Promet v mestih
izr. prof. dr. Borut Jereb, Fakulteta za logistiko, Univerza v Mariboru, CISA, CISM, CGEIT
Samo Kumperščak, Fakulteta za logistiko, Univerza v Mariboru
Tadej Bratina, Fakulteta za logistiko, Univerza v Mariboru
V prispevku se bomo osredotočili predvsem na onesnaževanje, ki je posledica večje porabe goriva pri speljevanju v križiščih. Za speljevanje nimamo, glede na enakomeren prometni tok, statističnih podatkov o povečanju PMx delcev, kot jih imamo za zaviranje (1, 2). Zato bomo na osnovi realnih podatkov prometnega toka na realnem odseku ceste ocenili povečanje porabe goriva, ki je potrebno za vsako ustavljanje cestnega prometa zaradi tako imenovanega efekta »rdečega vala« (kot nasprotje »zelenega vala«) na semaforiziranih križiščih. Sklepamo lahko, da je relativno povečanje onesnaževanja z različnimi onesnaževali, kot so PM10 delci, CO2 in druga, pri »rdečem valu« celo večje, kot je relativno povečanje porabe goriva zaradi speljevanja.
K povečanemu izgorevanju zaradi pospeševanja je namreč potrebno dodati še povečanje obremenjenosti okolja zaradi zaviranja in posledično obrabe zavornih oblog, gum in same ceste, kar pa je še posebej škodljivo zdravju zaradi sestave teh delcev (1).
Raziskavo smo opravili na primeru Mariborske ceste v Celju, za katero smo pridobili podatke o cestnem prometnem toku, ki smo jih kasneje uporabili v računskem delu naloge. Na opazovanem območju je 14 semaforjev. Računali smo razlike med teoretičnim »zelenim valom«, kjer se avtomobili ne ustavljajo, in »rdečim valom«, kjer se ustavimo v vsakem križišču – kar pomeni od 1 do 14 ustavitev. Pri tem smo domnevali, da je po celotni dolžini opazovena trase enak promet, kar seveda ni res – ponekod je promet manjši, spet drugje redkejši. Prav tako smo domnevali, da je dan, za katerega smo pridobili podatke tipičen dan in velja za vse dneve v letu, pa vemo, da ob nedeljeh, praznikih in drugih dnevih ni tako. Po drugi strani pa smo obravnavali samo prometni tok v smeri sever-jug in obratno, nismo pa upoštevali prometa na navezovalne ceste. V nalogi smo želeli pokazati, kolikšna je obremenitev okolja s povečano porabo goriva na nekem križišču v neki smeri na nek dan. Čeprav vemo, da je opazovana trasa najprometnejša v Celju, vemo tudi, da predstavlja zgolj del celotnega prometa v mestu.
Rezultati meritev na relativno majhnem območju (3.202 m ceste) prikazujejo pomembne razlike v porabi, ki predstavljajo tudi več kot 1,6 milijona litrov goriva letno med »zelenim« in »rdečim valom«. Z ustreznim multipliciranjem jih lahko generaliziramo za širše območje mesta.
Podatki, ki smo jih uporabili pri računanju, so pridobljeni na osnovi lastnih meritev in na osnovi pridobljenih informacij od posameznikov in podjetij.
Metodologija
Območje naše raziskave prikazuje Slika 1, ki prikazuje območje Mariborske ceste v Celju. Na sliki so označeni semaforji s številkami od 1 do 14, pri čemer smo s številčenjem začeli pri izvozu z avtoceste oz. na severnem delu Mariborske ceste. Obravnavano območje je dolgo 3.202 m.
