| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Partikeludslip fra nye tunge køretøjer (Euronorm IV og V)

6 Litteraturstudie

• 6.1 Kontaktpersoner
• 6.2 Litteratursøgning
• 6.3 Screening af kilder
• 6.4 Gennemgang af de udvalgte kilder
• 6.5 Sammenfatning

6.1 Kontaktpersoner

Som nævnt i kapitel 3 blev der indledningsvist opstillet en bruttoliste af i alt 11 kontaktpersoner, som blev anmodet om at fremsende litteratur, data eller referencer vedrørende udslip af NO₂ og partikler fra tungekøretøjer og busser med Euronorm IV og V, herunder om muligt mængde, antal og fordeling på størrelse.

En del af disse kontaktpersoner henviste til andre eksperter, således at der i alt har været taget kontakt til ca. 20 personer. Den fulde liste af kontaktpersoner, deres kontaktdata og den fremsendte mail er vist i Bilag A. Heraf var der i alt 11 kontaktpersoner, som responderede i form af fremsendt litteratur, referencer eller yderligere kontaktpersoner. Det drejer sig om:

Michael Walsh, The International Council on Clean Transport (IICT)

Martin Nilsson og Lennart Erlandsson Air Quality, AVL-MTC

Andreas Mayer, TTM.
Som udover eget arbejde henviste til
- ETH-Nanoparticle conference www.nanoparticles.ethz.ch
- SCAQMD-conference on "DPF+DeNO_x-Technologies" Los Angeles 2007
- Workshops of AFSSET in Paris, France September 2007

John Andersson, Ricardo.

Martin Mohr, PhD, Empa.

Stefan Hausberger, Graz University of Technology.

Dirk De Keukeleere og Guido Lenaers, VITO, Belgium.

Khair Magdi, South West Research Institute (SWRI)
Var på rejse.

Dirk Bosteels, Association for Emissions Control by Catalyst (AECC)

Enkelte af de kontaktpersoner, der ikke har responderet, kan alligevel være inkluderet som forfattere i litteraturstudiet, fordi andre har refereret til deres arbejde.

6.2 Litteratursøgning

Fra ovennævnte kilder blev der i alt indsamlet ca. 60 kilder. Den indkomne litteratur blev screenet og gennemgået som beskrevet i metodebeskrivelsen, dvs. screenet efter følgende kriterier:

• Skal omtale Euronorm IV og V
• Skal omhandle tunge køretøjer
• Skal omhandle partikler og/eller NO₂

Der blev ud fra disse kriterier som nævnt udvalgt 12 kilder. Disse kilder er følgende:

• Andersson, J. et al (2004). UN-GRPE PMP Phase 3 Inter-laboratory Correlation Exercise: Framework and Laboratory Guide. Ricardo Consulting Engineers. Working paper. May 2004.
   
• Carbone, R. et al (2005). Fuel effects on the characteristics of particle emissions from advanced motors and vehicles. CONCAWE Fuels quality and Management Group. January 2005
   
• Goto, Y. et. al (2005). Particles Emission from HD diesel vehicle with urea SCR Catalyst. Environment Research Department. 9th ETH, Zürich, 16. august 2005
   
• Holm, O. (2006). Erfaringer med partikelfiltre til lastbiler. Dansk Transport og Logistik (DTL). Høring om SCR og partikelfilterkrav, Miljø- og Planlægningsudvalget, 21. November 2006.
   
• Khair, M. et al (2005). Characterization of Nanoparticles from a 2010-Type Heavy-Duty Diesel Engine. Southwest Research Institute. August 2005
   
• Kittelson, D.B. (2006). Ultrafine Particle Emission & Control Strategies. South Coast Air Quality Management District Conference on Ultrafine Particles: The Science, Technology, and Policy Issues. Centre for Diesel Research. April-May 2006.
   
• Lars Christian Larsen (2006). Høring om SCR og partikelfilterkrav. Dinex Emission Technology A/S. Høring om SCR og partikelfilterkrav, Miljø- og Planlægningsudvalget, 21. November 2006.
   
• Marjamäki, M. et al (2001). Particulates - Characterisation of Exhaust Particulate Emissions from Road Vehicles. Deliverable 2: Vehicle exhaust, particulates characterisation, properties, instrumentation and sampling requirements. CONCAWE, DG Tren, EU Commission, 2001.
   
