Verkliga utsläpp från fartyg

Transkript

1 Verkliga utsläpp från fartyg Maria Zetterdahl & Kent Salo, Sjöfart och marin teknik, Chalmers Erik Fridell, IVL & Chalmers Finansiär: Göteborg energi AB:s stiftelse för forskning och utveckling 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 1

2 Publicerad 2015, vol. 49 sid Även i: Ny teknik Tidningen Energigas Västerhavet (kommande nummer) Science for Environment Policy (News alert, European Commission) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 2

3 Bakgrund- Sjöfartens miljö- och hälsopåverkan SO X och NO X : försurning och bilda sekundära partiklar NO X : övergödning Partiklar: hälsa och klimat Hälsa: orsaka astma, hjärt- och kärlsjukdomar och lungcancer Klimat: direkta och indirekta effekter 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 3

4 Bakgrund- Sjöfartens miljö- och hälsopåverkan SO X och NO X : försurning och bilda sekundära partiklar NO X : övergödning Partiklar: hälsa och klimat Hälsa: orsaka astma, hjärt- och kärlsjukdomar och lungcancer Klimat: direkta och indirekta effekter Partiklar som innehåller sulfat eller organiskt material Partiklar av Black carbon 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 4

5 Bakgrund- ECA Dagens regler berör emissioner av SO X och NO X SO X : svavelhalt i bränsle, Regel 14 MARPOL Annex VI NO X : relaterar till motorns hastighet (rpm), Regel 13 MARPOL Annex VI Syfte med att reducera emissioner av SO X Tidigt i processen: minska försurning Under processen: reducera emissioner av farliga partiklar 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 5

6 Karta över befintliga ECAs ECA med fokus på SO X, NO X och partiklar ECA, med fokus på SO X I dessa områden är svavelhalten begränsad till 0.1% sedan januari /17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 6

7 Vad medför svavelreglerna? Fartygen måste använda Låg-svavliga marina bränslen Fokus idag! Alternativa bränslen, t.ex. LNG och metanol Scrubbers För att följa reglerna för tillåten svavelhalt i SECA-områden. 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 7

8 LNG och sjöfart Varför LNG? Ekonomiskt: pris högre än tjockolja, men lägre än gasolja Miljö: reducerar emissioner (SO X, NO X, partiklar) Användning av LNG som marint bränsle idag 73 fartyg globalt (de flesta i Norge) 80 bekräftade nybyggnationer 45% av existerande fartyg använder dual-fuel motorer (ref: DNV GL, 2015) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 8

9 Våra mätningar Ombord på ett fartyg som kör i Östersjön Nybyggt med 4 dual-fuel motorer (7600 kw/motor, Wärtsilä 8L 50DF) installerade Använder LNG som primär energikälla och marin gasolja (MGO, <0.05 % S) som pilot-bränsle MGO är primära bränslet när fartygen anlöper eller avgår från hamn Mätningarna fokuserade på emissioner till luft (gaser och partiklar) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 9

10 Våra mätningar - Instrument Thermodenuder, uppvärmd till 300 C. Möjligt att kvantifiera mängden solida partiklar Spädning Gasanalys NO X SO 2 CO CO 2 O 2 Kolväten, t.ex. metan TD EEPS Dust monitor Prov på filter (partikelmassa och kemisk innehåll-> org. kol, elementärt kol, metaller) Gasanalys Partikelinstrument Verifiering av spädning DF- Motor 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 10

11 Våra mätningar - Partiklar EEPS (Engine exhaust particle sizer Model 3090, TSI Inc.) Mäter partiklar i storleken nm med hög tidsupplösning (1 sek.) Antal, massa och storleksfördelning 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 11

12 Våra mätningar - Partiklar Dust Monitor (Model 1.108, Grimm) Mäter partiklar i storleken 300 nm till över 20 mikrometer med hög tidsupplösning (6:e sek) Antal och massa, beräkna storleksfördelning. 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 12

13 EF CO2 (g/kwh) Resultat CO CO 2 emission (g/kwh) Minskning från runt 600 g/kwh till 400 g/kwh Trad. marina bränslen LNG Last (%) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 13

