15 Förbränning och reningsteknik Genom förbränning utvinns kemisk bunden energi ur fossila bränslen och biobränslen. Det finns en rad olika förbränningstekniker. Fasta bränslen kan exempelvis eldas i en rosterpanna, pulvereldad anläggning eller i en fluidiserad bädd. Vid all förbränning reagerar bränslet med luftens syre och under en exotermisk reaktion övergår kemiskt bunden energi till värmeenergi. Bränslet kan vara i fast, flytande eller gasformigt tillstånd. Förbränningsreaktionen sker huvudsakligen i gasform, vilket innebär att fasta och flytande bränslen först övergår i gasform innan bränslet reagerar med luftens syre. Vid all förbränningen uppstår olika föroreningar, t.ex. stoft, svaveldioxid och kväveoxider. För att minska energiproducerande anläggningars miljö- och hälsopåverkan har därför olika reningstekniker utvecklats. Såväl förbrännings- som reningstekniker beskrivs i följande kapitel.
15.1 Förbränning av gas 15.1 Förbränning av gas Gas är ett bränsle med högt energiinnehåll. Då förbränning sker bäst i gasform har gasformiga bränslen vissa fördelar ur förbränningssynpunkt. Förbränningsanordningarna för gas kan också göras enklare än för andra bränslen. Exempel på gaser som används för energiproduktion genom förbränning är naturgas, gasol, stadsgas, vätgas och biogas. Förutsättningar för förbränning För att gas skall kunna brännas måste den blandas med luft eller syrgas i bestämda koncentrationer. Gas-Iuftblandningen värms sedan upp till antändningstemperaturen, den sk termiska tändpunkten, som kan ligga i intervallet 400-500 C. Temperaturen vid förbränning är sedan betydligt högre. Blandningen av gas och luft måste ligga inom brännbarhetsområdena, dvs 2-10 volymprocent gas i luften. Den undre gränsen ger ett luftöverskott och den övre luftunderskott. Högsta uppmätta temperatur i en punkt i själva flamman kallas maximal flamtemperatur och kan ligga mellan 1000 och 1500 C. Alla bränslen, såväl fossila som biobränslen, har kol och väte som minsta beståndsdel och kallas därför kolväten. En fullständig förbränning av ett kolväte innebär att allt ingående kol förbränns till koldioxid och allt väte ombildas till vatten. Fullständig förbränning uppnås endast när ren syrgas, 02, närvarar vid förbränningen. Används luft som till 80 procent består av kväve vid förbränning, kommer rökgaserna även att innehålla kväveoxider. Kväve i förbränningsluften oxideras i mycket liten grad till kväveoxider (NOx). NOx-bildningen är generellt mindre vid gaseldning än vid oljeeldning, bl a beroende på att förekommande gaser inte innehåller något bränslebundet kväve. Förbränning i panna En gasbrännare har till uppgift att blanda gas och luft så att förbränningen blir så fullständig som möjligt. Flera olika brännartyper finns. Exempel på två gasbrännare är atmosfäriska brännare och fläktbrännare. Atmosfäriska brännare arbetar på så sätt att gasen strömmar igenom ett munstycke och suger med sig en viss mängd luft. Den mängd luft som gasen suger med sig beror bl a på gasens hastighet, gasens densitet samt brännarmunstyckets utformning. Med hjälp av dessa funktioner kan luftmängden anpassas till olika gaskvaliteter. I fläktbrännaren tillförs luft på mekanisk väg genom en elmotordriven luftfläkt. En uppenbar fördel med att använda gas vid förbränning (t ex naturgas och gasol) är möjligheten till en mer exakt reglerbarhet jämfört med t ex olje- eller fastbränsleförbränning. Reglerbarheten medför även en noggrannare temperaturstyrning med små awikelser, vilket påverkar många andra parametrar positivt såsom NOx-bildning, rökgastemperaturer och optimal verkningsgrad för anläggningen vid dellast. Gas kan även förbrännas i gasturbin. Det höga väteinnehållet i naturgas som bildar vatten i rökgaserna har medfört ett ökat intresse att tillvarata värmen i rökgaserna genom rökgaskondensering. Miljöeffekter NOx-bildningens storlek är främst beroende av tre variabler som är koncentrerade till själva lågan. Dessa är lågans temperatur, uppehållstid i förbränningsrummet samt syrets partialtryck, dvs andelen syre. Om någon av dessa variabler ökar medför detta en ökad mängd NOx. Gaseldning ger schablonmässigt endast hälften så mycket kväveoxider som oljeeldning och vid korrekt inställd förbränning uppnås utan svårighet emissionsvärden lägre än 100 mg NOx per MJ tillfört bränsle. Gas har ett lågt kolinnehåll i förhållande till energimängd. Detta medför att gaseldning avger mindre koldioxid per MJ tillfört bränsle än eldningsoljor. Utsläpp av svaveldioxid, koloxid och sotpartiklar från gas är i stort sett försumbara. Källor: STU, Statoil 168
15.2 Förbrän 15.2 Förbränning av olja Eldningsoljor är vanligtvis petroleumprodukter som används som bränsle i fasta anläggningar för värme eller kraftproduktion. Det finns även biooljor som till exempel palmolja och rapsolja som används till förbränning. Biooljor har vanligtvis något lägre energiinnehåll än eldningsoljor. Eldningsoljor delas in i två huvudgrupper, tunnoljor och tjockoljor. Eldningsolja 1 (Eol), eller villaolja som den ofta kallas hör till den första gruppen. Eo 1 är samma produkt som standarddiesel för motorbränsle. WRD-olja, Wide Range Distillate är en oljekvalitet som i rumstemperatur viskositetsmässigt uppträder som en tunnolja och vid lägre temperaturer som en tjockolja. Eo 3, Eo 4, Eo 5 och Bunker C är andra eldningsoljor och hör till gruppen tjockoljor. Eldningsolja, 2-5 får maximalt innehålla 0,8 viktprocent svavel eller 190 mg S/MJ tillfört bränsle. Det är tillåtet att elda olja med högre svavelhalt förutsatt att svavelutsläppen minskas med hjälp av rökgasrening. Vid förbränning av svavelhaltigt bränsle i en industrianläggning eller en energiproduktionsanläggning får utsläppen till luften av svavelföreningar motsvara högst 100 mg S/MJ tillfört bränsle. Detta innebär cirka 0,4 viktsprocent svavel i eldningsolja, eller om årliga utsläpp överstiger 400 ton S högst 50 mg S/MJ tillfört bränsle. Skisserna visar munstyckenas utformning för en rotationsbrännare, tryckoljebrännare och en pressluftsbrännare. Eo 1 får enligt EU-regler innehålla maximalt 0,2 viktsprocent svavel. I Sverige tas dock svavelskatt ut för användning av flytande och gasformiga bränslen med en svavelhalt över en viss gräns. Denna gräns, som vid årsskiftet 2001/2002 sänktes från 0,1 viktprocent till 0,05 viktprocent, blir följaktligen vad som gäller i praktiken. Fordonsdiesel får enligt EU-krav innehålla maximalt 0,035 viktprocent svavel, men nästan all diesel som säljs i Sverige är av miljöklass 1 (MKl) och innehåller därmed maximalt 0,001 viktprocent svavel. Källa: Ebba Tamm, SPI (Svenska Petroleum Institutet) Primärluft 6 st hål /. Primärluft "! Olja._...- ~ Pressluftsbrännare Olja Rotationsbrännare Tryckoljebrännare Munstyckernas utformning för olika brännare.
