Energiforbrug og emissioner fra skibe i farvandene omkring Danmark 1995/96 og 1999/2000
3. Emissioner fra skibe
3.1 Generelle forhold
Fra skibe emitteres forskellige forureninger via udstødsgassen til atmosfæren. Disse dannes ved forbrænding af olie i skibenes fremdrivnings- og hjælpemaskineri. Fremdrivningsmaskineriet ombord i dagens skibe består i den alt overvejende grad af dieselmotorer.
Fra skibets maskineri emitteres hovedsageligt følgende komponenter, som følge af forbrænding af fossile brændsler: Faststof (støvpartikler), kvælstofilter (NOx), kuldioxid (CO2), kulmonoxid. (CO), svovldioxid (SO2), en række af uforbrændte kulstofforbindelser benævnt TOC (Total Organic Carbon) og Polycykliske Aromatiske Hydrocarboner (PAH).
3.2 Miljøparametre
3.2.1 Faststof
Faststof emitteret fra en motor består hovedsagelig af uforbrændte kulstofforbindelser og aske (ikke brændbare komponenter i brændstoffet). Kulstofforbindelserne dannes ved ufuldstændig forbrænding af brændstoffet.
Der er mulighed for, at der findes Polycykliske Aromatiske Hydrocarboner (PAH) bundet til de faste partikler. PAH kan have en cancerogen effekt. Der optræder også en række spormetaller stammende fra brændstoffet.
3.2.2 Kvælstofforbindelser (NOx)
Ved de fleste forbrændingsprocessor dannes forskellige kvælstofoxider, hovedsageligt NO og NO2. Disse to komponenter betegnes under et som NOx. Andelen af NO2 i NOx udgør ca. 5%. De resterende kvælstofilter, der dannes, optræder som NO og er som sådan relativt harmløse. Ved oxidation i atmosfæren omdannes NO til NO2, der er giftigt og bl.a. medvirker til dannelsen af fotokemisk "smog". I dieselmotorer dannes NOx hovedsageligt udfra det kvælstof og ilt, der er tilstede i forbrændingsluften (termisk NOx) og i mindre grad fra de kvælstofforbindelser, der findes i brændstoffet.
Dannelsen af NO i motoren påvirkes af mange faktorer. Temperatur og trykforhold i forbrændingsrummet er nogle af de faktorer, der har indflydelse på dannelsen af NO. Generelt kan siges, at højere temperaturer giver højere koncentrationer af NO, men opholdstid, lokale tryk/temperaturforhold og opblandingen af olie-luft har også indflydelse på dannelsen.
Koncentrationer af NOx regnes normalt som større fra langsomtgående motorer, idet gasserne i disse motorer udsættes for høje temperaturer i et længere tidsinterval end gasser i medium og high speed motorer.
3.2.3 Kuldioxid (CO2)
Kuldioxid (CO2) dannes i forholdsvis store mængder ved alle former for forbrændingsprocesser. CO2 er ikke i sig selv skadeligt, men indgår i rækken af de såkaldte drivhusgasser, der bidrager til opvarmning af planeten, idet en øget koncentration af CO2 i atmosfæren begrænser den termiske udstråling til rummet.
3.2.4 Kulmonoxid (CO)
Kulmonoxid (CO) dannes ligeledes ved forbrændingsprocesser. CO er en giftig gas, der selv i små koncentrationer påvirker centralnervesystemet og kan medføre forgiftninger. Ved større koncentrationer, f.eks. i lukkede rum, er kulmonoxid dødelig. Mængden af CO er en god indikator for forbrændingseffektiviteten.
3.2.5 Svovlforbindelser (SO2-SO3)
De svovlforbindelser, der kommer fra skibes motorer, stammer alene fra svovlindholdet i brændstoffet. Den altovervejende del udgøres af svovldioxid (SO2) og en mindre mængde af svovltrioxid (SO3).
SO2 er en væsentlig årsag til forsuring af søer, vandløb og jord. SO2 er sundhedsskadeligt, specielt kan astmapatienter og mennesker med vejrtræknings problemer blive generet. Emission af SO2 kan også medføre korrosion på maskiner og bygninger.
