sou · GKB3184 · 1997-01-01 00:00:00 — Tabell 14.1 Relevanta icke reglerade avgaskomponenter med hänsyn till miljöeffekter och hälsorisker, enligt Egebäck/ Inom ämnesgruppen policykliska aromatiska föreningar (PAC) finns undergruppen policykliska aromatiska kolväten (PAH). Vissa PAH har visats framkalla cancer vid djurförsök på gnagare. De bör därmed anses som potentiellt cancerframkallande även för människor. PAH bildas vid all typ av förbränning av organiskt material i luft och finns följdaktligen i avgaser från motorfordon. Tre, enligt Egebäck/, relevanta PAC är 1–nitropyren, fluoranten och bens(a)pyren. 236 Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... 14.4Problem vid tillämpning av konven- mätmetoder vid utvärdering av alternativa drivmedel För en fullständigare karakterisering av föroreningsutsläppen är det otillräckligt att begränsa emissionsmätningarna till dagens standardisera- de metoder. Den standardiserade metoden har utformats för att möta myndighetskrav på mätningar som behöver utföras för att kontrollera att avgaskraven uppfylls och som ett underlag för ett godkännande eller certifiering av ett visst koncept av motor eller fordon. De standardisera- de metoderna ger inte en helhetsbild av de emissioner som kan ha betydelse vid bedömning av det aktuella, bränslekonceptets miljö- och hälsopåverkan. För lätta fordon kan en teknisk bedömning av bränsle-motorkom- binationen ge en vägledning om vilka emissionsparametrar som, utöver de reglerade emissionerna, i första hand behöver karakteriseras. För tunga fordon kan speciellt utvecklade körcykler som bättre motsvarar körning i trafik (transienta cykler) användas för att förbättra utvärderingen. Den uppsättning av analysinstrument inklusive provtagningsutrustning som används är utvecklade för emissionsmätningar då bensin och dieselolja använts som drivmedel. I några avseenden är dessa instrument och provtagningsutrustningar inte anpassade för emissionsmätningar från alternativa drivmedel. Särskilt gäller detta för mätning av kolväten (HC) från användning av alkoholer, RME och naturgas/biogas som drivmedel. Kolväten mäts med en flamjonisationsdetektor (FID). FID ger respons inte enbart för kolväten utan även för andra ämnen som innehåller kolatomer, t.ex. alkoholer. Detta innebär att man vid mätningar från drift med alkoholer får större kolväteemissioner redovisade än vad de egentligen är. Analystekniken är dock avsevärt mindre känslig för dessa ämnen än för rena kolväten. Alkoholerna utgör dessutom en liten hälsorisk i de mängder som de kan förekomma i avgaserna. Alkoholerna är vidare enkla kemiska föreningar. Det finns därför, enligt Egebäck/, anledning att anta att även kolväten som bildas vid förbränning av alkoholer är enkla och till antalet färre än i avgaserna från konventionella bensin- och dieselfordon. Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... Vid användning av RME som bränsle är problemet troligen ännu mer komplicerat på grund av att RME tillverkas av rapsolja och metanol krävs det även en analys av bränslet för att bestämma dess samman- sättning och en analys av avgaserna för att studera vilka ämnen som ger utslag på FID. Beroende på RME:s höga kokpunkt (300–350 o C mot 200–250o C för diesel) uppstår även problem med att kolväten konden- serar i ledningarna från avgasrör till analys. Detta gör att resultaten för HC troligen är lägre än de verkliga emissionerna. Ett problem vid mätning på fordon som drivs med naturgas/biogas är att den FID som standardmässigt används inte är selektiv. Detta innebär att man inte kan särskilja halten av metan i avgaserna från övriga kolväten. Större delen av kolväteemissionerna från drift med naturgas/biogas utgörs av metan. Metan har dessutom, till skillnad från många andra kolväten, låg reaktivitet i atmosfären och är inte ett giftigt ämne. Däremot är metan en viktig växthusgas. Syftet med det genomförda arbetet har bl.a. varit att bedöma vilka emissioner som är mest relevanta att analysera för en bedömning av alternativa drivmedel. I nedanstående tabell redovisas ett av Egebäck/gjort urval av relevanta icke reglerade avgasföroreningar för olika drivmedel och tillsatser av alkoholer och etrar till vissa drivmedel. Urvalet har begränsats till sådana föroreningar som erfarenhets- mässigt visat sig förekomma i sådan mängd i avgaserna att de kan ha betydelse vid en bedömning av potentiella miljö- och hälsoeffekter. 