sou · GOB335 · 2001-01-01 00:00:00 — Kedjan – eller cykeln – FoU-förslag-förhandlingar-beslut- implementering-uppfyllelse-efterlevnad måste initieras – och un- derhållas – med en framsynt undersökningsverksamhet. En viktig utgångspunkt för framtida behov av emissionsforsk- ning är ifall även har för avsikt att spela en proaktiv roll i EU när det gäller emissionskrav på fordon/motorer och motsvarande krav på drivmedel. För att skall kunna driva en sådan linje krävs kvalificerade tekniska utredningar (inkl. experimentella resultat) som underlag. Underlagen kan i och för sig genereras vid något fristående laboratorium i utlandet, men det är avgjort en fördel att ha denna resurs inom landet. Inte minst därför att specifika svenska prioriteringar ligger som grund, vilket oftast förutsätter en viss närhet – resursmässigt och tidsmässigt – till välutrustade laboratorier. Nationellt kan behov finnas av underlag för miljöklassning och för regler om miljözoner m.m. Hållbarhetskontroller och uppföljning av emissioner efter det att tillverkaransvaret upphört att gälla kräver ytterligare kartlägg- ning och utvecklingsarbete. Dels behövs detta underlag för utveck- ling av kravnivåerna, dels för att generera emissionsfaktorer som sedan kan användas som indata till olika beräkningsmodeller. Speciellt viktigt är detta för kategorier av fordon och motorer som är bristfälligt kartlagda. Underlag behövs för framtida utveckling av körcykler och för nya krav vid andra driftsförhållanden än de som är reglerade. Ett exempel är införandet av emissionskrav vid låga temperaturer. Krav vid andra speciella driftsförhållanden kan också vara nödvändiga. Variationerna mellan de olika länderna i kan Emissionskaraktärisering och avgaskrav 57 vara stora för vissa driftsförhållanden vilket ökar betydelsen av att kunna generera egna data. Inverkan av nya drivmedelsspecifikationer och alternativa driv- medel är av intresse att undersöka även . Kopplingen till den teknik som används i motor- och reningsutrustning är också viktig. Nya drivmedel kan ha vissa fördelar från emissions- synpunkt, men också betydande nackdelar i många fall. Viktigt är att även emissionskomponenter som inte är reglerade karak- täriseras så att inte nya lösningar medför nya problem. Fortlöpande utvärdering av ny teknik för drivsystem och fordon behövs för att kartlägga fördelar och nackdelar samt vilka konsekvenser ny teknik kan ha för utvecklingen av emissions- kraven. kommer emissionskomponenter som inte är reglerade att röna ett ökat intresse. Många emissionskom- ponenter är ännu bristfälligt undersökta och mer forskning är därför nödvändig, t.ex. kemisk och biologisk karakterisering. En del av de oreglerade emissionskomponenterna, som t.ex. polycyk- liska aromatiska föreningar (PAC) och partiklar, medför hälsorisker. Möjligheter till generering av provtagningsmaterial i motorlaboratorier är en nödvändighet för att denna forskningen skall kunna bedrivas. Parallellt krävs också FoU för att utveckla nya mätmetoder och provtagningsförfaranden. Ett exempel på ett sådant område är provtagning och karakterisering av partikelemis- sioner. Övriga miljöproblem förknippade med fordon som t.ex. buller (från däck och motorer), materialåtgång/hushållning av fordon respektive slitdelar som exempelvis däck bör också beaktas. 4Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle Detta ämnesområde kan indelas i teknikutveckling av motorer och fordon samt utveckling av drivmedel. Det är främst motorutveck- lingen som är av intresse i detta sammanhang. Därför koncentreras framställningen till detta område. När det gäller fordonsutveck- lingen är de förbättringar av fordonet som även kan minska avgas- emissioner och bränsleförbrukning av störst intresse. Sådana förbättringar kan omfatta parametrar som t.ex. luftmotstånd, rull- ningsmotstånd (för däck) och bilens vikt, men även andra områden som t.ex. IT-stöd (navigering, hjälp till förändrat körsätt m.m.) kan ha en viss inverkan på emissionerna. 