DOI: https://doi.org/10.3390/su16020522
تاريخ النشر: 2024-01-07
المؤلف: Barouch Giechaskiel وآخرون
الموضوع الرئيسي: انبعاثات المركبات والأداء
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة شاملة على انبعاثات جزيئات الإطارات، مع تسليط الضوء على مساهمتها الكبيرة في تلوث الميكروبلاستيك وانبعاثات الجسيمات (PM) من النقل البري. يعتبر تآكل الإطارات، الناتج عن قوى القص بين مداس الإطار وسطح الطريق، مسؤولاً عن 35% أو أكثر من الميكروبلاستيك الذي يتم إطلاقه في البيئة، حيث تصدر أوروبا وحدها أكثر من 0.5 مليون طن سنويًا. توزيع حجم الكتلة لجزيئات الإطارات ثنائي النمط، حيث يصل إلى ذروته عند حوالي 20-200 ميكرومتر و2-10 ميكرومتر، مما يساهم بحوالي 5% في تركيزات PM المحيطة. تشير الدراسات الحديثة إلى معدل تآكل متوسط يبلغ 110 ملغ/km لكل مركبة للسيارات الخاصة، مع انبعاثات PM 10 تتراوح بين 1.4 إلى 2.2 ملغ/km لكل إطار.
تؤكد النتائج على التباين في معدلات الانبعاث بسبب عوامل مثل خصائص الإطارات والمركبات، أنماط القيادة، والظروف البيئية. يناقش القسم استراتيجيات التخفيف المحتملة، بما في ذلك تقليل معدلات تآكل الإطارات وتحسين تكنولوجيا الإطارات، كما هو مقترح في تنظيم يورو 7 القادم. ومع ذلك، يتم التأكيد على الحاجة إلى بيانات أكثر قوة حول عوامل الانبعاث، خاصة للدراجات النارية والمركبات الثقيلة، بالإضافة إلى ضرورة إجراء تحليل تكلفة وفائدة للتدابير المقترحة لمعالجة تلوث جزيئات الإطارات بشكل فعال.
مقدمة
تسلط مقدمة الورقة الضوء على الوجود الواسع للبلاستيك في مختلف القطاعات، حيث تجاوز الإنتاج العالمي 390 مليون طن في عام 2021. تعتبر الإطلاقات من الميكروبلاستيك – التي تعرف بأنها جزيئات بلاستيكية أصغر من 5 مم – إلى البيئة مصدر قلق كبير، حيث يمكن أن تنشأ من مصادر أولية (مطلقة مباشرة) ومصادر ثانوية (تحلل البلاستيك الأكبر). كان الإطلاق العالمي المقدر للميكروبلاستيك الأولي يتراوح بين 3.2 إلى 6 مليون طن في عام 2017، مما يشكل مخاطر صحية محتملة على كل من الكائنات المائية والبرية، بما في ذلك البشر، من خلال مسارات تعرض متنوعة. تم تحديد تآكل الإطارات كمساهم رئيسي في تلوث الميكروبلاستيك، حيث تثير جزيئات الإطارات والمياه المتسربة استجابات بيولوجية في النظم البيئية، على الرغم من أن آثارها البيئية والصحية لا تزال غير مفهومة جيدًا.
اقترحت المفوضية الأوروبية تدابير تنظيمية لتقليل انبعاثات الميكروبلاستيك من الإطارات ومصادر أخرى بنسبة 30% بحلول عام 2030، مما يعكس اعترافًا متزايدًا بالمشكلة. تهدف الورقة إلى تقديم نظرة نقدية على الفهم الحالي لتلوث البيئة الناتج عن الإطارات، مع التركيز على البيانات المقاسة الحديثة بدلاً من التقديرات. توضح هيكل المراجعة، الذي يتضمن مناقشات حول مساهمة جزيئات الإطارات في المكونات البيئية، تركيبها الكيميائي، دراسات تجريبية جديدة حول انبعاثات الميكروبلاستيك، تدابير التخفيف المقترحة، وتحديثات حول تنظيمات الاتحاد الأوروبي بشأن انبعاثات الإطارات. تسعى المراجعة إلى معالجة الفجوات المعرفية في هذا المجال والمساهمة في النقاش المستمر حول تلوث الإطارات.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير البيئي الكبير لإنتاج الإطارات وتآكلها، مع التأكيد على الإنتاج العالمي البالغ 2.2 مليار إطار في عام 2022، حيث تم إنتاج 0.42 مليار في أوروبا. تشير البيانات إلى انخفاض في مبيعات الإطارات الجديدة في عام 2020، على الأرجح بسبب قيود COVID-19، حيث تمثل السيارات الخاصة 90% من المبيعات. عادةً ما تفقد الإطارات حوالي 10% من كتلتها خلال عمرها الافتراضي، مما يساهم بحوالي 6000 كيلوطن من انبعاثات مطاط الإطارات سنويًا، مع تباينات إقليمية كبيرة في مساهمات الميكروبلاستيك من تآكل الإطارات.