238 Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... Tabell 14:2 Preliminärt förslag till analys av prioriterade icke reglerade avgaskomponenter och förslag till biologiska test att utföras vid utvärdering av olika motorbränslens miljöpotential Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... En utvärdering av olika motorbränslen föreslås av Egebäck/omfatta följande tre bedömningssteg. Det första steget utgör en bedömning utgående från för drivmedlet kända fakta som sammansättning, additiv, tillverkningsteknik, dis- tribution m.m. Med utgångspunkt härifrån görs en uppskattning av drivmedlets potential att tillhöra en högre miljöklass än den lägsta. I steg 1 ingår även en första "screening" med en omfattning som bestäms av ansvarig myndighet, . Det andra steget genomförs om drivmedlet visat sig kunna möta de kriterier som definierats i bedömningssteg 1. Det andra steget består av emissionsmätningar för karakterisering av drivmedlets egenskaper med analys av de föroreningskomponenter som definierats för varje drivmedel enligt tabellen ovan. Karakteriseringen utförs förslagsvis på 2–5 fordon av skilda fabrikat och upprepas vid minst tre konsekutiva prov på varje fordon. Utgående från resultaten genomförs en enklare riskvärdering. Det tredje bedömningssteget utgör en utvidgning av steg 1 och 2 och omfattar en vetenskaplig utvärdering av risker vid användning av bränslet med hänsyn tagen till miljö och hälsa. Programmet utarbetas enligt anvisningar från ansvarig myndighet, . Utöver de tre bedömningsstegen måste också bränslet undersökas med avseende på risker förknippade vid handhavandet, arbetsmiljö, distribution och katastrofutsläpp. Av det arbete som genomförts av Egebäck/framgår att en bedömning av ett bränsles egenskaper kräver undersökningar som går långt utöver de standardiserade metoder som tillämpas för certifiering m.m. Bl.a. är det viktigt att använda körcykler som i större omfattning efterliknar verkliga förhållanden. Detta avser bl.a. transient- körning, dvs. med varierande hastighet samt varmkörning av motor och i förekommande fall katalysator samt kallstarter. För karakteriseringen av emissionerna och därmed bräns- le/motorkonceptet har Egebäck/föreslagit en teknik med tre delsteg där resultatet från steg 1 ger svar på om det finns anledning att gå vidare till steg 2 osv. Man har också gjort en första ansats till att peka ut de föroreningar som man bör inrikta arbetet på för de olika nu aktuella drivmedlen. Jag anser att den föreslagna tekniken är en mycket bra början på arbetet med att fullt ut karakterisera och utvärdera de alternativa 240 Provmetoder och emissioner vid anv ändning av... drivmedlens miljö- och hälsoeffekter. Tillsammans med det arbete som utredningen gjort med avseende på en värderingsmatris för drivmedel samt arbeten från i bör tekniken kunna utvecklas till ett standardförfarande för bedömning av nya alternativa drivmedels miljö- och hälsopåverkan. Med andra ord ett verktyg för miljöklassning av alternativa och nya framtida drivmedel. Inom ramen för utredningens arbete har det tyvärr inte funnits tid och resurser för att gå vidare med detta arbete. Jag anser det dock som mycket viktigt att så sker. Detta arbete bör enligt min uppfattning bedrivas i samarbete mellan berörda högskolor/forskare och myndig- heter. Arbetet bör även ske i samråd med berörda branschföreträdare för såväl fordons- som bränsleindustrin. De befintliga miljöklassnings- systemen för dieselolja och bensin är främst inriktat på en intern uppdelning i, ur hälso- och