Sammenligning af motorbrændstoffers miljøpåvirkninger. Teknisk note nr. 4/1995 Juli 1995

Transkript

1 Sammenligning af motorbrændstoffers miljøpåvirkninger Teknisk note nr. 4/1995 Juli 1995

2 Sammenligning af motorbrændstoffers miljøpåvirkninger Teknisk note nr. 4/1995 Per Pedersen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 1995

3 Titel Rapport kategori Forfatter Dato for udgivelse Copyright Sammenligning af motorbrændstoffers miljøpåvirkilinger Teknisk note Per Pedersen Juli 1995 Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer Sagsnavn ISSN Gas i transportsektoren Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) forbeholder sig ret til ændringer i den Tekniske Note. Det er brugerens ansvar at anvende oplysningerne Twrrekt og til det tilsigtede formål. I tilfælde af fejl i den Tekniske Note gælder Almindelige bestemmelset for teknisk rådgivning &: bistand (ABR 89) ". Juni 1992

4 DG C-rapport 1 INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE 1 Resume og konklusion Indledning Brændstoffer og motorteknologier Nærmiljø Globalt miljø BILAG 1. Brændselsdata 2. Kompressorer til eng-fremstilling 3. Relative C0 2 -faktorer 4. Litteraturreferencer g:\proj\wp\ \dme\rappott

5 DG C-rapport 2 1 Resume og konklusion Transportsektoren bidrager væsentligt til forureningen af nærmiljøet i byerne. Tiltag som lovkrav om katalysatorer på nye benzindrevne biler, overgang til blyfri benzin og svovlfattig let dieselolie (miljødiesel) har ganske vist betydet en markant nedgang i udledningen af bly, svovldioxid og kulilte. Tilbage står imidlertid, at mere end en trediedel af den samlede udledning af kvælstofilter (NOJ i Danmark stammer fra transportsektoren. Hertil kommer, at transportsektoren bidrager med hovedparten af den samlede udledning af uforbrændte kulbrinter, kulilte og partikler i form af sod. Transportsektoren er ydermere årsag til en betydelig del ( ca. 20 pct.) af det danske udslip af drivhusgassen kuldioxid (COJ. De miljøforbedrende tiltag kan opdeles i rensningsforanstaltninger og forebyggende teknikker. Om den første katagori kan anføres, at den nok er effektiv over for målgruppen af forureningskomponenter, men kan have bivirkninger i form af anden forurening og forøget energiforbrug. De forebyggende teknikker omfatter anvendelse af brændstoffer, der brænder renere, kombineret med særlige motorkonstruktioner. Nærværende kortfattede notat sammenligner forskellige motorbrændstoffers miljøpåvirkning i nærmiljøet og globalt. CNG, LPG og DME Det konkluderes, at nærmiljøet kan forbedres væsentligt gennem skift fra diesel til renere brændsler såsom komprimeret naturgas (CNG - Compressed Natura! Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas) og DME (Dimethyl Ether). Der er betydelig usikkerhed om de renere brændslers påvirkning af det globale miljø, her tænkes bl.a. på drivhuseffekten. Dette skyldes vanskeligheder med præcist at beregne den samlede påvirkning fra hele brændselskæden fra udvinding til slutanvendelse.

6 DGC-rapport 3 Usikkerhederne taget i betragtning tyder beregningerne på, at CNG og LPG er ligeværdige med dieselolie. DME er lidt ringere end dieselolie ifølge beregningerne. Dette skyldes fremstillingsprocessen, som kan gøres mere effektiv, når der etableres produktion i stor skala. Sammenlignes der med benzin, er både DME, LPG og CNG alle markant bedre.

