RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen suorituskyky Liikenteen ympäristöhaasteet seminaari 4.12.2007 Kimmo Erkkilä
SISÄLTÖ Pakokaasumääräysten lainsäädäntö Raskaiden ajoneuvojen päästöjen vähennystekniikat Kaupunkibussien päästötutkimus VTT:llä RakeBus Rastu Mittausmenetelmät Mitatut autot Tulokset Kuorma-autot Yhteenveto 2
EU lainsäädäntö 3
RASKAIDEN AJONEUVOMOOTTORIEN PÄÄSTÖRAJAT Päästö-taso Alkaen Testisykli CO (g/kwh) THC (g/kwh) NMHC (g/kwh) NO x (g/kwh) PM (g/kwh) EURO 0 1988 R49 11.2 2.4 14.4 - * EURO 1 1992 R49 4.5 1.10 8.0 0.35 * EURO 2 1995 R49 4.0 1.10 7.0 0.15 * EURO 3 2000 ESC+ELR ETC EURO 4 2005 ESC+ELR ETC EURO 5 2008 ESC+ELR ETC EEV ESC+ELR ETC 2.1 5.45 1.5 4.0 1.5 4.0 1.5 3.0 * Savutuksen määritys eroavalla mittaustavalla (72/306/EEC / ECER24) Lisätietoa pakokaasusäännöksistä: www.dieselnet.com 0.66 0.78 5.0 5.0 0.46 0.55 3.5 3.5 0.46 0.55 2.0 2.0 0.25 0.40 2.0 2.0 0.10 0.16 0.02 0.03 0.02 0.03 0.02 0.02 Dieselmoottoreille typen oksidit (NOx) ja partikkelit (PM) haastavimpia Smoke (m -1 ) 0.8 0.5 0.5 0.15
PÄÄSTÖRAJOITUSTEN KEHITYS NOx and PM emission limits for heavy-duty engines ETC and ESC 10 8 Euro 1 Euro 2 6 Euro 1 (ESC) g/kwh 4 Euro 4 Euro 3 ESC ETC Euro 2 (ESC) Euro 3 (ESC) Euro 4 Euro 5 Euro 3 EEV Euro 6 (proposal) 2 EEV 0 Euro 5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Euro 6 (proposal) Euro emission level 5
PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN Euro 4 -määräykset astuivat voimaan kaikille uusina myydyille kuorma- ja linja-autoille 1.10.2006 Uudet päästömääräykset pakottavat moottorinvalmistajat käyttämään joko tehokasta pakokaasujen takaisinkierrätystä (EGR) tai ureakatalysaattoria (SCR) Lisäksi joissain tapauksissa (esim. EEV autoissa) käytetään myös partikkelisuodattimia /katalysaattoreita (DPF, CRT, POC, PDPF..) Maakaasuautoissa käytetään kevyen kaluston bensamoottorien tapaan katalysaattoreita (kolmitoimi tai hapettava) 6
PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN Valmistajien tekniikkavalinnat Euro 4 päästötasoon mentäessä SCR (Selective Catalytic Reduction) Volvo Mercedes-Benz Iveco muut.. EGR (Exhaust Gas Recirculation) Scania MAN (+ PM-KAT) 7
SCANIAN EURO4 -TEKNIIKKA Jäähdytetty EGR Korkeapaineinen polttoaineen ruiskutus SCANIA HPI >> XPI (2006) Turbocompound (joissain malleissa) 8
PARTIKKELISUODATTIMET JA -KATALYSAATTORIT Keraaminen partikkelisuodatin (wall flow filter) MAN PM-Kat partikkelikatalysaattori 10
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖJEN EVALUOINTI RAKEBUS -TOIMINTA Projektin päätilaajat YTV ja HKL Tehtäviä mm.: Selvittää kaupunkibussien todelliset päästöt (ajomatkan suhteen) Tekniikoiden vertailu Euro päästötasojen vertailu Polttoaineen vaikutus (diesel, maakaasu) Päästöjen pysyvyys (seuranta-autot) Toiminta aloitettiin raskaan kaluston alustadynamometrin valmistuttua vuonna 2002 (Erillinen RakeBus-projekti) Vuonna 2005 RAKEBUS-projekti sulautettiin uuteen RASTUhankkeeseen Tähän mennessä mitattu noin 90 bussia (ml. seurantamittaukset), sisältäen Euro 1 EEV -autoja 11
MITTAUSMENETETELMÄT - ALUSTADYNAMOMETRI Kokonaisien ajoneuvojen mittaamista varten VTT:llä on käytössään raskaiden ajoneuvojen alustadynamometri Alustadynamometrilla voidaan jäljitellä ajoneuvon todellista ajoa liikenteessä ottaen huomioon ajoneuvon ajovastukset ja käyttötarkoitusta vastaava ajoprofiili Mittauksissa tulee näin ollen huomioitua mm.: ilmanvastus ja rullausvastus (ajovastukset) ajoneuvon massa moottorin todellinen kuormitusprofiili vaihteiston ja akseliston vaikutukset apulaitteiden toiminta jne. 12
MITTAUSMENETETELMÄT - ALUSTADYNAMOMETRI VTT on mitannut jo yli 100 bussia ja n. 70 kuorma-autoa! Mittaustarkkuus: polttoaineen kulutus +1 % pakokaasupäästöt +15 % 13