miljösynpunkt, mer eller mindre bra kvaliteter för respektive drivmedel. Mina förslag till miljöklassning av alternativa drivmedel är i första hand en klassning där alternativen jämförs med drivmedlen dieselolja och bensin. Det ovan föreslagna verktyget för miljöklassning av nya alternativa drivmedel bör, när det på viss sikt är klart, användas för bedömning/miljöklassning av alla drivmedel, inklusive dieselolja och bensin, i ett nytt övergripande miljöklassningssystem för samtliga drivmedel. För att göra detta krävs det en kontinuerlig forskningsaktivitet och utredning gällande fordonsav- gaser/bränsle/analysteknik/utvärdering och risk. 15Alternativa drivmedels påverkan på fordon och distributionssystem Av de studerade alternativa drivmedlen är det i första hand alkoholerna, och då främst metanol, som besitter högre korrosivi- tet än dieselolja och bensin. RME är i viss mån korrosivt mot gummi och vissa plastmaterial. Problem med korrosion har i de hela fall kunnat lösas genom att utsatta delar ersatts med delar gjorda av resistenta material. Alternativa drivmedel, såsom de avgränsats i denna utredning, besitter i flera fall egenskaper som gör att de vid användning i befintliga fordon/motorer och vid distribution i befintliga system i vissa fall kan medföra ökad korrosion, slitage och annan påverkan. Exempelvis är metanol mycket korrosivt jämfört med dieselolja och bensin. De motorer där metanol används som drivmedel måste byggas om, så att metanolbeständiga material används genomgående. Även etanol är korrosivt, om än i mindre grad än metanol. Även vid etanoldrift krävs dock viss materialanpassning. Rapsmetylester () korroderar, "löser upp", plast och gummideta- ljer. Detta medför att slangar och packningar måste anpassas i motorer för RME–drift. Biogas (rågas från exempelvis rötning av avfall) innehåller i viss utsträckning bland annat den mycket korrosiva gasen vätesulfid (H 2S). H2S avskiljs liksom vatten (H 2O) redan vid produktionsanläggningen eftersom det finns en påtaglig risk för korrosion av distributionssyste- men. För att klarlägga och tydligt redovisa de alternativa drivmedlens påverkan på fordon/motorer och distributionssystem har Alternativ- bränsleutredningen uppdragit åt att genomföra en 242 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... litteraturstudie och utgående från de data som där framkommer göra en bedömning av de alternativa drivmedlens korrosiva egenskaper, 41. Vidare har framföra sina synpunkter vad gäller de alternativa drivmedlens påverkan på motorer/fordon, 42. Även , 4, och i , 32, har på olika sätt undersökt alternativa drivmedels påverkan på motorer m.m. Nedan redovisas de huvudsakliga slutsatserna i rapporterna. finns i sin helhet återgiven i separat bilagedel till detta betänkande. De av studerade alternativa drivmedlen är metanol, etanol, etyltertiärbutyleter (ETBE), metyltertiärbutyleter (MTBE), komprimerad naturgas (CNG), kondenserad naturgas (LNG), biogas, motorgas(LPG) samt rapsmetylester (). Bedömningar av korrosionseffekter i distributionskedjan och på fordonet kan, enligt institutet, göras med relativt stor säkerhet då resultat från skadefall finns att tillgå. För materialpåverkan till följd av avgasemissioner måste däremot en bedömning av den framtida situationen göras och olika luftföroreningar ställas mot varandra. Korrosiva luftföroreningar är huvudsakligen svavelföreningar, kväveför- eningar inklusive reaktionsprodukter, partiklar, aldehyder och organiska syror. Svaveldioxid (SO 2) är den viktigaste svavelföreningen men även H2S är av betydelse. SO 2 är korrosiv för många material såsom metaller och stenar. Detta påverkar livslängden för bland annat byggnader och kulturminnesmärken med stora ekonomiska förluster som följd. I kväveföreningarna ingår kvävedioxid (NO 2) samt reaktionsprodukterna ozon (O 3) samt salpetersyra (HNO 3). Dessa har en korrosionseffekt men den är mindre än för svavelföreningarna. Det går inte att ranka aldehydernas och de organiska