4.1Forskning och utveckling i industrin Industrins forskning och utveckling är i mångt och mycket anpas- sad till att uppfylla de lagkrav som gäller inom respektive område. I de fall där kundkraven på låga emissioner är speciellt starka förekommer ibland speciella lösningar med lägre emissionsnivåer än gränserna i de för tillfället gällande avgasbestämmelserna. Tro- ligen kommer denna trend att öka när nya emissions- krav antagits med större framförhållning än tidigare och när de enskilda länderna ekonomiskt gynnar fordon som uppfyller dessa bestämmelser . Av tillverkningstekniska skäl och av plane- ringsskäl startar ibland tillverkningen av motorer/fordon som upp- fyller framtida krav innan kraven trätt i kraft, men i huvudsak styrs emissionsnivåerna för den stora populationen av nya moto- 60 Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle rer/fordon av avgaskraven. Beskrivningen av utvecklingstendenser och de forskningsbehov som hänger samman med dessa följer således i stort sett de emissionskrav som redovisades i kapitel 3 och i bilaga 2. Teknikutvecklingen för bensindrivna lätta fordon har inriktats på att utveckla och förfina den s.k. trevägs- katalysatortekniken (TWC). Denna teknik infördes gradvis i och utrustades bensindrivna bilar med katalysator till följd av de obligatoriska bilavgaskraven. har emissionerna successivt sänkts genom att kraven skärpts och tekniken utvecklats. Två av de viktigaste kriterierna för utvecklingen av bensindrivna bilar är kallstartsemissionerna och kraven på avgasreningens hållbarhet. Inom båda områdena har stora framsteg gjorts, men fortfarande finns här en stor utveck- lingspotential. Detta gäller i synnerhet för kallstarten om hänsyn också tas till att emissionerna påverkas kraftigt av temperaturen vid start. Normala emissionstester genomförs i ett temperatur- intervall av +20 till , medan svensk årsmedeltemperatur är ca . Genom publicerade forskningsresultat, resultat från tester på fordon och framtida krav i och vet man tämligen väl att emissionsnivån bör gå att sänka väsentligt (om behov av detta finns) även i jämförelse med EU:s gränsvärden för /2006. Frågan är huruvida detta kan göras till rimliga mer- kostnader och om hållbarheten för dessa lösningar kan bli tillfredsställande. har en allt större fokusering på bränsleförbrukningen kunnat noteras i EU. Det frivilliga åtagandet av den europeiska bilindustrin om att minska koldioxid (CO2) – och därmed också bränsleförbrukningen – är ett bevis på detta (jfr avsnitt 3.2.2). För att nå detta mål krävs ytterligare teknikutveckling för de bensindrivna bilarna. En teknik som redan finns i begränsad produktion hos vissa SOU 2000:35 Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle 61 tillverkare är direktinsprutning (DI) av bensin. Nackdelen med denna teknik är att det är svårt att nå en lika låg emissionsnivå som med katalysatortekniken (TWC-tekniken). Förutom direktinsprutning finns det även annan teknik som kan tillämpas på ottomotorer och som har en nästan lika stor potential till reduktion av bränsleförbrukningen. Denna teknik bygger på att strypningen med gasspjäll ersätts med ett system med fullvariabla ventiler (variation av både lyft och tid). Kostnaderna för ett sådant system är tyvärr mycket höga och flera tekniska problem kvarstår att lösa. Det kommer således sannolikt att dröja 3 till innan potentialen för ett sådant system kan utnyttjas kommersiellt. En annan teknik som dessutom går att kombinera med fullvariabel ventilstyrning är variabel kompression. Även här är problemet att det är svårt att utveckla ett enkelt och billigt system. För alla typer av ottomotorer kommer en övervakning av de avgasrenande funktionerna i bilens styrenhet, s.k. OBD (On-Board Diagnostic system) att vara av stor betydelse för reningsut- rustningens funktionsduglighet, tillförlitlighet och hållbarhet. Med OBD kommer fel att enklare kunna identifieras och åtgärdas på ett bättre sätt. En komplettering (och vidareutveckling) av denna teknik kallas