Particulate matter emission from transport

Samankaltaiset tiedostot
Diesel and gas engines: Exhaust gas emissions control and measurements

Topi Rönkkö Aerosol Physics, Faculty of Natural Sciences, Tampere University of Technology

Biodiesel. Alternative Biofuels for Compression Ignition Engines. Influence of Fuel on Emissions and Health. Jorma Jokiniemi

ReFuel 70 % Emission Reduction Using Renewable High Cetane Number Paraffinic Diesel Fuel. Kalle Lehto, Aalto-yliopisto 5.5.

Seppo Niemi Energiatekniikka Teknillinen tiedekunta

CENGE - Controlling Emissions of Natural Gas Engines

Sensorit ulkoilman hiukkaspitoisuuksien seurannassa. Topi Rönkkö. Ilmanlaadun tutkimusseminaari

Moottorikelkkojen pakokaasupäästöt. Tampere / ea

Jälkiasennettavat pakokaasujen puhdistuslaitteet. Arno Amberla Version

Biodiesel. Alternative Biofuels for Compression Ignition Engines. Influence of Fuel on Emissions and Health. Jorma Jokiniemi

TÄUBLER OY. Vuorimiehenkatu Helsinki Finland. Puh: Fax:

Euro VI bussien ja Euro 6 dieselhenkilöautojen todellisen ajon NO x päästöt

Mika Jukkara, Tuotepäällikkö / Scania Suomi Oy. Biokaasu, Biodiesel, HVO vai Sähkö raskaan liikenteen käyttövoimana

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköautojen akut: mistä raaka-aineet tulevat?

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY PÖYRY FINLAND OY, ENERGIA, MITTAUSPALVELUT

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY PÖYRY FINLAND OY, ENERGIA, MITTAUSPALVELUT

AJONEUVOTEKNIIKAN KEHITTYMINEN JA UUSIEN ENERGIAMUOTOJEN SOVELTUMINEN SÄILIÖKULJETUKSIIN. Mika Jukkara, Tuotepäällikkö / Scania Suomi Oy

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND JÄLKIASENNETTAVIEN PAKOKAASUN PUHDISTUSLAITTEISTOJEN ARVIOINTI

Autojen todelliset päästöt liikenteessä

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

KANNUSTIMET JA RAJOITUKSET Mahdollisuudet vähäpäästöisten ajoneuvojen edistämiseen

Ympäristökriteerit osana kokonaistaloudellisuutta

KILPAILUTUS KANNUSTAA PUHTAAMPIEN BUSSIEN KÄYTTÖÖN

Seppo Niemi Energiatekniikka Teknillinen tiedekunta

ELEMET- MOCASTRO. Effect of grain size on A 3 temperatures in C-Mn and low alloyed steels - Gleeble tests and predictions. Period

Liikenteen biopolttoaineet

Raskas kalusto ja työkoneet, Euro VI/StageV

Vetykäsitellyn kasviöljyn käyttö dieselmoottorissa

PYSTYYKÖ VANHA KALUSTO PUHTAAMPAAN? Petri Saari 14 October 2014

Increase of opioid use in Finland when is there enough key indicator data to state a trend?

KONEOPPIMINEN SISÄLLÖNTUOTANNOSSA CASE NESTE

Social and Regional Economic Impacts of Use of Bioenergy and Energy Wood Harvesting in Suomussalmi

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Suomestako öljyvaltio? Kari Liukko

TransEco Polttoainehankkeiden tuloksia

RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen suorituskyky. Liikenteen ympäristöhaasteet seminaari Kimmo Erkkilä

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Petri Saari HSL Helsingin seudun liikenne JÄTTEESTÄ PUHTAITA AJOKILOMETREJÄ

Korkean setaaniluvun parafiiniset dieselpolttoaineet ja päästöjen oleellinen vähentäminen. ReFuel. Polttomoottoritekniikka/Aki Tilli 18.5.