3.2.6 Polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH)
PAH omfatter et meget stort antal umættede ringforbindelser af kulstof og brint fra 3 til 7 ringe. Et særligt derivat af PAH er nitrogenholdige PAH-forbindelser (N-PAH).
PAH-gruppen inklusiv N-PAH omfattes med stor interesse, fordi undersøgelser har vist, at nogle er carcinogene (potentielt kræftfremkaldende), og andre ifølge Ames test er mutagene og dermed muligvis cancerogene (kræftfremkaldende). De tunge PAH'er er de mest carcinogene, endvidere er N-PAH særdeles mutagene.
PAH og N-PAH kan, afhængig af temperaturen, eksistere på såvel partikelbunden form som på gasfase. Hovedparten af de carcinogene PAH'er er knyttet til partikler (sod).
Gruppen af PAH indeholder et meget stort antal forbindelser. Ved analyser af PAH-indholdet i prøver vælger man derfor ofte nogle elementer, der med stor nøjagtighed kan bestemmes kvantitativt og kvalitativt. Man bør være varsom med at sammenligne koncentrationer fra f.eks. litteraturen, da det ikke nødvendigvis er de samme stoffer, der er bestemt.
90% af al PAH i atmosfæren er dannet ved menneskeskabt aktivitet, hovedsagelig fra forbrændingsprocesser. Indholdet af PAH i røggasser fra motorer, herunder dieselmotorer, kan stamme fra:
det naturlige indhold af PAH i brændslet samt PAH i smøreolier dannes ved forbrændingsprocessen som et resultat af ufuldstændig forbrænding
Ved forbrænding generelt stiger indholdet af PAH uden for flammezonen, det laveste indhold af PAH findes i flammen. N-PAH dannes sandsynligvis i efterforbrændingszonen ved reaktion mellem PAH og NOx under tilstedeværelse af katalyserende stoffer.
Færgen "Jacob Hardeshøj".
Færgen er en af de ældste i drift i Danmark og bygget i 1954.
Oxidationskatalysatorer til dieselmotorer er i Miljøprojekt nr. 285 fundet at have en reducerende effekt på indholdet af PAH i røggassen. Dette gælder især de tungere PAH'er, effekten afhænger tillige af belastningen, der opnås optimal effekt ved fuld last. Samme reference angiver endvidere, at indholdet af N-PAH øges med op til 200% sammenlignet med niveauerne uden brug af oxidationskatalysator.
Westerholm finder en klar sammenhæng mellem dieselbrændstoffets PAH-indhold og emission af PAH. Faktorer som driftsmåde og -mønster samt motorens tilstand vises også at have indflydelse PAH-emissionen.
Installation af røggasrecirkulation eller vandindsprøjtning til nedbringelse af NOx-emissionen er også fundet at påvirke PAH-indholdet i røggassen.
Reduktion af partikelemissionen vil medføre reduktion af PAH-emissionen.
Der findes kun få undersøgelser af PAH- og N-PAH-emissionen fra marine dieselmotorer. Lloyds angiver, at de niveauer sandsynligvis er en faktor 2 højere, end dem man kender fra almindelige dieselmotorer.
Svenske målinger på busser har vist et PAH-emissionsniveau på 35 - 430 mg , med en middelværdi på 170 ± 100. Ved undersøgelsen indgik 8 forskellige typer dieselbrændstoffer.
3.2.7 Målinger af PAH
Der blev i Miljøprojekt nr. 367/1997 gennemført målinger af PAH-komponenter i udstødsgassen fra en skibsmotor. Målingerne skulle komplettere de målinger, som er gennemført under det tidligere nævnte projekt udført af Lloyds Register "Exhaust Emission Research Programme". Der blev foretaget målinger af de samme komponenter som foretaget af Lloyds.
Der blev i alt gennemført 4 målinger, opdelt på 2 serier af 2 målinger.
Serie 1 foretoges under jævn belastning ved, at målingen startedes, når færgen passerede havnens molehoveder for udgående og sluttedes, når molehovederne passeredes for indgående.
Serie 2 blev foretaget ved, at målingerne påbegyndtes samtidigt med, at skibets hovedmotor blev startet, og målingen sluttedes samtidigt med, at hovedmotoren stoppedes efter anløb af havn. Herved blev der også målt under manøvre med motoren under havnemanøvre.