7 DGC-rapport 4 2 Indledning Formål Formålet med dette notat er kortfattet og lettilgængeligt at sammenligne forskellige motorbrændstoffers belastning af nærmiljøet og det globale miljø (drivhuseffekten). Notatet tager især sigte på den tungere dieseltrafik, fx busser. Baggrund Notatet er blevet til på opfordring fra gasselskaberne og energi-/miljømyndighederne. Fremkomsten af DME og den internationalt voksende interesse for naturgas til transportformål har aktualiseret behovet for at sammenligne disse brændsler miljømæssigt. Dette understreges yderligere af udviklingen vedr. "grønne" afgifter. Transportsektoren og andre sektorer, hvor der anvendes fossile brændsler (kul, olie og gas), påvirker miljøet både lokalt og globalt. Det er vigtigt at skelne klart mellem de lokale og de globale påvirkninger. Miljøtiltag, der sættes i værk for at forbedre lokale forhold, vil i en række tilfælde kun have marginal global indflydelse, eller kan måske have en negativ påvirkning på det globale miljø. På transportområdet har ønsket oprindeligt været at formindske lokalforureningen. De brændselsmæssige og motorteknologiske initiativer er derfor primært rettet mod opfyldelsen af dette formål. Den øgede bevidsthed omkring globale miljøforhold (drivhuseffekten) har imidlertid gjort det helt nødvendigt også at se på de lokale miljøtiltags indflydelse på drivhuseffekten. I det følgende gives en kort præsentation af de traditionelle brændstoffer og motorteknologier i transportsektoren samt af DME og CNG. Herefter gennemgås de lokale og globale miljøpåvirkninger.

8 DG C-rapport 5 3 Brændstoffer og motorteknologier De væsentligste fysiske data for en række motorbrændstoffer er givet i Bilag l. De forskellige brændstoffer har hver især forskellige fordele og ulemper. Diesel, bio-olier og DME kan alle anvendes i dieselmotorer, mens resten er bedst egnet til motorer med gnisttænding. Energitæthed Diesel, benzin og bio-olier udmærker sig ved at have en høj energitæthed, hvilket giver en stor aktionsradius for køretøjet. LPG, metanol, etanol og DME har også en forholdsvis høj energitæthed, men for DME og LPG gælder, at brændstoffet skal holdes under et moderat tryk (ca. 5 atm) for at være på flydende form. CNG har en lav energitæthed og opbevares ved tryk på op til 200 atm. Dette nødvendiggør tungere tanke i køretøjerne, og der er et vist energiforbrug ved komprimeringen. (Se Bilag 2). Fremstilling For metanol, etanol, bio-olier og DME gælder, at disse er ikke umiddelbart tilgængelige, og der findes intet distributionssystem. CNG er lettilgængelig fra det danske naturgassystem. Diesel, benzin og LPG fremstilles sædvanligvis på basis af råolie. Etanol og bio-olier fremstilles af biomasse. Metanol og DME kan fremstilles på basis af stort set alle brændsler, men naturgas er det bedste råmateriale. Anvendelsesområde Motortyper Der er to hovedtyper af forbrændingsmotorer, nemlig kompressionstændingsmotoren, herefter kaldet dieselmotoren, og gnisttændingsmotoren. De simpleste termodynamiske beskrivelser af arbejdsprocessen i disse to typer stemmer ikke særlig godt overens med de virkelige forhold. Der er dog den undtagelse, at kompressionsforholdet (forholdet mellem volumen af cylinder med stempel i bund

9 DG C-rapport 6 og volumen med stempel i top) har betydning for virkningsgraden. Nedenfor angives nogle praktiske forhold for de to motortyper. Gnisttændingsmotorer I gnisttændingsmotoren indsuges en blanding af luft og brændstof i cylinderne. Denne blanding komprimeres og antændes af en gnist. Forbrændingen udbredes fra gnisten med jævn hastighed i det efterfølgende arbejdsslag. Gnisttændingsmotoren udmærker sig ved høj ydelse i forhold til dens vægt og et lavt støjniveau. For at undgå utilsigtet antændelse af brændstoffet, dette kaldes motorbankning, er der en begrænsning på, hvor højt et kompressionsforhold der kan opereres med. Hvis brændstoffet selvantændes, opstår der voldsomme trykstigninger, som før eller siden vil ødelægge motoren. I benzinmotorer anvendes typisk kompressionsforhold på op til 1:9, mens der i motorer til naturgas benyttes kompressionsforhold på 1:12. Gnisttændingsmotoren reguleres med et gasspjæld på indsugningen. Begge disse forhold betyder, at gnisttændigsmotoren ikke har helt så god virkningsgrad som dieselmotoren. Dieselmotorer I dieselmotoren indsuges luft, som komprimeres så højt, at brændstoffet antændes, når det sprøjtes ind i cylinderen. Dieselmotoren reguleres ved mængden af det indsprøjtede brændstof. For at sikre antændelse under alle forhold anvendes typisk kompressionsforhold på l: 18, og det medvirker til dieselmotorens gode virkningsgrad. På minussiden er der bl.a. et højt støjniveau, som stammer fra brændstoffets selvantænding. Forbrændingen starter ikke i et punkt, men snarere samtidigt overalt i den indsprøjtede tåge af brændstof. Dieselmotoren er tung i forhold til ydelsen. Virkningsgrad Der sker til stadighed en udvikling af begge motortyper. I dag angives forholdet mellem gnisttændingens virkningsgrad og dieselmotorens virkningsgrad ca. 0,8 for motorer i samme ydelsesklasse. Driftsdata fra Malmø med den nyeste type naturgasbus viser et højere tal nemlig 0,9. Man kan imidlertid ikke kun vurdere motortyper på virkningsgrad alene. Der spiller mange forhold ind, hvoraf her blot skal anføres, at en dieselmotor normalt belaster nærmiljøet væsentligt mere end gnisttændingsmotorer, som det fremgår af Afsnit 3.