MITTAUSMENETELMÄT - AJOSYKLIT Braunschweig kaupunkibussisykli ajoaika 1740 s ajomatka 10.873 km keskinopeus 22.5 km/h maksiminopeus 58.2 km/h tyhjäkäynnin osuus 25 % 70 Braunschweig Bus Cycle 60 50 Speed (km/h) 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Time (s) 14
KAUPUNKIBUSSIN MOOTTORIN KUORMITUS VS. TYYPITYSSYKLI -ESIMERKKI 1000 Braunschweig ETC 800 Torque Nm 600 400 200 0 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Engine Speed rpm 15
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA Mitatut kaupunkibussit 2002 2007 (sis. seurantamittaukset) Diesel-autot: Euro 1 2 kpl Euro 2 26 kpl Euro 3 28 kpl Euro 4 8 kpl Euro 5 2 kpl EEV 1 kpl Yht. 67 kpl Maakaasuautot: Euro 2 CNG autot 2 kpl Euro 3 CNG autot 7 kpl EEV CNG autot 12 kpl Yht. 21kpl 16
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA 20 15 NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 2 (ESC) Diesel Euro 1 Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel + CRT Euro 2 & 3 Diesel CRT EEV CNG Euro2 CNG Euro3 CNG EEV Euro limits (by factor 1.8) Euro 3 calibration NOx g/km 10 5 Euro 4 Euro 5 Euro 3 ESC ETC 0 EEV Euro 1 (ESC) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 PM g/km Kattava päästötietokanta antaa refererenssin uusille tuloksille 17
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle 15 12 Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro 5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 PM g/km Kuvassa esitetty uusimmat autot yksilöinä ja vanhempi kalusto keskiarvoina 18
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle 15 12 Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro 5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 PM g/km Suurin osa mitatuista Euro 4 busseista (5/8) vastannut todellisilta päästöiltään Euro 3 -tasoa 19
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle 15 12 Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro 5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 PM g/km Yksi Euro 4 SCR bussi paljastaa dieseltekniikan potentiaalin myös todellisessa ajosyklissä 20
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA 15 12 NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro 5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 PM g/km Ensimmäinen tähän mennessä mittattu EEV-dieselbussi (varustettu SCR:llä + CRT:llä) ylsi laihaseosmaakaasuautojen tasolle 21
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA 20 15 NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 2 (ESC) Diesel Euro 1 Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel + CRT Euro 2 & 3 Diesel CRT EEV CNG Euro2 CNG Euro3 CNG EEV Euro limits (by factor 1.8) Euro 3 calibration NOx g/km 10 5 Euro 4 Euro 5 Euro 3 ESC ETC EEV 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 PM g/km Euro 1 (ESC) Maakaasuautoilla aina erittäin matalat partikkelipäästöt, typen oksidit tekniikasta riippuen. 22
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT NO x vs. CO 2 NOx and CO2 emissions over the Braunschweig city bus -cycle 20 CNG Euro3 NOx g/km 15 10 Light weight buses 1100 g/km Target for 2-axle city buses with load of 3000 kg CNG EEV Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel EEV + CRT Light weight buses 3-axle 5 0 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 CO2 g/km (for diesels by fuel consumption) Maakaasuautojen CO2 määritelty pakokaasuista => epävarmuus 15%. Dieselien tulokset tarkempia (epäv. 1%) 23
SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT HIUKKASTEN KOKOJAKAUMAT JA LUKUMÄÄRÄT Braunschweig, 1/2-kuorma 7.0E+14 6.0E+14 EEV CNG 3-toimikat. EEV diesel SCRT Euro 4 diesel EGR 5.0E+14 dn/dlogdp (#/km) 4.0E+14 3.0E+14 2.0E+14 1.0E+14 0.0E+00 0.01 0.1 1 Da (µm) 24
SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT POLYAROMAATTISET HIILIVEDYT sum PAH [µg/km] 10 9 8 7 6 5 4 3 PAH emission from Braunschweig test 540 70 400 25 92 2 to 3 ringed PAH 12 16 > 4 ringed PAH EPA/IARC priority PAHs 2 1 0 Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel + OC Euro 3 Diesel + CRT EEV LB CNG + OC Euro 3 LB CNG + OC EEV LM CNG TW/OC EEV SM CNG Euro 5 Diesel + SCR 25
SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT ALDEHYDIT 40 35 30 Aldehydes, BSC FA AA mg/km 25 20 15 10 5 0 Di Euro III Di Euro III OC CNG EEV TW /OC Di Euro V SCR 26
KEHITTYNEIMPIEN DIESEL- JA MAAKAASUAUTOJEN PÄÄSTÖJEN YHTEENVETOKUVA Relative emissions, worst result = 100% Brauschweig cycle PAH car. EEV SCRT Diesel EEV LM CNG +TW/OC NMHC 100 % FA Euro 3 Diesel 50 % PM# Ames 0 % PM NO2 CO2 NOx 27
TEKNIIKOIDEN TOIMINTA ERILAISISSA KUORMITUSSYKLEISSÄ 35 Full load (18 000 kg) Euro 3 Diesel EEV CNG Euro 4 SCR 30 25 NOx g/km 20 15 10 5 0.5 Full load (18 000 kg) Euro 3 Diesel EEV CNG Euro 4 SCR 0 NYBUS ADEME ORANGE BR HELS. 1 ECE15 WTVC 0.4 Lähde: IEA AMF Annex XXIX http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2007/t2396.pdf PM g/km 0.3 0.2 0.1 0.0 NYBUS ADEME ORANGE BR HELS. 1 ECE15 WTVC BR = Braunschweig 28
TUTKIMUSRAPORTTEJA INTERNETISSÄ http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/ muut/2004/transitbusemission.pdf http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/ muut/2007/rakebus2005.pdf http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/ muut/2007/rakebus2006.pdf 29
KUORMA-AUTOT ETC-sykli kehitetty vastaamaan (sen aikaisten) kuorma-autojen käyttöä => Päästörajoitukset toteutuvat selvästi busseja paremmin Myös kuorma-autojen päästötutkimus alustadynamometrilla aloitettiin VTT:n raskaan kaluston laboratorion valmistuttua 2002 Myös kuorma-autojen mittaukset sulautettiin Rastu-projektiin vuodesta 2005 30
KUORMA-AUTOT NOx-emission (g/kwh at driven wheel) 12 10 8 6 4 2 Tractor-trailers (max. 60t) PM- and NOx-emissions on highway and motorway cycles Euro3 Average Euro4 EGR Euro4 EGR+PMKat Euro4 SCR Euro4 SCR Euro4 SCR Freeway Highway 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 PM-emission (g/kwh at driven wheel) Mittauksissa käyneen PMKatilla varustetun auton korkeat partikkelipäästöt selittynevät viallisella hiukkaskatalysaattorilla 31
KUORMA-AUTOT 12 Tractor-trailers (max. 26t) PM- and NOx-emissions on delivery-cycle NOx-emission (g/kwh at driven wheel) 10 8 6 4 2 Euro4 EGR+PMKat Euro4 EGR Euro4 SCR Euro4 SCR Euro4 SCR 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 PM-emission ( g/kwh at driven wheel) Keskikuormituksen keventyessä myös kuorma-autojen tulokset heikkenevät 32
YHTEENVETO Uudet Euro 4 ja 5 -päästömääräykset ovat huomattavasti aikaisempaa tiukempia Määräykset mahdollista täyttää erilaisilla menetelmillä, kuten EGR- (+DPF) tai SCR-tekniikoilla Kaupunkibussien todelliset ajosyklit päästöjen hallinnan kannalta huomattavasti moottorien tyypityssyklejä haastavampia Suurin osa uusista Euro 4 -busseista ylsi käytännön ajotilanteissa vain Euro 3 bussien päästötasolle Yksi Euro 4 SCR auto osoitti uuden dieseltekniikan potentiaalin 33
YHTEENVETO Maakaasubussien NOx-päästöt ovat riippuvaisia käytetyn tekniikan tasosta, mutta hiukkaspäästöt erittäin alhaisia päästötasosta riippumatta EEV-bussien päästöt alhaisia myös sääntelemättömien päästöjen osalta Kuorma-autojen päästöt todellisessa ajossa vastaavat päästöluokituksia kaupunkibusseja paremmin 34
Kiitos mielenkiinnosta! 35