• May, J. et al (2007). The Application of Emissions Control Technologies to a Low-Emission Engine to Evaluate the Capabilities of Future Systems for European and World-Harmonised Regulations. Ricardo Consulting Engineer & AECC, 2007
   
• Mayer, A. et al (2007). Nanoparticle-Emission of EURO 4 and EURO 5 HDV Compared to EURO 3 With and Without DPF. January 2007.
   
• Samaras, Z. et al (2005). Caracterisation of Exhaust Particulate Emissions from Road Vehicles (Particulates). 2005
   
• Thompson, N. et al (2004). Overview of the European “Particulates” Project on the Characterization of Exhaust Particulate Emissions from Road Vehicles - Results for Heavy-Duty Engines. CONCAWE et al, 2004.

For disse kilder blev der foretaget en gennemlæsning og udarbejdet et referat af temaer og problemstillinger i kilderne efter følgende hoveddisposition:

1. Angivelse af kilden som forkortet i litteraturlisten
2. Angivelse af kilden med fuld reference, dvs. forfatter(e), årstal, titel, udgivelsessted, udgiver, evt. tidsskrift (titel, udgave, side), evt. hjemmeside
3. Institutionel ramme for undersøgelsen (forskning, konsulentydelse, regeringsdokument, etc.)
4. Baggrund og formål med undersøgelsen
5. Den anvendte metode
6. Resultater og observationer
7. Validitet, usikkerhed og robusthed

Denne gennemgang af kilderne er vist i Bilag C. Kilder, som hurtigt viste sig ikke at være relevante, blev behandlet mere summarisk.

Den samlede liste af indsamlet litteratur er vist i Bilag D.

I Bilag E er litteraturscreeningen dokumenteret.

6.3 Screening af kilder

Gennemgangen viste, at selv om mange kilder beskæftiger sig med problemstillingen omkring partikeludslip på forskellige måder, var der kun ganske få kilder, som indeholdt undersøgelser af partikelantal og NO₂ i udslip fra tunge køretøjer udstyret med Euro IV og V. Disse kilder, som derfor danner grundlag for de efterfølgende analyser, er:

• 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. Den eneste nye kilde er derfor Magdi Khair's arbejde. Da litteratursøgningen har omfattet forespørgsler hos en lang række kendte eksperter inden for området, er det derfor vurderingen, at der fortsat ikke foreligger megen information om udslip af ultrafine partikler fra tunge køretøjer med Euronorm IV og V.

Det skal samtidig bemærkes, at ny viden er under udarbejdelse, men hvor resultater endnu ikke foreligger. Prof. Stefan Hausberger, TU Graz, Austria har således oplyst, at TU Graz i samarbejde med Empa, Schweiz er i gang med et projekt vedrørende udslip fra EURO IV and V og forventer at færdiggøre et udkast til rapport om omkring midten af december 2007. Der vil i forbindelse med projektet blive gennemført målinger af partikelantal på tre tunge køretøjer med Euro IV og Euro V. Foreløbige resultater der kan offentliggøres, foreligger ikke på nuværende tidspunkt.

6.4 Gennemgang af de udvalgte kilder

6.4.1 Particulates-projektet (2005)

Baggrund og formål

Denne kilde er:

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.

Projektet er gennemført af CONCAWE som en del af deres bidrag til DG TREN 'Particulates' konsortium.

Studiet vurderer brændselseffekter på emissioner fra nye motorer/køretøjers teknologier. Der blev testet på tre motorer (EURO-III til EURO-V teknologier) 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 NO_x/PM. Resultaterne for "EURO IV" er mindre interessante i denne sammenhæng, da 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. Tekniske detaljer om motorerne er vist i nedenstående tabel:

Tabel 6-1: Specifikation af motor data EURO III, IV og V.

Kilde: R. Carbone, et al.(2005)

Ud over "sædvanlig" måling af partikelmassen (PM) blev der målt på det totale antal partikler, overfladeareal, antal kulholdige partikler og størrelsesfordelingen af partikelemissionerne. Der blev testet ved DPF (filter) og andre efterbehandlingsteknologie, hvilken virkning det har på partikelemissionerne.