10 DG C-rapport 7 Støj Dieselmotoren har et højere støjniveau end gnisttændingsmotoren. Når der anvendes DME i en dieselmotor gælder dog, at støjniveauet er på linie med benzinmotorers på grund af en mere jævn forbrænding end ved anvendelse af dieselolie. Forebyggelse af luftforurening EGR Lean-bum Til de to hovedtyper af forbrændingsmotorer knytter der sig muligheder for at formindske udslippet af skadelige stoffer. Blandt de tidligst anvendte teknikker på gnisttændingsmotorer er EGR (Exhaust Gas Recirculation). Princippet er, at C0 2 og vanddamp fra recirkuleret udstødsgas forøger varmekapaciteten i forbrændingsluften. Herved falder forbrændingstemperaturen, og det giver en god reduktion i dannelsen af kvælstofilte. Ydermere er der endnu en reduktion af kvælstofilte, fordi koncentrationen af ilt falder, når forbrændingsluften iblandes recirkuleret røggas. En anden metode er at anvende luftoverskud, som også medfører lav flammetemperatur. Der er grænser for, hvor meget man kan opnå med disse teknikker. Hvis mængden af recirkuleret røggas forøges ud over en vis grænse, bliver forbrændingen ufuldstændig, hvilket medfører store udslip af CO og uforbrændte kulbrinter. Noget tilsvarende sker ved store luftoverskud. Teknikkerne er imidlertid atter aktuelle med fremkomsten af CNG og DME. Katalysatorer Til rensning af urlstødsgassen for giftige luftarter findes to typer katalysatorer: 3-vejs katalysatorer Oxiderende katalysatorer Den første type reducerer NOx til kvælstof og ilt, og oxiderer kulilte og uforbrændte bestanddele. Der fjernes altså tre komponenter og heraf kommer navnet. Denne type katalysator stiller krav til, at brændstof-luft forholdet (kaldes i litteraturen for Lambda) ligger tæt på det støchiometriske forhold (lige netop luft nok til at forbrænde brændstoffet). Derfor kan 3-vejs katalysatorer ikke anvendes på dieselmotorer, hvor brændstof-luft forholdet jo varierer med belastnin-

11 DG C-rapport 8 gen. De kan kun anvendes på gnisttændingsmotorer med elektronisk reguleret brændstofindsprøjtning styret af den såkaldte Lambdasonde, der måler iltindhold i udstødsgassen, således at der næsten ikke er ilt tilbage i udstødsgassen. Der kan være problemer med denne type katalysator, nemlig at der er en konkurrerende proces, hvor NOx reduceres til N 2 0, kendt som lattergas. Lattergas er ikke giftig, men det er en kraftig drivhusgas. Denne proces er fremherskende på slidte katalysatorer, og mens katalysatoren er under opvarmning til driftstemperatur. I Danmark kører personbiler typisk kortere strækninger, så om vinteren opnår de ikke korrekt driftstemperatur. Som navnet antyder, fjerner den oxiderende katalysator kun det, der kan oxideres, nemlig kulilte og uforbrændte bestanddele. Den kan til gengæld anvendes på såvel diesel- som gnisttændingsmotorer. Partikelfælder Ingen af de to katalysatortyper kan fjerne partikler (sod). Til dieselmotorer arbejder man derfor med partikelfælder, der kort fortalt består af et elektrisk opvarmet metalnet, tilpas finmasket til at fange partiklerne. Partiklerne forbrændes løbende på nettet. Det er dog nødvendigt med hyppige rensninger, for at filteret ikke skal tilstoppes. På benzinmotorer anvendes næsten udelukkende 3-vejs katalysatorer, og denne teknik ses også på gasmotorer, men udviklingen af gasmotorer går mod lean-bum motorer, oxiderende katalysatorer og EGR. På dieselmotorer er det vanskeligt at anvende EGR på grund af risiko for tilsodning af tilbageføringsrør. Hvis man i stedet anvender DME i en dieselmotor, vil der kun være et forsvindende lille indhold af partikler i udstødsgassen, og EGR er en lovende teknik for emissionsbegrænsning af NOx i DME-motorer. Det vil endvidere være muligt at kombinere med en oxiderende katalysator, hvorved indholdet af CO og uforbrændte kulbrinte, der i forvejen er lavt ved DME-drift, kan reduceres til langt under, hvad dagens dieselmotorer belaster nærmiljøet med.

