Partikeludslip fra nye tunge køretøjer (Euronorm IV og V)
1 Sammenfatning
1.1 Baggrund og formål
Miljøzoneloven giver kommunerne mulighed for at indføre miljøzoner, hvor der stilles krav om partikelfilter på tunge køretøjer med Euronorm III og ældre[1]. Indførelsen af Euronorm IV og V har reduceret lastbilers partikeludslip med 80 % baseret på massen af partikler. Der er imidlertid betydelig usikkerhed på effekten på antallet af ultrafine partikler, da dette ikke er reguleret via Euronormen.
I forbindelse med vedtagelsen af lovforslaget om miljøzoner i december 2006 tilkendegav miljøministeren, at hun senest med udgangen af 2007 ville oversende en rapport til Folketingets Miljø- og Planlægningsudvalg om relevant viden om partikeludslip fra tunge køretøjer med Euronorm IV og V.
Miljøstyrelsen har til dette formål fået udarbejdet et litteraturstudie, der belyser dette. Formålet med litteraturstudiet er at skabe et overblik over nyeste viden med hensyn til data for partikeludslippet samt for det direkte udslip af NO2 fra tunge køretøjer med Euronorm IV og V. På basis af data for værdierne for udslip af NO2 og partiklernes antal og masse samt eventuel størrelsesfordeling, samt vurdering af usikkerheden på disse data, skal der gives en anbefaling af de mest retvisende værdier.
1.2 Undersøgelsen
Der blev opstillet en bruttoliste af i alt 11 kontaktpersoner, som blev kontaktet pr. e-mail, hvori de blev anmodet om at fremsende litteratur vedrørende udslip af NO2 og partikler fra tungekøretøjer og busser med Euronorm IV og V, herunder om muligt mængde, antal og fordeling på størrelse. Der indkom i alt ca. 60 titler om beslægtede emner, som blev screenet ud fra kriterier om, at de direkte skulle omhandle Euronorm IV og V, tunge køretøjer og partikler og/eller NO2. Kun tre kilder opfyldte disse kriterier. Disse tre dannede grundlag for vurderinger af værdier for udslip af NO2 og partikels antal og masse.
1.3 Projektresultater og hovedkonklusioner
1.3.1 Kildegrundlag
De tre udvalgte kilder var:
- R. Carbone, et al.(2005): Fuel effects on the characteristics of particle emissions from advanced motors and vehicles. CONCAWE Fuels quality and Management Group. January 2005.
- Andreas Mayer et al (2007). Nanoparticle-Emission of EURO 4 and EURO 5 HDV Compared to EURO 3 With and Without DPF. January 2007.
- Magdi Khair, Chris Sharp & Imad Khalek(2005). Characterization of Nanoparticles from a 2010-Type Heavy-Duty Diesel Engine. Southwest Re-search Institute. August 2005
Rapporten fra R. Carbone er en del af afrapporteringen fra "Particulates" projektet. Particulates-projektet og Andreas Mayer's undersøgelser var allerede inden litteratursøgningen kendt af Miljøstyrelsen og indgik i de vurderinger, der lå bag besvarelsen af en række spørgsmål fra Folketinget i forbindelse med behandlingen af miljøzoneloven. Da litteratursøgningen har omfattet forespørgsler hos en lang række kendte eksperter inden for området, vurderes det, at der fortsat ikke foreligger megen information om udslip af ultrafine partikler fra tunge køretøjer med Euronorm IV og V.
Ny viden er dog under udarbejdelse. Prof. Stefan Hausberger, TU Graz, Austria har oplyst, at man i samarbejde med Empa, Schweiz, er i gang med et projekt vedrørende udslip fra EURO IV and V, hvor der vil blive gennemført målinger af partikelantal på tre tunge køretøjer med Euro IV og Euro V.
