Hvad er effekten for luftkvaliteten af brug af biobrændstoffer i vejtransportsektoren?

Transkript

1 Hvad er effekten for luftkvaliteten af brug af biobrændstoffer i vejtransportsektoren? Steen Solvang Jensen, Allan Gross, Matthias Ketzel, Morten Winther, Marlene Plejdrup, Jørgen Brandt, Jesper Christensen Institut for Miljøvidenskab, Aarhus Universitet, Danmark, ssj@dmu.dk

2 Formål med delprojekt i REBECa beskrive effekterne for luftkvalitet af at introducere biobrændstoffer i vejtransportsektoren i Danmark beskrive de tilknyttede eksterne omkostninger ved luftforureningens sundhedseffekter belyse dette under forskellige antagelser om: iblandingsprocenter af biobrændstoffer udviklingen i olieprisen udviklingen i transportefterspørgslen fra 2004 til 2030

3 Metode Scenarios Scenarier for sustainable biobrændstoffer energy, i transportation vejtransportsektoren and urban planning transport Long - range model chemistry (DEHM) transport covering model hemispheric (DEHM) to national scales Urban Background Model (UBM) Economic Valuation of Air Pollution (EVA) Health Sundhedsvurdering impact assessment og eksterne and external omkostninger costs UBM DEHM

4 Danish Eulerian Hemispheric Model, DEHM Atmosfærisk kemi-transport model for den nordlige halvkugle og Europa Stoffer: foto-kemiske stoffer og partikler (67 stoffer), POP, PCB, HCH, PAH 15 stoffer), kviksølv -7 stoffer), pollen, CO 2, etc. 150 / 50 / 16,67 / 5,56 km gitteropløsning 29 vertical lag ~16 km Emission tagging feature (Brandt et al.)

5 Emissioner til DEHM Globalt GEIA, EDGAR, RETRO (skovbrande), Corbet (skib) Europa EMEP (50x50 km 2 ) Danmark AIS (skib) og REBECa Nordlige halvkugle Alle sektorer uden vejtransport: Alle emissionskategorier er summeret efter SNAP koder til DEHM kørsler (17x17km 2 ) 4 emissionsår: 2004, 2010, 2020, 2030 Vejtransport: forskellige køretøjstyper udstødning og ikke-udstødning (1x1km 2 ) Alle emissioner samlet i en kategori. 19 emissionsopdelinger: År: 2004, 2010, 2020, 2030 Oliepris: 65$ og 100$ Brændstof: fossil, HS1, HS2 Europa Danmark (Brandt et al.)

6 Forbedret geografisk opløsning for skibsemissioner ~2 µg/m 3 af NO 2 i Kbh. (2007, 2020) Gl. SO 2 emissionsopgørelse Ny SO 2 emissionsopgørelse (Olesen et al. 2009)

7 Nationale emissioner på 1x1 km 2 Geografisk fordeling af emissioner - SPREAD model Nationale emissioner fordelt ud fra geografiske criterier fx vejemissioner ud fra trafikarbejde på 1x1 km 2 ud fra vejnet og trafik data (Plejdrup & Gyldenkærne 2011)

8 Urban Background Model (UBM) UBM arealkilde spredningsmodel simpel foto-kemi interaktion med regional baggrund tidsseries af NO x, NO 2, O 3, CO, benzen og partikler Emission 1x1 km 2 emissionsgitter for areal kilder Meteorologi windhast., vindretning, temperatur, globalstråling, blandingshøjde meteorologiske data framm5 fra THOR system (150, 50 and km 2 fra MM5) Regional konc. fra DEHM Eksempel på DEHM-UBM beregninger for NO 2 for Hovedstadsområdet Berkowicz, R. (2000)

9 Dynamisk kobling af DEHM til UBM Bybaggrundsmod el (UBM) får opstrøms koncentrationer fra regional model (DEHM) time for time København Emissioner inden for 20 km er inkluderet i UBM beregninger

10 EVA-system - eksterne omkostn. af luftforureing EVA system Economic Valuation of Air pollution baseret på impact pathway metode fra ExternE enhedsomkostninger af luftforureningens sundhedsomkostninger (kr./kg emission) total eksterne omkostn. for forskellig sektorer og geografiske områder (Brandt et al., Frohn et al.)

