| Abstract | This doctoral thesis aimed to create an advanced road transport emissions model by collecting, processing, and applying specific data, such as legislation data, results of periodic technical inspection of vehicles, On-board diagnostics (OBD) data, independent emission measurements, and surveys on target user groups. The quantitative research results focused on diesel cars and harmful nitrogen oxide (NOX) emissions. Moreover, it was pointed out that there are a lot of vehicles on which illegal modifications to the emission control system (ECS) are performed, and the impact of such manipulations on emissions is still not sufficiently investigated. Due to this, experimental tests of NOX emissions on Euro 5 and Euro 6 diesel cars under laboratory conditions and on the road were performed. The results of experimental tests indicated that tampering with ECSs can cause a multiple increase in NOX emissions, even more than two orders of magnitude. By processing the results of the experimental tests, new knowledge was obtained, and a new formulation was set for calculating the NOX emission factors (EFs) of manipulated vehicles. By determining the weight impacts of individual parameters that influence the formation of NOX emissions, it was proven that the effect of ECS manipulation on the formation of NOX emissions is by far the greatest. Considering the findings of the suggested advanced emission model, three case scenarios were created to calculate NOX emissions of the Euro 6 diesel car fleet. The worst-case scenario shows that NOX emissions increased by 36% compared to the calculation with EFs from the COPERT database. To validate the presented model and ensure its wide application, an external evaluation, i.e. an inter-laboratory comparison of the results, is necessary. |
| Abstract (croatian) | Za razliku od većine ostalih sektora, gdje se emisije ispušnih tvari i potrošnja energije već dulji niz godina smanjuju, u sektoru transporta na globalnoj razini bilježi se kontinuirani porast. Tek manji pad utvrđen je kratkoročno nakon globalne ekonomske krize 2008. g., kao i za vrijeme pandemije koronavirusa. Sektor transporta u svijetu generira otprilike 20 % stakleničkih plinova, od čega samo cestovni transport sudjeluje sa visokih 75 %.
Iako za stakleničke plinove postoji relativno pouzdana procjena njihovog iznosa bazirana na temelju količine utrošenih energenata, za emisije štetnih tvari to nije slučaj. Emisije štetnih tvari ovise o velikom broju parametara zbog čega ih nije moguće na brz i jednostavan način dovoljno točno procijeniti, već ih je potrebno mjeriti. Na temelju rezultata mjerenja izrađuju se novi, a ažuriraju postojeći modeli za procjenu emisija štetnih tvari. Postojeći modeli procjene emisija štetnih tvari iz cestovnog transporta baziraju se uglavnom na ispitivanjem određenim srednjim vrijednostima emisijskih faktora i uvjeta korištenja kao što su npr. prijeđeni put vozila, vrijeme rada motora, broj pokretanja motora itd. Istraživanja provedena posljednjih desetak godina ukazuju na nedostatke postojećih modela procjene emisija štetnih tvari i to uglavnom ukazujući na bitno veće vrijednosti emisijskih faktora u odnosu na one koji se trenutno koriste. Međutim, osim emisijskih faktora značajnu ulogu u točnijoj procjeni emisija ima preciznije definiranje uvjeta korištenja vozila.
Glavni cilj doktorskog rada bio je izraditi unaprijeđeni model emisija iz cestovnog transporta kroz postupak prikupljanja, obrade i primjene specifičnih podataka, kao što su podaci o homologaciji, rezultati redovnih tehničkih pregleda vozila, podaci dostupni kroz dijagnostiku vozila (OBD), rezultati nezavisnih mjerenja emisija i ankete provedene nad korisnicima vozila. Doktorska disertacija se sastoji od više članaka objavljenih tijekom doktorskog studija u časopisima te zbornicima s konferencija, a koji zajedno čine jednu zaokruženu cjelinu koja daje novi znanstveni doprinos u odnosu na pojedinačne radove. Ključni rezultati provedenih istraživanja predstavljeni su u ovom radu. Razrađen je doprinos svakog pojedinog članka, odnosno, istaknuta je njegova važnost za realizaciju cilja istraživanja. U konačnici dokazane su postavljene hipoteze te su istaknuti znanstveni doprinosi doktorskog rada u cjelini.