15.2 Förbränning av olja Förbränning av olja För att få en så fullständig förbränning som möjligt är det viktigt att oljan är finfördelad när den sprutas in i eldstaden. Ju mindre droppar desto större blir kontaktytan mot luften och mot värmestrålningen från flamman. Oljebrännarens munstycke har till uppgift att finfördela oljan och att blanda den med luft. Oljebrännaren antänder även oljeluftblandningen vid uppstart. Finfördelningen av oljan kan ske på olika sätt. I en rotationsbrännare sprids oljan genom att munstycket roterar. Oljan leds till en snabbt roterande konisk bägare, så kallad rotationskropp, där den bildar en tunn oljefilm på koppens insida. Finfördelning av oljan sker när oljefilmen av rotationen slungas ut över koppens kant, där den träffas av en luftström med hög hastighet. Tryckoljebrännaren finfördelar oljan genom att oljan under högt tryck och under kraftig rotation pressas ut genom ett munstycke med en liten öppning. Rotationen alstras genom att oljan vid passage genom virvelkammaren strömmar genom tangentiellt ställda spår. Rotationsbrännaren och tryckoljebrännaren fordrar bägge mycket högt oljetryck för att finfördela oljan tillräckligt väl. Det finns även brännartyper som arbetar med lägre oljetryck och istället använder ett hjälpmedium t ex luft med högt tryck eller ånga för finfördelningen. Exempel på sådana brännare är pressluftsbrännare och ångatomiseringsbrännare. Antändningen av luftoljeblandningen sker vanligen med hjälp aven ljusbåge som alstras mellan två elektroder placerade intill munstycket. Vid större brännare sker antändningen vanligen med hjälp aven mindre gas- eller dieseloljebrännare som i sin tur tänds med en ljusbåge. När förbränningen kommit igång är den självunderhållande och tändströmmen kopplas bort. Ekonomisk eldning Eldningsolja är en blandning av olika kolväteföreningar med mindre mängder föroreningar, främst svavel. Vid fullständig förbränning utan luftöverskott blir koldioxidhalten 15,3 procent i rökgaserna. I praktiken brinner oljan inte så rent och exakt att det fungerar tillfredsställande med O procent luftöverskott. Normalt arbetar därför oljepannor med ett luftöverskott mellan 25-100 procent. Det lägsta värdet (25 procent) ger en koldioxidhalt på 12 procent. Genom att mäta koldioxidhalten i rökgaserna kan man fastställa en pannas verkningsgrad. Sottalet visar hur mycket sot som finns i rökgaserna. Ju mer sot desto oftare måste pannan och skorstenen sotas. Sotbeläggningar inne i pannan försämrar pannans värmeutbyte och därigenom verkningsgraden. Schablonmässigt räknar man med att 1 mm sotbeläggning i pannan ökar oljeförbrukningen med 5 procent och höjer rökgastemperaturen från önskvärda 190 C till ca 270 C. Sottalet mäts mot en skala 0-9 enligt Bacharatmetoden. En vältrimmad panna bör har ett sottal på 0-1. Rökgastemperaturen ger information om hur effektivt man tar tillvara energiinnehållet i oljan. Ju lägre temperaturen är, desto mindre värme bortförs med rökgaserna. Understiger rökgastemperaturen ca 110 C finns emellertid risk för att svaveloxider kondenserar i skorstenen och ger frätskador. Källa: Naturvårdsverkets Rapport 4717, Svenska Petroleum Institutet 170
15.3 Förbränning av fas 15.3 Förbränning av fasta bränslen Med fasta bränslen menas biobränslen, torv, avfall och kol. De traditionella sätten att elda fasta bränslen är i grovkrossad form på rost eller i pulvriserad form i brännare. Förbränning av fasta bränslen i fluidiserad bädd är en teknik som har utvecklats de senaste decennierna. Fluidiserade bäddar beskrivs separat i kapitel 15.4. Rosteldning Vid rosteldning sprids bränslet ut på en rost och förbränns. Rosten kan vara utformad på olika sätt. Förbränningsluft tillförs såväl underifrån som från sidan av rosten. Vid fast planrost, som är den enklaste varianten, är pannorna försedda med ett fast galler i botten av pannan. Planrost används allmänt i mindre värmecentraler. Slagg som bildas tas bort för hand. Sned rost eller trapprost är en lutande rost med eller utan avsatser. Roststavarna kan vara fasta eller gjorda så att de kan röra sig i förhållande till varandra. Bränslet matas in upptill på rosten och förbränns under det att bränslet glider utför rosten. Snedrost är speciellt lämplig för bränslen med högt fuktinnehåll, t ex skogsbränslen, stycketorv och olika former av avfall. Wanderrosten, som används för medelstora pannor, består aven ändlös matta av länkar, som för bränslet in i eldstaden (se figur) och slutligen transporterar bort slaggen. Vid all rosteldning är det hantering och inmatning av bränsle i pannan som ofta kräver speciell uppmärksamhet. Det är viktigt att bränslet är jämnt fördelat över rosten. För tjockt lager bränsle kan göra att allt inte hinner förbrännas, medan ett allt för tunt eller ojämnt lager kan göra att luft går igenom och bildar stråk i förbränningskammaren. För mindre och medelstora pannstorlekar har olika typer av automatiska matningsutrustningar, så kallade "stokers", utvecklats. En vanlig form är undermatningsstokern, där bränslet med en matarskruv förs in i botten av pannan. Eldning med flis har med framgång provats med pneumatiska spreadrar, dvs spridare som drivs med tryckluft. En spreaderstoker sprider bränslet över rosten med hjälp av ett roterande hjul. Spreaderstokers har utvecklats för förbränning av stybbkol, en blandning av olika kolfraktioner, och det är för detta bränsle som den huvudsakligen används. Bilden föreställer en rörlig snedrost. Bränslet matas in från vänster. Luft tillförs både underifrån och i eldstaden. Källa: Generator Pulvereldning Torrt bränsle kan eldas i pulvriserad form. En pulvereldad anläggning liknar en oljepanna med oljebrännare. Istället för olja sprutas ett fint trä-, torv- eller kolpulver in. Bränslepulvret framställs i kvarnar där torkning vanligtvis sker samtidigt som malning. Pulvret blåses med luft eller rökgaser till brännarna. Mindre anläggningar använder oftast bränslepellets som mals innan det matas till brännaren. Vid pulvereldning antänds bränslet med gas- eller oljebrännare. Olja kan även tillsättas vid låg belastning för att underlätta regleringen och ge stabil drift, så kallad stödeldning.
