sou · GKB3184 · 1997-01-01 00:00:00 — 222 Drivmedels p åverkan p å miljö och hälsa de alternativa drivmedlen en mindre miljö- och hälsopåverkan, är mindre biologiskt reaktiva, jämfört med dieselolja och bensin. Detta torde så vitt jag kan bedöma i första hand bero på att de till sin sammansättning mycket enkla alternativa drivmedlen är lättare att förbränna i jämförelse med dieselolja och bensin samt att emissionerna av oförbränt drivmedel eller delvisförbränt drivmedel har en mindre biologisk reaktivitet. Vad beträffar de alternativa drivmedlens miljö- och hälsoeffekter i ett längre perspektiv delar jag uppfattningen att det finns en stor potential till utveckling/förbättring av motor/bränslekonceptet för dessa motorer. Motsvarande möjlighet till förbättringar för drift med dieselolja och bensin torde inte vara lika stor, se kapitel 13. Därmed bör de fördelar som de alternativa drivmedlen kan uppvisa jämfört med dieselolja och bensin i vart fall inte minskar . Möjlighet finns också till att deras fördelar jämfört med dieselolja och bensin förstärks, se kapitel 13. Vid drift med alkoholer uppstår i de flesta fall förhöjda emission- svärden för aldehyder. För åtminstone formaldehyd innebär det en ökad risk för påverkan på hälsa. Det är dock min uppfattning att emissionerna av aldehyder och i mycket stor utsträckning kommer att kunna elimineras med hjälp av nya specialutvecklade katalysatorer. Huruvida de alternativa drivmedlens, i jämförelse med dieselolja och bensin, mindre påverkan på miljö och hälsa är tillräckligt för en miljöklassning återkommer jag till i kapitlen 17, 18 och 19. 13Utvecklingspotential hos de alternativa drivmedlen Biogas är det drivmedel som ur alla aspekter har de lägsta emissionerna och den minsta påverkan på såväl klimat som miljö och hälsa. I övrigt framstår klart de gasformiga drivmedlens emissionsfördelar jämfört med de vätskeformiga. I många sammanhang framhålls utvecklingspotentialen för de kon- ventionella drivmedlen bensin och dieselolja, vad gäller möjligheten att genom förändring av drivmedlens egenskaper minska emissionerna av miljö- och hälsopåverkande ämnen. De konventionella drivmedlen består av blandningar av en mängd olika organiska kolväteföreningar. Föreningarna består ofta av relativt långa kolkedjor. Det finns dock även såväl cykliska som policykliska aromatiska kolväten i drivmedlen. Genom att ta bort sådana föreningar som har känd påverkan på miljö och hälsa kan man minska risken för en påverkan av emissioner av oförbränt drivmedel. Likaså kan man genom förändring av drivmedlens sammansättning påverka vissa av deras egenskaper som t.ex. viskocitet, ångtryck, oktantal, cetantal m.m. På så sätt kan man minska emissionerna av föreningar som kan uppstå vid ofullständig förbränning och som ofta har en påverkan på miljö och hälsa. har miljöfrågorna alltmer kommit att integreras i industrins utveckling, såväl den direkta påverkan från anläggningar som produkternas miljöegenskaper. Detta har medfört att dagens raffinaderier är betydligt mindre miljöstörande som de producerar produkter med väsentligt förbättrade miljöegenskaper. 224 Utvecklingspotential hos de alternativa drivmedlen och har mycket gjorts för att förbättra de konventionella drivmedlen. Miljöklassning och därtill differentierade punktskattesatser har införts för både dieselolja och bensin och säljs i stort sett bara bensin av dagens bästa miljöklass (MK 2). Även en mycket stor del av den sålda dieseloljan är av högsta miljöklass (MK 1). Detta har medfört att emissionerna från vägtrafik minskat kraftigt och därmed även sektorns miljö- och hälsopåverkan. Efter nu genomförda förbättringar av de konventionella drivmedlen är dock ytterligare förbättringar inte lika lätta att genomföra. De kräver dessutom relativt kraftiga förändringar vid raffinaderierna vilket i de flesta fall är mycket kostnadskrävande. Dessutom kvarstår det faktum att man vid produktion av bättre och bättre konventionella drivmedel får en större och