brunavéla.
- Þróun farartækja sem nota umhverfisvænni orku.
- Framleiðsla umhverfisvænna eldsneytis.
- Eftirlit með ástandi farartækja (lögbundin skoðun og/eða umferðareftirlit).
- Fræðsla og miðlun upplýsinga um umhverfismál.
- Forvarnarviðhald farartækja.
- Símenntun þeirra sem annast viðgerðir, eftirlit og þjónustu við farartæki.
- Almenningssamgöngur (strætisvagnar, lestir/jarðlestir).
- Skipulag borga og þéttbýlissvæða.
- Hönnun umferðarmannvirkja og umferðarskipulag5) með tilliti til orkusparnaðar.
- Opinber stýring/hvatning til kaupa á umhverfisvænni bílum (tollar, vörugjöld, skattar).
- Opinber stýring/hvatning til notkunar á umhverfisvænni bílum (skattlagning eldsneytis).
- Vistfræðileg umferðarstjórn, veggjald, stöðugjöld og önnur skattlagning á umferð.
- Breytilegur - sveigjanlegur vinnutími til að jafna umferðarálagi.
- Sveigjanlegur afgreiðslutími verslana og þjónustufyrirtækja.
- Umhverfisvænni notkun farartækja (vistvænni akstur, minni lausagangur véla, forhitun bílvéla, virkara viðhald, örari endurnýjun, aukin notkun dísilbíla, samnýting bíla o.fl.).

Aðgerðir til að stemma stigu við afgasmengun
frá bílaumferð í Evrópu (EBE) og Bandaríkjunum

Innan EBE og víðar í Evrópu eins og í Bandaríkjunum hefur verið beitt skipulögðum aðgerðum sl. áratugi til að draga úr loftmengun. Þótt samanburður á þessum aðgerðum kunni að vera erfiðleikum háður vegna mismunandi framsetningar og aðferða er endanlegt markmið það sama. (Til einföldunar eru EBE-þjóðir og NV-Evrópa nefnd hér einu nafni Evrópa). Mismunur á staðalkröfum og tímasetningu þeirra stafar af mismunandi áherslum, forgangi og jafnvel forsendum. Dæmi:

- Í Evrópu er áherslan lögð á aukna sparneytni, þ.e. að draga úr mengun með því að minnka notkun eldsneytis. Sérstök áhersla er lögð á að draga úr myndun koldíoxíðs (CO2) af gróðurhúsalofttegundum (ghl) frá farartækjum. Hátt verð eldsneytis speglar þessa áherslu. Fólksbílum með dísilvél hefur fjölgað með hverju árinu.

- Í Bandaríkjunum er áherslan lögð á að minnka mengun í afgasi farartækja. Sérstök áhersla er lögð á að takmarka kolmónoxíð (CO) og nituroxíð af ghl í afgasi. (Áhersla á nituroxíð er vegna skaðsemi þeirra (eitruð) auk þess sem þau valda ,,súru regni"). Verð eldsneytis er umtalsvert lægra en í Evrópu og hlutfall fólksbíla með stórar vélar (slagrými umfram 3 lítra) hærra. Fólksbílum með dísilvél hefur fækkað síðan 1986.

Í Evrópu hafa fólksbílar með dísilvél verið við lýði í meira en 60 ár og stærstur hluti leigubíla í löndum V-Evrópu verið knúinn dísilvélum sl. 50 ár. Sala dísilfólksbíla hefur aukist með hverju ári og samkvæmt spám mun 50% allra nýrra fólksbíla á evrópska markaðnum vera með dísilvél árið 2008 ^j). (Markaðshlutdeild dísilfólksbíla er þegar orðin um 50% í Belgíu, Frakklandi og Austurríki). Sem dæmi um þessa þróun er að þeir lúxusbílar sem nú þykja eftirsóknarverðastir af tegundunum BMW, Mercedes-Benz og Audi eiga það sameiginlegt að vera með dísilvél ^j). Það sem mest áhrif hefur haft á vaxandi vinsældir dísilfólksbíla er tækniþróun, sem tekið hefur kipp síðan 1999, og gerir það að verkum að dísilvélar í fólksbílum eru nú að mörgu leyti sambærilegar við bensínvélar hvað varðar hljóð, gangmýkt og lykt en hins vegar umhverfisvænni, sparneytnari og jafnvel aflmeiri.

