Trafikkens bidrag til fine og ultrafine partikler

Resumé

Formålet med den foreliggende undersøgelse er at bestemme størrelsesfordelingen og koncentrationen af luftens partikelindhold i København og i Odense, specielt den del af partiklerne, som emitteres fra benzin- og dieselkøretøjer.

En specialbygget DMA (Differential Mobility Analyser), der er blevet stillet til rådighed for Danmarks Miljøundersøgelser af det fælleseuropæiske forskningscenter JRC i Italien, blev brugt til at bestemme partikelkoncentrationer (antal pr. kubikcentimeter) i størrelsesintervallet 6 - 700 nm. Udstyret blev opstillet i DMU’s LMP-målestationer i København og Odense. Her foretages rutinemæssig måling af gasserne NO_x (NO+NO₂) og CO, som ligeledes emitteres fra trafikken. Målingerne af NO_x og CO er vigtige for fortolkningen af partikelmålingerne. Samtidige målinger af partikler, NO_x og CO foreligger fra 1999 i perioderne 19. januar – 8 marts på Jagtvej i København, 8. marts – 20 april på H.C. Ørsted Instituttet og 3.-20. maj på Albanigade i Odense.

Den tidsmæssige variation af CO-, NO_x- og partikelkoncentrationerne er vist i Figur 1, og den gennemsnitlige størrelsesfordeling af partiklerne kan ses på Figur 2. De ultrafine partikler ses i Figur 2 som en klokkeformet fordeling til venstre i spektret, mens de fine partikler viser sig som en hale til højre.

CO-, NO_x- og partikelkoncentrationerne (Figur 1) viser en høj grad af korrelation mellem de tre størrelser, idet en væsentlig del af variationerne har fælles årsager, dels trafikkens døgn- og ugerytme, dels den meteorologiske indflydelse (i hovedsagen vindens fortyndende virkning). Der er imidlertid ikke fuldstændig korrelation, idet CO især afviger noget fra de to andre målte størrelser. Årsagen er, som en korrelationsanalyse viser, at de to store trafikkilder, benzindrevne biler og dieselkøretøjer, hver bidrager med sin karakteristiske emissionsprofil (det relative forhold mellem emissionerne af CO, NO_x og partikler). Disse forskellige profiler giver sig til kende, fordi der er forskel på de to trafikkategoriers døgn- og ugerytme.

Det er ikke muligt at bestemme de to emissionsprofiler alene på grundlag af CO-, NO_x- og partikelmålingerne, idet dette yderligere kræver, at NO_x/CO-forholdet for hver af de to emissionstyper er kendt. Da benzin- og dieselkøretøjerne altid optræder blandet i trafikken, kan NO_x/CO-forholdene ikke bestemmes direkte, men man kan udnytte den systematisk forskel på de to kategoriers trafikmønster på døgn- og ugebasis. Dette er blevet kvantificeret ved en omhyggelig trafiktælling, der blev foretaget af Odense Kommunes miljø- og teknikforvaltning i hverdagene den 19.-21. maj 1999 (Figur 4). Ved en regressionsanalyse kan NO_x- og CO-værdierne modelleres som bidrag fra hver af de to trafikkategorier.

Selve modelleringen af målingerne ud fra kildeprofilerne foretages med en receptormodel (COPREM), hvori man kan indlægge matematiske bånd, i dette tilfælde benyttes de kendte NO_x/CO-emissionsforhold for trafikkilderne. Analysen med COPREM kan imidlertid raffineres ved at udnytte den ekstra informationen, der ligger i partikelspektrene, udtrykt ved rækken af enkeltværdier, idet der viser sig at være en systematisk forskel på størrelsesfordelingerne af partikler fra henholdsvis benzintrafik og fra dieseltrafik. Den udvidede analyse viser, at en forbedret modeltilpasning kan opnås, når der medtages en tredje ikke-trafik relateret kilde i analysen. Denne kilde bidrager ikke til NO_x og CO, og kun lidt til den totale partikelkoncentration, men den optræder med et signifikant bidrag af partikler i den højre hale af partikelspektret. Størrelsesfordelingen tyder på, at det er langtransporterede partikler fra Europa, der er omdannet og forøget i størrelse ved kemiske og fysiske processer i atmosfæren. Det er typisk partikler med et stort indhold af ammoniumsulfat og ammoniumnitrat, der dannes ved oxidation af svovldioxid og NO_x, og ved reaktion med ammoniak.