större post av restprodukter (tunga oljefraktioner). För att totalt sett uppnå lönsamhet för raffinaderiet, måste man hitta avsättning även för dessa produkter. Detta kan i viss mån ske genom så kallad krackning (ofta katalytisk) varvid erhålles en lättoljefraktion som kan användas även i de bättre kvaliteterna för dieselolja och bensin. kvarstår dock att mängden restprodukter trots allt ökar och att de till slut måste tas om hand på något sätt. Risken finns att de säljs till andra länder med mindre stränga miljökrav för fordonsdriv- medel. Vidare är katalytisk krackning och andra tekniker som finns för att bryta ner de tyngre fraktionerna till lättare sådana ofta energikrävan- de. Förutom att detta verkar fördyrande på slutprodukten så motverkar det i viss mån även syftet med att ta fram bättre drivmedelskvaliteter. Emissionerna flyttas i viss utsträckning, så att säga, från vägarna till raffinaderierna. Motsvarande möjlighet till förändring/förbättring av drivmedlet som beskrivits i kapitel 13.1 finns endast i begränsad omfattning för de alternativa drivmedlen. De alternativa drivmedlen består i de flesta fall av en enda kemisk förening varför en intern miljöklassning på samma sätt som för bensin och dieselolja inte är aktuell. Den ingående kemiska föreningen är vidare mycket enkel till sin struktur och består oftast av en eller högst några kolatomer. Visserligen bör krav ställas på en standard för de alternativa drivmedlen men de parametrar som då regleras avser i första hand exempelvis högsta tillåtna förekomst av bestämda föroreningar och högsta tillåtna förekomst av vatten i drivmedlet m.m. Till skillnad från förbränningen av de konventionella drivmedlen sker Utvecklingspotential hos de alternativa drivmedlen dock förbränningen av de alternativa drivmedlen i motorer som först och främst utvecklats för andra drivmedel, dvs. dieselolja och bensin, även om motorerna sedan anpassats för att klara det aktuella alternativa drivmedlet. Dagens ottomotorer (bensin) och kompressionsmotorer (dieselolja) har under vidareutvecklats för just drift med bensin och dieselolja. När vi prövar att använda oss av nya alternativa drivmedel i dessa motorer måste vi vara medvetna om att man sannolikt inte uppnår de förbränningsbetingelser och den energief- fektivitet som rimligen bör gå att uppnå med det drivmedel som motorn utvecklats för att drivas med. De anpassningar som görs på otto- och dieselmotorerna medför att de alternativa drivmedlen går att förbränna med relativt bra resultat även i jämförelse med förbränning av dieselolja och bensin. Det är dock fortfarande, oavsett om anpassningen sker "externt" efter produktion eller direkt i produktionslinjen, frågan om just anpassade motorer ursprungligen avsedda och utprovade för ett annat drivmedel. Detta gör att man för de alternativa drivmedlen, i kombination med motorer speciellt framtagna för drivmedlet (drivmedels/motorkoncept) bör ha en betydande potential till förbättringar. Detta gäller bl.a. förbränningen av drivmedlet och därmed såväl energieffektivitet som emissionsbegränsningar. 13.3Bedömning av miljöpotentialen hos de alternativa drivmedlen , Tekniska , och , , har på uppdrag av Kommunikations- forskningsberedningen (KFB) gjort en bedömning av miljöpotentialen hos biogas, etanol, metanol, naturgas, rapsmetylester () och dimetyleter (DME) 33. Arbetet redovisas i separat bilagedel. Egebäck/arbete utgår från dagens kunskaper om motorteknologi och dess utvecklingsmöjligheter samt de alternativa drivmedlens egenskaper. Därvid uppskattas potentialen till framtida förbättringar för motor/drivmedelskonceptet för de alternativa drivmed- len. De studerade drivmedlen är biogas, etanol, metanol, naturgas, rapsmetylester () och dimetyleter (DME). Egebäck/anser att ett drivmedels miljöpotential i första hand definieras som den potentiellt lägre avgasnivå av såväl reglerade som oreglerade avgaskomponenter som kan uppnås genom att utveckla motorsystem som helt anpassats till drivmedlets