Vägtrafikens bidrag till exponeringen för små och stora partiklar igår, idag och i framtiden

Transkript

1 Vägtrafikens bidrag till exponeringen för små och stora partiklar igår, idag och i framtiden Christer Johansson Institutionen för tillämpad miljövetenskap Stockholms Universitet SLB analys Miljöförvaltningen, Stockholm SCARP, 15 mars 2013

2 Bakgrund o upplägg Bakgrund Varför igår, idag och i framtiden? Upplägg Hälsoeffektstudier (epidemiologiska studier) Framtida hälsopåverkan o åtgärdsbehov Utsläpp o påverkan på primära avgas o icke-avgaspartiklar sekundära partiklar Aspekter om exponering Kunskapsluckor

3 Vägtrafiken oftast viktigast för halter o exponering i städer Biobränsleförbränning kan vara viktig för partikelutsläpp & halter

4 Emission inventories for Europe (part of EUCAARI) Europe's Top 11 sources of PM0.95 (tonnes) Residential combustion, wood and wood waste Road transport, exhaust diesel Other transport, exhaust diesel Power plants, coal Particle number EU(15) per sector PN (Z#) in the 1% EU(15)+ per sector Agricultural waste burning Industrial combustion, heavy oil Iron and steel works 22% 4% 1% Road transport, exhaust gasoline Food preparation Open hearth furnaces Industrial combustion, coal 8% 2% 3% 59% 0% 1 Energy transformation 2 Residential, commercial and other combustion 3 Industrial combustion 4 Industrial processes 5 Fossil fuel production 7 Road transport 8 Non-road transport 9 Waste treatment and disposal 10 Agriculture Dernier van der Gon et al., 2009, 201 Visschedijk et al., 2004, 2009

5 Primära partiklar från vägtrafiken Förbränningspartiklar Ultrafina, <0,1µm (antal) eller 0,1-0,3 µm (massa) Kondensationspartiklar 0,01-0,1 µm Bildas vid kylning och utspädning EGR, SCR, Ox.kat., CRT Sot 0,04-0,5 µm Bildas vid förbränningen Däcks- 0,01-0,1 µm Bildas med dubbar >10 µm? Slitage Däck- och slitagepartiklar Nano, < 0,1 µm Grova, >1 µm Broms- 0,1-5 µm Slitage Beläggnings- >0,5 µm Slitage Suspensions- >0,5 µm Suspension Vägbana Avgaser Bränsle Motorolja Bromsar Däck

6 PM10 överskridanden Europa mycket stor del p g a grova partiklar - icke-avgas utsläpp Non-exhaust PM10 av trafikbidraget: Urban: 50%-70% Trafik: 60%-80% Claudia Hak, Steinar Larssen, Scott Randall, Cristina Guerreiro, Bruce Denby, NILU

7 Betydligt mer PM10/NOx i luft jfrt med i avgaser Luft/avgas Rom: 3x Rottd. 2x Lond. 1x Oslo: 10x Air4EU

8 Giftig blandning (?) Brake material -heavy metals -Carcinogenic antimony -lead sulphide -phenol formaldehyde resins, -polycyclic aromatic hydrocarbons, -aluminium, -calcium carbonate, -Barium sulphate, -kaolinite clays, -graphite, -silica, -magnesium and chromium oxides, xylenes, ethylmethylbenzenes and -zirconium, Ziron, Molyddenite, carbon black, dimethylcyclohexenes cashew dust, rubber, glass, Kevlar, ceramic, potassium titanate fibres, chromite -other metal powders Road dust PM Brake and Tyre material along with stone minerals and other organic compounds, bacteria, mould spores, animal dander, pollen and pollen fragments. Tyres Organic compounds found within tyre material include: polycyclic aromatic hydrocarbons, benzothiazoles, toluene, styrene, methylethenylbenzenes, methyloctene, butadiene polymers, ethylbenzene, limonene, Zinc, copper, cadmium, magnesium, sodium, calcium, iron and antimony. Around 20% of the total zinc concentrations within aerosol samples in inner cities are thought to originate from tyre particles

