Liikenteen ympäristöhaasteet - Ilmasto ja ilman laatu 4.12.2007 Poltto- ja voiteluainetekniset keinot päästöjen vähentämiseksi Ari Juva, Neste Oil 1
PÄÄSTÖIHIN JA KULUTUKSEEN VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ Moottori Ajoneuvo Päästöt Kulutus Jälkikäsittely Polttoaine Voiteluaine 2
Ajoneuvojen hiukkaspäästöt Suomessa 1000 tonnia/vuosi (VTT/LIISA) 14 12 Liikene lisääntyy 10 8 6 4 2 0 Normidiesel Citydiesel Uusi autotekniikka 1985 1990 1995 2000 2005 3
Päästötekijät Kasvihuoneilmiö CO2; N2O; Metaani Terveysvaikutukset Hiukkaset; NOx; CO; Otsoni (NOx,HC); Bz; 1,3-butadieeni; Aldehydit Luontovaikutukset Happamoituminen (NOx,SOx,NH3); Otsoni (NOx,HC) 4
Päästöt / polttoaine Vähennystarve Polttoainemuutos NOx, SOx Otsoni Hiukkaset Be Rikkipitoisuus => 10 ppm tehty Be Rikkipitoisuus => 10 ppm tehty Be Kevyet olefiineja => eetterit, isoparafiinit Be Happea => 3,7 % Be Aromaatit 35% => 30% => oktaanipula Terveyshaitat Be Aromaatit alas (erit. Bentseni) => oktaanipula - aldehydit Be Vältetään metanolin ja etanolin käyttöä NOx, SOx, otsoni Di Rikkipitoisuus => 10 ppm tehty Di Setaaniluku > 55 => parafiineja Hiukkaset Di Aromatics 30 % => 15% => 0% Terveyshaitat Di Polyaromaatit 6% => 2 % => 0% Kasvihuone Di ja Be Sulphur => 10 ppm => H/C kasvaa Di ja Be Biokomponenti WtW hyötysuhde korkea 5
1995 tasosta % 140 120 100 80 60 40 20 0 Tieliikenteen päästöt EU15 CO2 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 CO2 CO VOC NOx Hiukk Bentseeni SO2 Lähde: EU Komissio 6
Bensiinin ja dieselin kulutus - EU 27 Mt/v 250 Diesel Bensiini 200 150 100 50 1995 2000 2005 2010 2015 CO2 vähenee, kun Di/Be-suhde pysyy alle 2/1 NOx- ja hiukkaspäästöt lisääntyvät vähän CO- ja HC- ja aldehydipäästöt alenevat Lähde: Concawe 0 7
Muutokset: Happi 0 => 2%, Bz 3 => 1% ja Aromaatit 40 => 35% 0 % CO HC NOx Benzene -10 % -20 % -30 % -40 % min max Bensiinihenkilöautot, joissa katalysaattori 8
E85 verrattuna EN228 bensiiniin FFV-auto -7 oc lämpötilassa CO, HC (g/km), aldehydit (mg/km), FC l/100 km 25 20 15 10 5 0 4.78 10.74 3.66 13.67 0.51 0.56 0.3 3.3 15.8 22.5 CO HC Aldehydit/10 Formaldehydi Polttoaineen kulutus bensiini E85 9
Hiukkaspäästöt Diesel 0,4 Hiukkaset (g/w W h) 0,35 0,3 0,25 0,2 Euro 1 HD Engine 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Rikkipitoisuus (p-%) 10
Kylmäkäynistyspäästöt, Euro 0 KA-moottori 3000 HC (ppm) 2000 1000 Heavy smoke Smoke -7 C No smoke 0 45 50 55 60 65 Setaaniluku 11
FAME-biodieselin vaikutus päästöihin % FAME biodiesel 12
Maakaasun päästöt dieseliin ja 20% FAME:seen verrattuna 13
Biopolttoainetavoitteet Kanada: 5 % 2010 2% di 2012 EU: 5.75 % 2010 10 % 2020 Kiina: 10 % 2010 15 % 2020 US: 4.6 % 2012 Australia: 5% 2010 20 % 2020 Brasilia: 5 % 2010 Intia: 20% di 2012 14
VW Polo ajomatka 1000 km hehtaarin vuosituotolla Soija 8 440 l/ha Rapsi 24 1.300 l/ha Bioetanoli 33 2.500 l/ha Jatropha 46 2.500 l/ha Olki-BTL 75 4.050 l/ha Palmu 109 6.000 l/ha Lähde: Biofuels, NFR 2006 0 40000 80000 120000 15
