Hvordan påvirker brug af biobrændstoffer emissionen fra vejtransportsektoren

Transkript

1 Institut for Miljøvidenskab AARHUS UNIVERSITET Hvordan påvirker brug af biobrændstoffer emissionen fra vejtransportsektoren Aalborg Trafikdage august, 212 Morten Winther 1 (mwi@dmu.dk), Flemming Møller 1, Marlene S. Plejdrup 1, Thomas C. Jensen 2 1 Institut for Miljøvidenskab, Aarhus Universitet 2 Danmarks Tekniske Universitet, DTU Transport

2 27. august 212 Disposition Introduktion Aktivitetsdata Trafikarbejde Energidata Emissionsfaktorer Baseline emissionsfaktorer Biofuel emissionsforskelle Resultater Konklusion

3 27. august 212 Introduktion Emissionsberegningerne er lavet i REBECa: Renewable Energy in the transport sector using Biofuels as Energy Carriers REBECa er et integreret forskningsprojekt (projektperiode ) bevilliget af Det Strategiske Forskningsråd (Energi og Miljø) Formålet med REBECa er at vurdere miljøpåvirkningen af emissioner, luftkvalitet og helbred, ændringer i ressourceforbrug og arealanvendelse. Derudover inddrages økonomiske og sociologiske aspekter af den fremtidige brug af biodiesel og bioetanol i dansk vejtransport

4 27. august 212 En baseline (65 og 1$) og to biofuel scenarier (BS1/BS2) i REBECa 5.75 % biofuel (energi) i 21 ~ EU direktiv BS1: 1 % i ~ EU mål BS2: 25 % i 23 Scenarieår: 21, 215, 22, 225 og 23 Energiforbrug og emissioner (CO 2, SO 2, NO x, PM, CO, VOC)

5 27. august 212 Trafikprognose beregnet af DTU ($65 og $1/tønde) baseret på Infrastrukturkommissionens arbejde (28) Kilde: Energistyrelsen

6 27. august 212 Aktivitetsdata Trafikarbejde ($65) 35 Gasoline passenger cars 35 Diesel passenger cars 1,4 Gasoline vans 3 3 1,2 Total mileage km x Total mileage km x Total mileage km x 1 9 1,8,6,4 5 5, PRE ECE ECE 15/-1 ECE 15/2 ECE 15/3 ECE 15/4 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Conv. Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Conv. Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 1 Diesel vans 16 Trucks,7 Buses Total mileage km x Total mileage km x Total mileage km x 1 9,6,5,4,3,2, Conv. Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Conv. Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI Conv. Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI Kilder: DTU Transport (samlet trafikarbejde); Danmarks Statistik (samlet bestand); Vejdirektoratet (underkategorier og 1. registreringsår)

7 27. august 212 Aktivitetsdata Energi input Volume based biodiesel % in biofuel scenarios LHV for biodiesel blends in biofuel scenarios 3 42, ,4 42,2 B% V BS1 BS2 LHV (MJ kg -1 ) 42 41,8 41,6 41,4 41,2 BS1 BS , , Biodiesel: fuld iblanding Energi Volumen basis omregnet vha. massefylde (ρ) og brændværdi (LHV) ρ (B/B1) =,84/,88 kg/l LHV (B/B1) = 42,7/37,6 MJ/kg

8 27. august 212 Aktivitetsdata Energi input 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% Volume and energy based ethanol blend ratios for E5 and E , ,6 78,4 Gasoline Ethanol LHV (MJ kg-1) Lower heating values for neat gasoline, E5 and E85 43,8 42,9 29,2 2% 1 1% 5 % 5 3,27 E5 %V E5 %E E85 %V E85 %E E E5 E85 Bioetanol: Al benzin er E5, etanoloverskud FFV biler (E85) Energi Volumen basis omregnet vha. massefylde (ρ) og brændværdi (LHV) ρ (E/E1) =,75/,79 kg/l LHV (E/E1) = 43,8/26,7 MJ/kg

9 27. august 212 Emissionsfaktorer Baseline NO x emission factor - gasoline cars NO x emission factor - Trucks g pr km 3 2,5 2 1,5 1,5 PRE ECE ECE 15/-1 ECE 15/2 ECE 15/3 ECE 15/4 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 g pr km Conv. Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro IV Layers: EU emissionslovgivning, brændstoftype, motorstørrelse/totalvægt By/land/motorvej (afledt af rejsehastighederne) Koldstart (personbiler og varebiler) Katalysatorslid (benzinpersonbiler og varebiler) Fordampning af kulbrinter (benzinkøretøjer)

10 27. august 212 Biofuel emissionsforskelle: E5/E85 vs E E5 vs. neat gasoline E85 vs. E k i (%) 1-1,5 6,7,3 Fuel (MJ) CO VOC NOx -4,8 k i (%) ,2 11,3 4,5 CO Fuel (MJ) HC -1,1 NOx TSP -2, E5 vs E: Martini et al. (27), Delgado (23), Hull et al. (25) I alt 9 biler (2 Euro 3/6 Euro 4/1 ældre), test cyklus EU NEDC E85 vs E5: de Serves et al. (25), Westerholm et al. (28), Martini et al. (29), Pelkmans et al. (21), AVL MTC (211) I alt 25 biler, E5 er referencebrændstof, test cyklus: EU NEDC; ARTEMIS Urban, Rural and Highway AVL MTC (211) repræsenterer synsdata for 17 biler i Sverige, der er tilføjet efter REBECa

11 27. august 212 Biofuel emissionsforskelle: Stigende biodiesel andel 4 Trucks and buses 1 Diesel cars and vans k i % k i % Biodiesel blend ratio (%B) NOx Euro -III NOx Euro IV-V TSP Euro -III TSP Euro IV-V Fuel -8 Biodiesel blend ratio (%B) CO NOx PM VOC Linear (VOC) Linear (NOx) Linear (CO) Linear (PM) Tunge køretøjer: EPA (22) for Euro -3; McCormick et al. (25) for Euro 4-5, understøttet af andre studier Lette køretøjer: Fontaras et al. (27 & 28; Euro 3 NEDC/ARTEMIS), Martini et al. (27; 2 Euro 3 NEDC), Durbin et al. (27; FTP/US6).