12 DG C-rapport 9 4 Nærmiljø Den lokale luftforurening kan i høj grad henføres til transportsektoren. Transportsektoren bidrager især med udslip af kulilte (CO), uforbrændte kulbrinter (HC), kvælstofilter (NOJ og sodpartikler. For kvælstofliters vedkommende stammer over en tredjedel af den samlede danske emission fra transportsektoren. Ovennævnte stoffer er alle sundhedsskadelige. De sundhedsmæssige effekter af udslippet afhænger af, hvor udslippet sker, og hvorledes det spredes. Vejtrafikkens andel af luftforureningen fra transportsektoren er langt den største. Byområdernes areal udgør 4% af hele landets areal. På denne plads er 85% af landets befolkning koncentreret, og her foregår 40% af landets trafik. På grund af denne koncentration spiller luftforurening en betydelig rolle for indbyggernes helbred. Det er således opgjort af Miljøkontrollen i København, at i København er mellem V2 til l% af sygedagene fremkaldt af luftforurening. Endvidere anslår Miljøkontrollen i København, at der årligt dør 200 mennesker af luftvejssygdomme som følge af luftforureningen i Københavns Kommune. Det er næsten lige så mange, som der omkommer som følge af ulykker i trafik, hjem og arbejde i samme område. Det er seks gange mere end antallet af dræbte i trafikken i Københavns Kommune. Luftforureningen rammer især personer, der lider af kroniske luftvejssygdomme som astma, kronisk bronkitis og emfysem. Brugen af astmamedicin i Danmark stiger med 11% om året, og i 1990 købte danskerne for 250 mill. kr. astmamedicin. Luftforureningen forårsager ikke alene luftvejssygdomme. En del af luftforureningen, de uforbrændte kulbrinter, indeholder Polycycliske Aromatiske Hydrocarboner, som er kræftfremkaldende. Kvælstofilter og uforbrændte kulbrinter reagerer indbyrdes under påvirkning af sollys i fotokemisk smog, hvorved der dannes en lang række andre

13 DG C-rapport 10 sundhedsskadelige stoffer. På det seneste er man blevet opmærksom på, at fine partikler fremmer skadevirkningen af luftforureningen. Giftige luftarter absorberes på deres overflader og frigives, når partikleroe afsættes i lungevævet ved indånding. I transportsektoren har det generelt ikke været muligt at foretage de brændselsomlægninger og energieffektiviseringer, som de øvrige S0 2 - og blyenergisektorer har været igennem. Udslippet af S0 2 er dog reduceret markant, ligesom udslippet af bly er negligibelt i forhold til tidligere. Dette er opnået ved hjælp af skærpede krav til brændstoffernes indhold af svovl og bly. Selvom brugen af katalysatorer og miljødiesel har reduceret emissionerne pr. kørt km, opvejes dette af en stadig voksende trafikmængde. Behov for re- nere brændsler Der er derfor fortsat behov for at nedbringe forureningen fra både personbiler og tungere køretøjer. NOx maksimum- Fra 1996 træder en ny bestemmelse om maksimumværdier for luftfor- urening fra nye dieseldrevne tunge køretøjer i kraft. Det vil medføre godt en halvering af kvælstofilteforureningen fra nye tunge køretøjer, mens de øvrige komponenter ikke reduceres væsentligt. Skal denne forurening nedbringes, skal dieselmotoren forbedres, og det arbejdes der på. Blandt de mulige teknologier kan nævnes partikelfælder og oxiderende katalysatorer. Det fordyrer imidlertid dieselmotoren både i anskaffelse og vedligehold. værdier En simplere og mere rationel løsning er anvendelsen af renere brændstoffer som fx LPG, CNG eller DME. Dannelsen af uønskede forureningskomponenter minimeres, og behovet for rensningsforanstaltningerne reduceres. DME DME kan anvendes uden større ombygninger til at reducere luftforureningen fra dieselmotorer. Der skal imidlertid etableres anlæg til fremstilling af DME, førend denne teknik kan komme nærmiljøet til