15.3 Förbränning av fasta bränslen Kol Kol är ett bränsle som används allt mindre i Sverige på grund av dess utsläpp av koldioxid och bidrag till växthuseffekten. Om metoder för koldioxidavskiljning utvecklas mer och blir konventionell är det möjligt att kol även är ett framtida bränsle i Sverige. Den typ av kol som används för energiproduktion i Sverige är stenkol. Brunkol, som är ett yngre kol, kan på grund av dess relativt låga energiinnehåll och höga fukthalt endast användas i kraftverk som ligger i omedelbar närhet av brunkolsgruvor. Sverige saknar brytbara tillgångar av kol. Av fossila bränslen är den globala tillgången på kol i särklass störst. Tillgångama är dessutom fördelade på alla kontinenter. Under 30-talet baserades drygt hälften av Sveriges energiförsörjning på stenkol. Cirka 7 miljoner ton importerades årligen under denna period. Är 2007 användes sammanlagt 3,4 miljoner ton stenkol i Sverige. Koksverken använde 2,0 miljoner ton kokskol för koksproduktion. Resterande 1,4 miljoner användes för energiändamål. Till detta tillkommer nettoimporten av koks som var 0,2 miljoner ton. Stenkol, vilket används som energiråvara kallas ibland också ångkol eller energikol. Kolets sammansättning varierar kraftigt, vilket påverkar både energiinnehåll och den miljöpåverkan kolförbränningen ger. Kolet bryts numera mest genom fräsning vilket ger så kallad stybbkol, vilket är en blandning av olika fraktioner. Kol kan förbrännas genom ett antal olika metoder. Traditionellt utnyttjas rosteldning där kolet förbränns i grovkrossad form, vid små- och medelstora pannor {mindre än 100 MWl, medan pulvereldning, där kolet malts till ett pulver, används i stora pannor. På senare tid har användningen av fluidiserade bäddar ökat. Där förbränns kolet i en bädd bestående av sandpartiklar, som svävar i pannan med hjälp av luft. Olika tekniker att förgasa kol och på så sätt förbättr, totalverkningsgraden vid kraftproduktion har utvecklats under lång tid och börjar nu få en kommersiell roll i kraftsammanhang. För mer om kol, se kapitel 5. Fasta biobränslen och torv Biobränsle är ett sammanfattande namn för skogsrester, halm, vass, energigräs och energiskog. Biobränslen kan bearbetas till flis eller till så kallade förädlade bränslen; pellets, briketter eller pulver. Metoder för förgasning och förvätskning av biomassa är under utveckling. Huruvida torv skall betraktas som ett fossilt bränsle ellel biobränsle har under lång tid diskuterats. För närvarande har torv tilldelats en särställning genom att torv definierats som ett eget energislag, torvbränsle. Biobränslen och torv innehåller mer eller mindre mängde vatten. Valet av förbränningsanläggning styrs av om förbränningen skall ske med fuktigt eller torrt bränsle. En annan viktig faktor är transporter och lagringsmöjligheter. Dessutom påverkas valet av i vilken form bränslet tillförs, i styckeform eller flis, pulver, pelletter osv. Eldningsmetoder för biobränslen och torv är desamma som vid eldning av kol, det vill säga rosteldning, pulvereldning och fluidiserad bädd. Ett problem när biobränslen eldas är den höga fukthalten, vilken gör att temperaturen i eldstaden blir låg. Vid små anläggningar används därför ofta en förugn, dvs ett separat förbränningsrum. Här torkas bränslet så att temperaturen kan hållas hög i eldstaden. Inom handel med utsläppsrätter räknas torv som ett fossilt bränsle. Detta gör att torv är ett relativt dyrt bränsle Sverige. 172
15.3 Förbränning av fa Restprodukter Alla former av kolförbränning medför en askåterstod av mineralmaterial. Askan innehåller även en mindre andel oförbränt kol. Aska som tas ut i botten på pannan kallas bottenaska. Flygaska avskiljs från rökgaserna med stoftavskiljare. Askan kan till exempel användas som tillsatsmateriai i betong, som fyllnadsmaterial vid vägbyggnad eller som stabilisering av avfall. Askåterföring För att erhålla godtagbara produktionsresultat från växande bioenergi är gödsling nödvändig. Denna kan kombineras med återföring av askan som innehåller viktiga mineraler och näringsämnen. Restprodukterna från förbränning av biobränslen kan därmed ingå i ett naturligt kretslopp. Aska från förbränning av biomassa kan ses som en resurs för att långsiktigt upprätthålla skogsmarkens produktionsförmåga. Rökgaskondensering Användning av bränslen med hög fukthalt, så som torv, trädbränslen och avfall, medför en ökad fukthalt i rökgaserna. Den ökade användningen av dessa bränslen har lett till ett ökat intresse att tillvarata den värme som finns i rökgaserna genom rökgaskondensering. Rökgaskondensering innebär att rökgaser från förbränning kyls ned till under vattenångans daggpunkt. När vattenångan kondenseras frigörs värme vilken återvinns. En pannas verkningsgrad definieras som förhållandet mellan utvunnen energi och tillförd energi, utan hänsyn till den energi som är bunden i rökgaserna. När kondensationsvärmen frigörs och denna energi nyttiggörs kan verkningsgraden överstiga 100 procent. Rökgaskondensering medför även en viss ytterligare rening av rökgaserna. För en konventionell panna gäller att värmeförlusterna genom rökgaserna är direkt proportionella mot bränslets fuktinnehåll. Torv, avfall och trädbränslen eldas ofta vid fukthalter på upp till 50 procent. Effekten från till exempel en torvpanna kan öka med upp till 30 procent utan att bränsleförbrukningen ökar. Kondenseringsmetoder För att kyla rökgaserna tillämpas två olika principer. Antingen sprayas vattendroppar direkt in i rökgasen som därmed kyls och renas. Det uppvärmda vattnet samlas upp i ett tråg och passerar därefter en värmeväxlare som ihopkopplats med en värmekrets där energin tillvaratas. En annan vanligare teknik innebär att rökgaserna får passera genom en värmeväxlare vars väggar kyls av exempelvis vatten från fjärrvärmenätet. För båda metoderna gäller att när vattenångan i rökgaserna kondenserar, kommer gaser och partiklar att "fastna" i vätskan. Oavsett vilken metod som väljs uppstår förorenat vatten som måste tas tillvara och behandlas. En omfattande vattenbehandling av kondensatet är nödvändig. Vattnet kan till exempel neutraliseras med kalk, varefter metaller fälls ut till sulfider (svavelföreningar). Därefter sker avskiljning av slam och i förekommande fall flygaska. Källa: Är, Vattenfall, styrelsen för teknisk utveckling, Energiläget 2008 Energimyndigheten, Fagersta Energetic, EFO,ÄFORSK