OBM (On-Board Measurement system). Det förtjänar också att nämnas att det fortfarande finns en stor utvecklingspotential inom detta område. För dieseldrivna lätta fordon håller just nu direktinsprutning (DI) på att introduceras i stor skala. Denna teknik kan minska bränsleförbrukningen med i jämförelse med indirekt insprutning (). Skillnaden jämfört med en bensindriven bil är ännu större. Det är således troligt att andelen dieselbilar i kommer att öka för att biltillverkarna skall klara sitt åtagande om en minskning av koldioxid . De största problemen med dieseldrivna bilar är emis- sionerna av NOx och partiklar. NOx-emissionerna från motorn (före katalysatorn) är i och för sig lägre från en dieselmotor än från en bensinmotor. Problemet är emellertid att det inte finns någon fungerande teknik för att reducera NOx i de syrerika dieselavgaserna. Sådan teknik håller i 62 Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle och för sig på att utvecklas, men det kommer sannolikt att dröja innan den tekniken kan kommersialiseras i större skala. Reduk- tionsgraden för de katalysatorer som befinner sig på utvecklings- stadiet är för övrigt fortfarande mycket lägre än för TWC-systemet till bensinbilar. Partikelemissionerna kan minskas bl.a. genom en ökning av insprutningstrycket. Det torde dock vara svårt att minska dessa emissioner till samma nivå som för bensindrivna bilar. Partikel- filter är en teknik som håller på att kommersialiseras av minst en europeisk biltillverkare. Flera andra liknande lösningar är också under utveckling. Innan denna teknik kan få ett stort genomslag krävs dock ytterligare utvecklingsinsatser. Ett problem för både NOx-reducerande katalysatorer och partikelfilter är att svavelhalten i dieseloljan måste reduceras kraf- tigt för att tekniken skall fungera tillfredsställande. Även om svensk dieselolja av miljöklass 1 har en mycket låg svavelhalt krävs sannolikt en introduktion av ett liknande bränsle på ett flertal större marknader för att fordonstillverkare och underleverantörer skall vara motiverade att satsa på den nämnda tekniken. På finns även en helt ny typ av förbränning för dieselmotorer som har en stor potential att minska både NOx- och partikelemissioner. Systemet torde först komma till användning för tyngre fordon och beskrivs därför i avsnittet nedan. Liksom för bensindrivna bilar finns även en potential att minska emissionerna genom användning av OBD på de dieseldriv- na bilarna. Potentialen torde dock vara mindre eftersom håll- barheten och åldringen generellt är ett mindre problem hos diesel- drivna bilar i jämförelse med de bensindrivna bilarna. Merparten av de tunga fordonen är dieseldrivna. Huvudproblemet för tunga, liksom för lätta dieseldrivna fordon, är NOx och parti- kelemissionerna. Kundernas krav på en låg bränsleförbrukning har av hävd (eftersom låg förbrukning ger konkurrensfördelar) också Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle 63 alltid varit mycket högre för tunga fordon än för lätta fordon. Någon väsentlig ökning av bränsleförbrukningen vid en eventuell sänkning av emissionerna kan inte accepteras av kunderna. Därtill kommer mycket höga krav på tillförlitlighet och livslängd. Utvecklingen för motorer till tunga fordon har karaktäriserats av en förfining av förbrännings- systemet. Med förbränningssystem avses i huvudsak bränsle-luft- preparering (insprutning och luftrörelser i förbränningsrummet) och dess inverkan på förbränningen. Genom förändringar av dessa parametrar har man för årsmodell /2001 i princip sänkt NOx- emissionerna med en faktor 3 och partikelemissionerna med en faktor 3–6 (beroende på utgångsnivån). Ytterligare förbättringar enbart genom förfining av denna teknik torde emellertid vara svåra att åstadkomma. Det kräver andra lösningar. En sådan lösning är avgasåterföring (EGR), vilken har potential att minska NOx- emissionerna med en faktor 2 eller mer. EGR är tidigare känt från lätta fordon (bensin och diesel) men har inte använts på motorer till tunga