REFUEL polttoaineen optimointi kylmiin olosuhteisiin. Juhani Laurikko, VTT

Raskaiden ajoneuvojen energiatehokkuus ja sähköajoneuvot

Efficiency change over time

Stormwater filtration unit

Taulukko 1. Bussien keskimääräisiä päästökertoimia. (

Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo HDENIQ. TransEco tutkijaseminaari Kimmo Erkkilä, VTT

Master's Programme in Life Science Technologies (LifeTech) Prof. Juho Rousu Director of the Life Science Technologies programme 3.1.

Ilman pienhiukkasten ympäristövaikutusten arviointi

General Picture IEA Report. Teknologiateollisuus 1. World CO 2 emissions from fuel combustion by sector in 2014

PYÖRÄILY OSANA HELSINGIN SEUDUN KESTÄVÄÄ KAUPUNKILIIKENNETTÄ

Maakaasun käytönvalvojien neuvottelupäivät MAAKAASUTRUKIT. Ari Seppänen asiakaspalvelupäällikkö Maakaasun Siirtoyksikkö

RASTU - Ajoneuvojen energiankulutus ja päästöt kaupunkiliikenteessä. Rastu päätösseminaari Innopoli 1, Otaniemi 4.11.

Uusia tuloksia laivojen musta hiili -päästöistä

Smart City -ratkaisut

Kokemuksia muiden kuin puupellettien poltosta

Kehittyvät hyötyajoneuvot (IEA COMVEC) Juhani Laurikko TkT, johtava tutkija VTT

Tulevaisuuden polttoaineet kemianteollisuuden näkökulmasta. Kokkola Material Week 2016 Timo Leppä

UEF // University of Eastern Finland Esityksen nimi / Tekijä

Yhteistyöllä öljystä uusiutuviin: Biopilot-hanke. TransSmart seminaari Nils-Olof Nylund, tutkimusprofessori VTT

Lausunto on KANNANOTTO mittaustuloksiin

Tieliikenteen vaihtoehtoiset käyttövoimaratkaisut vuoteen 2030: Bio, sähkö vai molemmat?

Ilmanlaadun arviointi: uusia tuloksia ja tässä hankkeessa tehtävä työ

Catalytic conversion of synthesis gas: Methods and applications

Ajoneuvohankkeiden tulokset Henkilöautot. TransEco tutkijoiden työpaja Jukka Nuottimäki, VTT

Geoenergian tulevaisuuden visio. Jari Suominen

Rakentamisen näkymät EU-alueella ja Suomessa

Ajankohtaisia uutisia CENstandardisointityöstä

Gap-filling methods for CH 4 data

Optima Vimax 5W-40. Optima Vimax 5W-40 soveltuu vapaastihengittäviin ja turboahdettuihin bensiini- ja

LIIKENTEEN VAIHTOEHTOISET POLTTOAINEET

Storages in energy systems

Puunpolton päästöt - pienpoltto tulisijoissa vai pellettien poltto voimalaitoksessa

Mustahiili hallintaan - kansainvälinen kenttä. Nvm Seppo Sarkkinen Ympäristöministeriö Säätytalo

TIEKE Verkottaja Service Tools for electronic data interchange utilizers. Heikki Laaksamo

MITEN KANSALLISELLA TUTKIMUKSELLA VOI TUKEA EU-LAINSÄÄDÄNTÖTYÖTÄ. Case: Kylmäkäytön pakokaasupäästöt. Lähtökohdat & ajattelumallit

LYTH-CONS CONSISTENCY TRANSMITTER

RASKAAN AUTOKALUSTON PAKOKAASUPÄÄSTÖT

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

Verkkokauppatilasto Perustietoa verkkokauppaseurannasta sekä verkko-ostaminen 2014/H1


Timo Saarelainen Toimitusjohtaja Honeywell Oy Bioenergia Yksi Itä-Suomen mahdollisuuksista Kuopio 30. lokakuuta 2009

Low-Carbon Finland Platform Energiajärjestelmäskenaariot. Antti Lehtilä Tiina Koljonen