syrornas korrosivitet i förhållande till svavel- och kväveföreningarnas då de är relativt outforskade. Troligtvis är dock effekten mindre än för svavelför- eningarna. Såväl metaller som polymerer är generellt känsliga för alkoholer, vare sig de är i ren form eller ingår i blandningar med andra drivmedel. Problemet kan dock undvikas genom val av lämpliga material. Vissa material såsom magnesium, zink och oskyddad aluminium får ej komma i kontakt med metanol eller metanolblandningar. Vid drift med etanol kan oftast billigare material användas. Korrosion i motorer kan orsakas av två typer av föroreningar, SOU 1996:184 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... 243 förbränningsprodukter och oönskade föroreningar. Speciellt föroreningar som klorid, svavel och vatten påverkar en alkohol–bensinblandnings korrosivitet. Klorid är känd för att bryta pissivering och orsaka gropfrätning. Vattnets effekt i kombination med föroreningar är komplicerad och kan, i alla fall på järn, både öka och minska korrosio- nen. För att kunna förutsäga en blandnings korrosivitet krävs att halten av dess föroreningar kan anges. För metaller ökar oftast drivmedlets korrosivitet med ökande alkoholhalt. Polymerer är däremot speciellt känsliga för en blandning som innehåller alkohol. För motorer är metanol mer korrosivt än etanol eftersom myrsyra bildas som förbränningsprodukt. Myrsyra kan angripa stål vid tempera- turer under avgasernas daggpunkt. Alkoholernas inverkan på korrosion i atmosfären är jämförbar med eller lägre än de konventionella drivmedlens. Detta gäller också de direkta emissionerna av aldehyder och organiska syror förutsatt att moderna katalysatorer används. Emissioner och spill av oförbränd alkohol är dock inte försumbar. Om det visar sig att atmosfärisk omvandling till aldehyd eller organisk syra är signifikant bör dessa ämnens atmosfäriska korrosionseffekter studeras mer då effekterna är relativt okända. Korrosionseffekterna för etrarna är jämförbara med bensin vad gäller påverkan på metaller och polymerer. Avgasernas korrosionseffekter är jämförbara med alkoholernas, vilka är likvärdiga med eller lägre än för de konventionella drivmedlen. Metan i komprimerad gasform (CNG) respektive nedkyld till vätska (LNG) samt propan komprimerad till vätska (LPG) har minimala korrosionseffekter på såväl distributionssystem som på fordon och omgivning. Detta förutsätter att eventuellt vatten ej kondenserar, vilket uppnås genom att gasernas tryckvattendaggpunkt ej underskrids samt att gaserna renas från eventuellt förkommande svavelväte (H 2S). 244 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... Biogas består till största delen av metan och koldioxid (CO 2) men kan som rågas innehålla stora mängder H 2S. Speciell hänsyn måste därför tas för de delar av distributionssystemet som ligger före rening av gasen. Korrosionseffekterna för RME är jämförbara med dieselolja. RME påverkar dock i större utsträckning gummi och plastmaterial. Fosfor i RME kan dock påverka katalysatorns livslängd. RME fungerar i vissa fall som lösningsmedel och angriper därför vissa polymerer som kan ingå i dagens enkomponentslacker och motordelar. Från atmosfärisk korrosionssynpunkt är RME jämförbar med dieselolja av miljöklass 1. framhåller inledningsvis att varje motor är anpassad till ett specifikt drivmedel så att bästa resultat ska uppnås för både miljö, funktion och hållbarhet för användaren. Med undantag för låginblandning av oxygenater i bensin anser man att alternativa drivmedel i allmänhet inte kan användas i den befintliga fordonsflottan. Det krävs motortekniska anpassningar till det specifika drivmedlet i fråga. behövs det helt nya motorkoncept. En anledning till detta är att flera alternativa drivmedel kräver en annan insprutnings- och förbränningsteknik än för de konventionella drivmedlen. En annan orsak är att en del alternativa drivmedel har en negativ påverkan på olika material i t.ex. drivmedelssystemet. Bilindustrin har garantiåtaganden av flera slag mot kunderna. Man har också legala emissionsgarantier gentemot svenska myndigheter i form av tillverkaransvar. Detta innebär att emissionerna av reglerade föroreningar får uppgå till ett högsta angivet gränsvärde. Hållbarhetskrav och tillverkaransvar som gäller (för tunga fordon, respektive för lätta fordon i olika miljöklasser) eller viss körsträcka (för tunga fordon, 80 för lätta fordon) innebär enligt två SOU 1996:184 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... 