fordon. En annan möjlighet är att, liksom för dieseldrivna personbilar, använda en NOx-reducerande katalysator. Även i detta fall krävs ett bränsle med en lägre svavelhalt än dagens europeiska bränsle. Partikelemissionerna har kunnat minskats genom en förfining av förbränningssystemet (ökat insprutningstryck m.m.). Det går också att nå ytterligare förbättringar inom detta område genom fortsatt utveckling. Införandet av EGR resulterar dock i ökade partikelemissioner, vilket måste motverkas genom de nämn- da åtgärderna. Införandet av partikelfilter är en åtgärd som på också kan komma att bli nödvändig. Ytterligare en teknologi med mycket stor potential till låga emissioner är ett radikalt nytt förbränningssystem som använder en förångning och förblandning av bränsle och luft till skillnad från den traditionella dieselmotorn där insprutningen sker i slutfasen av kompressionstakten och bränslet därigenom inte hinner blandas med luft ned till molekylär nivå. Den nya tekniken minskar de lokala temperaturerna och kan därför ge en drastiskt sänkning av bildningen av NOx (1–3 tiopotenser). Även partikelemissionerna kan minskas väsentligt. 64 Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle många tekniska problem innan denna teknik kan kommersialiseras. Sannolikt kommer genombrottet att dröja till slutet av den tioårsperiod som utredningen skall beakta. 4.2Forskning och utveckling med statligt stöd Den teknikutveckling som beskrivits ovan bedrivs till övervägande del hos fordons- och drivmedelsindustrin. Kostnaderna för utvecklingen är mycket höga. Emellertid utförs också en del forsk- ning med statligt stöd inom detta område och en kort översikt av dessa aktiviteter görs i detta avsnitt. Industriengagemanget i verk- samheterna vid universitet och högskolor motiveras av att de i hu- vudsak genererar tre olika produkter av primärt intresse för in- dustrin. Industrins kompetensförsörjning är ett primärt behov. Utveckling av verktyg (t.ex. mätmetoder och beräkningspro- gram) som kan användas i industrins egen produktutveckling är ett annat viktigt område och i många fall är också projektens resultat av stort intresse. Fordonsforskningsprogrammet startade som ett resultat av ett förslag till regeringen från fordonsindustrin och deras under- leverantörer. Programmet har således nu pågått under och kommer att fortsätta till utgången av . Möjligheter till ytterligare förlängning av programmet kan också finnas. Fordons- forskningsprogrammet administreras av och styrs av ett programråd, Programrådet för Fordonsforskning (PFF). I PFF finns representanter för både staten och industrin (fordons- tillverkare och underleverantörer). Programmet tillförs från staten. In- dustrins insatser är minst lika höga. Industrins insatser består som regel av eget arbete. Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle 65 Programmets inriktning är primärt att stärka industrins konkur- renskraft inom områden som: Fokuseringen på industrins behov är mycket tydlig när det gäller Fordonsforskningsprogrammets inriktning. Målet är t.ex. att av projektresultaten skall ha kommit till användning i företagens produkt- och produktionsutveckling. Den verksamhet som bedrivs inom ramen för Fordonsforsk- ningsprogrammet har enligt den utvärdering som utförts fullgjorts på ett tillfredsställande sätt. Såväl industriella deltagare som medverkande forskare är också mycket positiva till programmet. Ett område där Fordonsforskningsprogrammet kan bidra med kunskap är emissionsfaktorer för framtida fordon. Behovet av sådana data har avgörande betydelse för prognoser och scenarier för den framtida emissions- och miljöutvecklingen. Ett exempel på ett område där sådana data är värdefulla är för de pågående aktivi- teterna inom Auto/Oil-samarbetet. 