15.4 Fluidiserande bäddar 15.4 Fluidiserande bäddar I en fluidiserande bädd sker inte förbränningen på en rost utan bränslet svävar, "flyter", i förbränningsrummet som består aven het sandbädd. Detta tillstånd skapas genom att en kraftig luftström blåses genom sandbädden vilken därigenom håller bränslet svävande. Fluidiserande bäddar (FB) eller virvelbäddar som det också kallas möjliggör användning av flera bränslen, även sådana som är besvärliga att elda i konventionella pannor. Tekniken har länge använts inom kemisk industri för att rosta svavelkis. I samband med hårdare miljökrav och ökade oljepriser har tekniken även i större utsträckning börjat användas vid förbränning av fasta bränslen som kol, torv, biomassa och avfall. Fluidiserande bäddar delas vanligen in i två huvudtyper, BFB-pannor (Bubblande Fluidiserande Bädd) och CFB-pannor (Cirkulerande Fluidiserande Bädd). BFB består av ask- och sand partiklar som svävar i pannan med hjälp av underifrån kommande luft. Bäddmaterialet förvärms vid uppstart med gas- eller oljebrännare till bränslets antändningstemperatur. Det för förbränningsprocessen nödvändiga syret tillförs genom att luft trycks in i sandbädden underifrån med hjälp av kraftiga fläktar. Det är viktigt att bädden inte värms upp för kraftigt då risk finns för Avgaser sintring av bäddmaterialet (det kittas samman) och pannhaveri. När fastbränslet tillförs efter uppvärmningen förbränns det spontant inne i bädden. Förbränningen sker utan öppna flammor vid en betydligt lägre temperatur (700-900 C) än vid konventionell förbränningsteknik (1000-1600 C). Det gör att även lågvärdiga bränslen som till exempel avfall kan förbrännas effektivt. Ytterligare en fördel är att bränslepartiklarna blandas mycket väl med förbränningsluften, vilket innebär att ekonmisk eldning med ett litet luftöverskott blir möjligt. Därmed erhålls lägre emissioner av bland annat kväveoxide En tredje fördel är möjligheten att blanda in kalksten i bädden och därigenom binda svavlet direkt vid förbränningen. Detta reducerar utsläppen av svaveldioxider En ökad lufthastighet i en BFB-bädd leder till slut vid en viss gräns till att den upphör att bubbla, och luften strömmar istället kontinuerligt genom sandbädden. En sådan bädd kallas för CFB. Den sand och aska som följer med rökgaserna från bädden skiljs ut med hjälp av centrifugalkraften i en cyklonavskiljare och återförs däreftel direkt till pannbädden för fortsatt användning. De allra flesta FB-pannor som idag finns driftsatta funger, som vanliga pannor med en trycknivå iförbränningsrummet nära det normala lufttrycket. Dessa FB-pannor kallas därför för atmosfäriska virvelbäddar även kallat AFBC-pannor (eng. Atmospheric Fluidized Bed Combustion). m~~~1!:=<? Luft PFBC-anläggningar När förbränningsrummet till en FB-panna trycksätts erhålls en trycksatt fluidiserande bädd, kallad PFBC-panna, (eng. Pressurized Fluidized Bed Combustion). Trycket i förbränningsrummet är vanligen mellan 10 och 20 bar, vilk är möjligt genom att pannan innesluts i ett tryckkärl. Det högre trycket ger en fördel i att förbränningsutrymmet kan göras mindre än för icke trycksatta anläggningar. I den trycksatta FB-pannan förbränns till exempel kol och trycksättningen alstras med luft från en gasturbin med tillhörande kompressor. De trycksatta förbränningsgaserna från FB-pannan renas innan de expanderas i gasturbinen. Bilden visar fluidbäddens grundprinciper Källa: E.ON Källor: Kol-Hälsa-Miljö, Studsvik, ABB-Carbon, Stockholm Energi, Energimyndigheten 174
15.5 Så minskas utsläppen vid 1 15.5 Så minskas utsläppen vid förbränning Alla former av energiproduktion, transporter och användning av energi medför en påverkan på miljön. En okontrollerad hantering kan som konsekvens ge oacceptabla miljöproblem. Det finns olika tekniker för att reducera miljöpåverkan vid förbränning av olika bränslen. Tekniken, tillsammans med renare bränslen, skapar förutsättningar för renare energiproduktion. Utvecklingen är inriktad på ökad effektivitet och ännu mindre utsläpp av föroreningar. Vid förbränning bildas olika komponenter som kan påverka miljön. Det är framförallt stoft, svaveloxider, kväveoxider, koldioxid och organiska ämnen, bland annat PAH - polycykliska aromatiska kolväten, som släpps ut till luften. I små anläggningar (mindre än 10 MW) kan det vara svårt att skapa bra förutsättningar för god förbränning och låga utsläpp. En mindre anläggning kan inte heller bära samma kostnad för rening som en större anläggning. De nedan beskrivna metoderna är framförallt tillämpbara i större anläggningar. användning av tjocka eldningsoljor, generellt sänkta svavelhalter i alla eldningsoljor och utbyggda rökgasreningssystem för avsvavling av rökgaserna. Sedan 1970 har utsläppen av svaveldioxid i Sverige minskat från 900 000 ton till drygt 33000 ton år 2007. Genom förbehandling av bränslet kan utsläppen av svavel, aska och tungmetaller från bränslet reduceras. Exempelvis renas naturgas från svavel redan vid källan, varför svaveloxidutsläpp inte blir något problem vid förbränning av naturgas. Även utsläppen från koleldning kan minskas genom användning av lågsvavligt kol, men vid koleldning används