AJONEUVOPAKOKAASUN MITTAUS JA BIOLOGISTEN VAIKUSTEN ARVIOINTI

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "AJONEUVOPAKOKAASUN MITTAUS JA BIOLOGISTEN VAIKUSTEN ARVIOINTI"

Ville-Veikko Salo
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 M2T9905 AJONEUVOPAKOKAASUN SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT. MITTAUS JA BIOLOGISTEN VAIKUSTEN ARVIOINTI Maija Lappi, VTT Energia Moottoritekniikka ja liikenteen energiankäyttö Kirsti Savela, Työterveyslaitos 47

2 MOBILE2-raporttikaavake 2000 Projektin koodi M2T9905 Raportointiaika Tammikuu 2001 Raportointikausi Projektin nimi Ajoneuvopakokaasun sääntelemättömät päästöt. Mittaus ja biologisten vaikutusten arviointi Vastuuorganisaatio VTT Energia Projektin vastuuhenkilö Juhani Laurikko Projektin yhteyshenkilö Maija Lappi PL VTT Puhelinnumero Telefax Sähköpostiosoite Muut tahot: Organisaatio Yhteyshenkilö Puhelinnumero Sähköpostiosoite Työterveyslaitos Kirsti Savela Osoite Hankkeen alkamisaika Hankkeen suunniteltu kesto Hankkeen suunniteltu päättymisaika kk Projektin rahoitus (kmk) Organisaatio suunn toteutuva 2001-suunn. Yhteensä MOBILE 2 -rahoitus *) 200*) Muu rahoitus eriteltynä - VTT oma Fortum Oil & Gas **) 80**) Työterveyslaitos Yhteensä *) 200 kmk on myönnetty vuodeksi 2000 ja siirretään vuodeksi 2001 **) 80 kmk on myönnetty vuodeksi 2000 ja siirretään vuodeksi 2001 Hankkeen tavoite Työssä kehitetään ajoneuvopakokaasun ei-säänneltyjen aineosien mittaustekniikoita ja vaikutusten arviointimenetelmiä. Kohteita ovat bensiinipakokaasun pienhiukkasten ja ns. puolihaihtuvan aineen bulkkikeräykset biologisten vaikutusten testejä varten sekä kokeet kehitteillä olevilla menetelmillä Työterveyslaitoksessa sekä kirjallisuustyö hiukkasten ja kaasufaasin biologisten vaikutusten lyhyt- ja pitkäaikaisista arviointimenetelmistä. Bensiinihiukkasten (kokoluokiteltujen) näytteenottoa ja analysoitavuutta arvioidaan, ja hankitaan käyttökokemuksia bensiinihiukkasten kokomäärityksistä. Näytteenottoa hiukkaskokojakaumamittauksissa DLPIllä ja (suodatinasteellisella) ELPIllä verifioidaan diesel- ja bensiinipakokaasulle. Arvioidaan mahdollisuuksia määrittää hiukkasen tiheyttä ELPIn lukumäärätulosta ja DLPI:n massajakaumaa hyväksikäyttäen. Pakokaasun puolihaihtuvan aineen keräyksen ja analysoitavuuden arviointia diesel- ja bensiinipolttoaineista jatketaan. PAHien uuttuvuutta bensiini- ja dieselhiukkasista tutkitaan. Sääntelemättömien päästöjen tietopankkia ylläpidetään. Työterveyslaitoksen tulee mukaan hankkeeseen v Sen tavoitteena on kehittää testimenetelmä, jolla arvioidaan bensiini- ja dieselkäyttöisten moottoreiden pakokaasupäästöjen ympäristölle ja terveydelle vaarallisten yhdisteiden pitoisuuksia polttoaineissa. Työterveyslaitoksen Kemian laboratorio soveltaa DNA-vauriota mittaavaa adduktitestiä bensiinipakokaasupäästön hiukkasiin ja puolihaihtuvaan aineeseen sitoutuneille aromaattisille yhdisteille (SOF uute). 48

3 Projektin julkaisuluettelo (MOBILE 2 julkaisut ja muut julkaisut projektiin liittyen) Vuosiraportti M2T9905-1, tammikuu 2000 Vuoden 2000 vuosiraportti ilmestyy tammi-helmikuussa Seminaarit (Seminaarit ja konferenssit joissa projektia on esitelty, ml. MOBILE 2 -seminaarit) Kaikki Mobile2 seminaarit Opinnäytteet hankkeeseen liittyen Patentit hankkeeseen liittyen 49