Podatke o cestnem prometnem toku za Mariborsko cesto smo pridobili na podlagi uradnih podatkov pri štetju cestnega prometa z Direkcije RS za infrastrukturo. Prav tako smo razlikovali med tipi vozil, ki jih Direkcija razlikuje pri štetju cestnega prometa. Ti tipi so: osebni avtomobili, lahki, srednji in težki tovornjaki, tovornjaki s prikolico, vlačilci, avtobusi in motorna kolesa. Pri kasnejšem izračunavanju se je izkazalo, da ni pomembnejše razlike med tovornjaki s prikolico in vlačilci pri speljevanju in posledični porabi, zato smo jih združili v eno skupino. Cestni prometni tok nam je predstavljal cestni promet tipičnega dneva skozi križišče številka 4 v smeri sever-jug in obratno brez upoštevanja prometa skozi ceste, ki sekajo opazovano traso. Ta tok smo kasneje generalizirali na vsa križišča vse dni v letu.
Pri kasnejšem izračunavanju smo ločevali med vozili z bencinskim pogonom in vozili z dizelskim pogonom. Osebne avtomobile smo razdelili po deležu na vrsto goriva, kot ga izračuna Statistični urad Republike Slovenije glede na registracijo vozila (4). Za motorje smo domnevali, da so vsi na bencinski pogon, za tovornjake in avtobuse pa smo brez izjeme predpostavili dizelski pogon. Ostale vrste pogonov predstavljajo zanemarljiv delež (npr. 0,8 % pri avtomobilih).
Pri porabi goriva smo menili, da se vozila vozijo skladno s predpisi, to je največ 50 km/h. Za vsak tip vozila pa smo izmerili ali pridobili podatke o povprečni porabi vozil. V nadaljevanju smo za vsak tip vozila izmerili čas pospeševanja od 0 do 50 km/h. Pri porabi smo merili povečano porabo pri pospeševanju od 0 do 50 km/h pri osebnih avtomobilih. Kasneje smo pri pridobivanju dodatnih informacij ugotovili, da se faktor povečanja porabe pri pospeševanju osebnih avtomobilov lahko uporabi tudi pri tovornjakih in avtobusih, vendar je čas pospeševanja (in s tem posledično pot, ki jo med pospeševanjem vozilo prevozi) daljši. Pri tovornih vozilih smo priča še dejstvu, da čas pospeševanja zelo spreminja glede na težo tovora.
Pri izračunih nismo upoštevali morebitnega večkratnega zaustavljanja pred istim križiščem. Predpostavili smo, da vozilo po mirovanju pospešuje in v okviru pospeševanja ali po pospeševanju zagotovo prevozi križišče. Vemo, da v praksi ni vedno tako. Velikokrat se zgodi, da pred istim semaforjem večkrat pospešujemo in zaviramo, zato so naši rezultati optimistični. Dejansko je poraba v tem prispevku večja od prikazanega zaradi večkratnega ustavljanja in pospeševanja pred križišči.
Domnevali smo, da je cestni prometni tok po celotni dolžini opazovane trase enak, čeprav vemo, da se tok pri nekaterih križiščih lahko razredči ali zgosti. Vendar je skoraj celotna trasa štiripasovnica in je cestni promet skoraj enako gost razen pri križiščih s številko 12, 13 in 14, kjer je cestni promet redkejši, cesta pa je enopasovna za vsako smer posebej. Opazovali smo cestni prometni tok v smeri označenih križišč in različne stopnje neoptimalnega toka, ki ga povzroči čakanje zaradi slabo načrtovanega ali celo popolnega izostanka »zelenega vala« v semaforiziranih križiščih. V tej fazi raziskav nismo ocenjevali toka cestnega prometa, ki predstavlja zavijanje z opazovane smeri ali celo cestnega prometnega toka, ki preči opazovana križišča.
Direktne povezave med povečanim onesnaževanjem – na primer z delci PM10 in povečano porabo goriva nimamo, imamo pa oceno povečane porabe goriva za različna števila pospeševanj in zaviranj pri omenjenih križiščih. To povečanje porabljenega goriva v obdobju enega leta je za opazovani odsek mogoče relativno enostavno izraziti v denarju, vendar v tem trenutku ne vemo koliko PM10 delcev je zaradi izgorelega goriva več v ozračju.