RASTU-SEMINAARI. Liikenteen tilaajan näkökulma. Reijo Mäkinen

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Biokaasu traktori on jo teknisesti mahdollinen maatiloille Nurmesta biokaasua, ravinteet viljelykiertoon - seminaari

Energia-alan kehitys vs. Parisiin sopimus vs. Suomen energia- ja ilmastostrategia 2030

Skene. Games Refueled. Muokkaa perustyyl. for Health, Kuopio

Korkeaseosteiset biokomponentit henkilöautojen polttoaineisiin muut kuin etanoli

Land-Use Model for the Helsinki Metropolitan Area

AGCO POWER 74 AWF - TYÖKONEDIESELMOOTTORIN LÄMMÖNHALLINTATUTKIMUS

Biometaanin tuotannon ja käytön ympäristövaikutusten arviointi

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY RAMBOLL FINLAND OY, ILMANLAATU JA MELU RAMBOLL FINLAND LTD.

Jätevoimala on pääkaupunkiseudun merkittävin jätehuoltohanke. Jätevoimala on Vantaan Energialle tärkeä peruskuormalaitos sähkön ja lämmöntuotantoon.

Transkriptio:

Particulate matter emission from transport Mustan hiilen päästöjen ja päästövähennysten ilmasto- ja terveysvaikutukset, 11.11.2013 Päivi Aakko-Saksa VTT Technical Research Centre of Finland

2 Content Particulate matter PM results Emission regulations PM abatement technologies Summary

3 Diesel PM2.5 Chemical Composition 1 % 2 % 3 % Diesel particle composition 19 % 75 % Elemental carbon (33-90%) Organic carbon (7-49%) Sulfate, nitrate (1-4%) Metals & elements (1-5%) Other (1-10%) Source: US EPA 2002 Source: Foster 2004 http://press.iarc.fr/pr213_e.pdf

4 Characterisation of exhaust emissions at VTT BC not measured, but correlation to existing data could be relevant Regulated emissions: CO, HC, NO x, PM, CO 2 Speciated hydrocarbons C1 C8, directconnected gas chromatograph. Aldehydes: DNPH collection, HPLC Alcohols: gas chromatograph Multi-component on-line analysis by FTIR (Gasmet): 20-30 pollutants on-line at 1 Hz resolution powerful tool for transients and cold-starts Composition and quality of particulate matter Soluble organic matter (SOF) Organic and elemental carbon (OC/EC) Polyaromatic hydrocarbons (PAH), subcontractor Ames mutagenicity, fellow group at VTT Sulphates, nitrates and other anions We have also high-capacity particulate collection system for low-emitting vehicles!

5 PM composition varies between technologies There is a lot of PM compositional data available from transport applications. Can we find correlation factors to estimate BC emissions? 90 80 70 Soluble organic fraction of PM (%) E85 car traditional gasoline SOF-% 60 50 40 30 20 10 0 Direct-injection gasoline 0 FFV 1 MPFI 2 FSI 3 Murtonen, Erkkilä, Aakko-Saksa, NOSA & FAAR 2011 Conference Proceedings. Aakko-Saksa et al. VTT Working Papers 187 & SAE 2011-24-0111.

6 VTT s tools in ship (PM) emission research ISO 8178 diluted & cooled measurement of PM & gaseous exhaust emissions (test bed & field conditions) ISO 9096 raw exhaust (stack) PM measurement (test bed & field conditions) Measurement methods for BC (OC/EC), PM constituents, particle numbers & sizes Methods for raw gaseous emissions (FTIR) and total hydrocarbons (FID) Data related to BC/EC/soot emissions is so far scarce A concise emission factor data is available for PM (EU BSR InnoShip project) PM g/kwh, g/kg fuel 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 EC 9 mg/nm 3 EC 9 mg/nm 3 g/kwh g/kg fuel mg/nm3 EC 9-15 mg/nm 3 80 70 60 50 40 30 20 PM mg/nm 3 0.4 0.2 10 Ship emissions: Maija Lappi, VTT 0.0 ISO8178, dr 9.4-15 us SCR 42% load ISO8178, dr 8.4-13 ds SCR 40.5% load ISO9096 stack, ds SCR 42% load 0