12 27. august 212 Baseline scenario - Energy consumption : Energiforbrug (og CO 2 ) stiger med 43 %. Største stigning for tunge køretøjer (51 %) og varebiler (48 %), pga. trafikkens vækst. PJ w heelers Cars Trucks and buses Vans Baseline scenario - NO x emissions : NO x emissionerne falder med 81 %. Mindre fald for personbiler (72 %) pga. stigende andel dieselbiler i prognose. Tons w heelers Cars Trucks and buses Vans

13 27. august 212 Baseline scenario - VOC emissions 24-23: VOC emissionerne falder med 78 % (CO: 82 %). 2-hjulere bliver den største kilde mellem , pga. mindre skrap EU lovgivning. Tons w heelers Cars Trucks and buses Vans Baseline scenario - TSP emissions 24-23: PM emissionerne falder med 89 %. Mindre fald for personbiler (83 %). Faktisk stiger emissionen i starten af perioden, pga. det store nysalg af dieselpersonbiler. Tons w heelers Cars Trucks and buses Vans

14 27. august 212 GIS fordelte resultater på 1 km x 1 km detaljeret rumlig fordeling GIS resultaterne er input til spredningsberegninger i REBECa

15 27. august 212 % forskelle mellem reference scenario og BS1 og BS2 Trafikfremskrivning: 65 $ År Energi NO x VOC CO CO 2 TSP TSP PM 1 PM 2.5 Exh. Exh. + Non exh. BS BS CO 2 emissioner falder i takt med indfasningen af biobrændstof (konventionsmetode) NO x og VOC: Emissionsforskelle er højst 3 % CO og PM: De største emissionsforskelle, hhv. 5 % og -12 %, ses i 23 for BS2 (25 %) Total PM (udst.+ slid): Emissionsforskellene bliver betragteligt lavere

16 27. august 212 Tunge køretøjer (65$) NO x : baseline og BS2 vs baseline 4 Total NO x emissions - baseline scenario 45 NO x emission changes - BS2 vs. baseline Tons 2 15 Tons Conventional Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI Conventional Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI Vær opmærksom på figurernes enheder! Størst absolut NO x forskel i 217. Herefter fald i absolutte forskelle især pga. baseline emissionernes fald Fra 212 og frem udgør Euro V den største del af emissionsforskellene. Derefter bliver Euro V s emissionsbetydning mindre pga. disse køretøjers fald i trafikarbejde

17 27. august 212 Diesel - Energy consumption Gasoline - Energy consumption PJ Baseline BS1 BS2 PJ Baseline BS1 BS2 Diesel - CO 2 emissions Gasoline - CO 2 emissions ktons 8 6 Baseline BS1 BS2 ktons 4 3 Baseline BS1 BS CO 2 emissioner falder i takt med indfasningen af biobrændstof (konventionsmetode) For at vurdere den fulde CO 2 effekt er det dog nødvendigt at lave en W-t-W analyse W-t-W i REBECa: Slentø et al. (21) inkluderer ændring i arealanvendelse, mindre biomasse til energiproduktion, og den faktiske fremstilling af biobrændstof

18 27. august 212 Konklusion For baseline (65$) beregnes store emissionsforskelle mellem 24 og 23 for NO x (81 %), PM (89 %), CO (82 %) og VOC (78 %) pga. skrappere emissionskrav i EU Energiforbrug og CO 2 emissioner stiger med 43 % pga. trafikkens vækst

19 27. august 212 Konklusion Emissionseffekten af at introducere biobrændstof er lille: NO x og VOC: Emissionsforskellene er højst 3 % CO og PM (udst.): Største forskelle, hhv. 5 % og -12 %, beregnes i 23 (BS2: 25 % biofuel) Total PM (udst. + slid): Emissionsforskellene bliver markant lavere

20 27. august 212 Konklusion CO 2 emissionerne falder lineært med stigende biobrændstofandel (konventionsmetode) W-t-W analysen i REBECa omfatter ændring i arealanv., mindre biomasse til energiproduktion, og den faktiske fremstilling af biobrændstof; og giver noget lavere samlede CO 2 besparelser

21 27. august 212 Referencer Winther, M., Møller, F., Jensen, T.C. 212: Emission consequences of introducing bio ethanol as a fuel for gasoline cars, Atmospheric Environment 55 (212) Winther, M., 21, Unit transformation functions from energy to volume and general expressions of fuel consumption and emission factor functions for biofuel blends used in the REBECA project, internal research note 7 pp. Winther, M. 29: Emission Differences between Petroleum based Diesel and different Biodiesel Blend Ratios for Road Transport Vehicles. Transport and Air Pollution Symposium - 3rd Environment and Transport Symposium, nr. 17, Toulouse, France, 2. june june 29. Slentø, E., Møller, F., Winther, M. Mikkelsen, M.H., 21: Samfundsøkonomisk well-towheelanalyse af biobrændstoffer. Scenarieberegninger for rapsdiesel (RME) og 1.- og 2.- generations bioethanol. Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet. 13 s. Faglig rapport fra DMU nr (in Danish).

22 27. august 212 Tak for Jeres opmærksomhed!