Prav tako ne moremo povedati, koliko PM10 delcev več je zaradi ustavljanja vozil, lahko pa ocenimo, da je PM10 delcev več za faktor, ki ga definira večja potrošnja goriva. Po drugi strani pa vemo, da pri tekočem cestnem prometu brez zaviranja ne ustvarjamo PM10 delcev, ki bi bili posledica zaviranja. Pri vsakem zaviranju pa lahko predpostavimo, da ustvarimo najmanj toliko PM10 delcev, kot jih ustvarimo zaradi pospeševanja. Domneva temelji na že omenjenih raziskavah v (1) in (2), ki veljajo za inter-urbani transport.
Za izvajanje meritev smo uporabili različne vrste vozil. Njihova značilnost so opisane v delovnem poročilu (5) in jih na kratko povzemamo v nadaljevanju.
Osebni avtomobili
Podatke za avtomobile smo pridobili z meritvami tako, da smo opazovali povprečne voznike pri vožnji od speljevanja do doseganja hitrosti 50 km/h. Vozniki so vozili povprečna vozila na bencinski in dizelski pogon.
Lahki tovornjaki (< 3,5t)
V kategorijo lahkih tovornjakov spadajo mali tovornjaki in kombinirana vozila. Čas, ki ga lahki tovornjaki potrebujejo, da dosežejo 50 km/h, smo določili z meritvami vozil izbranega podjetja (Pošta Slovenije d.o.o.). Meritve smo opravili tako s praznimi, kakor tudi s polnimi vozili te kategorije. Vozila v tej kategoriji se močno razlikujejo glede na tip karoserije, nosilnost, prostornino, menjalnik (avtomatski, ročni) in moč motorja, kar posledično vpliva na večjo razpršenost rezultatov meritev glede na osebne avtomobile.
Srednji tovornjaki (3,5–7t)
Tudi v tem primeru smo čas, ki ga srednji tovornjaki potrebujejo za doseganje želene hitrosti, merili z vozil izbranega podjetja. Prav tako smo meritve opravljali s praznimi in polnimi vozili. Obrobni zaznamek je ta, da se tovrstna vozila z avtomatskim menjalnikom odzivajo opazno hitreje in prej dosežejo želeno hitrost.
Težki tovornjaki (nad 7t)
Tudi v tem primeru smo ubrali enako pot meritev kot v prejšnjih dveh primerih. V tem primeru je bilo mogoče zaznati opazne razlike v pospešku med praznim in polnim vozilom, prav tako so velike razlike med vozili z avtomatskim in vozili z ročnim menjalnikom.
Tovornjaki s prikolico in vlačilci
Čas, ki ga tovornjaki s prikolico potrebujejo, da dosežejo 50 km/h, je enak kot pri vlačilcih, saj prazni oziroma natovorjeni tehtajo približno enako. Tudi zaposleni pri različnih špediterskih podjetjih so potrdili, da med vlačilci in tovornjaki s prikolico ni velikih razlik. Rezultati so pričakovano zelo razpršeni glede na tovor, ki ga prevažajo (do 40 ton).
Avtobusi
Čas pospeševanja smo določili na osnovi pogovorov z vozniki avtobusov in meritev na avtobusih. Potrebno je bilo upoštevati razlike pri vožnji mestnega (inter-urbani transport) in medmestnega avtobusa (intra-urbani transport), saj imajo mestni avtobusi stojišča in zato pospešujejo nekoliko počasneje kot medmestni, na katerih ljudje sedijo. V tabeli 1 je naveden povprečen čas med obema tipoma avtobusov.
Motorna kolesa
V kategorijo motornih koles spadajo klasična motorna kolesa, skuterji, trikolesniki in štirikolesniki. Vozil, ki spadajo v kategorijo motorji, je na Mariborski cesti v Celju le 0,5 % dnevno, zato je vpliv na končne rezultate te raziskave zelo majhen oz. nepomemben (6). Ker se vozila v tej kategoriji med seboj zelo razlikujejo (po pospešku, porabi, obliki …), smo se odločili, da kot vzorec pri pospeševanju za to kategorijo uporabiva običajno motorno kolo s prostornino 125 ccm. Zaradi majhnega vpliva na končni rezultat nismo uporabili več različnih motornih koles.