14 DG C-rapport 11 gavn i større omfang. Afhængig af efterspørgsel kan anlæg etableres inden for få år. CNG En anden mulighed er CNG - komprimeret naturgas. CNG-anvendelse i køretøjer er meget udbredt i udlandet. På verdensplan regnes der således med, at ca. l mio. biler, busser, varevogne etc. kører på naturgas. CNG-teknologien er kendt og afprøvet gennem mere end 50 år. LPG Teknikken bag LPG er ikke meget forskellig fra CNG-teknikken bortset fra langt mindre krav til tryktankene. LPG er imidlenid en begrænset ressource. Ca tons eksporteres i dag. Denne mængde vil kun kunne dække knap 60 pct. af de danske bybussers brændstofforbrug. Tabel l viser de væsentligste belastende stoffer for nærmiljøet for henholdsvis diesel, naturgas og DME anvendt i busser. NOX HC CO Partikler gram/kwh s % Diesel Diesel CNG DME Lovkrav Almindelig dieselbus 13,3 1,4 4 0,5 0,2 Miljødiesel + katalysator 6,3 0,1 0,1 0,1 0,0 5 Volvo CNG-bus- lean-burn + kataly- 2,5 0,5 0,3 0,05 - sator Navistar motor uden særligt udstyr 2 0,2 2 0,05 - ECE ,1 4 0,15 0,2 Tabel l. Emissioner fra CNG, DME og miljødiesel (alle tal i gram/kwh). Udslippet af uforbrændte kulbrinter fra DME- og naturgasmotorerne er ugiftigt og medvirker ikke til smogdannelse.

15 DG C-rapport 12 Emissionsværdierne for DME stammer fra ombyggede motorer, mens værdierne for diesel- og naturgasmotorerne stammer fra masseproducerede og optimerede motorer. Endvidere bør det understreges, at DME-værdierne er fra en motor uden udstyr til begrænsning af forurening i modsætning til de to øvrige motortyper. Følgende kan siges ud fra tabellens tal: Konklusioner for nærmiljøet l) Alle tre løsninger overholder ECE 1996 kravene. 2) NOx-emissionen fra CNG og DME er ca. 113 af emissionen fra miljødiesel Dette er væsentligt for nærmiljøet i trafikbelastede byer. Benzinkøretøj er Benzin bruges som altovervejende drivmiddel i private personbiler og en del mindre varevogne. Efterhånden som personbilparken udskiftes til nye benzinbiler forsynet med katalysatorer, må man forvente en reduktion af luftforureningen fra denne del af vognparken. Siden l. oktober 1990 har der i Danmark været krav om, at nye benzindrevne biler skal være udstyret med trevejs-katalysator, som reducerer tre forureningskomponenter, nemlig kvælstofilter (NOj, kulilte (CO) og uforbrændte tunge kulbrinter (HC). I praksis har det vist sig, at der ikke er nogen miljøgevinst i at ombygge brugte biler til naturgasdrift Der er derimod gode muligheder for at opnå en miljøgevinst ved at anvende fabriksfremstillede naturgasdrevne biler. Nye californiske krav I Californien indføres der i 1998 skærpede krav til bilers udstødning, så 30% af de nye biler indkøbt til firmaer med mere end l O biler skal overholde de såkaldte ULEV (Ultra Low Emission Vehicle) krav. Bilfabrikanterne arbejder med teknologier, der kan opfylde disse krav. En metode er at benytte naturgas i stedet for benzin. Allerede nu kan man købe biler, der er certificeret til at overholde ULEV-kravene. Disse biler er optimerede til at udnytte naturgassens gode egenskaber som motorbrændsel (oktantal over 100), og det kommer både brændstoføkonomien og miljøet til gode.