Í Bandaríkjunum hefur afstaða almennings til dísilbíla lítið breyst sl. 20 ár - þar er enn litið svo á að einungis sparneytni réttlæti kaup á dísilbíl því honum fylgi hávaði, vond lykt og reykur auk þess sem hann sé silalegri. GM framleiddi fólksbíla með Oldsmobile-dísilvél á árunum 1977-1985. Þegar best lét (1981) keyptu Bandaríkjamenn árlega um 500 þúsund fólksbíla með dísilvél á móti 10 þúsund árið 2003. Dísilbílarnir frá því í upphafi 9. áratugarins voru sparneytnir. Sem dæmi má nefna að Oldsmobile Delta 88 að eigin þyngd 1.850 kg með 5,7 lítra dísilvél eyddi að meðaltali um 10,5 lítrum á 100 km og stóðst þær kröfur um mengunarvarnir sem þá voru í gildi. Hins vegar reyndust dísilvélarnar frá Oldsmobile verr en bensínvélar af svipaðri stærð, höfðu t.d. hærri bilanatíðni: Notaðir fólksbílar með dísilvél seldust treglega og eftirspurn eftir nýjum fjaraði út. Af þessu leiðir að evrópskir bílaframleiðendur standa bandarískum framar þegar um er að ræða fólksbíla með dísilvélum - þeir evrópsku eru lengra komnir á tæknisviðinu vegna eftirspurnar og krafna markaðarins.

Undantekning
Á þessu er þó ein undantekning: Í Bandaríkjunum eru ,,pikköpp-bílar" sá flokkur bíla sem mest selst en ,,pikköpp" , sem fyrirbrigði, hefur með bandarískan lífsstíl að gera auk þess sem einstaklingar, kaupendur þeirra, njóta skattafsláttar af andvirðinu séu þeir með rekstur og er það þáttur í hvetjandi aðgerðum stjórnvalda til stofnunar og viðhalds smáfyrirtækja (Small Business Act). Þótt einungis hluti seldra pallbíla sé með dísilvél fer hann vaxandi þrátt fyrir talsverðan verðmun. Það segir talsvert um eftirspurn að nýr Ford Pickup með 6 lítra túrbódísilvél kostar bandarískan kaupanda um 5 þúsund dollurum meira en sami bíll með
V8-bensínvél: Fyrir mismuninn má fá 11.455 lítra af bensíni! Sparneytni dísilvélarinnar skiptir ekki jafn miklu máli og áður því nýjustu V8-bensínvélarnar í bandarískum bílum eru mun sparneytnari en fyrir 4-5 árum. Sem dæmi mælist meðaleyðsla Chevrolet Silverado Pickup af millistærð og árgerð 2004, með 5,3ja lítra V8-bensínvél, 11,8 l/100 km á þjóðvegi.^c) Það sem sóst er eftir er dráttargeta dísilbílsins og umtalsvert meiri sparneytni við dráttarálag, reyndar er mismunur á sparneytni því meiri sem dráttarálagið er meira dísilbílnum í hag.

Helsta ástæða þessara framfara, þ.e. varðandi dísilvélar með allt að 8 lítra slagrými, síðan 1999 og sem gerir það að verkum að bandarískir bílaframleiðendur hafa tæknilega forystu þegar þessi ákveðna gerð dísilvélar á í hlut, er mikil sala og strangari reglur um mengunarvarnir. Á árinu 2001 seldust 283 þúsund pallbílar með 5 lítra eða stærri V8-dísilvél í Bandaríkjunum. Evrópskir framleiðendur hafa ekki á boðstólum dísilvélar sem standast samanburð hvað varðar afl, tog, sparneytni og hreinan útblástur.

Ef til vill er það vísbending um þennan mismun á evrópskum og bandarískum bílum með 5 lítra dísilvélar að efst á lista American Council for an Energy-Efficient Economy ^{c og d)} yfir 12 helstu skaðvalda vegna mengunar árið 2004, er sportjeppinn Volkswagen Touareg Diesel. Í öðru sæti á lista yfir verstu mengara er Land Rover (Range Rover) með 4,4 lítra bensínvél. Eyðslufrekasti sportjeppinn á bandaríska markaðnum, samkvæmt mælingu Umhverfisverndarstofnunarinnar EPA og vefsíðunni www.fueleconomy.gov (20.11.2004), er Mercedes-Benz G55 AMG 4WD ^c).