även olika aktiva reningsmetoder. Kolförbränning i fluidiserad bädd (se kapitel 15.4) kombinerad med samtidig tillförsel av kalksten är en effektiv metod som vid förbränningen reducerar halten svaveloxider. Med den metoden uppnås en avskiljningsgrad av storleksordningen 90 procent för svaveloxider. Stoft Stoftbildning är ett miljöproblem förknippat med förbränning, särskilt förbränning av kol. Tungmetaller är bundna till de små stoftpartiklarna och avskiljs med dessa. Stoft avskiljs i olika typer av stoftavskiljare. En rangordning av de olika metoderna efter ökande avskiljningsgrad ser ut enligt följande: cykloner (centrifugalkraften utnyttjas för separation) skrubbrar (stoftet tvättas ur gasströmmen med hjälp av vatten) elfilter (elektriska krafter utnyttjas) spärrfilter (stoftet avskiljs mekaniskt på ett textilfilter). Svaveloxider Svaveloxidutsläpp (sax) bidrar till försurning och är ett problem i samband med förbränning av framförallt olja och kol. Svaveloxidutsläppen kan reduceras genom användning av lågsvavliga bränslen eller genom rening under eller efter förbränning. Utsläppen av svaveldioxid har minskat kraftigt i Sverige sedan 1970. Orsakerna är den kraftiga minskningen av
15.5 Så minskas utsläppen vid förbränning Reduktion av svaveldioxidutsläpp kan också göras genom rökgasavsvavling, där svaveldioxiderna absorberas. Huvudsakligen tillämpas tre olika metoder, som alla har kapacitet att avlägsna mer än 90 procent av de svaveldioxider som finns i rökgasen, se vidare kapitel 15.6 om rening av svavel. Kväveoxider Kväveoxider (NOx) bildas vid förbränning, dels genom att det bränslebundna kvävet förenar sig med luftens syre och dels genom att kvävet i förbränningsluften oxideras och bildar NOx. Miljöpåverkan till följd av kväveoxidutsläpp är bland annat försurning och övergödning. Bildandet av kväveoxider gynnas av hög förbränningstemperatur, lång uppehållstid i förbränningsrummet och stor lufttillförsel, det vill säga samma faktorer som främjar god förbränning och som behövs för att minska utsläppen av organiska ämnen. Åtgärder för att minska utsläppen av kväveoxider och organiska ämnen kan därför motverka varandra. Genom så kallad låg NOx-teknik kan bildningen av kväveoxider kraftigt reduceras. Denna teknik omfattar bland annat: lämplig utformning av eldstaden, till exempel större eldstadsvolym mm modifiering av brännarkonstruktionen, så kallad låg NOx-brännare minskat luftöverskott flerstegsförbränning rökgasåterföring, för att "späda" ut förbränningsluften och på så sätt sänka förbränningstemperaturen och minska syremängden. Aktiv rökgasrening för NOx-reduktion: SCR-teknik, selektiv katalytisk reduktion SNCR-teknik, selektiv, icke katalytisk reduktion Principen för SCR av kväveoxider i rökgaserna är att ett reduktionsmedel, vanligen ammoniak, sprutas in i rökgasen varvid kväveoxiderna omvandlas till obundet kväve och vattenånga med hjälp aven efterliggande katalysator. Förutsättningen för processen är att temperaturen är korrekt, vanligen 300-400 c, varvid en NOx-reduktion med 80-90 procent uppnås. Utmärkande för processen är att ingen biprodukt bildas. Vid SNCR doseras en kemikalie, urea eller ammoniak, in i rökgaserna och någon katalysator behöver inte användas. Vid korrekt temperatur, vanligen 900-1000 c, erhålls en reduktion av NOx-halten med ca 50-60 procent. Metoden är dock temperaturkänslig och vid för låg temperatur omvandlas tillsatt ammoniak till kväveoxid. En liten mängd ammoniak reagerar inte alls och lämnar anläggningen som utsläpp. Organiska ämnen Ofullständig förbränning innebär att ett stort antal organiska ämnen, dvs ämnen som består av kol- och väteatomer (kolväten) kvarstår efter förbränning. De ämnen som uppmärksammats mest är de så kallade polycykliska aromatiska kolvätena (PAH). Bland dessa finns många kända cancerframkallande ämnen. Från moderna medelstora och stora anläggningar är utsläppen ofta låga, medan de från små konventionella anläggningar, för exempelvis torv och ved, kan vara större. För att begränsa kvarstoden av organiska ämnen är det viktigt att förbättra förbränningsbetingelserna. Metoder finns även för rening av organiska ämnen med hjälp av fasta adsorbenter (filter), flamförbränning eller katalytisk förbränning. Koldioxid Koldioxid (C02) kan betraktas som ofarlig för hälsa och närmiljö. Däremot är koldioxid skadlig i ett globalt perspektiv, då en ökning av koldioxidhalten i atmosfären bidrar till växthuseffekten med ökad medeltemperatur på jorden som följd. Begränsning av koldioxidtillskott till atmosfären kan idag ske genom minskad förbränning av fossila bränslen och genom övergång till bränslen som ger lägre koldioxidutsläpp. Exempelvis ger förbränning av biobränslen inget nettotiiiskott av koldioxid till atmosfären s~ länge det förbrukade biobränslet ersätts med ny växande biomassa. Förbränning av fossila bränslen medför däremot ett nettotiiiskott eftersom kolet bundits i växtligheten för miljontals år sedan. Det finns möjlighet att minska koldioxidutsläppen genom att avskilja koldioxiden från rökgaserna och sedan lagra den någonstans där den inte gör skada. Exempel på lager för koldioxid är använda gas- eller oljefält eller akvifärer, som Sleipnerfälten i Nordsjön där koldioxid lagras sedan mitten på 1990-talet. Metoden används inte i någon större skala, då koldioxid avskiljning ur rökgaserna än så länge är kostsamt, trots god tillgång till billiga lagringsmöjligheter. 176