4.2.2Samverkansprogrammet Miljöanpassade Fordon (SMF) Samverkansprogrammet startar och skall genomföras med ett statligt stöd på sammanlagt . Av dessa finansieras från utgiftsom- råde 21 Energi och vardera från utgiftsområde 22 Kommunikationer och 24 Näringsliv. Industrins insatser skall vara av minst samma storleksordning. Några områden som SMF kommer att verka inom tangerar eller överlappar delvis emissionsforskningsområdet. Det öppnar möjlig- heter för en organiserad samverkan mellan de båda programmen. Ett sådant område röra utveckling av mätteknik för oreglerade emissioner. har exempelvis stort intresse ägnats 66 Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle partikelemissionerna och det verkar tydligt att den totala massan av partiklar inte är något tillfredsställande mått på hälsofarligheten. Eftersom effekterna på hälsa och miljö från avgaserna utgår från koncentration, spridning m.m. i omgivningsluften, är en samverkan mellan forskare inom dessa områden också nödvändig. En utveckling av mätmetoder i kombination med undersökning av hälsoeffekter kan således vara av intresse för många parter. 4.2.31997 års energipolitiska program energipolitik utgår års energipolitiska beslut. bildades med uppgift att samordna energiomställningsarbetet och att verkställa huvuddelen av omställningsåtgärderna. Basen i det energipolitiska programmet utgörs av en kraftfull och långsiktig satsning på forskning, utveckling och demonstration av ny energiteknik. Målet är dels att sänka kostnaderna så att el- och värmeproduktionen från förnybara energikällor kan öka kraftigt, dels att bidra till att teknik för energieffektivisering blir lönsam. driver flera forsknings- och utvecklings- program av relevans för området motorer och bränslen, främst avseende motorer och drivsystem, samt produktion av alternativa drivmedel. insatser kring bränslen och drivsystem utgör en del av det energipolitiska programmet och är därför inriktade mot möjligheten att minska energiförbrukningen i transportsystemet. Beslut om fördelning av medel fattas av den av regeringen tillsatta . Endast en marginell del av de totala satsningarna har således en direktkoppling till emissionsfrågor. Ett nytt program, Energisystem i vägfordon, initierades med syfte att både samordna verksamheter från tidigare program inom området och att åstadkomma en förstärk- ning av prioriterade delområden. Programmet kommer i en första etapp att pågå , med möjlighet till förlängning , och skall innefatta följande delområden: Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle 67 ·Systemfrågor rörande de tre ovanstående Programmets huvudsakliga mål är att frambringa och upprätthålla en god inhemsk kompetens inom området Energisystem i vägfor- don. Visionen är dels att reducera den genomsnittliga bränsle- förbrukningen i nya personbilar och för nya tyngre fordon , dels att reducera produktionskostnaden för fordon avsedda för biobaserade drivmedel till näst intill samma kostnad som fordon för bensin och dieselolja. Villkor i båda fallen är att emissionskraven skall uppfyllas. insatser på drivmedelsområdet har kon- centrerats på produktion av alternativa drivmedel, främst etanol från skogsråvara, där stödet till bl.a. forskning kring etanolpro- duktion uppgår till under . kommer även att undersöka behovet av att inrätta nya forskningsprogram inom området biobaserade drivmedel. kan även bevilja stöd till industriell forsk- ning, utveckling, pilot- och demonstrationsprojekt samt åtgärder inför en marknadsintroduktion. Dessa former av stöd regleras i förordningen (1998:653) om statligt stöd till energiteknik, förord- ningen (1998:654) om energiteknikbidrag, resp. förordningen (1999:344) om statligt bidrag till teknikupphandling av energi- effektiv teknik och ny energiteknik. Projekten skall genomföras i samverkan med företag. Stödet avser därför endast en delfinansie- ring av projektkostnaderna, vanligen och högst . svarar även för det svenska deltagandet i det internationella samarbete inom IEA (), exempelvis inom s.k. Implementing Agreements för Advanced Fuel Cells, Fuels, Energy Conservation and Emissions Reduction in Combustion, och Hybrid and Electric Vehicles. 