16 DG C-rapport 13 5 Globalt miljø Som tidligere nævnt har miljøtiltag i transportsektoren hidtil næsten udelukkende været fokuseret på nedbringelse af den lokale forurening i nærmiljøet Sektorens betydning for udledningen af drivhusgasser har imidlertid skærpet interessen for, hvorledes nærmiljø-tiltagene kan påvirke også det globale miljø. Interessen samler sig om virkningen på det globale miljø af skift til renere brændsler, herunder CNG og DME. Ved en sammenligning af brændslernes indvirkning på det globale miljø skal man tage hensyn til de grundlæggende kemiske forskelle, forskelle i motorvirkningsgraden, men det er også væsentligt, at energiforbruget til udvinding, transport og forbehandling af brændslerne medregnes. Emissioner fra udvinding og transport Naturgas fra Nordsøen produceres delvist som associeret gas, og det er vanskeligt at opgøre den C0 2 -emission, der hører til gasproduktionen. I alt anvendes knapt 2% af den producerede energimængde (olie og gas) til produktionen, mens andre knapt 2% afbrændes uden nyttiggørelse. Til transport af naturgassen benyttes næsten ingen energi, idet gassen drives af trykket fra Nordsøen. Naturgas består hovedsageligt af metan, der målt over en tidshorisont på 100 år har en "drivhusstyrke" på ca. 21 i forhold til C~. Selv mindre metanudslip reducerer derfor naturgassens indbyggede C0 2 - fordel i forhold til alle andre fossile brændsler. Metanudslip fra Metanudslip fra transport af naturgas kan i Danmark næsten ude- lukkende henføres til distributionsleddet (lavtryk) og især til de gamle bygasnet For 1994 er det ekstra C0 2 -bidrag opgjort til 1,6 kg/gj. Pga. af de igangværende renoveringer af de gamle gasnet forventes metanudslippet nedbragt til 0,22 kg C0 2 pr. GJ i Ved forbrænding af kul, olie og naturgas frigøres til sammenligning hhv.: 95, 74 og 57 kg C0 2 pr. GJ. distribution af naturgas

17 DG C-rapport 14 For dansk naturgas, der anvendes til transportformål (CNG), kan metan-udslip fra transportleddet negligeres. Det skyldes, at gassen tages fra højtrykssiden af nettet, fx ved et tryk på 16 bar. Det kan altså konkluderes, at for dansk produceret naturgas er der kun et ekstra C0 2 -bidrag fra produktionen på 3-4%, udover bidraget fra selve anvendelsen. Dette forhold er ikke alment gældende, hverken for naturgas eller for andre brændsler.

18 DG C-rapport 15 Kompression af naturgas Energiforbruget til tankfyldningen (kompression af gassen) skal medtages. Da dette er et væsentligt tab, er der særlig redegjort for det i Bilag 2. Bilag 2 viser, hvorledes energiforbruget til kompressionen afuænger af tilgangstrykket til kompressorerne. Et realistisk tilgangstryk på fx 16 bar vil kræve et energiforbrug på godt 0,1 kwh el pr. m 3 n naturgas, hvilket svarer til ca. 3-4% af gassens energiindhold. Heri er indregnet konverteringstab ved elproduktion. Samlet tab ved CNG I alt skal der til CNG-drift i Danmark derfor anvendes 6-8% af naturgassens energiindhold til produktion, transport og tankfyldning. Ved beregninger i bilag er der anvendt 8%. Når de enkelte brændslers C0 2 -emission skal sammenlignes, skal virkningsgraden fra selve motoren som nævnt inddrages, herunder også kørselsmønster. Endvidere skal der tages højde for øget vægt af køretøjet pga. fx tryktanke til CNG-drift. Tabel 2 viser resultatet af nogle modelberegninger, hvori den samlede C0 2 -emission fra udvinding til udført trafikarbejde er medregnet. Beregningerne bygger på Bang, Figenbaum og Holdens modeller fra Den anvendte model gælder for en bybus. Tallene for danske forhold, som anført ovenfor, er anvendt i stedet for de norske tal for naturgasproduktion. For DME's vedkommende er der inkluderet et tab på 28,5% ved fremstilling, ellers er DME behandlet som naturgas med hensyn til råstof og som dieseldrift med hensyn til køretøj. BYBUS Brændstof Relativ C0 1 -faktor Diesel 100 CNG DME LPG Benzin 139 Tabel 2. Relative C0 2 -faktorer for forskellige brændstoffer.