Doktorski rad je temeljen na kvantitativnim i kvalitativnim istraživanjima te na eksperimentalnim ispitivanjima. Kvantitativno istraživanje obuhvatilo je više izvora podataka: bazu COPERT emisijskih faktora NOX, bazu podataka tvrtke EMISIA SA za izračun emisija
pomoću računalnog programa COPERT, bazu podataka Centra za vozila Hrvatske (CVH) o registriranim vozilima, granične vrijednosti emisija određene legislativom, rezultate tehničkih pregleda vozila u Republici Hrvatskoj (podaci o ispitivanju ispušnih plinova i OBD podaci), meteorološke podatke te rezultate ankete provedene nad korisnicima vozila. Rezultati kvantitativnih istraživanja usmjerili su pažnju na vozila s Dieselovim motorom i štetne emisije dušikovih oksida (NOX). Utvrđeno je da postoji značajan broj vozila na kojima se obavljaju ilegalne preinake na sustavu za kontrolu emisija, a utjecaj takvih preinaka na emisije još uvijek nije dovoljno istražen. Zbog toga su provedena mjerenja emisija NOX na Euro 5 i Euro 6 automobilima s Dieselovim motorom u laboratorijskim uvjetima te u stvarnim uvjetima vožnje na cesti koristeći PEMS uređaj. Eksperimentalna ispitivanja uključivala su prikupljanje podataka o načinu korištenja vozila za vrijeme ispitnih vožnji: brzina i ubrzanje vozila, brzina vrtnje motora, stupanj prijenosa mjenjača, opterećenje vozila putnicima i teretom, geografske koordinate vozila koristeći GPS sustav, stupanj učinkovitosti sustava za naknadnu obradu ispušnih tvari, OBD podaci. Rezultati eksperimentalnih ispitivanja ukazali su da manipulacije sustava za kontrolu emisija mogu uzrokovati višestruko povećanje emisija NOX, čak i više od dva reda veličine. Obradom rezultata eksperimentalnih ispitivanja došlo se do novih spoznaja te je postavljena nova formulacija za izračun emisijskih faktora NOX manipuliranih vozila. Kvalitativnim istraživanjima utvrđeni su parametri iz stvarnih uvjeta vožnje koji značajnije utječu na stvaranje emisija NOX. Mijenjajući vrijednosti tih parametara izračunati su faktori utjecaja tih veličina na emisije NOX te je dokazano da je utjecaj manipulacija daleko najveći.
Doktorski rad je kroz izradu bio podijeljen u četiri faze:
1. Kvantitativna istraživanja
2. Eksperimentalna ispitivanja
3. Kvalitativna istraživanja — razvoj naprednog emisijskog modela
4. Izračun emisija baziran na otkrićima naprednog emisijskog modela
Prva faza obuhvaća pregled znanstvene literature koja sadrži podatke o emisijskim faktorima i emisijama iz stvarnih uvjeta vožnje, sve u cilju točnije procjene emisija NOX. Analizirani su dostupni podaci iz baza podataka tvrtki EMISIA SA i CVH o broju vozila, godišnje prijeđenom putu i starosti vozila tj. emisijskoj razini. Istražene su promjene u strukturi voznog parka Hrvatske tijekom perioda za koji postoje dostupni podaci iz baze podataka CVH. Na razini pojedinačnog vozila proučeni su podaci koji se prikupljaju prilikom tehničkih pregleda vozila: starost vozila, prijeđeni put, emisijska (Euro) razina, tehnička ispravnost, rezultati ispitivanja ispušnih plinova, OBD podaci i dr. Emisijski faktori NOX uspoređeni su s graničnim
vrijednostima određenima od strane legislative. Koristeći računalni program COPERT izračunate su emisije NOX te su identificirana vozila koja prekoračuju granične vrijednosti emisija NOX. Istražena je baza podataka CVH o broju osobnih automobila koji su pristupili ispitivanju zbog izvršenih preinaka. Uz navedeno, korisnici vozila ispunjavali su ankete s pitanjima koja uključuju uvjete korištenja vozila. Osim toga, od strane Državnog hidrometeorološkog zavoda (DHMZ) zatraženi su meteorološki podaci potrebni za izračun emisija pomoću COPERT-a.