تم تحديد جزيئات تآكل الإطارات كمصدر رئيسي للميكروبلاستيك، حيث تقدر الدراسات مساهمتها في إجمالي انبعاثات الميكروبلاستيك بين 11% إلى 93%. يتضمن تركيب جزيئات تآكل الإطارات مزيجًا من البوليمرات المطاطية، وعوامل التعزيز، ومضافات كيميائية متنوعة، مع وجود ملحوظ للمعادن مثل الزنك، الذي يستخدم غالبًا كعلامة في دراسات توزيع المصادر. تظهر الخصائص الفيزيائية لجزيئات تآكل الإطارات توزيع حجم ثنائي النمط، بشكل رئيسي في نطاق 10-200 ميكرومتر. تناقش الورقة أيضًا مساهمة الإطارات في الجسيمات العالقة المحيطة (PM)، حيث تقدر حصتها في PM10 بين 5% و31%، مع مساهمات أقل في PM2.5. بشكل عام، تؤكد النتائج على الحاجة إلى مزيد من البحث وتدابير السياسة للتخفيف من التأثير البيئي لتآكل الإطارات والميكروبلاستيك المرتبط بها.
DOI: https://doi.org/10.3390/su16020522
Publication Date: 2024-01-07
Author(s): Barouch Giechaskiel et al.
Primary Topic: Vehicle emissions and performance
Overview
The section provides a comprehensive overview of tyre particle emissions, highlighting their significant contribution to microplastic pollution and particulate matter (PM) emissions from road transport. Tyre abrasion, resulting from shear forces between the tyre tread and road surfaces, accounts for 35% or more of microplastics released into the environment, with Europe alone emitting over 0.5 million tonnes annually. The mass size distribution of tyre particles is bimodal, peaking at approximately 20-200 µm and 2-10 µm, contributing around 5% to ambient PM concentrations. Recent studies indicate a mean abrasion rate of 110 mg/km per vehicle for passenger cars, with PM 10 emissions ranging from 1.4 to 2.2 mg/km per tyre.
The findings underscore the variability in emission rates due to factors such as tyre and vehicle characteristics, driving styles, and environmental conditions. The section discusses potential mitigation strategies, including reducing tyre abrasion rates and improving tyre technology, as proposed in the forthcoming Euro 7 regulation. However, the need for more robust data on emission factors, particularly for motorcycles and heavy-duty vehicles, is emphasized, along with the necessity for a cost-benefit analysis of proposed measures to effectively address tyre particle pollution.
Introduction
The introduction of the paper highlights the pervasive presence of plastics in various sectors, with global production exceeding 390 million tonnes in 2021. A significant concern is the release of microplastics—defined as plastic particles smaller than 5 mm—into the environment, which can arise from both primary sources (directly released) and secondary sources (degradation of larger plastics). The estimated global release of primary microplastics was between 3.2 to 6 million tonnes in 2017, posing potential health risks to both aquatic and terrestrial organisms, including humans, through various exposure pathways. Tyre wear is identified as a major contributor to microplastic pollution, with tyre particles and leachates eliciting biological responses in ecosystems, although their environmental and health impacts remain poorly understood.
The European Commission has proposed regulatory measures to reduce microplastic emissions from tyres and other sources by 30% by 2030, reflecting a growing recognition of the issue. The paper aims to provide a critical overview of the current understanding of environmental pollution from tyres, emphasizing recent measured data rather than estimations. It outlines the structure of the review, which includes discussions on the contribution of tyre particles to environmental compartments, their chemical composition, new experimental studies on microplastic emissions, proposed mitigation measures, and updates on EU regulations regarding tyre emissions. The review seeks to address the knowledge gaps in the field and contribute to the ongoing discourse on tyre-related pollution.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant environmental impact of tyre production and wear, emphasizing the global production of 2.2 billion tyres in 2022, with 0.42 billion produced in Europe. The data indicates a decline in new tyre sales in 2020, likely due to COVID-19 restrictions, with passenger cars accounting for 90% of sales. Tyres typically shed about 10% of their mass during their lifespan, contributing to approximately 6000 kilotonnes of tyre rubber emissions annually, with significant regional variations in microplastic contributions from tyre wear.
Tyre wear particles are identified as a major source of microplastics, with studies estimating their contribution to total microplastics emissions ranging from 11% to 93%. The composition of tyre wear particles includes a mix of rubber polymers, reinforcing agents, and various chemical additives, with a notable presence of metals like zinc, which is often used as a marker in source apportionment studies. The physical characteristics of tyre wear particles exhibit a bimodal size distribution, predominantly in the 10-200 µm range. The paper also discusses the contribution of tyres to ambient particulate matter (PM), estimating their share in PM10 to be between 5% and 31%, with lower contributions to PM2.5. Overall, the findings underscore the need for further research and policy measures to mitigate the environmental impact of tyre wear and associated microplastics.