Emise z dopravy zdaleka nepředstavují jen emise výfukové. Významnou část emisí, neméně škodlivou pro životní prostředí a lidské zdraví, tvoří totiž i emise nevýfukové (např. otěry pneumatik, brzdového obložení, otěry kolejnic či trolejového vedení atd.).
O výfukových emisích se hodně mluví i píše, často si je nejspíš spojujeme s emisními normami Euro, v poslední době zvláště s diskutovanou normou Euro 7, kolem které je rozvířeno mnoho emocí. Mimo jiné by se tato norma měla zabývat i environmentálními dopady elektromobilů, konkrétně právě jejich nevýfukovými emisemi.
Součástí výfukových plynů jsou hlavně oxidy dusíku (NOX), oxid uhelnatý (CO) a uhličitý (CO2), prachové částice (PM) a také široké spektrum organických látek (např. polyaromatické uhlovodíky-PAH, areny). Méně diskutované jsou emise nevýfukové, kam se řadí například emise z otěrů pneumatik, brzdového obložení, brzdových bubnů či kotoučů, brzdových destiček, spojky či motoru, ale i emise vzniklé resuspenzí (zvířením již usazeného prachu na vozovce) či otěrem kolejnic a trolejového vedení. Částice, které se tímto způsobem uvolňují, nikam nemizí, a stávají se součástí ekosystému. Zatímco emise výfukových plynů byly a jsou mnoho let přísně regulovány, opotřebení pneumatik zatím nikterak regulované není. A tak postupně s rostoucími prodeji těžších SUV a elektrických vozidel poháněných bateriemi vyplouvá na povrch problém související např. s emisemi opotřebení pneumatik.
Emise z otěrů pneumatik
Elektromobily jsou považovány za budoucnost automobilového průmyslu. Zádrhelem by ale mohly být akumulátory, respektive jejich hmotnost, která se odráží i na celkové hmotnosti vozidla. Větší hmotnost vozidla pak souvisí s vyššími emisemi tzv. TRWP (tyre and road wear particles, částice opotřebení pneumatik a vozovek). TRWP jsou generovány kontaktem mezi pneumatikou a povrchem vozovky během jízdy, zrychlování a brzdění. Uvolněné množství částic ovlivňují různé parametry, např. zmiňovaná hmotnost vozidla (z tohoto hlediska jsou potíží samozřejmě i vozidla nákladní), styl jízdy, výkon motoru, materiál a stáří pneumatik, stav vozovky či počasí.
Co se materiálu pneumatik týče, nejběžnější součásti běhounu pneumatik (část pneumatiky, která je v přímém kontaktu s vozovkou) jsou v zastoupení cca 50 hm. % přírodní kaučuk (polyisopren) a syntetický kaučuk (např. styrenbutadienový nebo butadienový kaučuk), dále plnivo (30–35 % hm.)-typicky saze (C), oxid křemičitý (SiO2) a křída (CaCO3), pak olej a pryskyřice (15 hm. %), vulkanizační činidla (3-5 hm. %)-síra (S) a oxid či sulfid zinečnatý (ZnO/ZnS), a také aditiva (5 až 10 % hm.)-různé konzervační látky (halogenované kyanoalkany), antioxidanty (aminy, fenoly), sušidla (oxidy vápenaté), změkčovadla (aromatické a alifatické estery), pomocné látky (minerální oleje, peptizéry) (Wagner et al. ., 2018). Pneumatika může obsahovat i další prvky, jako např. arzén, hliník, kadmium, kobalt, chróm nikl, olovo. V pneumatikách se vyskytuje i aromatický uhlovodík benzo[a]pyren, který je karcinogenní a jehož koncentrace může být v mikročásticích pneumatik průměrně 5 mg/kg. Zmiňovaný obsah zinku v pneumatice (ve formě ZnO či ZnS) slouží k využití zinku jako snadného stopovače otěrů pneumatik).