Metode

Der skelnes mellem:

• Større partikler baseret på en kulstofkerne (på engelsk: accumulation mode particles eller carbonaceous particles). Langlivede, tørre, sammenkoblede partikler, typisk større end ca. 30 nm).
   
• Mindre partikler, der primært udgøres af kondenseret sulfat og kulbrinter (nucleation mode partikler). Nydannede partikler ud fra gasser, typisk mindre end ca. 30 nm. Under betingelser hvor kulstofemissionerne reduceres, er der en tendens til at sulfater og kulbrinter kondenserer selvstændigt, i stedet for at knytte sig til kulstofpartiklerne.

Et af formålene i Particulates projektet var at tilvejebringe en bedre forståelse af sidstnævnte, nucleation mode partiklerne. Disse partikler regnes for at være meget følsomme overfor testsituationer. Der blev derfor til dette formål udviklet en særlig teknik til måling begge typer partikler.

Der anvendtes legislative test cycles, ESC og ETC tests. Desuden anvendtes SMPS og DDMPS for steady state - og CPC, samt TrDMPS for "transient operation" ved mål af total antal partikler. Desuden målinger af finere partikler ved PM₁₀-PM_2,5, EURO-IV udstyres med DPF, mens EURO-V er med SCR.

Resultater og observationer

Med hensyn til de "traditionelle" emissioner af partikelmasse, PM, blev der målt markant mindre mængder emissioner for Euro IV (EGR med CRT) og EURO V end for Euro III. Resultaterne for "EURO IV" er dog mindre interessante i denne sammenhæng, da 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.

Resultaterne er illustreret i nedenstående figur for de forskellige brændstoffer. I Danmark anvendes diesel svarende til D4.

Figur 6-1 Partikelemission målt efter stationær kørecyklus (ESC).

"Euro 4" er en prototype, der svarer til EURO III med filter. D4 er svovlfri diesel, som er den kvalitet der anvendes i Danmark. Kilde: R. Carbone, et al.(2005).

Det fremgår, at partikelmængden blev reduceret markant for alle brændstoffer, således også for D4. Et lignende resultat blev opnået med ETC kørecyklus.

Disse resultater blev imidlertid ikke reflekterede i partikelantallet. Antallet af partikler blev målt for både tørre faste (carbonaceous) partikler og for samtlige partikler(dvs. inklusive flygtige/nucleation mode partikler). De tørre partikler blev målt ved anvendelse af ELPI med thermodenuder (og dermed fjernelse) af flygtige partikler. Det er denne måling, der bedst kan sammenlignes med PMP metoden, og som derfor er refereret her. Undersøgelsen blev gennemført for både ESC og ETC (henholdsvis jævnt og varieret) køremønster. Resultaterne er vist i figurerne nedenfor:

Figur 6-2 Samlet antal partikler målt med ELPI (stages 1-7 (30-1000nm)) med thermonuder. (ESC).

"Euro 4" er en prototype, der svarer til EURO III med filter. D4 er svovlfri diesel, som er den kvalitet der anvendes i Danmark. Kilde: R. Carbone, et al.(2005).

Figur 6-3 Samlet antal partikler målt med ELPI (stages 1-7 (30-1000nm)) med thermonuder, transient kørecyklus.

"Euro 4" er en prototype, der svarer til EURO III med filter. D4 er svovlfri diesel, som er den kvalitet der anvendes i Danmark. Kilde: R. Carbone, et al.(2005).

Som det fremgår ved sammenligning af disse to figurer med Figur 5.1 blev der ikke opnået samme markante resultater på antallet af partikler som på partikelmassen. Mest markant reduktion af antal partikler set for prototypen EURO IV, der som nævnt ikke svarer til de EURO IV som siden er kommet på markedet.

EURO V med SCR/urea gav op til 70 % færre faste (carboneous) partikler end EURO III.

Ved høj belastning (kørecyklus SS3) gav EURO V med SCR/urea dog udslip af flere partikler end EURO III, hvilket fremgår af nedenstående figur:

Figur 6-4: Samlet antal partikler, ELPI stages 1-7 (30-1000nm) med thermonuder, kørecyklus SS3 (Kørecyclus med høj belastning)

"Euro 4" er en prototype, der svarer til EURO III med filter. D4 er svovlfri diesel, som er den kvalitet der anvendes i Danmark. Kilde: R. Carbone, et al.(2005).