4 1. JOHDANTO Projekti Ajoneuvopakokaasun sääntelemättömät päästöt. Mittaus ja biologisten vaikutusten arviointi on Tekesin MOBILE2-tutkimuskokonaisuuden kolmivuotinen hanke ( ). Hankkeen toisena vuonna tutkittiin mm. bensiinihiukkasten ja puolihaihtuvan aineen määritettävyyttä, PAH yhdisteiden uuttotehokkuutta sekä aloitettiin bensiinipäästöjen DNA adduktikokeet Työterveyslaitoksella. Vuonna 2001 tehtäviin varsinaisiin kokeisiin kerättiin PM- ja PUF -näytteet uudenaikaisten bensiiniajoneuvojen pakokaasuista. Punnitusimpaktorille soveliaita dieselmoottorin näytteenotto-olosuhteita on pyritty arvioimaan, ja kokoluokiteltuja hiukkaslukumääriä mittaavan ELPI -impaktorin mittausaluetta on täydennetty pienempien hiukkasten (D p 15 nm) suuntaan. Sääntelemättömien pakokaasupäästöjen tietopankin päivitys on tekeillä. Tutkimukseen osallistuvat VTT Energian (projektin hallinta) lisäksi Työterveyslaitos (Hki). Tutkimusta rahoittavat Tekes, VTT, Työterveyslaitos sekä Fortum Oil and Gas Oy. 2. TAVOITTEET Projektissa kehitetään kemiallisia ja biologisia mittaus- ja arviointimenetelmiä ajoneuvopakokaasujen aineosille, joiden pitoisuuksia ei lainsäädännöllä toistaiseksi rajoiteta, mutta joilla arvioidaan voivan olla merkittäviä haittavaikutuksia. Vuosina kohteita ovat bensiinipakokaasun pienhiukkasten ja ns. puolihaihtuvan aineen bulkkikeräykset biologisten vaikutusten testejä varten sekä kokeet kehitteillä olevilla menetelmillä Työterveyslaitoksessa, kirjallisuustyö hiukkasten ja kaasufaasin biologisten vaikutusten lyhyt- ja pitkäaikaisista arviointimenetelmistä, sääntelemättömien päästöjen tietopankin ylläpito, (kokoluokiteltujen) bensiinihiukkasten ja puolihaihtuvan aineen mitattavuuden ja analysoitavuuden arviointi, hiukkaskokojakaumamittalaitteistojen DLPI ja ELPIn käyttöolosuhteiden varmistaminen diesel- ja bensiinipakokaasulle ja laitteiden edelleen varustus, sekä pakokaasun puolihaihtuvan aineen keräyksen ja analysoitavuuden arviointi diesel- ja bensiinipolttoaineista. Työterveyslaitoksen tavoitteena on kehittää testimenetelmä, jolla arvioidaan bensiini- ja dieselkäyttöisten moottoreiden pakokaasupäästöjen ympäristölle ja terveydelle vaarallisten yhdisteiden pitoisuuksia polttoaineissa. Työterveyslaitoksen Kemian laboratorio soveltaa DNA-vauriota mittaavaa adduktitestiä pakokaasupäästöjen hiukkasiin sitoutuneille aromaattisille yhdisteille SOF uutteesta. 3. TULOKSIA Bensiinipakokaasuhiukkasten ja SOFin määritysmahdollisuuksia punnitukseen perustuvilla mittauksilla arvioitiin. PM-, SOF- ja PAH emissiot suodatinfaasista todettiin voimakkaasti näytteenotto-olosuhteista riippuviksi. Lambda 1 bensiiniauton PM emissio sisältää tyypillisesti suuren osuuden muuta kuin kiinteää ainetta tai mustaa hiiltä. Aineosat ovat helpommin haihtuvia kuin dieselpäästön hiukkaset keskimäärin. Kuvasta 1 nähdään suodattimen pintanopeuden vaikutus gravimetriseen PM- ja SOF päästöön. Bensiiniajoneuvolla näytteenotto-olosuhteiden vakiointi on dieseliä merkittävämpi mm. erilaisissa vertailumittauksissa. 50