egenskaper och där 226 Utvecklingspotential hos de alternativa drivmedlen hänsyn tagits till de minskade hälso- och miljöeffekter som använd- ningen av drivmedlet kan leda till. För arbetet viktiga bedömningskriterier har varit att: *Drivmedlet uppfyller en given drivmedelsspecifikation avseende drivmedelsparametrar och renhet. *Motorn har anpassats till drivmedlet. *Eventuellt erbehandlingsystem för avgaserna har anpassats för motor och drivmedel. Förutsättningar för bedömningen av de olika drivmedlen har skiftat något från drivmedel till drivmedel. De kriterier man använt i första hand är drivmedlets sammansättning, hantering, förutsättning för motorteknisk utveckling, bedömning av den motortekniska utveckling som krävs för att nå ned till uppskattade emissionsnivåer, uppskattning av möjliga emissionsnivåer samt uppskattning av hälsorisker och miljöeffekter utgående från kända avgaskomponenter. Arbetet har inte omfattat en bedömning av råvarukälla, produktions- metod eller distribution. 13.3.1 Teknikutveckling och emissionsnivåer Egebäck/konstaterar inledningsvis att man anser att det inom tidsramen 10 till inte kommer att ha skett mycket som fört bilindustrin bort från de traditionella motorkoncepten (ottomotor (bensin) och kompressionsmotor (dieselolja)). Att konstruera, prova ut och tillverka en mer genomgripande förändring av ett fordons drivsystem bedömer man tar minst 10 till att genomföra. Motorerna kommer dock att fortsätta att effektiviseras. Förutom en reduktion av vikten hos fordonen krävs det ändringar av drivsystemet för att förbättra drivmedelsekonomin hos de lätta bilarna. De som Egebäck/bedömmer som närmast till att kunna genomföras är: *Konstruktiva ändringar hos motorn genom en fortsatt motorutveck- ling. *Övergång till alternativa drivsystem. *Övergång till att använda en energieffektiv dieselmotor. En analys av möjlig teknisk utveckling visar enligt Egebäck/på att det finns en betydande potential till fortsatt minskning av Utvecklingspotential hos de alternativa drivmedlen För att utveckla denna potential krävs att nya tekniska lösningar utprovas och anpassas för användning av alkoholer i ottomoto- rer. Man bedömmer dock att motor- och biltillverkarna inte kommer att utnyttja dessa möjligheter fullt ut . Tekniken med avgasåterföring (EGR) förväntas dock utvecklas så att åtminstone en första generation av sådana system för kompressionsmo- torer (dieselmotorer) kommer till användning . För motorer avsedda för biogas/naturgas förväntar man sig att motortillverkarna på grund av den relativt stora råvarupotential som finns kommer att utveckla motorer som tar till vara potentialen hos drivmedlet. Systemet med magerförbränning ("lean burn") antas utvecklas vidare och bli stabilare vad avser emissioner. RME bedömer man kommer att utnyttjas för inblandning i dieselolja. De problem som denna inblandning innebär genom att slutkokpunkten på MK 1 höjs till en nivå motsvarande MK 3 dieselolja anser man inte som relevant. Avsikten med regleringen av denna parameter är att MK 1–dieseloljan inte skall innehålla tunga fraktioner med policykliska aromatiska kolväten. Eftersom sådana inte finns vare sig i RME eller i M 1 dieseloljan som är bas för blandningen finns de inte heller i blandbränslet, trots den höga slutkokpunkten. För DME saknas i stor utsträckning data från emissionsmätningar. Man anser dock att det finns egenskaper hos DME som bör bidra till en positiv utveckling. I rapporten redovisas emissionsnivåer för de alternativa drivmedlen dels för femårsperspektivet dels för och . Man uppger att det tidsmässigt finns möjlighet att nå de emissionsni- våer som angetts i rapporten, men att detta kräver speciella insatser i form av bl.a. ekonomiska och miljömässiga incitament. 