7 Factors affecting particle emissions Engine configuration (diesel vs. sparkignition, turbocharging, injection system Exhaust after-treatment Catalysts, particle catalysts (p-dpf), wall-flow filters (DPF) Filter clogging and NO2 formation can cause trouble Running conditions High load promotes particle formation Ambient temperature Figure: Musculus et al. 2005 Many fuels reduce PM Gasoline MPI instead of diesel (note low PM with DPF equipped diesel or DISI (sulfur-free fuel) Some benefit with paraffinic (synthetic) instead of regular diesel Gaseous fuels: natural gas, LPG Oxygenated fuels: alcohols, ethers, esters (conventional biodiesel)

8 On-road PM regulations are tightening Part. filter required (DI) Figure by Aakko-Saksa, VTT

9 Non-road diesel engine regulations are tightening Stage 4: PM 0.025 g/kwh NOx 0.4 g/kwh Figure by AGCO

10 Total PM emissions are decreasing http://lipasto.vtt.fi/

11 PM from transport sector: 59% from road transport in Finland Lähde: LIPASTO 2011 (http://lipasto.vtt.fi/liisa/index.htm)

12 Evolution of diesel emissions and fuel quality Source: Seppo Mikkonen/Neste Oil 2011

13 Exhaust catalysts combined with engine technology >95% of new vehicles worldwide are fitted with catalytic converters. Source: VTT s publication: Energy visions 2030 for Finland (Figure by Laurikko).

14 Diesel particulate filters Diesel particulate filters, DPF, reduces PM efficiently >90% or less efficiently with optimized technology, e.g. Particle Oxidation Catalyst, POC Johnson Matthey s Continuously Regenerating Trap CRT launch in 1995. NO 2 could be employed to burn soot at low temperatures as low as 275 o C, compared with around 600 o C when burned with oxygen.

15 Civiello, M. RHODIA Electronics & Catalysis Inc. DEER 2003

16

17

18

19

20 Results with older cars (model year ~2000) IEA-AMF Annex 22: Particulate Emissions at Moderate and Cold Temperatures Using Different Fuels Particle mass and number, European test cycle PM emission (g/km) 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 White bars = particle number Coloured bars = particle mass Normal +5 C -7 C Gasoline start 1.5E+14 1.0E+14 5.0E+13 Particle number (#/km) 0.02 0.00 TDI IDI MPI G-DI E85 CNG LPG diesel gasoline ethanol gaseous http://www.iea-amf.org/content/publications/project_reports

21 Annex 37: Fuel and Technology Alternatives for Buses PM Emission - Braunschweig g/km 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.196 0.354 0.0390.046 0.057 0.037 0.013 0.0310.031 0.005 0.0160.016 0.036 0.020 diesel diesel hybrids alternative fuels http://www.iea-amf.org/content/publications/project_reports

22 Particle size distributions with heavy-duty engines 1E+16 1E+15 Euro II 50% load speed ESC A 1E+16 1E+15 Euro II+DPF Euro II 75% load speed ESC C Euro I Euro I dn/dlogdm (#/kwh) 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 Euro IIIa Euro IIIb and IIIc Euro IIIb+DPF Euro II + DPF dn/dlogdm (#/kwh) 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 Euro IIIb Euro IIIc Euro IIIa Euro IIIb+DPF Proto+DPF Proto+DPF 1E+10 1E+10 1E+09 1 10 100 1000 Mobility diameter (nm) 1E+09 1 10 100 1000 Mobility diameter (nm) Fairly consistent size distribution profile for the accumulation mode for the conventional diesel Nucleation mode is evident at high load conditions, (even on the low sulphur fuel), especially on the CRT-equipped Euro-II engine Thompson, Aakko et al. SAE 2004-01-1986. ( EU Particulates project )