Öljynsiementen energiatasapaino 16 Energia GJ/ha 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 9,7x 2,5x Input Output Lähde: Wood & Corley Öljypalmu Soija Rapsi 3,1x
LCA-analyysi, GHG ja CO 2 Fossil Fuel diesel NExBTL biodiesel RME Crude oil Rapeseed oil Palm oil Rapeseed oil Transport Transport Transport Transport Process & manufacture Process & manufacture 0.35 kg CO 2 /kg Process & manufacture 0.35 kg CO 2 /kg Process & manufacture End use 3.2 kg CO 2 /kg End use 0 kg CO 2 /kg End use 0 kg CO 2 /kg End use 0 kg CO 2 /kg 3.8 kg CO 2 eq/kg fuel Source:Concawe/Eucar WTW 2004 1.3-1.9 1.6-2.4 kg CO 2 eq/kg NExBTL Source: IFEU 1.6-2.3 kg CO 2 eq/kg RME Source: Concawe, Shell, WTW 17
Vesi Bio Öljy Syöttö säiliö Pretreatment Epäpuhtauksien poisto NExBTL-yksiköt Liete 200 Ml/a 2007 200 Ml/a 2009 1000 Ml/a 2010 Vety NExBTL-prosessi Rasvahapot n-parafiineiksi ja isoparafiineiksi Stabilointi Polttokaasu Hapan vesi Biobensiini Mineraalidiesel Komponentti säiliö Diesel säiliö Diesel/NExBTL -seokset NExBTL komponentit 18
Dieselien tuoteominaisuuksia NExBTL GTL BTL FAME Ruotsin luokka 1 EN 590 (kesä) CTL Tiheys +15 C (kg/m 3 ) 780 780 885 815 835 Viskosit. +40 C (mm 2 /s) 2.9... 3.5 3.2... 4.5 4.5 1.8 3.5 Setaaniluku 80... 99 73... 81 51 53 53 Tislaus 90 vol-% ( C) 295... 300 325... 330 355 280 350 Samepiste ( C) - 5... - 25 0... - 25-5 -30-5 Lämpöarvo (MJ/kg) 44 43 37 43 43 Lämpöarvo (MJ/l) 34 34 33 35 36 Kokonaisaromaatit (p-%) 0 0 0 4 30 Polyaromaatot (p-%) 0 0 0 0 4 Happipitoisuus (p-%) 0 0 11 0 0 Rikkipitoisuus (mg/kg) < 10 < 10 < 10 < 10 < 10 Voitelevuus HFRR (µm) < 460 < 460 < 460 < 460 < 460 19
NExBTL päästömittauksia, raskas Euro 4, + 20 C EN 590:iin verrattuna (%) 0-10 -20-30 -40-50 Hiukkaset Polttoaine 100 % NExBTL NOx Linja-auto A Braunsch Linja-auto B Braunsch K-a moott C ESC K-a moott D ETC K-a moott D ESC Braunschweig, ETC: sis. kiihdytyksiä ESC vakionopeuskoe 20 CO, HC - 50 % (ei tärkeitä g/km, mutta osoitus täydellisemmästä palamisesta) Lähde: VTT, MAN, Scania
Henkilöautojen päästöt NExBTL 85 % of NExBTL verrattuna tavalliseen fossiiliseen dieseliin CO ja HC - 45... - 55 % NO x ±0 % hiukkaset - 17... - 30 % formaldehydi and asetaldehydi - 40... - 45 % bentseeni and 1,3-butadieni - 40... - 45 % vähemmän polyaromaatteja (PAH) erityisesti autoissa, joissa ei ollut katalysaattoria alhaisempi mutageenisuus => NExBTL: Täydellisempi palaminen ja alempi toksisuus SAE paper 2005-01-3771 21
NExBTL-kenttäkoe 2007-2010 Linja-autoja ja jäteautoja YTV-alueella Alkanut syyskuussa 2007, 3-vuotinen 20-30 % NExBTL satoihin autoihin polttoaine täyttää EN 590 100 % NExBTL kymmeniin autoihin polttoaineenkulutus, ruiskutuslaitteet, moottorit, moottoriöljyn vanheneminen ym. seurantaan hiukkaskatalysaattoreita jälkiasennuksina päästömittauksia => kaupunki-ilman laatu (YTV, HKL) Euro 1... 5 autoja (ml. EGR, urea-scr, hiukkasuodattimia) ei-säänneltyjä päästöjä mahdolisesti FAME ja GTL vertailupolttoaineina Yhteistyö: YTV, HKL, Proventia, Neste Oil VTT, TEC Ensimmäinen BTL-laatuisen dieselpolttoaineen laaja kenttäkoe 22