Undersøgelsens centrale resultat er bestemmelsen af kildeprofilerne, normeret som enkeltkildernes bidrag til gennemsnitskoncentrationerne i Albanigade (Tabel 3) og på Jagtvej (Tabel 4) i løbet af måleperioderne. Enkeltkildernes bidrag til partiklerne i løbet af en gennemsnitsuge er vist i Figur 11 og Figur 12. Talresultaterne viser, at dieselkøretøjernes emissioner af partikler dominerer over bilernes emissioner på Albanigade, hvorimod bidragene fra benzin- og dieselkøretøjer er sammenlignelige på Jagtvej. De benzindrevne biler dominerer begge steder i antal, men emissionen fra den enkelte bil er så lille, at det samlede bidrag spiller en mindre rolle for forureningen med partikler. På Jagtvej er der meget få dieselbiler – bl.a. kun en buslinie, der kører på gas. Når der (skønsmæssigt) omregnes fra partikelantal til partikelmasse (beregnet som partikelrumfang), bliver forskellen mellem de to trafikkategoriers bidrag mindre markant, fordi dieselkilden udsender relativt mange ultrafine partikler, hvis masse er forsvindende sammenlignet med de fine partiklers masse. Massen af de relativt få, men store, partikler fra ikke-trafikkilden får ved omregningen en langt større indflydelse, men trafikkilderne dominerer stadigvæk efter omregningen. De skønnede masser er mindre, men ikke meget mindre, end dem der bestemmes ved TSP-målinger (Total Suspended Particulates). Ved TSP-målingerne medtages også den grove partikelfraktion, af hvilken kun den venstre hale registreres i DMA’ens måleområde.

Måling af emissionen af ultrafine partikler fra bilers motorer i laboratoriet ved dynamometertest er i gang eller er planlagt til gennemførelse indenfor kort tid. Disse målinger skal anvendes til sammenligning med udeluftmålinger for at undersøge graden af overensstemmelse mellem disse partikelspektre.

Inden monteringen af filtre på kommunens køretøjer i Odense skal foretage en ny serie målinger på en centralt beliggende indkøbsgade, som er uden gennemkørende trafik, og hvor kommunale busser dominerer trafikken. Målingerne vil endvidere blive gentaget i løbet af foråret 2000.

I løbet af 2000 søges gennemført yderligere målinger af partikler på forskellige lokaliteter. Resultaterne tænkes indbygget i DMU luftkvalitetsmodeller for gadeluft og bybaggrundsluft med henblik på anvendelse som planlægningsværktøj, scenarieberegninger og luftforureningsprognoser for ultrafine partikler.

Denne indledende undersøgelse har demonstreret, at målemetoden (DMA) er velegnet til bestemmelse af størrelsesfordelingen af ultrafine partikler. Den tilhørende dataanalyse har vist sig velegnet til at adskille og kvantificere bidraget til forureningen med ultrafine partikler fra benzin- og dieseldrevne biler, samt den ikke-trafikrelaterede andel. Partikelforureningen målt med denne metode giver det samlede bidrag fra trafikken, d.v.s. både de direkte emitterede partikler fra bilerne motorer og bidrag fra bremser, dæk, vejbelægning m.v., altså ikke kun den del, der vil blive målt ved dynamometertest. Undersøgelsen har endvidere vist, at partikelfordelingen ikke er den samme i gadeluft som i bybaggrundsluft, hvilket antyder, at der sker en omdannelse af partikler indenfor byskalaen.