13.3.2 Rangordning av alternativa drivmedel I rapporten redovisas översiktliga bedömningar vad avser produktion, distribution, hälsorisker för vissa ämnen i avgaserna, miljöeffekter, hantering, arbetsmiljö, specifika emissioner och ekonomi. Utgående från detta görs sedan en preliminär rangordning av drivmedlen utgående från deras utvecklingspotential. Rangordningen tar i första hand fasta på drivmedlets ursprung (fossilt eller biobaserat) och i andra hand till någon eller några emissionspara- metrar som kan ha särskilt stor betydelse för bedömningen. Man påpekar också att rangordningen kan ändras om tillgången på drivmedlet är otillräcklig för en bredare introduktion och användning. 228 Utvecklingspotential hos de alternativa drivmedlen för drivmedlet och anpassningen av motor etc. kommer att vara en faktor som avgör om drivmedlet blir attraktivt eller ej. Nedan redovisas i fallande skala, och med korta kommentarer, rangordningen av de alternativa drivmedlen enligt Egebäcks/Wester- holms rapport: Biogas hamnar högst upp då det både är biobaserat och har en gynnsam emissionsbild. "Rätt" tillverkad och distribuerad ger användningen av etanol ett mycket begränsat tillskott av koldioxid till atmosfären. Bedömningen är att miljöpotentialen är hög även i andra avseenden. Metanol kan i vissa avseenden väl jämföras med etanol. Den är dock aggressivare och besvärligare att hantera (toxisk). Båda kan tillverkas ur biomassa eller grödor vilket är en fördel ur koldioxidsynpunkt. Emellertid saknas data för att göra välgrundade uppskattningar av potentialen. Naturgas är ett fossilt drivmedel. I övrigt har en väldefinierad naturgas en god emissionspotential. RME blandat med dieselolja Ger en viss minskning av koldioxidemissionerna men bör annars i huvudsak klassas som ett fossilt drivmedel. Utvecklingspotential hos de alternativa drivmedlen Rapporten tar enligt min uppfattning upp flera intressanta förhållanden. Precis som i andra arbeten inom detta område pekar man på de gasformiga drivmedlens fördelar jämfört med de vätskeformiga. Då biogas dessutom inte bidrar till nettotillskottet av koldioxid är det därmed naturligt att detta drivmedel hamnar högst upp på listan, dvs. ges störst utvecklingspotential. I övrigt skiljer sig dock inte bedöm- ningen åt för biogas och naturgas. Av tabellerna framgår att emissionsfördelarna med biogas är tydligast vid användning i lätta fordon och tydligare för de oreglerade än de reglerade emissionerna. Vidare bedöms även, och till skillnad från flera andra arbeten inom området, att emissionsnivåerna och potentialen för RME är relativt god. De problem som inblandningen av RME i MK 1 dieselolja ger upphov till genom en förhöjning av slutkokpunkten, utöver det tillåtna intervallet för MK 1 dieselolja, anses vidare inte som ett relevant problem. De redovisade tabellerna visar sammantaget på en mycket god möjlighet till låga emssionsnivåer vid användning av de alternativa drivmedlen i motorer utvecklade för drivmedlet i fråga och med avgasefterrening som även den utvecklats för det specifika drivmedlet, med kännedom om i avgaserna ingående föroreningar. I detta sammanhang bör dock påpekas att bl.a. i i det arbete man genomfört åt utredningen, se kapitel 9.2.4 redovisat att man anser att dagens skillnader ur emissionssynpunkt kommer att minska. Även har i det arbete han utfört åt KFB, se kapitel 10.5, antagit att skillnaderna ur emissionssynpunkt kommer att minska. Trots bristen på relevanta data från användning av DME som drivmedel gör dessutom Egebäck/en mycket positiv bedömning av DME:s utvecklingspotential som drivmedel. 14Provmetoder och emissioner vid användning av alternativa motor- bränslen En fullvärdig bedömning av ett drivmedels egenskaper kräver undersökningar som går långt utöver de standardiserade metoder som tillämpas för certifiering m.m. Det är viktigt att använda körcykler som i större utsträckning efterliknar verkliga förhållanden. 