Většina odborníků označuje částice vzniklé opotřebením pneumatik jako mikroplasty (MP) kvůli jejich (polo)synteticky vyrobené polymerní struktuře, pevnému skupenství, nerozpustnosti a velikosti částic v rozsahu velikosti definované pro MP (cca 1–1000 μm). V praxi se pak v ovzduší, vodě a půdě vyskytují částice se smíšeným složením – pocházející z pneumatik, ale vznikající i v souvislosti s interakcí pneumatiky a vozovky. Laboratorní studie ukazují, že opotřebení pneumatik může také přispívat k emisím nanočástic (Kumar et al., 2013). Za určitých jízdních podmínek lze pozorovat tvorbu velkého množství ultrajemných částic (< 100nm). Studie naznačují, že věrohodným vysvětlením vzniku takto drobných částic může být odpařování a kondenzace těkavých sloučenin vyskytujících se v materiálu pneumatiky (typicky ve stavu prokluzu pneumatiky nerovnoměrně zvyšuje rozložená boční síla třecí sílu a povrchovou teplotu pneumatiky, což nakonec vede odpařování velkého množství organických sloučenin z běhounu pneumatiky a tvorbě ultrajemných částic).
Byla provedena celá řada experimentálních studií snažících se o charakterizaci nevýfukových emisí z opotřebení pneumatik za pomoci simulátorů (Park I. et al., 2018, Baensch-Baltruschat B. et al., 2020). Jedna z nich uvádí měření celkového množství částic opotřebení pneumatik (TWP), přičemž byly zkoumány jejich morfologické a elementární charakteristiky. Maximální velikost TWP generovaných při konstantní rychlosti 80 km/h byla kolem 2 µm. Za „drsnějších“ podmínek tření (prudké brždění) se střední průměr částic zvětšil a distribuce velikosti se rozšířila. Kromě toho se významně zvýšila početní koncentrace ultrajemných částic. Na základě morfologické studie (za pomoci skenovacího elektronového mikroskopu) byly následně TWP rozděleny do pěti kategorií: částice podobné klobáse, kulovité částice o velikosti mikronů, úlomky s nepravidelnou morfologií, ultrajemné částice a agregáty ultrajemných částic. Výsledky analýzy energeticky disperzní spektroskopie ukázaly, že ultrajemné částice z běhounu pneumatiky byly složeny převážně z uhlíku, oxidu křemičitého a síry.
Emise TRWP se v EU odhadují na 1,3 milionu tun ročně neboli 2,6 kg na osobu. Nicméně na toto číslo je nutné pohlížet obezřetně, jelikož zahrnuje např. i částice silničních svodidel, spojkového a brzdového obložení aj. (o nich bude řeč v dalším dílu článku).
Nevýfukové emise obecně, respektive emise otěrů pneumatik, vyžadují další výzkum. Je zapotřebí se dále zaměřit např. na uvolňovací mechanismy částic, také na emitované množství mikro- a nanočástic a taktéž na potenciálně nebezpečné vlastnosti pryže pneumatik a jejich součástí. K určení distribuce velikosti částic a jejich koncentrací jsou zapotřebí standardizované analytické metody a je potřeba se také zaměřit na metodologii měření.
Literatura
Wagner, S., Hüffer, T., Klöckner, P., Wehrhahn, M., Hofmann, T., & Reemtsma, T. (2018). Tire wear particles in the aquatic environment-a review on generation, analysis, occurrence, fate and effects. Water research, 139, 83-100.
https://ec.europa.eu/health/archive/ph_risk/committees/sct/documents/out206_en.pdfS
Kumar, P., Pirjola, L., Ketzel, M., & Harrison, R. M. (2013). Nanoparticle emissions from 11 non-vehicle exhaust sources–a review. Atmospheric Environment, 67, 252-277.
Park, I., Kim, H., & Lee, S. (2018). Characteristics of tire wear particles generated in a laboratory simulation of tire/road contact conditions. Journal of Aerosol Science, 124, 30-40.
Baensch-Baltruschat, B., Kocher, B., Stock, F., & Reifferscheid, G. (2020). Tyre and road wear particles (TRWP)-A review of generation, properties, emissions, human health risk, ecotoxicity, and fate in the environment. Science of the total Environment, 733, 137823.
https://ec.europa.eu/environment/integration/research/newsalert/pdf/561na4_en-microplastic-pollution-from-tyre-wear-a-review-of-source-emissions-and-risk.pdf
Martina Brenčič pracuje na ČHMÚ Brno jako vědecko-výzkumný pracovník specializující se na analýzu částic z ovzduší skenovacím elektronovým mikroskopem.