1.3.2 Particulates-projektet
I rapporten fra 'Particulates' projektet er formålet at vurdere brændselseffekter på emissioner fra nye motorer/køretøjers teknologier. Der blev testet på tre motorer for syv forskellige typer brændstof. EURO-III motoren var en eksisterende markedsteknologi, mens "Euro IV" og "EURO V" endnu ikke var på markedet og derfor blev udviklet til formålet. Til prototypen EURO-IV blev der anvendt et kombineret system af EGR med CRT (dvs. med filter), og til prototypen EURO-V blev der anvendt SCR-urea med motortilpasning (dvs. katalysator) for at optimere udslip af NOx/PM. Den testede prototype for EURO IV svarer til de forventninger man på daværende tidspunkt havde til teknologien EURO IV, som dog ikke viste sig at blive virkelighed og derfor ikke er karakteristisk for de EURO IV-køretøjer, der er på markedet i dag.
Der blev målt på partikelmassen (PM), samt det totale antal partikler, overfladeareal, antal kulholdige partikler og størrelsesfordelingen af partikelemissionerne, og der blev testet ved DPF (filter) og andre efterbehandlingsteknologier.
Med hensyn til PM blev der målt markant mindre mængder emissioner for Euro IV (EGR med CRT) og EURO V end for Euro III. Figuren nedenfor illustrerer resultaterne for de forskellige brændstoffer. I Danmark anvendes udelukkende D4, dvs. brændstof med mindre end 10 ppm svovl.
Figur 1-1 PM emissioner med ESC (mængde)
Bemærk:: "Euro 4" er en prototype, der svarer til EURO III med filter.
Kilde: R. Carbone, et al.(2005).
Det fremgår, at partikelmængden blev reduceret markant. Et lignende resultat blev opnået med ETC kørecyklus.
Disse resultater blev, jf. nedenstående figur, ikke reflekterede i partikelantallet, hvor der ikke blev opnået samme markante reduktioner. Størst reduktion af antal partikler ses for prototypen EURO IV, som imidlertid som nævnt ikke kom på markedet.
Figur 1-2 Samlet antal partikler, ELPI stages 1-7 (30-1000nm) + thermonuder. ESC
Bemærk:: "Euro 4" er en prototype, der svarer til EURO III med filter.
Kilde: R. Carbone, et al.(2005).
EURO V med SCR/urea gav op til 70 % færre faste (carboneous) partikler end EURO III. Ved høj belastning gav EURO V med SCR/urea dog udslip af flere partikler end EURO III.
Det vurderes, at der blev anvendt anerkendte metoder, kørecyklus'er mv., og resultaterne vurderes at være robuste med hensyn til EURO V. Derimod er de ikke repræsentative for EURO IV, da den anvendte prototype ikke er kommet på markedet.
1.3.3 Andreas Mayer
I Andreas Mayers arbejde undersøges nanopartikel-emissioner fra Euro IV og V lastbiler sammenlignet med Euro 3 lastbiler med/uden DPF (partikelfilter). Formålet med undersøgelsen var at svare på om reduktion af partikelmassen (målt i vægt) automatisk reducerer antallet af partikler. Der blev testet emissioner fra tre moderne køretøjer:
- En HDV motor der opfylder EURO-IV (PM-Kat)
- En motor der opfylder EURO-V (med SCR)
- En motor der opfylder EURO-III med/uden VERT certificeret DPF (filter)
Undersøgelsen fokuserer på nanopartikler (10-400nm) og tester distributionen, massen og mængden af nanopartikler. Det blev desuden målt på metalliske emissioner og sekundære emissioner, specielt NO2 og NH3. Der anvendtes SMPS og ELPI til fastlæggelse af størrelsesfordeling og PASS til sodmåling. Prøveudtagningen blev foretaget i overensstemmelse med PMP.
Der blev målt ved stabilt køremønster (steady state), tilnærmelsesvist efter ESC kørecyklus, dog blev der målt flere gange ved lave belastninger (load).