245 Dels finns en garanti mot användaren som innebär att tillverkaren skall stå för reparationer om bilen blir underkänd vid en kontrollbe- siktning , under förutsättning att ägaren följt gällande anvisningar för fordonets skötsel, inklusive val av drivmedel. Dels finns ett ansvar att bilarna skall klara avgaskraven för stipulerad hållbarhetstid. Om en motorfamilj/grupp av fordon blir underkänd vid en hållbarhetskontroll måste hela populationen åtgärdas av tillverkaren. Tillverkaren utvecklar, konstuerar och producerar motorer och fordon anpassade för ett specifikt bränsle med tanke på att avgaskraven ska uppfyllas. Det är av största vikt att fordonsanvändaren kör med endast av tillverkaren angivet drivmedel för att avgaslagstiftningens syfte inte skall undergrävas. För fordon som omfattas av hållbarhetskrav och garantiåtaganden gäller att ingrepp ej får göras i utrustning som påverkar avgasutsläppen, inklusive motorinställningar. Det berör dieselmotordrivna tunga fordon års modell, personbilar års modell samt lätta lastbilar och bussar års modell. Traktorer och arbetsmaskiner berörs inte. För att fordonstillverkarna skall kunna ta fullt ansvar för fordonen ute på marknaden krävs att de körs på den för fordonet specificerade drivmedelstypen. Vidare krävs att drivmedlet uppfyller aktuell standard. Detta gäller för alla typer av drivmedel samt blandningar av dem. Därför krävs enligt klara riktlinjer för varje typ av blandning eftersom fordon/motor utsätts för den färdiga blandningen och inte för de olika komponenterna var för sig. Varje drivmedelsblandning måste därför betraktas som ett specifikt drivmedel och provas som ett sådant. Etanol i tunga fordon – ren form Etanol i ren form används i i första hand i bussmotorer. Motorerna är anpassade till etanol redan från fabriken vad gäller material i drivmedelssystemet. Det som beaktats är bland annat kompatibilitet mellan drivmedel och metaller, packningar och polymerer. Hänsyn har tagits till korrosion och kavitation i tryckrör i driv- medelssystemet samt etanolens smörjegenskaper. 246 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... Etanol i tunga fordon – inblandning i dieselolja Inblandning av etanol i dieselolja (som emulsion) är under utprovning i ett KFB–projekt med tunga fordon. Enligt visar de preliminära resultaten en ökning av emissionerna av kolväten och koloxid. Emissionerna av kväveoxider är ungefär på samma nivå som från diselolja MK 1 medan emissionerna av rök minskar. anser att miljöegenskaper, funktion och hållbarhet inte slutligen kan bedömas innan samtliga tester slutförts Etanol och metanol i l ätta fordon Vid användning av alkohol- och bensinblandningar i bränsleflexibla fordon måste material i drivmedelssystemet väljas med hänsyn till tåligheten för alkoholer. Exempelvis måste fluorgummi väljas i stället för gummi, och aluminium måste ersättas med andra material, främst rostfritt stål. Erfarenheter från med metanol som drivmedel (M85 för långtidsanvändning i fem stycken , Californien-programmet) visar att cylinderfoder i gjutjärn samt kolvringar slits fyra gånger snabbare än normalt. Detta kan lösas genom val av material. för bränsleflexibel drift är utrustad med drivmedelstank och drivmedelsledningar i rostfritt stål och teflon. RME kan enligt användas som ren–bränsle i dieselmotorer för tunga och för lätta fordon under förutsättning att det anges som godkänt bränsle av tillverkaren/importören. Ett godkännande innebär att fordonet har anpassats till RME som drivmedel, vilket krävs eftersom RME ur flera synpunkter har andra egenskaper än dieselolja. Om RME används utan godkännande av tillverkare/importör, gäller ej avgas- och motorfunktionsgarantier. Bland annat pekar på följande punkter: *Negataiv påverkan på vissa gummi- och plastmaterial. *Sämre stabilitet än för dieselolja kan ge problem vid längre tids lagring. *Köldegenskaperna begränsar användningen vid sträng kyla. *Viskositet/densitet är högre för RME än för dieselolja /MK 1 och SOU 1996:184 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... 