Skibets hovedmotor var af fabrikat MAK Type 12M453AK. Motoren yder maksimalt 3700 kW, og motorens middelbelastning var under overfarterne ca. 85% af maksimal effekt. Motoren benytter miljødiesel med et svovlindhold på < 0, l% svovl som brændstof.
I nedenstående angives middeltallene, for de to serier af prøver, samt resultater af målinger foretaget under Lloyds "Exhaust Emissions Research Programme". For Lloyds tal er gældende, at resultaterne for PAH er middeltal fra skibene S3 og E4. Disse motorer benyttede gasolie som brændstof og var under målingerne belastet henholdsvis 96% og 80%. For Lloyds tal relateret til Nitro PAH benyttes resultater fra skib S3.
|
Lloyds |
dk-TEKNIK |
dk-TEKNIK |
Antracene |
0,36 |
4,1 |
5,2 |
Fluoranthene |
4,8 |
4,2 |
6,9 |
Pyrene |
4,8 |
10,0 |
15,1 |
Benso(b)fluorene |
4,4 |
0,9 |
1,4 |
Chrysene |
1,9 |
4,1 |
5,7 |
Benso(e)pyrene |
2,1 |
0,4 |
1,0 |
Perylene |
< 0,08 |
< 0,06 |
< 0,1 |
Benso(a)pyrene |
0,02 |
< 0,08 |
< 0,7 |
Dibenso(a,j)antracene |
< 0,2 |
< 0,04 |
< 0,7 |
Dibenso(a,l)pyrene |
< 0,1 |
< 0,09 |
< 0,3 |
Benso(g,h,I)perylene |
< 0,06 |
< 0,2 |
0,9 |
Dibenso(a,h)antracene |
< 0,2 |
< 0,05 |
< 0,2 |
Ideno (1,2,3-c,d)pyrene |
< 0,03 |
< 0,1 |
< 0,6 |
3-methylcholanthrene |
< 0,03 |
< 0,07 |
< 0,4 |
Anthanthrene |
< 0,03 |
< 0,04 |
< 0,3 |
|
< 19,1 |
< 24,4 |
< 39,5 |
|
Lloyds |
dk-TEKNIK |
dk-TEKNIK |
1,6/1,8-dinitropyrene |
0,12 |
< 3 |
< 2 |
2-nitrofluorne |
< 0,5 |
< 0,01 |
< 0,01 |
9-nitroantracene |
< 0,01 |
< 0,02 |
< 0,01 |
3-nitrofluoranthene |
< 0,01 |
< 0,02 |
< 0,01 |
1-nitropyrene |
0,15 |
< 0,02 |
< 0,03 |
6-nitrochrysene |
< 0,06 |
< 0,02 |
< 0,03 |
7-nitrobenzo(a)anthracene |
< 0,01 |
< 0,02 |
< 0,02 |
6-nitrobenzo(a)pyrene |
< 0,01 |
< 1 |
< 1 |
Af ovenstående ses, at der med de normale usikkerheder for denne type målinger ikke er nogen eksakt forskel, undtagen m.h.t. værdierne for Anthracene af resultater mellem de af Lloyds og dk-TEKNIK udførte målinger. Da der er tale om et begrænset antal resultater, er datagrundlaget for begrænset til at vurdere mulige årsager til afvigelserne. Det ses, at værdierne for de almindelige PAH-forbindelser er tydeligt højere under måleserie 2, der er udført under varierende belastning, hvilket også er forventeligt.
3.2.8 Spormetaller
Spormetaller, der emitteres med udstødsgassen fra en motor, stammer fra tungmetaller indeholdt i brændselsolien. Lloyds antager i deres rapport "Marine Exhaust Emissions", at de afgivne tungmetaller er lig de med brændselsolien tilførte spormetaller.
Af emitterede tungmetaller kan nævnes arsen, cadmium, chrom, kobber, bly, kviksølv, nikkel, vanadium og zink.
Der kan dog være et tillæg, idet spormetaller hidrørende fra lejer og andre komponenter i motoren kan ophobes i smøreolien og herfra emitteres til atmosfæren, når dele af smøreolien ved drift forbrændes.