Sniffer measurements 22.10.2012 Downtown Helsinki Vihdintie Stop at Roadside (Kehä III) Background site Vihdintie Downtown Helsinki Black carbon Joint study within the CLEEN/MMEA program, WP 4.5.2, Participating research institutes: Finnish Meteorological Institute, Tampere University of Technology, Metropolia University of Applied Sciences and participating companies: Helsingin Energia, Proventia, Wärtsilä, Metso, Pegasor, HSY

Standing at 15 m from the roadside 24 Joint study within the CLEEN/MMEA program, WP 4.5.2, Participating research institutes: Finnish Meteorological Institute, Tampere University of Technology, Metropolia University of Applied Sciences and participating companies: Helsingin Energia, Proventia, Wärtsilä, Metso, Pegasor, HSY

25 Black carbon (BC) - Source of BC in Helsinki: diesel engines and wood combustion Vehicle number scaled 0.0028±0.0005 0.0022±0.0005 0.0020±0.0002 Järvi, L., Junninen, H., Karppinen, A., Hillamo, R., Virkkula, A., Mäkelä, T., Pakkanen, T., and Kulmala, M. Black carbon variations in Helsinki, Atmos. Chem. Phys., 8,1017 1027, 2008

26 Liikennesektoreiden eroja Henkilöautot Ajomatkat lyhyitä ja jälkikäsittelylaitteet toimivat optimaalisesti vasta moottorin lämmittyä, joten päästöjen hallinta haasteellista käynnistyksen jälkeen, erityisesti kylmässä lämpötilassa. Matalat hiukkaspäästöt mm. perinteisillä bensiiniautoilla sekä mm. etanoli- ja kaasuautoilla. Sähköautoilla ei paikallisia päästöjä. Raskas kalusto Pääosin lämpimällä moottorilla ajoa mikä helpottaa jälkikäsittelylaitteiden toimintaa. Mahdollisuus optimoituihin fleet - ratkaisuihin. Muita Työkonesektorilla paljon erilaisia sovelluksia. Laivoille sopivat huonohkot polttoaineet, mikä on haaste jälkikäsittelyteknologioille. Ajo lämpimällä moottorilla sen sijaan helpottaa tekniikan optimointia. Lentoliikenteen polttoaineet tiukasti standardoituja -> vähän vaihtoehtoja. Cars: Start-up emissions. Cold temperatures. Transient. Heavy-duty: Warm start-up. Transient driving. Ship/rail engines: Steady state running. Warm engines. Aviation: Stringent fuel quality regulations. Machinery, small engines: Numerous applications.

27 Yhteenveto Liikennesektorilla ei ole mustan hiilen mittausvaatimusta, vaan raja-arvot koskevat kokonaishiukkaspäästöä. Liikenteen hiukkasten koostumuksesta on paljon tietoa, jota voi käyttää hyväksi BC:n arvioinnissa. Hiukkaspäästöjen raja-arvot Euroopassa ovat tiukat ja tiukkenevat edelleen siten, että kaikkien ajoneuvojen hiukkaspäästöt tulevat olemaan erittäin alhaisia Hiukkassuodattimet dieselajoneuvoissa (2011-2014 alkaen) ja suorasuihkutteisissa bensiiniautoissa (tod. näk. 2017 alkaen). Hiukkaspäästöt bensiiniautoilla, etanoliteknologioilla ja kaasuautoilla ovat tyypillisesti alhaisia ilman jälkikäsittelyäkin. Sähköautoilla ei ole lähihiukkaspäästöjä. Real-life päästöihin yleisesti vaikuttaa esim. ulkoilman lämpötila ja ajo-olosuhteet. Ajoneuvokannan uusiutuminen vie noin 15-20 vuotta. Globaalit liikenteen päästöt kehittyvät eri aikataululla kuin Euroopan tai Suomen liikenteen päästöt.

28 VTT creates business from technology