9 Vägtrafikens utsläppen innehåller många viktiga grundämnen i PERIODISKA SYSTEMET

10 PM 10 [mg m -3 ] PM 10 [mg m -3 ] Relative PM10 concentraion (µg/m 3 ) Många faktorer påverkar utsläppen av ickeavgaspartiklar 6 Fordonshastighet 10 1 Summer tyre Nordic un-studded winter tyre Studded tyre 5 Studded tyre Friction tyre (non-studde win Summer tyre Vägbanans fuktighet Simulator speed (km/h) Beläggningsegenskaper Textur Stenmaterial Stenstorlek Porositet Städåtgärder km/ h 50 km/ h Studded tyre Friction tyre (non-studde winter tyre) Summer tyre Däcktyp o bromstyp 70 km/ h 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Time [hh:mm] Studded winter tyres Non-studded Nordic winter tyres Summer tyres 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

11 Avgas- & luftkvalitetsdirektiven borde ha samma ämnen! Annars försvåras uppföljningen AVGASER NO 2 ej reglerat Icke-avgaspartiklar ej reglerade (förutom HA-oljor, dubbdäcksanvändning..) Även antal partiklar är reglerade LUFT Värde (µg/m 3 ) NO 2 40 År PM10 40 År Medelvär destid 200 Timme Max 18 timmar 60 Dygn Endast Sverige Max 7 dygn 90 Timme Endast Sverige Max 175 timmar 50 Dygn Max 35 dygn PM År Från 2015 PM10-PM2,5 indikator på icke-avgaspartiklar PM-avgas ej reglerat

12 Sekundära partiklar Nitrat, sulfat, ammonium, OM Kväveoxider NO + NO 2 Svaveldioxid SO 2 Ammoniak NH 3 Organiskt VOC EGR avgasåterföring mindre NO 2 SCR selektiv katalytisk mindre NO 2 (urea) Ox.kat oxidations katalysator - mer NO 2 CRT continuously regenerating trap mer NO 2 Olika bränslen/motoroljor med olika svavelhalt påverkar SO 2

13 Ammoniakutsläpp SCR Selective catalytic reduction i HDV NOx reducering med AdBlue (32,5% Urea) 4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O 6 NO2 + 8 NH3 -> 7 N H2O 4 NH3 + 2 NO + 2 NO2 -> 4 N2 + 6 H2O

14 Ammoniak, personbilar bensin, trevägskat. Höga ammoniakutsläpp vid höga o låga hastigheter samt vid acceleration Heeb et al., 2008

15 Personbilar i Sverige Från T Ford till SUV Antal personbilar i trafik i Sverige, Första vinterdäcket En period i Sverige, åren med kraftigt stigande energipriser och svag ekonomisk tillväxt. Utsläpp av Nox i Sverige NOx utsläpp* Krav på katalytisk avgasrening Vinterdäckslagen 1990-tals krisen i Sverige Under krigsåren var de allra flesta personbilar i Sverige avregistrerade inträffade den första oljeprischocken. Förbud mot asbest i bromsbel Första dubbdäcket ,8 L/mil! även etanol 1,1 L/mil *Almgren, Svenskt näringsliv, 2009

16 Trend i halter av små o stora partiklar från vägtrafiken?

17 NOx Historical air pollution modelling l

18 NOx Historical air pollution modelling l

19 NOx Historical air pollution modelling

20 NOx Historical air pollution modelling b

21 NOx Historical air pollution modelling

22 Svårare göra historiska kartor för partikelhalter!

23 Sot Göteborg Urbanmätnätet Senaste 20 åren: SO 2 : -64% Sot: -56% NO 2 : -44%

24 Avgaspartikelhalterna sjunker snabbare än NOx o NO Antal partiklar NOX NO2 x 4-20% -44% -77% Stockholm, Hornsgatan

25 Framtida halter o exponering?

26 Emissionsfaktor (viktad) PM g/fkm Andel av totala trafikarbetet Stockholmsregionens bilpark 60.0% Trafikandelar Personbil bensin Personbil diesel 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% Utsläpp av avgas-pm (om lagkraven gäller i trafikmiljö) 10.0% 0.0% PM avgas emission Personbil bensin Personbil diesel