14.1Problem med dagens metoder De metoder som används för att mäta, karakterisera och utvärdera emissioner från olika drivmedel och deras påverkan på miljö- och hälsa är framtagna för fossila vätskeformiga drivmedel, dvs. bensin och dieselolja. Detta medför att vissa problem uppstår då dessa metoder tillämpas för utvärdering av alternativa drivmedel. Utredningen har gett , Tekniska och , i uppdrag att utreda dessa frågor. Utgångspunkten har varit att bedöma vilka emissioner som har störst betydelse för karakterisering av emissionerna från alternativa drivmedel. Vidare har fördelar och brister hos de använda metoderna för mätning av reglerade och icke reglerade emissioner bedömts. I de fall brister påvisats hos dagens metoder har förslag till förbättringar varit önskvärda. Detta gäller framför allt tekniken med mätning av kolvätee- missionerna som ett samlingsvärde. Arbetet finns redovisat i rapporten och emissioner vid användning av alternativa motorbränslen. Rapporten redovisas i separat bilagedel. Nedan redovisas och diskuteras kort resultaten av detta arbete. 232 Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... 14.2Standardiserade provmetoder för mätning av reglerade emissioner Med standardiserade metoder avses i rapporten metoder som används vid mätningar av emissioner i samband med godkännande – certifiering – av nya bilmodeller eller motortyper, dvs. uppfyllande av krav i bilavgaslagen och bilavgasförordningen. Kravet på de standardiserade metoderna för mätning av förorenings- utsläpp från motorfordon är att de skall definiera inte bara hur provtag- ningen och analyserna skall utföras utan också hur fordonen skall köras, vilken utrustning som skall användas och i vilken ordning mätningarna skall utföras. Vid utvecklingen av mätmetoden har avsikten bl.a. varit att resultaten skall spegla emissionerna vid körning i verklig trafik. Detta är emellertid mycket svårt att uppnå med de restriktioner som gäller för standardi- serade metoder. Bl.a. saknas inslag av kraftiga accelerationer. Det är inte heller rimligt att tro att ett körmönster som utvecklats för att spegla driftsförhållandena i skall motsvara driftförhållandena i de nordiska länderna. Vidare återspeglas i metoderna inte att klimatet varierar i olika delar av världen. Den främsta anledningen till att provmetoderna inte anpassats till respektive lands specifika förhållanden är att bilar är en produkt som skall saluföras på den internationella marknaden. Bilfabrikanterna har därmed ett starkt krav på internationell harmonisering av avgaskraven. Vidare är repeterbarhet viktigt för att möjliggöra uppföljning från myndigheternas sida. Kopplat till metoderna beskrivs också hur utvärdering av mätresultaten skall utföras. Vidare är också kravet på noggrannhet och repeterbarhet hos de standardiserade mätmetoderna starkare än kravet på att resultatet från mätningen skall representera utsläpp i verkliga trafikmiljöer. Det finns olika metoder för avgasmätningar beroende på fordonstyp, vikt och drivmedel. Dessutom tillämpas olika metoder i , och . De svenska metoderna, framför allt för lätta fordon, har varit mycket lika de som tillämpas i . I och med EU–inträdet kommer emellertid en övergång att ske till de europeiska metoderna. Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... Rutinmässigt mäts genom de standardiserade avgasproven de reglerade emissionerna koloxid (CO), kolväten (HC) och kväveoxider (NOx). Vid mätningar på dieseldrivna fordon mäts även partiklar. Valet av dessa emissioner beror självfallet på att det är dessa som är reglerade. Några krav finns, som namnet antyder, inte på de icke reglerade emissionerna. Dessa omfattas därför inte heller av de standardiserade mätningarna, se vidare kapitel 14.3. Det bör här upprepas att emissionsfaktorer för icke reglerade avgaskomponenter saknar betydelse vad gäller uppfyllande av aktuella lagar och förordningar. Dock kan självfallet hänsyn tas till dem vid utvärdering av såväl bränslen som motorkoncept. Utvecklingen av körcykler för emissionsmätningar föregås som regel av s.k. körmönsterundersökningar med specialutrustade fordon. Dessa undersökningar är i regel mycket omfattande och kostnadskrävande. Detta har fått till följd att många av de använda körcyklerna i första hand har