Rezultati
Povprečne čase pospeševanja do želene hitrosti 50 km/h in opravljena pot med pospeševanjem prikazuje Tabela 1, komentarji glede specifičnosti pa so opisani v nadaljevanju. Vsi rezultati so povzeti po delovnem poročilu (5).
Poraba goriva pri pospeševanju vozila
Povprečno porabo goriva smo izračunavali na osnovi spremljanja stanja porabe pri pospeševanju s pomočjo računalnikov v avtomobilu, pogovora s poklicnimi vozniki in ocenjevanju porabe v podjetjih pri različnih voznih ciklih in smo ga izračunali kot kvocient med porabo pri pospeševanju in povprečno porabo. Ta kvocient predstavlja naslednja formula:
Faktor = poraba pri pospeševanju / povprečna poraba
Izkazalo se je, da praktično pri vseh vozilih in pri standardnem voznem režimu na naših cestah znaša ta faktor 2,65. Kot smo videli, je razlika predvsem v trajanju pospeševanja, ki se razlikuje glede na tip vozila, in je predstavljen že v Tabeli 1. Tako ima osebni avtomobil, ki ima sicer povprečno porabo 8,13 litra/100 km, porabo pri pospeševanju 21,8 litra/100 km. Pospeševanje do 50 km/h traja 10,4 sekunde, avto pa ob tem prevozi 72 m. Povprečna poraba avtomobila je 0,0000813 litra/m, pri pospeševanju pa znaša poraba 0,0002158 litra/m. Tabela 2 prikazuje vse zbrane in preračunane podatke za posamezne tipe vozil, seveda ob upoštevanju faktorja povečane porabe, ki je za vse tipe vozil enak 2,65.
Vrsta in število vozil na povprečen dan
Tabela 3 podaja število vozil za posamezen tip v nekem povprečnem dnevu, Slika 2 pa te podatke vizualizira. Podatki so pridobljeni z Direkcije za infrastrukturo RS (6).
Izračuni povečane porabe
Izračunane povečane porabe za eno vozilo vsake kategorije (podatki so v Tabeli 1 in Tabeli 2) smo pomnožili s številom vozil posameznega tipa na povprečen dan (podatki so v Tabeli 3). To vrednost smo nato pomnožili s številom dni v letu (365 dni) in dobili končne izračune letne porabe pri različnem številu ustavljanj in pospeševanj (0 -14 ustavitev) za vsak tip vozila posebej in jih na koncu sešteli tako, da smo posebej izračunali porabo za vozila na bencinski in posebej za dizelski pogon.
Domnevali smo, da je vsak dan enako gost cestni promet, čeprav vemo, da ob sobotah, nedeljah in praznikih cestni promet ni enak kot med delavniki. S tem smo verjetno za dobrih 20 % prekoračili dejansko letno gostoto cestnega prometa. Po drugi strani pa smo vsaj za enak odstotek podcenili dejansko število pospeševanj in zaviranj pred semaforji, ko smo predvidevali, da ob rdeči luči zaviramo in pospešujemo samo enkrat.
Slika 3 podaja porabo vozil v enem letu glede na podatke, ki smo jih predvideli ločeno na vozila z bencinskim pogonom in vozila z dizel pogonom. Tabela 4 prikazuje razliko med porabo vozil z ustavljanjem in brez ustavljanja. V kategorijo vozil na bencinski pogon spadajo avtomobili (57 % avtomobilov) in motorji, v kategorijo vozil na dizelski pogon pa spadajo avtomobili (42,2 % avtomobilov), avtobusi in vse vrste tovornjakov (4).