Der blev for EURO-IV med PM-kat og EURO-V med SCR observeret en moderat reduktion af antallet af nanopartikler i forhold til EURO-III uden DPF for 0 %, 25 % og 50 % belastning). Ved fuld belastning (100 %) udledte EURO-V dog flere partikler end EURO-III uden DPF filter.
Sammenlignet med en EURO-III med DPF, der opfylder VERT kriterier, udledte Euro IV og Euro V motorerne 100-500 gange flere nanopartikler.
I figurerne nedenfor er vist hovedresultaterne fra undersøgelsen. De fire figurer viser resultater fra belastninger med henholdsvis 0 %, 25 %, 50 % og 100 %.
Kilde: Andreas Mayer et al (2007).
Figur 1-3 Emissions of ultrafine particles in the nano-scale range at 1400 rpm at different loads of all 4 test candidates (with SMPS and PMP-sampling)
I de tre første figurer, dvs. med 0 %, 25 % og 50 % ligger Euro III uden filter øverst, dvs. udslippet af nanopartikler er størst, mens Euro V i den sidste, dvs. med 100 % load, ligger øverst.
Der vurderes, at der er anvendt anerkendte og relevante målemetoder, herunder PMP.
1.3.4 Magdi Khair
Formålet med Magdi Khair projektet er at udvikle 2010 Emission Control System (ECS) til tunge køretøjer baseret på EGR, SCR og CDPF[2] teknologier, evaluere effekter af brændstoffers svovlindhold og evaluere varigheden af ECS
Der beskrives en ESC kørecyklus i forhold til 'Transient' (FTP) kørecyklus og foretages ældning af HD motorer, og der måles NOx og PM. Indholdet af NOx er lavere ved ESC end 'Transient', omvendt er PM højere. NOx emissionen efter 200 timer er 0,27g/hp-hr (0,20 g/ kWh) for transient, mens denne er 0 19g/hp-hr (0,14 g/ kWh) ved ESC kørecyklus.
Efter 6000 timer er emissionen ved transient 0,24g/hp-hr (0,18 g/ kWh), mens denne er 0,21g/hp-hr (0,15 g/ kWh) ved ESC. PM er højere ved ESC cyklus end ved transient, idet denne er 0,008g/hp-hr (0,006 g/ kWh) efter 200 og 6000 timer, mens transient er hhv. 0,005g/hp-hr (0,004 g/ kWh) og 0,003g/hp-hr (0,002 g/ kWh).
1.3.5 Emissionsberegninger
Det er ikke muligt med den tilgængelige viden at beregne den samlede partikelmængde, idet data ikke tillader det. Som et approximativt skøn er i stedet beregnet hvor meget Euro IV og V reducerer partikelantallet ud fra en gennemsnitbetragtning over de forskellige partikelstørrelser. Dette muliggør en sammenligning af Euro IV og V med Euro III med hensyn til, hvor stor en reduktion af partikelantallet der kan opnås ved at forsyne Euro IV og V med partikelfilter. Det skal dog bemærkes at der ikke er tale om en vurdering af det samlede partikelantal.
De tre studier viser, at EURO V med SCR/urea teknologi, som antagelig vil blive den mest almindelige teknologi i de kommende år, kan reducere antallet af de ultrafine kulstofbaserede partikler med omkring 70% sammenlignet med EURO III uden filter. Dette er en betydelig reduktion, men stadig betydeligt ringere end teknologier med partikelfiltre, der kan reducere antallet af partikler med tæt på 100%.
Med hensyn til NOx emissionerne viser studierne, at SCR/urea teknologien er effektiv til at reducere både NO og de mere skadelige NO2 emissioner. Mayers undersøgelse tyder på, at EURO IV med PM cat kan udlede markant mere NO2 sammenlignet med en EURO V med SCR/urea teknologi.
[1] Fra 1. juli 2008 gælder loven kun Euro II og ældre. Fra 1. juli 2010 kommer Euro III med.
[2] Hvis en katalysator er coated på diesel partikelfilterets overflade, kaldes filteret CDPF
Version 1.0 Februar 2008, © Miljøstyrelsen.