ویژگی‌های انتشار گازهای گلخانه‌ای در دنیای واقعی و عوامل محرک کامیون‌های دیزلی: بینش‌هایی از آزمایش‌های تعقیب دود

حمل و نقل جاده‌ای به تدریج به یکی از منابع اصلی آلاینده‌های هوا و انتشار کربن در چین تبدیل می‌شود. در این مطالعه، یک آزمایش تعقیب و گریز بر روی ۴۸۷ کامیون دیزلی در شانگهای با استفاده از یک سیستم تعقیب و تحلیل دود متحرک انجام شد تا ویژگی‌های انتشار آلاینده‌های هوا و دی اکسید کربن (CO2) در دنیای واقعی به دست آید. میانگین عوامل انتشار (EFs) اکسید نیتروژن (NOx)، ذرات معلق (PM2.5)، ترکیبات آلی فرار (VOCs) و مونوکسید کربن (CO) در وسایل نقلیه اندازه‌گیری شده به ترتیب ۲۲.۸ ± ۱۳.۵، ۰.۳۸ ± ۰.۲۶، ۵.۶ ± ۴.۹ و ۴.۵ ± ۴.۰ گرم بر کیلوگرم سوخت است. کاهش مشاهده شده در EFs آلاینده‌های هوا، نشان دهنده یک همبستگی بالقوه بین استانداردهای سختگیرانه‌تر انتشار و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در ناوگان کامیون‌های دیزلی است. علاوه بر این، EFs با وزن ناخالص وسایل نقلیه (GVW) افزایش می‌یابد. سرعت رانندگی، سال ثبت و جهت باد، عوامل اصلی تعیین‌کننده‌ی EFهای NOx بودند. EFهای CO2 اندازه‌گیری شده، 3182.2 ± 5.8 گرم بر کیلوگرم سوخت است که تغییرات کمی با استانداردهای انتشار و GVW نشان می‌دهد، که با آلاینده‌های هوای ذکر شده در بالا متفاوت است. ما همبستگی منفی معنی‌داری بین EFهای CO2 و NOx پیدا کردیم (p < 0.05)، که نشان می‌دهد با کاهش انتشار NOx، انتشار CO2 تمایل به افزایش دارد. بنابراین، توصیه می‌کنیم محدودیت‌های انتشار CO2 را در استانداردهای جدید ادغام کنید تا به کنترل هم افزایی آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای دست یابید.

مقدمه

با توسعه سریع رشد اقتصادی، مالکیت خودرو در چین از 54 میلیون در سال 2000 به 417 میلیون در سال 2022 افزایش یافته است (MEE، 2023)، افزایشی 8 برابری که باعث شده بخش حمل و نقل به تدریج به یکی از عوامل اصلی آلودگی هوا تبدیل شود (Zheng و همکاران، 2018). بنابراین، تمرکز فزاینده‌ای بر تأثیر نامطلوب انتشار گازهای خروجی از اگزوز خودروها بر محیط‌های شهری وجود دارد. در مناطق شهری پرترافیک، انتشار NOx از خودروها می‌تواند تقریباً 70٪ از غلظت محیط را تشکیل دهد، که آن را به یک آلاینده بحرانی هوای تبدیل می‌کند که در درجه اول از انتشار گازهای خروجی از خودروهای دیزلی سرچشمه می‌گیرد (Yao و همکاران، 2015؛ Zhang و همکاران، 2020). علاوه بر این، انتشار گازهای خروجی از خودروها به طور قابل توجهی در تشکیل آلاینده‌های ثانویه، از جمله PM2.5 و ازن (O3) نقش دارد. مطالعات نشان داده‌اند که این آلاینده‌ها با افزایش میزان مرگ و میر مرتبط هستند و می‌توانند مشکلات سلامتی مختلفی مانند بیماری‌های قلبی عروقی و تنفسی و همچنین سرطان ریه را ایجاد کنند. نتایج تقسیم‌بندی منابع PM2.5 در چین نشان می‌دهد که در میان تمام منابع محلی، انتشار منابع متحرک به عامل اصلی انتشار PM2.5 در کلان‌شهرهایی مانند پکن، شانگهای، شنژن و هانگژو تبدیل شده است.