Zaključek in diskusija
Iz raziskave je mogoče razbrati, da ima pretočnost cestnega prometa na porabo goriva in posledično tudi na količino delcev PM10 nepričakovano velik vpliv. Na primeru, ki ga obravnavamo v tej študiji, to je območje Mariborske ceste v Celju, kjer imamo 14 semaforjev na razdalji 3.202 metrov in s tem 14 mogočih režimov potovanja po proučevani trasi, je mogoče zaključiti, da lahko v najboljšem primeru porabimo 2.799.269 l in v najslabšem primeru 4.406.346 l goriva. Razlika je 1.607.077 l goriva, kar pri ceni 1,2 EUR/l goriva predstavlja 1.928.493 EUR. To je neposredni prihranek v denarju upoštevajoč samo gorivo. Seveda bi k temu morali prišteti še strošek večje obrabe pnevmatik, zavor in splošnih večjih obremenitev pogonskega sklopa avtomobila zaradi speljevanja in zaviranja.
Poleg tega neposrednega stroška zaradi povečanja porabe goriva smo priča tudi drugemu onesnaževanju, ki se manifestira v povečanem hrupu, večjem izpustu CO2 ter delcev PM10 (in PM2,5). Študijo o povečanju onesnaževanja zaradi povečanja izpusta CO2 in PM delcev pri speljevanju bomo izvedli v naslednjem letu, upoštevajoč podatke iz te študije in upoštevajoč najnovejša dognanja v strokovni literaturi. Pri tem bomo ločevali med tako imenovanimi sivimi in črnimi PM delci in tistimi PM delci, ki nastajajo zaradi zaviranja. Lastnost sivih delcev je ta, da je njihovo razširjanje v ozračju dokaj enakomerno in seže daleč od njihovega izvora. Črni delci nastajajo predvsem pri izgorevanju goriva v motorjih z notranjim izgorevanjem in ostajajo blizu kraja izvora (ceste); za PM delce, ki nastanejo kot stranski produkt zaviranja, zagotovo vemo predvsem to, da so zaradi svoje sestave najbolj nevarni za zdravje.
Študija povečanja onesnaževanja je končni cilj naših raziskav, saj bomo na osnovi relativno kratkega odseka prometnice, za katero pa imamo podatke o strukturi in številu vozil, lahko posploševali na povečanje onesnaževanja za celo mesto ob različnih politikah pretočnosti cestnega prometa v mestu.
Bibliografija
1. Gasser M, Riediker M, Mueller L, Perrenoud A, Blank Fabian, Gehr P, et al. Toxic effects of brake wear particles on epithelial lung cells in vitro. Part Fibre Toxicol [Internet]. 2009 Nov 20 [cited 2016 Apr 27]; Available from: http://particleandfibretoxicology.biomedcentral.com/articles/10.1186/1743-8977-6-30
2. European Comission: Transmited by PMP Chair. Particle Emissions from Tyre and Brake Wear on-going Literature review Summary and Open Question [Internet]. 68 th GRPE, 7 – 10 January 2014, agenda item 7; 2014 Jan 8 [cited 2016 Apr 27]. Available from: https://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/doc/2014/wp29grpe/GRPE-68-20.pdf
3. Microsoft Corporation. HERE Maps [Internet]. [cited 2016 Jan 15]. Available from: https://maps.here.com/?x=ep&map=46.5547,15.6467,10,normal
4. Osebni avtomobili, avtobusi in tovorna vozila in prve registracije teh vozil glede na gorivo, Slovenija, letn [Internet]. Statistični urad Republike Slovenije; [cited 2016 Feb 16]. Available from: http://pxweb.stat.si/pxweb/Dialog/varval.asp?ma=2222109S&ti=&path=../Database/Ekonomsko/22_transport/08_22221_reg_cestna_vozila/&lang=2
5. Samo Kumperščak, Tadej Bratina, Borut Jereb. Zeleni val v prometu – Poraba goriva na primeru Mariborske ceste v Celju. Celje: Fakulteta za logistiko; 2016 Mar. Report No.: DP-29/2016.
6. Štetje 2014 [Internet]. Direkcija RS za infrastrukturo; [cited 2016 Jan 15]. Available from: http://www.di.gov.si/fileadmin/di.gov.si/pageuploads/Prometni_podatki/Stetje_2014.pdf