Kehitysnäkymiä Ajoneuvomääräykset tiukkenevat => NOx ja hiukkaset => aromaatit 20...15% PAH 4...2% Ruiskutuspaineet nousevat => puhtaus ja voitelevuus Jälkikäsittely tehostuu => rikitön ja tuhkaton pa- ja voiteluaine Urea-deNOx -katalysaattoreita 2005 => Ureaa jakeluun Polttokennoautoja => rikki < 1 ppm DME-moottori => uusi moottori => DME on uusi polttoaine HCCI-moottorit => moottoripetroli tulevatko? 23
Nesteet Polttoainevaihtoehdot Bensiini (raakaöljy) Metanoli, etanoli, MTBE, ETBE, TAME, TAEE (fossiilinen tai bio) Diesel (raakaöljy) FAME, FAEE (rapsi, soija, auringonk., eläinr., palmu) Hydrattu biodiesel, NExBTL (kasviöljyt, eläinrasvat) BTL (metsätähteet, turve, jätteet) Vesiemulsio => hikkaspäästöt tai viskositeetti Etanoli + lisäaine => hiukkaset ja korkea hinta Diesel + FAME + alkoholit => bio Kaasut Maakaasu, Biokaasu (maatalous- ja yhdyskyntajätteet) DME (maakaasu, biokaasu) Vety (maakaasu, biokaasu), hytaani ( = metaani + vety) 24
Lisäaineet Di Käyttölämpötilaa alentava lisäaineet - CFPP,WASA => kulutus litra/km laskee hieman Di Syttyvyyden parantaja (SL) => NOx- ja hiukkaspäästöt alenevat Be ja Di pesevä ja korroosionestolisäaine, jotka pitävät suuttimet, ventiilit ja imusarjan puhtaana => kulutus ja päästöt laskevat vähän Be kitkan alentajalisäaineet => polttoaineen kulutus laskee vähän 25 Di metalliset lisäaineet => hiukkaspäästöt ja savutus alenevat, mutta hiukkasten lukumäärä kasvaa => terveysvaikutukset??
Raskaan kaluston moottoriöjyjen vaikutus päästöihin 26 4.12.2007 RASTU Kari Kulmala Ari Juva/ Neste oil
HDDO -voiteluöljyn kulutuksen vähennyspotentiaali eri moottoriteknologioilla 2,5 % Vertailutaso 15W40 referenssiöljy 2,0 % 1,5 % 1,0 % 0,5 % 0,0 % Euro 2 Euro 3 Euro 4 Raskaan kaluston päästötasot 27
Voiteluöljyn ympäristövaikutukset Öljynvaihtoväli maksimoidaan (20 tkm => 100 tkm) = korkealuokkainen moottoriöljy => jäteöljyn määrä minimoituu Osa Euro 4 ja 5 moottoreiden jälkikäsittelylaitteista vaatii kemiallisesti rajoitettuja moottoriöljyjä eli LowSAPS öljyjä (alhaiset tuhka-, rikki- ja fosforipitoisuudet) Low-SAPS öljyt vähentävät partikkeilen muodostusta, joten niiden käyttö erityisesti vanhemmissa moottorityypeissä on ympäristölle edullista 28
Yhteenveto 29 4.12.2007 RASTU Kari Kulmala Ari Juva/ Neste oil
Öljynjalostuksen trendejä Päästä-, polttoaine- ja voiteluainemuutokset 30 1980 Unleaded Euro 1 1990 Low-emission (reformulated) Sulphur free PAO (polyalphaolefin); NEXBASE 2000-series Euro 2 2000 Low-sulfur Euro 3 2004 Sulfur-free Biofuels Euro 4 Sulphur free VHVI (very high viscosity index); NEXBASE 3000-series 2007 NExBTL Diesel Euro 5!? 2010 BTL Diesel
CO2-päästöjen vähentäminen 120 100 80 Prosenttia, verrattuna keskivertolinja-auton päästöihin Lähde VTT,Kabus Oy Keski-Uusimaa 1.12.2007 60 40 20 0 Keskivertolinja-auto Kevyt linja-auto Hybridi Hybridi +NExBTL (25%) Hybridi +NExBTL (100%) 31
Kiitos 32