14 EF NOx (g/kwh) Resultat NO X NO X emission (g/kwh) Minskning från 7-20 g/kwh till g/kwh Trad. marina bränslen LNG Trad. marint bränsle med SCR Last (%) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 14

15 EF NOx (g/kwh) Resultat NO X 5 4 Lägre an Tier III (NO X ECA), men högre än Euro VI standard Trad. marina bränslen LNG Trad. marint bränsle med SCR Euro V, 2008 Euro VI, 2014 Tier III, 500 rpm Last (%) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 15

16 EF PN (#/kwh) Resultat Antal partiklar (PN) Jämförelse mot Euro VI 1E+17 Totala PN-emissionen (volatila+solida) Euro VI: 6.0*10 11 #/kwh För partiklar >23 nm och solida. 1E+16 1E+15 1E+14 Minskning >95% Motsvarande värde för LNG: 3*10 11 #/kwh (alla storlekar: 1*10 12 #/kwh) 1E+13 1E Engine load (%) Bränsle som uppfyller SECA-2015 LNG Bränsle som inte uppfyller SECA /17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 16

17 Resultat Partikelmassa (PM) och storlek Massan av emitterad partiklar minskade med ca 99% jämfört med traditionella marina bränslen. Beror på att partikelemissionen främst består av mycket små partiklar (diameter < 50 nm). 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 17

18 EF dn/dlogdp (#/kwh) Resultat Partikelmassa (PM) och storlek 1,40E+13 1,20E+13 1,00E+13 Hög last Liknande för övriga laster, men minskad andel volatila partiklar med reducerad last 8,00E+12 6,00E+12 Totala partikelemissionen Solida fraktionen 4,00E+12 2,00E+12 1,00E Dp (nm) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 18

19 Resultat - Vart kommer partiklarna ifrån? Ursprung? Tre möjligheter: LNG pilotbränslet (MGO) och smörjoljan Varför? Spår av oorganiska ämnen relaterade till smörjolja (Ca, P & Zn) och diesel (S, Ca & Fe) fanns i emitterad partiklar. Liten sannolikhet att LNG (metan) bildar solida partiklar. Stora partiklar i emissionen, som antas komma från smörjolja eller pilotbränslet. 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 19

20 Resultat Blir allt bättre med LNG? Nej! Högre emissioner av CO och kolväten med LNG jämfört med traditionella marina bränslen. Kolväte-emissionen: 85% metan metanslip: 0.8% hög last och % för låg last (relateras till andra dual-fuel motorer) Metan viktigt ur klimatsynpunkt: Högre GWP för metan jämfört med CO 2 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 20

21 EF CO (g/kwh) Resultat Blir allt bättre med LNG? 6,00 5,00 4,00 CO emission (g/kwh) LNG: g/kwh Marina bränslen: g/kwh 3,00 2,00 Trad. marina bränslen LNG 1,00 0, Last (%) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 21

22 EF THC (g/kwh) Resultat Blir allt bättre med LNG? 3,00 2,50 2,00 Kolväte emission (g/kwh) LNG: g/kwh Marina bränslen: g/kwh 1,50 1,00 Trad. marina bränslen LNG 0,50 0, Last (%) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 22

23 SO 2 -emission Inga mätresultat, pga interferens mellan SO 2 och metan Antar att SO 2 emissionen är låg (0.05% S i MGO och under 0.1 ppm-mol S i LNG) 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 23

24 Sammanfattning LNG medför: Minskning i emission av partiklar (PN & PM), SO 2, NO X och CO 2 Ökning av CO och kolväten (THC) NO X : högre än Euro VI PN: lägre än Euro VI Hantering av metan-slip! PN PM CO 2 NO X SO 2 CO THC PN PM CO 2 NO X SO 2 CO THC LNG Trad. marina bränslen 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 24

25 Veta mer? Välkommen på min disputation, 3 juni kl 10:00 i sal Alfa hus Saga Chalmers Lindholmen Titel: Particle Emissions from Ships Measurements on Exhausts from Different Marine Fuels 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 25

26 Frågor och funderingar? Tack för er uppmärksamhet! Kontakta mig gärna om ni har ytterligare frågor! 5/17/2016 Chalmers Department of Shipping and Maritime Technology 26