15.5 Så minskas utsläppen vid Rökgaskondensering Sedan mitten av 1980-talet har allt fler rökgaskondenseringsanläggningar installerats. Rökgaskondensering förbättrar energiutbytet vid förbränning av bränslen med högt fuktinnehåll. Dessutom fångas föroreningar upp i det vatten som kondenseras. Exempel på föroreningar som på detta sätt kan avskiljas från rökgaserna är: klor kvicksilver stoft svavel (till viss del) Avskiljning av föroreningar genom rökgaskondensering Ämne Saltsyra (Hel) Kvicksilver (Hg) Stoft Svaveloxider (SO) Dioxiner mm Avskiljningsgrad 50-98% 70-90% 40-90% 10-100% 40-90% Kväveoxid (NO) är däremot inte lättlösligt i vatten och påverkas därför inte. Avskiljningsgraden för de olika ämnena kan variera kraftigt beroende på övrig installerad reningsutrustning, exempelvis cyklon eller elfilter. För rening av svavel kan lut tillsättas, och avskiljningsgrader på upp till 100 procent är möjliga. Vanligen tillsätts endast tillräckliga mängder för att justera ph-värdet till omkring 6.5 för att undvika skador på kondensorn. En omfattande vattenbehandling av kondensatet är nödvändig. Källor: IVA, Uppsala Kraftvärme AB, Värmeverksföreningen, Fagersta Energetic AB, STATOIL, SCB, Chalmers Tekniska Högskola, Svensk Rökgasrening AB, Götaverken Miljö AB, Energimyndigheten
15.6 Rening av svavel 15.6 Rening av svavel Svavel finns framförallt i de fossila bränslena olja, kol och torv men även biobränslen innehåller svavel. Svavelhalten varierar för de olika bränslena och brukar anges i viktprocent. Tabellen visar vanliga svavelhalter i bränslen som används i Sverige. Vid förbränning av svavelinnehållande bränslen bildas svaveloxider genom en förening mellan svavlet och luftens syre. Utsläpp av svaveloxider bidrar till försurningen av mark och vatten. Svavelutsläppen brukar anges i förhållande till tillförd bränsleenergi, gjmj (gram per megajoule), eftersom de olika bränslenas energiinnehåll varierar. Dessutom binds en viss mängd svavel till askan vid kol- och torveldning. Oljeeldning med 0,8 viktprocent svavel i oljan ger ett utsläpp av svavel på 0,19 gjmj om ingen rökgasrening tillämpas. Detta motsvarar ungefär eldning med kol med 0,5 procent svavelhalt. Tung eldningsolja med högre svavelhalt än 0,8 viktprocent eller annat bränsle som innehåller svavel får inte förbrännas om förbränningen medför att svavelföreningar släpps uttillluften i en mängd som motsvarar mer än 0,19 gram svavel per MJ bränsle. Vid förbränning av svavelhaltiga bränslen i en större industrianläggning eller en större energiproduktionsanläggning (som släpper ut över 400 ton svavel per år) får utsläppen av svavelföreningar i luften inte överstiga 0,05 gram svavel per MJ bränsle. För mindre industrianläggningar eller energiproduktionsanläggningar är gränsen 0, l gram svavel per MJ bränsle. Båda gränserna Bränsle Eldningsolja l Eldningsolja 2-5 Kol Torv (procent av torrvikt) Procent svavel mindre än 0,2 procent mindre än 0,8 procent 0,1-1,0 procent 0,1-2,0 procent är räknat som medelvärden på ett år. I koleldade anläggningar som togs i bruk från och med juli 1988 får inte kol förbrännas om förbränningen medför att svavelföreningar släpps ut i luften i en mängd som motsvarar mer än 0,05 gram svavel per MJ bränsle, räknat som årsmedelvärde. För att minska svavelutsläppen vid förbränning används avsvavling. De olika metoderna för avsvavling som kan användas är avsvavling före förbränning, under förbränning eller efter förbränning. Avsvavling före förbränningen Kol kan renas från farliga ämnen genom en speciell praces! där kolet mals och renas med hjälp av vatten. Partiklar med hög halt av svavel, aska och tungmetaller sjunker till botten och avskiljs. Det är det oorganiska pyrritsvavlet (pyrrit=järnsulfit eller "kattguld") som tas bort med denna metod. Kolrening kan vara ett första steg vid framställning av kol-vattenbränsle eller sk kolslurry. Reningen kan sänka 178
15.6 Renin svavelhalten till 0,3-0,5 procent, beroende på kolkvaliteten. Svavelhalten i eldningsolja kan minskas genom avsvavling i raffinaderiprocessen. Det finns även oljor som naturligt innehåller mindre svavel. Avsvavling under förbränningen Avsvavling kan också ske inne i eldstaden. Finmald kalksten blandas med bränslet eller blåses in i eldstaden. Vid rosteldning nås avskiljningsgrader på mellan 50 och 70 procent. Avsvavling i en fluidiserad bädd kan ge avskiljningsgrader på uppemot 90 procent. Avsvavlingens effektivitet påverkas bl a av mängdförhållandet mellan kalksten och svavel, kalkstenens kvalitet och förhållandena i eldstaden. Avsvavling efter förbränningen Avsvavling efter förbränningen sker vanligtvis genom att rökgasen kommer i kontakt med en blandning av något alkaliskt (basiskt), oftast kalk, och vatten. Svaveloxiden binds då till kalken. I den traditionella "våta" processen är kalkblandningen hela tiden i vätskeform. Detsamma gäller för restprodukten vilken måste avvattnas. Rökgasen blir också fuktig, vilket kan ge korrosionsproblem. En fördel med den våta processen är att den klarar höga svavelhalter samt att restprodukten består av ren gips. En variant av svavelrening med kalk är den våt-torra avsvavlingen. Kalkvattenblandningen sprutas in mycket finfördelad och torkas i rökgasen. Svaveloxiden binds som förut till kalken men avskiljs här som ett torrt pulver, vilket är en fördel ur hanteringssynpunkt. Metoden är lämpligast för låg- och medelsvavlig kol. Den våt-torra metoden har lägre investerings- och underhållskostnader än den våta. Avskiljningsgraden uppgår till minst 90 procent för båda processerna. Reningsgraden ökar vid ökad dosering av kalk. Med både den våta och den våt-torra avsvavlingen kan svavelutsläppet minskas till 0,05-0,10 gjmj bränsle. Källor: Naturvårdsverket, Svensk författningssamling kalkslurry Rökgas Restprodukt ~ Principen för våt-torr rökgasavsvavling. Källa: Nutek.
180
16 Förbränning i bilar Inom transportsektorn förbränns huvudsakligen fossila bränslen men till viss del även biobränslen. I följande kapitel beskrivs bland annat hur en förbränningsmotor fungerar, vilka bränslen som kan användas och hur avgaserna kan renas.