68 Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle är en av de största statliga forskningsfinan- siärerna inom området motor och bränslen. Totalt uppgår den sam- lade finansieringen från för dessa ändamål till ca . Av dessa medel är dock huvuddelen redan uppbunden till olika pågående projekt som kommer att pågå och i enstaka fall ännu längre. Programmet Energi- system i vägfordon kommer exempelvis att ha en budget på (), men är redan intecknade. Därför kan den årliga finansieringen till nya projekt, och/eller ytterligare etapper av redan pågående projekt, omfatta som mest , dock med en förskjutning mot slutet av treårsperioden. Av de medel som förfogar över för utveckling och demonstration har totalt 300 mil- joner kronor reserverats för SMF. Sammantaget har en stor del av de medel som har till sitt förfogande redan reserverats (ca under 5 till ) är möjligheterna till ändring av prioriteringen är därmed begränsade. Som nämnts finansieras delar av de statliga insatserna inom SMF via utgiftsområde 21 Energi. Detta innebär att de medel som förfogar över för utveckling och demon- stration minskats med totalt . 4.2.4Kompetenscentra och övrig verksamhet vid universitet och högskolor initierade ett antal kompetenscentra inom strategiskt viktiga områden. Verksamheten kom i gång på allvar först . är en ny form för forsk- ningssamarbete mellan högskola och företag. Avtal som reglerar arbetsformer, finansiering m.m. finns mellan dessa två parter och finansiären. Det unika med som organisations- form i jämförelse med tidigare verksamheter vid högskolor är en nära samverkan med näringslivet. På så sätt kan kompetenscentra också bidra med en utbildning som svarar mot näringslivets behov. Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle 69 Ett viktigt kriterium har varit att utveckla högskolornas förmåga att organisera och driva målinriktade forskningsprogram i samarbete med flera olika parter, såväl företag som institutioner inom högskolan. Varje leds av en styrelse, som utses gemen- samt av parterna, dvs. högskolan, företagen och alterna- tivt . I de flesta av centrumen kommer flertalet styrelseledamöter och styrelsens ordförande från näringslivet. När det gäller området fordons- och teknikutveckling är framför allt kompetenscentra i förbränningsmotorteknik (CERC) vid () och förbränningsprocesser vid LTH av intresse. Även för livscykelanaly- ser och kompetenscentret för katalys vid CTH kan i båda fallen vara av intresse för motor- och drivmedelsområdet. Aktiviteterna inom för livscykelanalyser finansieras av , medan övriga ovannämnda kompetenscentra numera finansieras av . Bland övriga forskargrupper som bedriver forskning och utveck- ling av intresse för motor- och drivmedelsområdet kan nämnas avdelningen för Miljöteknik vid i , som bl.a. sysslar med forskning på reglerade och icke reglerade emissioner samt buller, avdelningarna för förbränningsmotor- teknik vid (), CTH och LTH, samt avdelningen för reglerteknik vid i . 70 Miljöstyrd utveckling av fordon och bränsle 4.3Fordonsutveckling i övrigt av betydelse för utsläpp och drivmedelsförbrukning 4.3.1Nya mätmetoder och emissionskomponenter Som nämndes i det förra kapitlet kommer sannolikt fokuseringen på oreglerade emissionskomponenter att bli större . Detta kommer givetvis att påverka utvecklingen av motor- och reningsteknik. Ett område just som har hög aktualitet är partikelemissioner (antal, storlek m.m.), men sannolikt kommer även andra oreglerade emissionskomponenter att röna ett ökat intresse . 4.3.2Tidpunkt när utsläppen minskat ned till kritiska belastningsgränser respektive lågrisknivåer Det är av stort intresse att kunna bedöma när emissionerna från fordonen minskat till en sådan nivå att samhällets miljömål för hälsa och ekosystem uppfylls. Det är värt att notera att det här är fråga om omgivningsbelastning, medan fordonsbestämmelserna omfattar emissionsnivåer. Därför kommer även andra effekter än fordonens emissionsfaktorer att vara av betydelse, särskilt när det gäller lokala och regionala effekter av emissionerna.