وسایل نقلیه دیزلی سنگین بیش از 80٪ از انتشار NOx و بیش از 90٪ از انتشار PM را در کل انتشار گازهای گلخانه‌ای از وسایل نقلیه تشکیل می‌دهند (MEE، 2023). با وجود اینکه بخش کوچکی از کل ناوگان هستند، به دلیل مسافت‌های رانندگی طولانی‌تر، شدت استفاده بیشتر و شرایط عملیاتی سخت، منبع اصلی انتشار گازهای گلخانه‌ای شهری هستند (Lau و همکاران، 2015). بنابراین، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از وسایل نقلیه دیزلی برای کنترل آلودگی هوا بسیار مهم است. محدودیت‌های انتشار توسط آزمایش‌های آزمایشگاهی تعیین می‌شوند. با این حال، مطالعات نشان داده‌اند که EFها از اندازه‌گیری‌های جاده‌ای در دنیای واقعی به طور قابل توجهی بالاتر از مقادیر آزمایشگاهی هستند، که منجر به تخمین کمتر از حد انتشار گازهای گلخانه‌ای از منابع متحرک می‌شود (Wang و همکاران، 2015) و ممکن است اجرای استراتژی کنترل انتشار را گمراه کند. عوامل مؤثر بر EFها در دنیای واقعی هنوز مشخص نیست و عدم قطعیت‌های زیادی را در تعیین مقدار آلاینده‌ها و کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای وسایل نقلیه دیزلی باقی می‌گذارد. برای به دست آوردن میزان واقعی انتشار گازهای گلخانه‌ای کامیون‌های دیزلی، انجام اندازه‌گیری‌های جاده‌ای در دنیای واقعی ضروری است.

روش‌های آزمایش انتشار گازهای گلخانه‌ای وسایل نقلیه موتوری برای حمل و نقل جاده‌ای در دنیای واقعی شامل سیستم‌های اندازه‌گیری انتشار گازهای گلخانه‌ای قابل حمل (PEMS)، آزمایش تونل، آزمایش سنجش از دور، اندازه‌گیری‌های کنار جاده‌ای و روش‌های تعقیب دود متحرک است. PEMS به دلیل توانایی‌اش در شبیه‌سازی شرایط رانندگی واقعی و ارائه داده‌های انتشار با وضوح بالا، می‌تواند برای مطالعه عملکرد انتشار گازهای گلخانه‌ای وسایل نقلیه در شرایط واقعی مورد استفاده قرار گیرد. در مطالعات قبلی، PEMS اغلب برای انجام آزمایش‌های انتشار گازهای گلخانه‌ای در دنیای واقعی برای اندازه‌گیری انتشار گازهای گلخانه‌ای وسایل نقلیه در انواع مختلف وسیله نقلیه و شرایط رانندگی استفاده شده است. با این حال، مدت زمان آزمایش PEMS نسبتاً طولانی است و اندازه نمونه به‌دست‌آمده محدود است، که ممکن است نماینده ناوگان وسایل نقلیه در حال استفاده نباشد (Huang و همکاران، 2018؛ Wang و همکاران، 2020). آزمایش‌های تونل می‌توانند از نظر آماری انواع و کمیت وسایل نقلیه عبوری از تونل را محاسبه کنند تا رابطه بین غلظت آلاینده‌ها و وسایل نقلیه را تعیین کنند. این امر امکان تعیین میانگین عوامل انتشار برای وسایل نقلیه زیرگروه یا ناوگان را فراهم می‌کند. آزمایش‌های تونل روشی مؤثر برای ارزیابی عوامل انتشار ناوگان در دنیای واقعی در نظر گرفته می‌شوند و به‌طور گسترده در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اگرچه اندازه‌گیری‌های تونل می‌توانند سطح انتشار واقعی وسایل نقلیه موتوری جاده‌ای را به دست آورند، اما به مکان‌های اندازه‌گیری محدود هستند و فقط می‌توانند میزان انتشار وسایل نقلیه را در مکان‌های ثابت اندازه‌گیری کنند. دستگاه‌های سنجش از دور با اندازه‌گیری آلاینده‌های گازی از طریق جذب مادون قرمز و فرابنفش و محاسبه تعادل کربن سوخت از طریق ایستگاه‌های نمونه‌برداری ثابت کنار جاده، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای از وسایل نقلیه جاده‌ای را مشخص می‌کنند. این روش به‌طور گسترده برای نظارت و کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای از وسایل نقلیه جاده‌ای استفاده شده است. با این حال، آزمایش‌های سنجش از دور محدود به محل آزمایش هستند و فقط می‌توانند میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای وسایل نقلیه را در مکان‌های ثابت ثبت کنند که به اندازه کافی نماینده نیست. اندازه‌گیری‌های کنار جاده‌ای به طور گسترده برای نظارت بر انتشار گازهای گلخانه‌ای از وسایل نقلیه جاده‌ای استفاده شده‌اند. عیب اندازه‌گیری‌های کنار جاده‌ای این است که فقط می‌توان میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای وسایل نقلیه را از مکان‌های ثابت اندازه‌گیری کرد و نمونه کمتر نماینده است. تعقیب سیار دود از یک پلتفرم، معمولاً یک وسیله نقلیه مجهز به یک آنالیزور آلاینده با پاسخ سریع، برای ردیابی وسیله نقلیه هدف و تجزیه و تحلیل نوسانات زمانی در غلظت آلاینده‌ها در دود انتشار وسیله نقلیه استفاده می‌کند (لائو و همکاران، ۲۰۱۵؛ نینگ و همکاران، ۲۰۱۲؛ وانگ و همکاران، ۲۰۱۱). مزیت روش تعقیب سیار دود در توانایی آن در جمع‌آوری حجم نمونه بزرگتر از داده‌های انتشار هر وسیله نقلیه در مقایسه با PEMS، اندازه‌گیری‌های تونل و سنجش از دور نهفته است. علاوه بر این، انعطاف‌پذیری بیشتری در مکان‌های نمونه‌برداری و امکان انتخاب فعال وسایل نقلیه ارائه می‌دهد که آن را برای بررسی الگوهای انتشار در دنیای واقعی در نمونه‌های بزرگ بسیار مناسب می‌کند. نینگ و همکاران. (2012) از روش تعقیب دود غلیظ استفاده کردند و از چندین ناوگان خودرو در هنگ کنگ نمونه‌برداری کردند تا ویژگی‌های انتشار بین و درون ناوگان‌ها را مطالعه کنند.