16.1 Förbränningsmotorer 16.1 Förbränningsmotorer Förbränningsmotorer omvandlar energin i tillfört bränsle till mekaniskt arbete genom förbränning. De kan primärt delas in i motorer med inre eller yttre förbränning, samt mellan kolvmotorer och dynamiskt arbetande maskiner. Kolvmotorer Kolvmotorn är den helt dominerande motortypen. Det finns tre typer av kolvmotorer; ottomotorn, dieselmotorn och stirlingmotorn, alla namngivna efter sina uppfinnare. De två förstnämnda tillämpar inre förbränning och den sistnämnda yttre förbränning. Personbilar har nästan alltid ottomotorer medan tyngre fordon såsom lastbilar och bussar huvudsakligen har dieselmotorer. Båda motortyperna finns både i tvåtakts- och fyrtaktsutförande, vilket innebär skillnader i hur de olika momenten utförs (insugning, utblåsning, kompression och arbetsavgivning). Fyrtaktsottomotorn dominerar i personbilar, medan tvåtaktsottomotorn används i mindre enheter som utombordare eller motorsågar. Dieselmotorn förekommer i bägge varianterna. Det karakteristiska för ottomotorn är att en elektrisk gnista från ett tändstift antänder en blandning av bränsle och luft. I dieselmotorn däremot självantänds insprutat bränsle av den värme som bildas då luften pressas samman (komprimeras) av kolvarna i motorn. Bränslet i ottomotorn är normalt bensin. Ursprungligen utvecklades motorn för alkoholer som bränsle. Kravet på bränslet i en ottomotor är att det inte får antända förrän gnistan kommer. Denna egenskap anges av bränslets oktantal. Ju högre oktantalet är, desto större är motståndet mot felaktig antändning. Kravet på dieselbränsle är det motsatta. Det måste lätt kunna antändas i den komprimerade heta luften. Denna egenskap anges av bränslets så kallad cetantal (tändvillighet). Bensinmotor Dieselmotor Insprutningsventil Tändstift Bränslespridare Ventil-_~==-J Förbränningsrum Kolvringar Kolv Kolvbult Den mest grundläggande skillnaden mellan bensinmotorn och dieselmotorn är att i bensinmotorn antänder gnistan från tändstiftet blandningen av bränsle och luft, medan det i dieselmotorn sker en självantändning till följd av den värme som bildats. 182
16.1 Förbrännir Stirlingmotorn kännetecknas aven kontinuerlig yttre förbränning med värmeöverföring till ett slutet system, med ett arbetsmedium instängt mellan kolvarna i två samverkande cylindrar. I jämförelse med den konventionella förbränningsmotorn (otto eller diesel) skiljer den sig därför på två fundamentala sätt. Kolvarna opererar i ett slutet heliumsystem och förbränningsvärmen tillförs systemet med en värmeväxlare. Det enklaste sättet att beskriva funktionen för Stirlingprocessen är två dubbelverkande kolvar, en som arbetar i en varm omgivning och en som verkar i en kall omgivning. Arbetsmediet som finns mellan de två dubbelverkande kolvarna (kolvarna arbetar med arbetsmedium på både ovan- och undersidan) komprimeras respektive expanderas kontinuerligt när det passerar mellan det varma och kalla utrymmet och värms och kyls. Arbetsmediet passerar genom en så kallad regenerator vilken lagrar värmen när mediet går från den varma till den kalla sidan. När mediet återgår från den kalla till den varma sidan avger regeneratorn denna värme. Utmärkande för stirlingmotorn är att olika bränslen kan användas, låg halt av skadliga avgaser, låg ljudnivå, små vibrationer och låg bränsleförbrukning. United Stirling har tillsammans med Kockums i Malmö utvecklat en motortyp för U-båtar som har gjort stor succe. Dubbelverkande stirlingmotor Regenerator Gasturbiner Gasturbiner används framför allt för elgenerering och för flygplansdrift. En enkel gasturbinanläggning består av kompressor, brännkammare och turbin. Beroende på hur brännkammarsystemet utformas finns gasturbiner både med inre och yttre förbränning. I kompressorn komprimeras luft, varefter bränsle tillförs i brännkammaren där förbränningen sker. Förbränningsgaserna förs sedan till turbinen där de expanderar och driver turbinen så att energi kan utvinnas. Exempelvis kan energin användas för drift av en elgenerator eller för drift av flygplanspropellrar (turbopropdrift). En viss del av energin som utvinns i turbinen går åt för att driva kompressorn. Vid flygplansdrift (jetdrift) expanderas huvuddelen av avgaserna från gasturbinens brännkammare direkt ut i det fria via en avloppsdel så att den kvarvarande energin övergår till rörelseenergi. Eftersom utloppshastigheten är större än inloppshastigheten uppstår en reaktionskraft som driver flygplanet framåt. Vid stationära anläggningar kan värmeenergin i avgaserna tas till vara i en hetvatten- eller ångpanna. Elverkningsgraden för en gasturbinanläggning varierar mellan 25 och 37 procent beroende på storleken på anläggningen. Detta gäller för en gasturbin som driver en elgenerator och definieras som producerad elenergi i förhållande till tillförd bränsleenergi. De heta avgaserna (ca 500 C) nyttiggörs inte i en sådan anläggning. I en gaskombianläggning (med ångpanna) kan verkningsgrader upp till 60 procent uppnås. Källor: Kockums, ÅF Stirlingmotorn kännetecknas aven kontinuerlig yttre förbränning med värmeöverföring till ett slutet system, med ett arbetsmedium instängt mellan kolvarna i två samverkande cylindrar. Källa United Stirling
16.2 Bensin och dieselolja 16.2 Bensin och dieselolja Bensin Bensin är en blandning av ett stort antal olika kolväten med kokpunkter från 25 C upp till omkring 205 C. Den utvinns ur råolja vid raffinaderierna. De viktigaste egenskaperna hos bensin som drivmedel är dess flyktighet och oktantal. Bensinens flyktighet Med flyktighet menas förmågan att avdunsta. Bensinen behöver en viss minsta flyktighet, annars kan inte tändstiften tända blandningen av bränsleångor och luft i motorns cylindrar vid kall start. Genom "chokning" av motorn underlättas starten vid kall väderlek. Det innebär att lufttillförseln stryps, vilket ger en bränslerikare ("fetare") blandning. Innehåller blandningen för lite bränsleångor, antänds den inte av gnistan. Alltför mager blandning orsakar misständningar även i en varm motor. Flyktigheten regleras genom blandning av olika fraktioner vid bensinframställningen i raffinaderiet. Genom de senaste årens minskade behov av tjockolja, har den naturliga bensinmängden vid raffineringen minskat. För att ändå få fram tillräckligt med bensin, blir det allt vanligare att raffinaderierna tar till "krackning". Det innebär att mer högkokande olja (olja som innehåller kolväten med höga kokpunkter) bryts ned, "krackas", till bensinkolväten med lägre kokpunkter. Vad innebär oktantalet? Bensinens olika kolväten har olika förmåga att stå emot alltför tidig antändning, oktantalet är ett mått på denna förmåga. Andra faktorer som påverkar antändningen är temperaturnivån och försmutsningen i cylindrarna. Olämplig kolvätesammansättning och hög temperatur kan ge okontrollerad, detonationsliknande förbränning som märks som ett knackande ljud: "motorn knackar". Allvarliga motorskador kan snabbt uppstå om detta sker vid hög motorbelastning. Knackningsmotståndet, oktantalet, mäts vid två olika arbetsbetingelser och kallas RON (Research Octane Number) och MON (Motor Octane Numberl, RON-värdet, som anges på bensinpumparna, ligger