247 MK3), vilket måste beaktas med hänsyn till hållbarheten hos insprutningsutrustningen. * Den ökning av NO x–emission (10–för tunga motorer) som följer med RME–drift har bränsle- och förbränningstekniska orsaker. Nya fordon kan hos tillverkaren optimeras, så att NO x–halten hålls nere till priset av att bränsleförbrukning och partikelutsläpp ökar. Några fordonstillverkare godkänner sina fordon för drift med ren RME i . I vissa fall kan fordonen vara godkända för RME i exempelvis men ej i . Detta kan bero på de svenska garantiåtagandena enligt ovan. anser att emissionsstudier av RME/dieselolje- blandningar visar att de ökade NO x–emissionerna är proportionella mot drivmedlets RME–halt. Vid halter på högst RME kommer en eventuell negativ materialpåverkan att bli mindre än för användning med ren RME, men den kan inte uteslutas. Det är viktigt att metanhalten hålls på en stabil nivå för att motorer inte skall misstända och emissionerna av kolmonoxid (CO) och kväveoxider (NOx) påverkas negativt. Det är viktigt att halterna av koldioxid (CO 2), vatten, kväve, väte, syre och svavelväte (H2S) i gasen (främst biogas) begränsas. 15.3.1 Fältförsök med arbetsmaskiner () har låtit utföra fältförsök med lågin- blandning av RME i MK 1 dieselolja, 4. Bland annat testades påverkan på motorer (avlagringar) och påverkan på motorolja. Fältförsöken koncentrerades till arbetsmaskiner då man för dessa ansåg sig ha vissa problem med den då nya MK 1 dieseloljan avseende bland annat slitageskador. Fem arbetsmaskiner valdes ut varav två skogsmaskiner, en kompaktor, en lastmaskin och en traktor. 248 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... Fältförsöken pågick 1995. Testerna förbereddes i nära samarbete med maskintillverkarna tion Equipment och /Valmet. Försöken startades och avslutades med kontroll av cylindrar och kolvtoppar via fiberoptik. Kompaktorn, lastmaskinen och traktorn försågs med nya insprut- ningspumpar för kontroll av eventuella slitageskador på pumparna under försöket. Maskinernagenomgickenligtmaskinleverantörernasrekomendationer kontinuerliga serviceprogram med olje- och filterbyte . Motoroljan sparades och ett antal parametrar analyserades. Vid kontroll med fiberoptik visade det sig att alla maskiner var rena och skadefria före fältförsöken. Vid slutkontroll var maskinerna fortfarande rena och skadefria och utan anmärkning, enligt verkstädernas maskintekniker. Analys av motoroljan från samtliga maskiner visar normal påverkan från drivmedlet vid körningens slut. har låtit utföra smörjtester vid Collage i baserat på ISO:s föreslagna standard TC/SC7N595, 4. Resultaten redovisas i nedanstående tabell. SOU 1996:184 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions... 249 Tabell 15.1 Smörjtest RME i MK 1 dieselolja MK1 oadd + a% MK1 oadd + b% MK1 oadd + c% MK1 add MK1 oadd + x% MK1 add + x% MK1 add + y% Av resultaten framgår att RME förbättrar den smörjande effekten hos dieselolja av miljöklass 1. 15.3.3 RME i personbilar redovisar i ovan nämnda rapport att godkänner RME som drivmedel till samtliga personbilsmodeller i . Audi, , Opel och godkänner RME i sina personbilar års modeller i . Gäller inte genomgående för motsvarande fordon på den svenska marknaden. Även samtliga traktortillverkare som säljer sina produkter i lämnar enligt full garanti vid drift med RME. 250 Alternativa drivmedels p åverkan p å fordon och distributions...