27 V 34% 47% 6% 17% 0.1% 0% 2% 27% % 32.9% 14.1% 4.9% 8.9% 2020 Avgas PM PC-D-Euro-6 PC-D-Euro-5 PC-D-Euro-4 PC-D-Euro-3 PC-D-Euro-2 PC-D-Euro-1 PC-D-Euro-0 HGV-D-Euro-VI HGV-D-Euro-V HGV-D-Euro-IV HGV-D-Euro-III HGV-D-Euro-II HGV-D-Euro-I HGV-D-Euro-0 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Personbilar Avgaspartiklar PBD 0% 1% 15% 34% 55.6% 53.6% 17% 16.8% 33.9% 14.1% 20.6% 11.6% 7.6% 5.5% 1.5% 2.3% 2.7% 2.6% 1.8% 4.0% Lastbilar o bussar Avgaspartiklar HGV 0% 8% 1% 6% 8.7% 27% 27% 7.7% 47.9% 37.4% 6.8% 32.9% 21.0% 14.9% 14.1% 5.9% 4.9% 4.9% 9.0% 7.1% 8.9%

28 NOx Pb diesel Emissionsmodellerna underskattar verkliga utsläpp Prognoserna för optimistiska Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 NOx Lb diesel Jerksjö & Sjödin Euro I Euro II Euro III Euro IV

29 Framtida grova partiklar? Dubbandelen Sjunker Skatter i framtiden? Övervakningen/efterlevnaden? Andra källor? Åtgärders effekt Dammbindning Framtida fordon? Framtida klimat? Blötare vårar? Varmare?

30 Hur påverkas exponeringen av vägtrafikens utsläpp av fina o grova?

31 Vägtrafikens exponeringsbidrag komplexare än andra bidrag Komplex föroreningsblandning Partikelstorlek, ss., volatila o semivolatila gaser många m okända egenskaper Både hälso- o klimatpåverkande ämnen Både kortlivade o långlivade ämnen Tids- o rumsligt varierande Timme år, meter stad/land Individberoende utsläpp Förarbeteende Privat eller yrkestrafik Omgivningsfaktorer Trafikmiljö, bebyggelse Meteorologi, inte bara spridning utan även utsläppen påverkas Men kontrollsystem finns Trafikräkningar, avgaskrav, bilregistrering etc

32 Exponering (personer x µg/m 3 ) Exponering förbränningspartiklar Europas befolkning p g a utsläpp i Storstockholm! Partikelexponering Europas befolkning utsläpp i Storstockholm NOx+SOx+NH3 Sekundära Förbränning Vägtrafik, avgas Sjöfart Energi Småskalig ved Bergström, 2008

33 Exponering (personer x µg/m 3 ) Exponering förbränning+icke-avgas Europas befolkning p g a utsläpp i Storstockholm! Partikelexponering Europas befolkning utsläpp i Storstockholm Främst grova partiklar! Icke-avgas NOx+SOx+NH3 Förbränning Vägtrafik, avgas Sjöfart Energi Småskalig ved Bergström, 2008

34 Road transport particulate matter (PM) emissions are associated with adverse health effects. Stringent policies succeed in reducing the exhaust PM emissions, but do not address nonexhaust emissions from brake wear, tire wear, road wear, and suspension in air of road dust. In the near future the nonexhaust emissions will dominate the road transport PM emissions. Based on the limited available evidence, it is argued that dedicated research is required on nonexhaust emissions and dispersion to urban areas from both an air quality and a public health perspective. The implicated message to regulators and policy makers is that road transport emissions continue to be an issue for health and air quality, despite the encouraging rapid decrease of tailpipe exhaust emissions.

35 Fina partiklar Primära avgaspm Slutsatser Utsläpp i verkligheten högre än i avgaslab.? Validering behövs! Regleras inte i luftdirektivet, försvårar uppföljningen! Sekundära partiklar från vägtrafiken Viktigt bidrag till totala halter på regional skala, men kanske inte för hälsa? Hur stora är ammoniakutsläppen? Mätningar saknas. Icke-avgaspartiklar (mest grova) Är i stort sett oreglerade i emissionslagstiftningen Stor o ökande del av totala partikelexponeringen Stora osäkerheter i kvantifiering av Historisk exponering för fina o grova partiklar Framtida exponering för fina o grova partiklar

36 Del i SCARP II? Vägtrafikens bidrag till exponering hälsa o klimat för små och stora partiklar igår, idag och i framtiden