19 DG C-rapport 16 LPG regnes som udvundet fra naturgas. Hvis der derimod regnes med LPG fremstillet af råolie, fås markant højere tal. Årsagen til, at DME ligger højt i C0 2 -faktor, er tabet ved fremstillingen. Da tallene er behæftet med nogen usikkerhed, kan man ikke konkludere videre, end at anvendelse af naturgas- og LPG-drevne bybusser ikke betyder en forøget C0 2 -emission. Gasmotoren har stadig lidt dårligere virkningsgrad end den traditionelle dieselmotor, men det opvejes af brændstoffets lavere kulstofindhold. DME-motoren har dieselmotorens høje virkningsgrad og naturgassens lave kulstofindhold, og det er kun produktionen, der trækker opad i C0 2 -faktor. Da der ikke er etableret fremstillingsanlæg i stor stil, kendes ingen erfaringsværdier. Der er anvendt et konservativt skøn på 28,5% tab. Derfor DME er lidt ringere end dieselolie ifølge beregningerne. Konklusion vedr. globalt miljø I henhold til disse beregninger kan skift fra dieselolie til de renere brændsler, CNG og DME, derfor primært begrundes i forbedret nærmiljø, mens virkningen på det globale miljø i bedste fald er negligibel. Hvis C0 2 -udledningen fra trafiksektoren skal nedbringes, kan det ske ved - et fald i trafiksektorens aktivitetsniveau - en væsentlig forbedring af køretøjernes virkningsgrader - en udbredt anvendelse af biobrændsler.

20 Brændselsdata Fysiske data for forskellige brændsler samt emissioner ved almindelig motorteknologi uden specielle indretninger Råmateriale Brændværdi Massefylde i Energitæthed Tryk i tank (MJ/kg) tank (kg/l) (MJ/1) (atmosfære) Mulighed for dieseldrift Støj l l Diesel råolie 42,5 0,83 35,3 l ja høj l Benzin råolie 43,5 0,75 32,6 l nej lav l LPG (F-gas) (butan/propan) råolie 46 0,51 23,5 5 nej lav Metanol alle råbrændsler 19,5 0,79 15,4 l nej lav Etanol biomasse 26,9 0,79 21,3 l nej lav Bio-olier olieholdige biobrændsler 37,2 0,88 32,7 l ja høj CNG (naturgas) naturgas 48 0, nej lav DME (Dimethyl ether) alle råbrændsler 28,4 0, ja lav

21 DG C-rapport 18 Kompressorer til CNG fremstilling Det er undersøgt dels fra brugere, dels fra leverandører, hvor meget energi, overvejende elektricitet, der kræves for at komprimere gassen til bar. Det er afgørende for energiforbruget, hvilket tilgangstryk, der benyttes. Jo højere tilgangstryk, jo mindre energi kræves der. Nedenfor er vist det specifikke energiforbrug som funktion af tilslutningstryk for en lang række forskellige kompressorer. Figuren viser absolutte tryk, og alle kompressorer på nær en, nemlig den ved 1,02 bar tilgangstryk, komprimerer til 251 bar absolut tryk. Energiforbruget dækker foruden komprimeringen også køling. I et enkelt tilfælde tyder noget på, at der er medregnet mere el, end det der går til kompressoren. Med naturgas sområ-brændseldet fremgår, at der er en eksponentiel stigning i energiforbrug, når der gås mod lavere tilgangstryk. Hvad figuren ikke illustrerer er afhængigheden af energiforbrug og kapacitet. Elforbruget vokser mere end proportionalt, hvis man forøger kapaciteten af en kompressor ved at forøge kompressorens omdrejningstal. Det er bedre at vælge en kompressor med større slagvolumen. Der kan leveres specielle kompressorer beregnet til højere tilgangstryk, end der er vist på figuren. 0, l ! t-- 0, t--1 - o, = r - H+H--11-t-i- 0,3 ~ --- 0,25 M ~ - f _ r ~'!!... ' ~ _ l! ~~ "'~-- 0, , ~ K Kompressorer J - Loa. (Kompressorer) 0,05 1--i--1-i H---t---- Tilgangstryk bar absolut Figur l. Kompressorers specifikke energiforbrug som funktion af tilgangstrykket. Alle kompressorer har afgangstryk på 251 på nær den ved 1,02 bar. Her er trykket nemlig kun 201 bar. Ved anlæg af en kompressorstation bør man undersøge mulighederne for højt tilgangstryk. Det er muligvis dyrere at anlægge en kompressorstation til 40 bar tilgangstryk end til 4 bar, men som figuren antyder, så falder energiforbruget rundt regnet til en femtedel ved det høje tilgangstryk.