Arbejdet resulterede ifølge forfatterne samlet set i en klar demonstration af fordelene ved diesel-partikelfilter i kombination med brændstof med lavt svovlindhold på både partikelmasse og partikelantal. I Danmark indeholder diesel 10 ppm svovl svarende til brændstoftype D4.

Vurdering

Der er anvendt anerkendte metoder og testet for flere forskellige brændstoffer, kørecyklus'er mv., hvorfor resultaterne vurderes at være robuste - dog er de ikke repræsentative for EURO IV, da branchen har valgt en anden løsning end den prototype der er anvendt i de udførte forsøg.

Resultaterne med hensyn til EURO V er således relevante, mens resultaterne for EURO IV kan ses som et eksempel på den effekt, der vil kunne opnås, hvis partikelfilter var blevet anvendt som standardløsning til opfyldelse af Euro IV normen.

Der er ikke testet efter PMP, som ikke var udviklet på daværende tidspunkt, men målinger med ELPI kombineret med thermodenuder vurderes at give sammenlignelige resultater.

6.4.2 Andreas Mayer (2007)

Baggrund og formål

Andreas Mayer har udgivet en række artikler, som er nævnt i litteraturlisten og har indgået i screeningen. Da de imidlertid bygger på samme grundlæggende data, er en enkelt - den nyeste - udvalgt til den videre gennemgang. Det er som tidligere nævnt:

Andreas Mayer et al (2007). Nanoparticle-Emission of EURO 4 and EURO 5 HDV Compared to EURO 3 With and Without DPF. January 2007. Se Bilag C med hensyn til nærmere data for udgivelsen.

Artiklen refererer som titlen siger til en undersøgelse af nanopartikel-emissioner fra Euro IV og V lastbiler sammenlignet med Euro III lastbiler med/uden DPF (partikelfilter).

EU lovgivningen stiller via Euro-normerne krav til emissionerne fra tunge køretøjer på grundlag af PM₁₀, som er et EU-mål fastlagt i 1982. Dette baserer sig på partikelmasse (vægt) og skelner ikke med hensyn til partikelstørrelse og kemisk sammensætning. Endvidere regulerer EU ifølge artiklen ikke sekundære emissioner, der resulterer af anvendelse af teknik til reduktion af partikler.

Formålet med undersøgelsen er et svare på om reduktion af partikelmassen (målt i vægt) automatisk, som det ifølge artiklen antages af EU, reducerer antallet af partikler/partikelkoncentrationen. For at belyse dette er der testet emissioner fra tre moderne køretøjer. Der i modsætning til Particulates tale om typegodkendte og kommercielt tilgængelige EuroIV og EuroV køretøjer - altså de teknologier vi ser på gaden i dag. Der er tale om

• 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.

Metode

Der anvendtes SMPS og ELPI til fastlæggelse af størrelsesfordeling. Som vist i Figur 5-2 dækker disse metoder lidt forskellige størrelsesspekter. PASS anvendtes til sodmåling. Desuden anvendtes NanoMet til at måle den samlede aktive partikeloverflade. 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) end normalt ved ESC for at opfange svage punkter i effektiviteten af SCR systemet (Euro V) og PM-Kat (Euro IV). Udvælgelse af målepunkter i forhold til ESC er illustreret i nedenstående figur:

Punkter med streg over blev valgt fra i Mayers undersøgelse
Kilde: Andreas Mayer et al (2007).

Figur 6-5: Udvalgte målepunkter i forhold til ESC kørecyklus

Resultater og observationer

Undersøgelserne viste, at Euro IV og V gav en kraftig reduktion af emission af partikelmasse (PM) sammenlignet med Euro III, ved anvendelse af ESC kørecyklus, og meget kraftig reduktion af NO_x.

• For EURO-IV med PM-kat og EURO-V med SCR blev 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.
   
• Udstyres moderne motorer derimod med DPF vil emissioner i forhold til EURO-III uden DPF være reduceret til 0,1 %, dvs. partikelkoncentrationen i udstødningen vil være lavere end i trafikerede omgivelser.