برای بررسی میزان انتشار آلاینده‌های هوا و CO2 در دنیای واقعی از وسایل نقلیه جاده‌ای، ما یک کمپین تعقیب دود اگزوز در شانگهای راه‌اندازی کردیم که خودروهای دیزلی را در جاده کمربندی بیرونی شهر با استفاده از سیستم تعقیب و تحلیل دود اگزوز در جاده (OPCAS) هدف قرار می‌داد (نینگ و همکاران، ۲۰۱۲). ما در مجموع ۴۸۷ کامیون دیزلی را برای چهار آلاینده هوا (NOx، PM2.5، CO و VOC) و همچنین CO2 اندازه‌گیری کردیم. عوامل انتشار تخمین زده شدند و ما تغییرات این عوامل را در استانداردهای مختلف انتشار و وزن ناخالص وسایل نقلیه (GVW) بررسی کردیم. علاوه بر این، ما پتانسیل کاهش هم افزایی بین انتشار کربن و آلاینده‌ها را بررسی کردیم. ما دریافتیم که مطالعات قبلی کمی به مکانیسم‌ها و اثرات کاهش همزمان آلاینده‌های کربن پرداخته‌اند. با اجرای استراتژی “اوج کربن” و “خنثی‌سازی کربن” چین، دستیابی به کاهش همزمان آلاینده‌های هوا و CO2 به یک چالش اساسی تبدیل شده است. بنابراین، تحقیقات ما در مورد کاهش همزمان، بینش‌های ارزشمندی را برای شکل‌دهی به سیاست چین در این زمینه ارائه می‌دهد. نتایج این مطالعه می‌تواند راهنمایی‌های مفیدی برای سیاست‌های نظارتی ناوگان موجود و آینده ارائه دهد.(منبع).