22 Relative C0 2 -faktorer Energikæder Bang, Figenbaum og Holden har udviklet en model for miljøbelastning af C0 2 I denne model betragtes virkningsgrad i enhver omsætning som et brændstof gennemgår fra udvinding fra primærenergikilden til udført trafikarbejde. Ud fra den samlede virkningsgrad og primærbrændslets kulstofindhold og brændværdi bestemmes et samlet C0 2 -udslip. Der anvendes dieselolie som reference, og øvrige brændstoffers C0 2 -udslip angives i forhold til C0 2 -udslippet ved dieseldrift. Der er indsat tal for danske forhold i de energikæder, der starter med naturgas som primær energikilde. De to kæder for hhv. CNG og LPG viser beregninger med ældre teknik og nyeste teknik. Virkningsgrader Primær energikilde Relativ Råstof Produkt Køretøj Samlet C-indhold Hi C02- virkn. faktor Udvinding Distribution Raffinering Distribution Motor w% M J/kg % Råolie->benzin->benzinmotor 0,970 0,997 0,900 0,989 0,052 1,010 0,045 0,812 42,3 139 Råolie->dieselolie->dieselmotor 0,970 0,997 0,950 0,990 0,069 1,000 0,063 0,812 42,3 100 Naturgas->CNG->gnisttændingsmotor 0,960 1,000 0,960 1,000 0,052 0,980 0,047 0,749 48,4 108 Naturgas->CNG->gnisttændingsmotor 0,960 1,000 0,960 1,000 0,057 0,980 0,051 0,749 48,4 98 Naturgas->LPG->gnisttændingsmotor 0,960 1,000 0,980 0,970 0,052 1,010 0,048 0,749 48,4 106 Naturgas->LPG->gnisttændingsmotor 0,960 1,000 0,980 0,970 0,055 1,010 0,051 0,749 48,4 100

23 DG C-rapport 20 Referencer Luftforureningseffekter i København. Miljøkontrollen, Københavns Kommune, Juni de Soete, G.G.: Chemical Trade-Off Phenomena with Environmental Impact. DTI, 26. oktober Miljøbelastning (C0 2 og S0 2 ) ved forbrænding og distribution af naturgas og olie. dk TEKNIK, oktober Miljø og Samfund. Faglig rapport fra DMU nr. 93, december Dansk Olie- og Gasproduktion Energistyrelsen, Falbe-Hansen, Ture: Stort energiforbrug til fremstilling af den grønne olie. Dansk Bio Energi, Fleisch, Theo et al.: A New Clean Diesel Technology: Demonstration of ULEV Emissionson a Navistar Diesel Engine Fueled with Dimethyl Ether. SAE TECHNICAL PAPER SERIES Bøgild Hansen, John et al. (Haldor Topsøe A/S): Large Scale Manufacture of Dimethyl Ether - a New Alternative Diesel Fuel from Natural Gas. SAE TECHNICAL PAPER SERIES Sorenson, S.C. (DTU); Mikkelsen, Svend-Erik (Haldor Topsøe A/S): Performance and Emissions of a Liter Direct Injection Diesel Engine Fueled with Neat Dimethyl Ether. SAE TECHNICAL PAPER SERIES Hinstrup, Peter I.; Pedersen, Per: Fuld gas på bilen. El & energi 2/95. Teknik og økonomi ved gasdrift af busser. DGC Notat, februar Skøtt, Torben: Begrænset miljøeffekt ved biodiesel Dansk BioEnergi, nr. 12, 1993.

24 DG C-rapport 21 Bang, Jon R.; Holding, Erling: Energiforbrug og relative C0 2 -udslip ved udvinding, produktion, distribution og brug af traditionelle- og alternative drivstoffer. Teknologisk Institut, 15. januar Falbe-Hansen, Ture: Stort energiforbrug til fremstilling af den grønne olie. Dansk BioEnergi, nr. 19, Breinholt, Thomas: Vejen mod et vidunderbrændstof. Ingeniøren, nr. 20, side 28, 19. maj Bøgild Hansen, John: Notat vedrørende emissioner ved brug af DME, CNG, LPG, H 2 og metanol til transportformål Haldor Topsøe AIS, marts 19, Nielsen, Leo (DTI): Anvendelse af rapsolie-metylester som brændstof til busdrift. Autoog Motorteknik, marts Bang, Jon R.; Figenbaum, Erik ;Holden, Erling: Anvendelse af naturgas i transportsektoren, del 2.1. Teknologisk Institut, marts 1992.