Druga faza obuhvaća eksperimentalna ispitivanja na vozilima. Ispitivanja uključuju ispitne vožnje tijekom kojih su se prikupljali različiti podaci kao što su brzina i ubrzanje vozila, brzina vrtnje motora, stupanj prijenosa mjenjača, stupanj učinkovitosti sustava za kontrolu emisija, geografske koordinate vozila koristeći GPS sustav, emisije i dr. Spajanjem uređaja za zapisivanje podataka (engl. data logger) na OBD priključnicu vozila, tijekom ispitnih vožnji očitavali su se i pohranjivali dostupni podaci s pojedinih elektroničkih upravljačkih jedinica ugrađenih u vozilu (engl. Electronic Control Unit). Ispitne vožnje uključivale su različite standardizirane vozne cikluse (ECE–15, EUDC, NEDC), proizvoljno kreirane vozne cikluse i režime vožnji kao što su gradski, izvangradski te vožnja autocestom. Ispitne vožnje uključivale su uvjete iz stvarnih vožnji, tj. uspoređivale su se emisije NOX pri različitim uvjetima korištenja kao što su opterećenje vozila dodatnim teretom, stupanj prijenosa mjenjača te utjecaj isključivanja sustava za kontrolu emisija.
Treća faza uključuje kvalitativna istraživanja — analizu podataka prikupljenih tijekom kvantitativnih istraživanja i eksperimentalnih ispitivanja, te pronalazak funkcijske ovisnosti emisija NOX o različitim utjecajnim parametrima. Postupak određivanja emisija NOX o različitim utjecajnim parametrima zapravo predstavlja razvoj naprednog emisijskog modela. Ovaj model uključuje točnije vrijednosti ulaznih podataka, otklanjajući nedostatke postojećih emisijskih modela, budući da bi se svakom vozilu dodjeljivali podaci specifični baš za razmatrano vozilo ili za vozila sličnog tipa. Tako npr. svako vozilo prijeđe drugačiji put na godišnjoj razini, ima drugačiju vlastitu masu, drugačije mase prevoženih putnika i tereta, drugačije sustave za kontrolu emisija i ostalo. Osim toga, geografsko područje i klimatski uvjeti nisu svugdje jednaki da bi se mogli pridružiti svakom vozilu na isti način. U ovoj fazi određeni su parametri za koje je eksperimentalnim ispitivanjima znanstveno dokazano da imaju daleko najveći utjecaj na stvaranje emisija NOX, a koji nisu korišteni u postojećim modelima za izračun emisija.
U četvrtoj fazi, uzimajući u obzir otkrića predloženog unaprijeđenog emisijskog modela izrađena su tri moguća scenarija za izračun emisija NOX. Koristeći postojeći emisijski model COPERT, izrađen je izračun emisija NOX za flotu osobnih automobila s Dieselovim Euro 6 motorom u Hrvatskoj za proteklu 2023. godinu, te su se izračunati rezultati usporedili s rezultatima naprednog emisijskog modela. Rezultati naprednog emisijskog modela ukazali su na bitno veće vrijednosti emisija NOX u odnosu na emisije izračunate COPERT-om. Najnepovoljniji scenarij ukazuje na povećanje emisija NOX za 36 % u usporedbi s izračunom koji koristi emisijske faktore NOX iz COPERT-ove baze podataka. Kako bi se predloženi model mogao validirati te kako bi se osigurala njegova široka primjena, potrebna je vanjska evaluacija, odnosno, međulaboratorijska usporedba rezultata. Budući da se unaprijeđeni emisijski model bazira na emisijama svakog vozila zasebno, isti ukazuje na to koja vozila stvaraju značajno veće količine emisija NOX od zakonski dopuštenih. Na temelju izračunatih rezultata mogu se donositi različiti zaključci i podloge za primjenu drugačijih mjera politika. Jedan od prijedloga je da se mjerama porezne politike destimulira korištenje takvih vozila, a umjesto dosadašnjih mjera koje potiču kupnju starijih rabljenih vozila potiče kupnja novih vozila sa značajno manjim emisijama ili vozila s nultom stopom emisija — električnih vozila. |