högre än MON. I Nordamerika anges istället medeltalet av RON och MON. Blytillsatser För att få önskat oktantal tör bensin kan olika raffinaderiprocesser användas. Ett annat sätt är att tillsätta vissa metallföreningar, främst organiska blyföreningar, tetra metyleller tetra etyl bly, vilket ökar oktantalen kraftigt även vid små tillsatser. Blyföreningarna är emellertid mycket giftiga och kräver också andra tillsatser för att kunna användas: etylenbromid eller etylendiklorid, som misstänks vara cancerogena föreningar. Tillsatserna förhindrar alltför kraftiga avlagringar av blyrester i motorn efter förbränningen. I stället bildas flyktiga blyföreningar som lämnar motorn med avgaserna. I USA och Japan infördes redan 1975 blyfri bensin. Den blyfria bensinen var en nödvändig förutsättning för att kunna använda katalytisk avgasrening, som behövdes för att möta kraven på låga utsläpp av koloxid, kolväten och kväveoxider. Är 1985 fattades i Sveriges riksdag beslut om att blyfri bensin senast 1 juli 1987 skulle finnas tillgänglig på samtlig, bensinstationer i landet. Redan 1991 utgjorde andelen oblyad bensin 60 procent av totalförsäljningen. Från januari 1994 är försäljning av blyad bensin förbjuden i Sverige. För äldre bilar som ej direkt kan övergå och köra på lågoktanig oblyad bensin, har blyet i den högoktaniga bensinen ersatts med olika kalium- och natriumföreningar. 184
16.2 Bensin oe Inblandning av etanol I princip all bensin som säljs i Sverige har en inblandning av upp till 5 procent etanol. Detta för att minska det tillskott av koldioxid i atmosfären som förbränning av fossila bränslen medför. EU har satt en gräns för en maximal inblandning av etanol till just 5 procent. Sverige verkar för att gränsen ska höjas till 10 procent och i ett yttrande från Europeiska ekonomiska och sociala kom mitten föreslås en ändring i EU-direktivet (98/70/EG). Det diskuteras dock huruvida en för hög inblandning av etanol skulle kunna leda till högre utsläpp av andra ämnen från bensinen. Miljöklassning Från och med 1994 finns det miljöklasser för bensin, miljöklass 1 (MK 1) och miljöklass 2 (MK 2). MK1 har de högsta miljökraven och 2008 bestod 96 procent av den totala bensinförsäljningen i Sverige av MKl. EU:s krav är något annorlunda mot de svenska. MK1 i EU motsvaras i Sverige av MK 2. Miljökraven sätter dels gränser för maximalt innehåll av svavel och aromater men ställer också krav på egenskaper som kokpunkt och oktantal. I tabellen visas de viktigaste kraven som ställs för de olika miljöklasserna. Det är inte bara miljöskäl som ligger bakom skärpta krav på bränlsen. De hårdare kraven på framför allt lägre svavelhalt ger bilindustrin bättre möjlighet att använda bränsleeffektivare motorer och effektivare avgasreningsteknik. Dessutom förlängs motorns och katalysatorns livslängd när man använder miljöklassade bränslen. Alkylatbensin Snöskotrar, gräsklippare, motorsågar och utombordmotorer saknar avgasreningsutrustning. För dessa motorer är det extra viktigt med en bensin innehållande så lite skadliga ämnen som möjligt. Till dessa motorer bör därför så kallad alkylatbensin användas. Alkylatbensinen innehåller liten andel av skadliga ämnen som bensen och aromater. Tillgången är dock begränsad och den bör därför bara användas i motorer där den verkligen gör nytta. MUjöklassning av bensin och diesel Egenskap Enhet Bensin MK1 MK2 (ED-krav) Svavel, max mg/kg 10 50 Aromater, max vol-% 35 35 Bensen, max vol-% 1 1 MK1 Diesel MK3 (ED-krav) Svavel, max mg/kg 10 50 Aromatiska kolväten vol-% 5 Polycykliska kolväten vol-% Inte mätbar 1) F.r.o.m 1 jan 2009 får svavelhaltenuppgå till endast 10 mg/kg 2) Enligt Svensk Standard 1551 16 Källa: Svenska Petl'oliuminstitutet SPI
16.2 Bensin och dieselolja Dieselolja Dieselolja är liksom bensin en blandning av ett stort antal kolväten, men med högre kokpunkter, 180-290 C. I raffinaderiet behövs normalt bara smärre efterbehandlingar för att sänka svavelhalten och få en lagringsstabil produkt. Oljor från krackningsprocesser ger dieselolja med betydligt sämre kvalitet. De viktigaste egenskaperna hos dieselolja är tändvillighet, köldtolerans och viskositet (oljans flytbarhet). Ju högre viskositet, desto mer trögflytande är oljan. Tändvilligheten hos dieseloljan bestäms av det så kallade cetantalet. En god dieselolja för bilar har cetantal på 50 eller högre. Till oljor med låga cetantal kan så kallade tändförbättrare tillsättas till bränslet så att cetantalet höjs. Viskositeten är viktig för att motorns insprutningssystem ska fungera och för att ge god förbränning och låga oönskade utsläpp. Tyngre oljor har en benägenhet att stelna i kyla, vilket sätter bränslesystemet ur funktion. Både viskositet och stelningsegenskaper kan påverkas gynnsamt genom tillsatser. Dieselmotorn arbetar med högre kompression, ett högre tryck, än bensinmotorn. Bränslet sprutas direkt in i motorns cylindrar, eller i förkammare till dessa, och tänds av värmen från kompressionen. Motorn arbetar med luftöverskott. Effekten ökar om mängden insprutat bränsle ökas. Förhållandena för en god förbränning är gynnsammare i dieselmotorn än i bensinmotorn. Dieselmotorn har på grund av den höga kompressionen och förbränning med luftöverskott god verkningsgrad. Den är därmed bränslesnålare än dagens bensinmotorer. Men dieseloljan är tyngre och avgaserna innehåller en hel del oönskade hälso- och miljövådliga komponenter. Miljöklassning Miljöklassificering av diesel infördes 1991 i Sverige främst för att minska hälsoriskerna av avgaser från dieselbilar i tätorter. 1992 introducerades tre miljöklasser, MK 1-3. Miljöklasserna innebär krav på innehåll och egenskaper. Indelningen i rniljöklasser grundas på egenskaper som flyktighet, densitet, cetanindex samt innehåll av svavel, aromatiska kolväten och polycykliska kolväten. Miljökraven är högst för rniljöklass 1 och lägst för miljöklass 3. De svenska kraven på de olika miljöklasserna är strängare än de krav som ställs inom EU. Skillnaderna ligger bland annal gränser för innehåll av svavel och polyaromatiska kolväten. Dagens motorbränslen av typ fordonsdiesel ingår huvudsakligen i miljöklass MK 1. För diesel är idag 99 procent av förbrukningen och all diesel som säljs på vanlig, bensinstationer MK 1. I tabellen visas de viktigaste kraven för de olika miljöklasserna. Övergången till miljöklass 1 har lett till minskade utsläpp av partiklar, hälsovådliga kolväten och svavelföreningar, men även kväveoxider. Inblandning av FAME FAME är samlingsnamnet för fettsyrametylestrar varav rapsmetylester RME är vanligast i Sverige. FAME hör till förnyelsebara drivrnedel eftersom det produceras från biomassa. Tidigare har det endast varit tillåtet med en maximal inblandning av 2 procent FAME i svensk miljöklass 1 diesel. Från och med 2006 höjdes den tillåtna inblandningen till 5 procent, vilket också är den andel som gäller i övriga EU. 2007 hade 67 procent av den i Sverige sålda dieseln inblandning av FAME. Läs även: Kapitel 16.1 Förbränningsmotorer Kapitel 16.3 Alternativa drivmedel i transportsektorn Kapitel 16.4 Avgasutsläpp Källor: Naturvårdsverket: www.naturvardsverket.se. Svensl Petroleuminstitutet: www.spi.se. STATT 186