Målingerne viste således, at Euro IV og Euro V lastbilerne udledte markant flere partikler end Euro III med filter, men færre end Euro III uden filter, dog bortset fra målingerne ved 100 % belastning.

Målingerne af Euro V vurderes af Mayer et al at være robuste (reproducerbare) med meget lave afvigelser (standardafvigelser), mens Euro IV med PM-Kat målinger var meget følsomme over for måleomstændighederne, herunder sodmængden og tidligere målinger.

I figurerne nedenfor er vist hovedresultaterne fra undersøgelsen. De fire figurer viser resultater fra belastninger med henholdsvis 0 %, 25 %, 50 % og 100 %, jf. Figur 5.6.

Kilde: Andreas Mayer et al (2007).

Figur 6-6: 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.

Som det fremgår ligger Euro III med VERT-filter markant under de øvrige målinger, dvs. forurener markant mindre med nanopartikler, svarende til en størrelsesorden 2 til 3 gange færre^[7].

Følgende tabel viser en opgørelsen af antal partikler modtaget fra Mayer:

Tabel 6-2: Antal partikler ved forskellige teknologier (antal/cm³)

Udledning af NH₃ og NO₂ viste meget gode resultater for EURO-V, tæt på sporingsgrænsen. EURO-IV udledte derimod høje koncentrationer af NO₂ i området omkring 50 % belastning.

Kilde: Mayer et al (2007).

Figur 6-7: NO₂ emissioner fra Euro IV

Vurdering

Der vurderes, at der er anvendt anerkendte og relevante målemetoder, herunder PMP der som beskrevet i kapitel 4 er afgørende for korrekte målinger af partikelantal.

6.4.3 Magdi Khair

Bagggrund og formål

Denne kilde omhandler:

Magdi Khair, Chris Sharp & Imad Khalek (2005):
Characterization of Nanoparticles from a 2010-Type Heavy-Duty Diesel Engine. United States: Southwest Research Institute, Texas.

Projektet er gennemført/artiklen er udgivet af: Southwest Research Institute.

Projektet er sponseret af US Dept. of Energy og der er input fra bl.a. EMA (Engine Manufacturers Association) og MECA (Manufacturers of Emission Controls Association).

Formålet med projektet er, at:

1) udvikle 2010 Emission Control System (ECS) til tunge køretøjer baseret på EGR, SCR og CDPF (katalytisk diesel partikelfilter^[8]) teknologier.

2) evaluere effekter af brændstoffers svovlindhold

3) evaluere varigheden af ECS

Der måles både på den europæiske ESC kørecyklus og på den amerikanske transiente FTP kørecyklus. Derudover foretages ældning af HD motorer og måles NO_x og PM.

Resultater og observationer

Indholdet af NO_x er lavere ved ESC end 'Transient', omvendt er PM højere. NO_x 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).

Vurdering

Resultaterne er temperaturafhængige, idet ESC kørecyklus resulteret i varmere motor i forhold til FTP kørecyklus.

6.5 Sammenfatning

Det ene af formålene med nærværende undersøgelse var på grundlag af et litteraturstudie 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. Der er med litteraturstudiet skabt en grundigt og dokumenteret overblik over, hvad der findes af viden på dette område, men det må konstateres, at viden på området fortsat er sparsom.

Litteraturstudiet har vist, at kun tre kilder indeholder data med relevans for nærværende undersøgelse. Det drejer sig om resultater publiceret af Andreas Mayer, et al. (2007), R. Carbone, et al.(2005) i forbindelse med Particulates-projektet, samt Magdi Khair et al.(2005). De to førstnævnte var kendt af Miljøstyrelsen inden projektets start.

Ny viden er dog under udarbejdelse. TU Graz er i samarbejde med Empa, Schweiz i gang med et projekt vedrørende udslip fra EURO IV and V og forventer at færdiggøre et udkast til rapport om omkring midten af december 2007. I forbindelse med projektet gennemføres der målinger af partikelantal på tre tunge køretøjer med Euro IV og Euro V.

[7] Andreas Mayer et al (2007), s. 4.

[8] Hvis en katalysator er coated på diesel partikelfilterets overflade, kaldes filteret CDPF

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Februar 2008, © Miljøstyrelsen.