utvecklats långt tillbaka i tiden (1960–talet) och i andra länder som t.ex. . För del medför detta att en risk kan finnas för att cyklerna inte fullt ut efterliknar svenska körförhållanden/- körmönster. Körcyklerna består av de fyra delarna tomgångskörning, acceleration, konstantkörning och retardation. Emissioner från start och varmkörning av bilen saknas ofta. har en del av de använda körcyklerna förändrats något för att bättre motsvara körning i verklig trafik. I och med inträdet i EU övergår dock från den nu tillämpade –cykeln (FTP75) med inslag av transient(ojämn) körning till den europeisk artificiella cykeln som saknar inslag av transient körning samt även har lägre acceleration/retardation. 14.2.3 Klimatpåverkan m.m. på emissioner De standardiserade mätmetoderna tar inte hänsyn till faktorer som klimat, väglag, höjd över havet m.m. Standardiserade avgasprov utförs i temperaturintervallet +20 o C och +30o C. Detta medför att provet i mycket liten grad motsvarar den verklighet som vi har i , där vi har en medeltemperatur på cirka +7o C. Bilar i miljöklass 1 i måste dock uppfylla avgaskraven vid –7o C. 234 Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... Redan vid +20 o C finns det en påtaglig skillnad mellan storleken på emissionerna för kallstartsfasen och varmstartsfasen. Vid en temperatur på –3o C har skillnader i emissionsnivåer mellan kallstart- och varm- startsfasen uppmäts till en faktor 2–5, för de reglerade avgaskomponen- terna NO x, HC och CO. Vid –7o C har andra mätningar visat på en skillnad mellan varm- startsfasen och kallstartsfasen med en faktor 5–6 gånger CO/HC och 1,2 för NOx. 14.2.4 Transformation av emissioner Med begreppet transformation avses den omvandling som sker genom kemiska reaktioner mellan vissa komponenter i avgaserna och även komponenter i omgivningsluften. Beroende på uppehållstid, klimat och årstid kommer dessa komplexa kemiska reaktioner att leda till att ett stort antal sekundära luftföroreningar bildas, vilka kan påverka såväl miljö som hälsa. Två kända exempel på detta är oxidationen av NO till NO2 samt bildningen av marknära ozon genom reaktion mellan NO x och lättflyktiga organiska föreningar (VOC) under inverkan av soljus (UV–strålning). Betydelsen av att undersöka olika drivmedels emissioner med avseende på dess förmåga att bilda sekundära luftföroreningar belyses ej när standardiserade provmetoder används för att utvärdera avgasernas potentiella miljö- och hälsoeffekter. Mätning av de icke reglerade komponenterna sker inte i de standardiserade mätmetoderna. Dock förekommer det att man mäter icke reglerade komponenter vid körning enligt en standardiserad körcykel. Gruppen icke reglerade avgaskomponenter innehåller det klart största antalet föreningar i avgaser från fordon. Uppskattningarna av antalet icke reglerade avgaskomponenter varierar beroende på faktorer som bränsle, motorkoncept och körsätt. Ett rimligt antagande är dock att det kan röra sig mellan 10 000 till 15 000 olika komponenter. Många av de icke reglerade avgaskomponenterna emitteras i relativt små mängder (mg eller ug per kilometer körsträcka). Trots detta kan de på grund av hög "reaktivitet" ha en betydande påverkan på människors och djurs hälsa. Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... Ett viktigt steg inom avgasforskningen är att identifiera potentiella biologiskt aktiva eller andra ur miljösynpunkt viktiga föreningar i fordonsavgaser. Detta förfarande ingår som ett viktigt första steg i identifieringen av potentiella toxiska föreningar, s.k. riskidentifiering. I tabellen nedan redovisas de avgaskomponenter som Egebäck/- med hänsyn till miljöeffekter och hälsorisker bedömt som relevanta, bl.a. med avseende på användningen av alternativa drivmedel. Det är viktigt att komma ihåg att det på grund av det stora antalet okända föreningar i olika halter, kommer att finnas sådana som kan förväntas påverka hälsotillståndet i olika grad. Detta är speciellt påtagligt för känsliga personer.