Lög, reglugerðir/kröfur/framkvæmd EBE um leyfilegt hámark mengunarefna
í afgasi bílab) : Tímaröð

Lög og staðlar EBEvrópusambandsins um varnir gegn mengun af völdum bíla eru Nr. 70/220/EEC fyrir fólksbíla og Nr. 88/77/EC fyrir þyngri farartæki.

EuroO var fyrstur í röð staðla yfir leyfilegt hámark mengunarefna í afgasi bíla. Hann tók gildi í Þýskalandi 1. október 1990 fyrir fólksbíla en þar með fengust ekki nýskráðir bílar nema með mengunarvarnabúnaði og sem stóðust kröfur staðalsins. Evrópsku staðlarnir voru frá upphafi tvískiptir, annars vegar fyrir fólksbíla og léttari farartæki en hins vegar í þrepum fyrir vöruflutningabíla og þyngri farartæki með dísilvél (tafla). Innifalið í Euro 3 (Directive 98/69/EC og 2002/80/EC) lögum/stöðlum/reglum, sem samþykktar voru af 15 aðildarþjóðum EBE, eru ákvæði um að dísilvélar í þyngri farartækjum skuli, við nýskráningu frá og með 2000, vera búnar tölvustýrðu innsprautukerfi.

Jafnframt eru í lögunum ýmis heimildarákvæði um opinberar aðgerðir sem ætlað er að hvetja til kaupa á faratækjum sem uppfylli skilyrði mengunarstaðla, m.a. fólksbílum með dísilvél. Einnig eru heimildarákvæði sem gera opinberum aðilum kleift að stuðla að auknu hlutfalli dísilvéla með pústþjöppu (turbo). (Eftirbruni sem næst með afgasknúinni forþjöppun minnkar mengun í afgasi).

Í Euro 3 er sérstakt þrep eða deild með lægri leyfilegum mörkum mengunarefna í afgasi fyrir ,,umhverfisvænni" farartæki, sérstaklega ætluð fyrir borgarumferð (EEV = Enhanced Environmental Friendly Vehicles). Í lögunum eru ákvæði sem gera ríkisstjórnum kleift að hvetja til og stuðla að þróun, framleiðslu og sölu slíkra farartækja.

Evrópsku staðlarnir miðast við 3 mismunandi flokka farartækja með vél:

Flokkur L : Farartæki með færri en 4 hjól (5 undirflokkar).
Flokkur M : Farartæki með minnst 4 hjól (5 undirflokkar - fólksbílar, jeppar, pallbílar, vörubílar og rútur að heildarþyngd allt að 5 tonnum).
Flokkur N : Farartæki til flutninga með minnst 4 hjól og heildarþyngd umfram 1000 kg.
(3 undirflokkar - flutningabílar að heildarþyngd meiri 3,5 t).

• Euro 1 fyrir fólksbíla var gefinn út 1. okt. 1993
• Euro 2 fyrir fólksbíla, með meiri takmörkunum, útg. 1. okt. 1996.
• Euro 3 fyrir fólksbíla útg. í des. 1998 tók gildi 2000 með lækkun leyfilegra hámarka um 1/3.
• Euro 4 fyrir fólksbíla tekur gildi 2005 og gildir út 2008. 50% lækkun hámarka strax 2005.
• Euro 5 fyrir fólksbíla gildir fyrir 2008 (Euro 4-gildi nema lægra NOx-innihald).

Tafla A: Fólksbílar
EBE- mengunarmörk fyrir fólksbíla (fl. M1* allt að 3.500 kg heildarþ), g/km ^b)

Tafla B: Léttari vinnubílar/flutningabílar
EBE-mengunarmörk fyrir flutningabíla (flokkur N1), g/km ^b)

* Heildarþyngd (eiginþyngd + leyfileg hleðsla).

Tafla C: Bílar með vélstýrikerfi* (OBD)
EBE-mengunarmörk (OBD), g/km ^b)