5 PM mg/km ECE15 + EUDC PM SOF SOF-% Pintanopeus suodattim ella, cm/s Kuva 1. Bensiiniauton hiukkaspäästön ja SOFin riippuvuus näytteenottonopeudesta. Uusi Empore vs. vakiintunut PUF keräystekniikkavertailu bensiinipakokaasun puolihaihtuvan aineen PAHien pidättämiseksi osoittautui Emporea suosivaksi, kuva 2. PAH -saannot olivat joko identtiset tai paremmat Empore-kalvosta. Kalvo on huomattavasti PUFia helppokäyttöisempi Empore C18 50 l/min (n=6) ug PAH/m3 raakapakokaasua Naftaleeni Asenafteeni Fluoreeni Fenantreeni Antraseeni Fluoranteeni Pyreeni Bentso(a)antraseeni Kryseeni/Trifenyleeni Bentso(b)fluoranteeni Bentso(k)fluoranteeni 130 mm PUF 300 l/min (n=4) 130 mm PUF 1200 l/min (n=2) Bentso(a)pyreeni Indeno(1.2.3-cd)pyreeni Bentso(g.h.i)peryleeni Dibentso(a.h)antraseeni Kuva 2. Bensiiniauton aerosolifaafin PAH yhdisteiden saantopuf ja Empore keräystekniikalla. Hiukkasfaasin raskaiden PAH yhdisteiden uuttotehokkuutta arvioidaan sekä bensiini- että dieselhiukkasista liuotinta ja uuttotapaa muuntaen. Näytteet ovat parhaillaan analysoitavina. Hiukkasten kokojakaumamittauksissa laimennussude, lämpötila, viipymä ja kosteus ovat kriittisiä parametrejä, johon on pyrittävä vaikuttamaan siten, että toimittaisiin niille mahdollisimman tunteettomalla alueella /Kayes et al , Maricq et al. 1999/. Pakoputki- ja laimennustunnelikokeiden eroja viipymä ja lämpötila muuttujina on kuvassa 3. Laimennussuhde oli eri tilanteissa likimain vakio. Punnitusimpaktorin (DLPI) luotettavien käyttöolosuhteiden hakemista pakoputkimittausten yhteydessä jatketaan sekä lauhtuneelle että kuumalle dieselpakokaasulle. 51

6 120 dm/dlogdp [mg/km] Pakoputki kylmä kaasu T30, massa mg, 4-6 m in, Df 8.4 Pakoputki kuuma kaasu T175, massa 0.69 mg, 4 m in, Df 6.94 Tunneli T30-35, m assa m g, 4 m in, Df Particle Diameter Dp [µm] Kuva 3. Esimerkki näytteenottotavan vaikutuksesta massahiukkaskokojakaumaan. Impaktorin sähköisellä detektorilla varustettua versiota (ELPI) on täydennetty suodatinasteella, jolla pystytään inertiaan perustuen mittaamaan aiempaa pienempien hiukkasten lukumäärää, aina Dp 15 nm:iin saakka. Vertailumittauksia perus-elpillä ja suodatinasteellisella ELPIllä, erityisesti laimennuslämpötilaan huomiota kiinnittäen, on aloitettu VTT:n PIHI tutkimusohjelman yhteydessä loppuvuodesta Jo olemassaolevista ja suunnitelluista diesel punnitusim-paktori- ja ELPI kokeista pyritään arvioimaan hiukkasen tiheyttä. Työterveyslaitosta on varten on kerätty bensiiniajoneuvosta bulkkihiukkas- ja PUF esikoenäytteet DNA adduktitesteihin sopivien altistusmäärien määrittämiseksi. Näytteet on testattu. Varsinaiset hiukkas- ja puolihaihtuvan aineen näytteet (8 + 4) adduktikokeisiin on kerätty ja parhaillaan esikäsiteltävinä VTT:ssä. DNA adduktikokeet toteutuvat TTL:ssä vuonna KIRJALLISUUTTA Kayes, D. & Hochgreb, S Investigation of the Dilution Process for Measurement of Particulate Matter from Spark-Ignition Engines. SAE Technical Paper No p. Kayes, D. & Hochgreb, S Mechanisms of particulate matter formation in spark-ignition engines. 1. Effect of engine operating conditions. Env. Sci. & Technol. 33(22)(1999), pp Kayes, D. & Hochgreb, S Mechanisms of particulate matter formation in spark-ignition engines. 2. Effect of fuel, oil and catalyst parameters. Env. Sci. & Technol. 33(22)(1999), pp Kayes, D. & Hochgreb, S Mechanisms of particulate matter formation in spark-ignition engines. 3. Model of PM formation, pp Maricq, M.M. et al Vehicle Exhaust Particle Size Distributions: A Comparison of Tailpipe And Dilution Tunnel Measurements, SAE Technicla Paper No , 12 p. 52

Samankaltaiset tiedostot

LIISA-laskentajärjestelmän uudistaminen

M2T0131 LIISA-laskentajärjestelmän uudistaminen Kari Mäkelä VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka 203 MOBILE2-raporttikaavake 2001 Raportointiaika Tammikuu 2002 Raportointikausi 1.1.2001 31.12.2001 Projektin