11 Scenarier Tre hovedscenarier fra 2004 til 2030 med forskellige oliepriser ($65 og $100 pr. tønde) Et referencescenarie med 0% biobrændstoffer i vejtransportsektoren (benævnt Bas_100$ og Bas_65$ ). Et scenarie hvor andelen af biobrændstoffer stiger til 10% i 2020 og derefter er konstant til 2030 (benævnt HS1_100$ og HS1_65$ ) Et scenarie hvor andelen af biobrændstoffer stiger til 25% i 2030 (benævnt HS2_100$ og HS2_65$ )

12 PM 2.5 emissioner fra vejtrafik Den kombinerede effekt af øget trafikarbejde og skærpede EU emissionsnormer er et samlet kraftigt fald i emissioner i fremtiden Lidt større effekt af høj iblanding (op til 25%) i forhold til lav iblanding (op til 10%) Men, forskelle i oliepris betyder mere for emissionerne end effekten af bioscenarierne 4000 PM 2.5 emissioner for vejtransportsektoren (udstødning og ikke-udstødning) Bas_100$ HS1_100$ HS2_100$ Bas_65$ HS1_65$ HC2_65$

13 Bioscenarier minus reference for trafik PM 2.5 (ton) (udstødning og ikke-udstødning) 13

14 Vejsektoremissioner i forhold alle sektorer PM2.5 emissions for reference ($65) PM2.5 road sector PM2.5 other sectors (ton)

15 Eksempel på regionale koncentrationsforskelle i 2030 (HS2, $100) - (Bas_$100) i (ppb) (µg/m 3 ) lille stigning pga. lille stigning i emission lille fald pga. lille fald i emission

16 Koncentrationsforskelle i Hovedstadsomr. Scenarie med høj iblanding (25%) af biobrændstoffer i 2030 med oliepris på $100 (HS2_$100) minus referencescenariet (Bas_$100). NO 2 PM 2.5 (ppb) (µg/m 3 ) lille NO 2 stigning tæt på trafikkilder pga. stigning i NO x emission, men lille fald væk fra trafikkilder pga. mindre regional ozon i bio-scenarie og derfor mindre dannet NO 2 (NO + O 3 = NO 2 ) lille fald pga. lille fald i emission

17 Bybaggrundskoncentrationer i Kbh. Beregnede bybaggrundskoncentrationer ved H.C. Ørsted Instituttet i København i referencescenariet ($100) Reference $100 NO x NO 2 O 3 CO PM 10 * PM 2.5 * µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m *Modellen beregner kun omkring halvdelen af den total masse, hvilket er et velkendt problem (mass closure problem)

18 Betydning af biobrændstoffer for bybaggrund i København (µg/m 3 ) PM (ppb) NO Ref/Fosil ppb PM2.5 HS 2_$ Ref/Fosil ppb NO2 HS 2_$

19 Beregning af koncentrationsforskelle Year Price Fuel 65$/100$ Fossil Fossil 65$ HS2 100$ Fossil HS $/ 100$ Fossil X1 X3 X1 X $ 100$ Fossil HS2 Fossil HS2 X3 X2 X2 X3 Totale mulige parrede kørsler ((1+(2 oliepriser) x (3 fossil,bio10%,bio25%) x (3 år)) 2-19) /2 = 171 Focus på mest relevante kørsler

20 Mest relevante kørsler Betydning af årstal (udvikl. i trafikarbejde og Euronormer) Ref (fossil, $65) Ref (fossil, $100) Betydning af årstal og bio-iblanding (Max effekt) Ref (HS2, $65) Ref (HS2, $100) Betydning af bio-iblanding (for et givent år) 2030 (fossil,$65) 2030 (HS2, $65) 2030 (fossil,$100) 2030 (HS2, $100) Betydning af oliepris (for et givent år) 2030 (fossil,$65) 2030 (fossil, $100) 2030 (HS2,$65) 2030 (HS2, $100)

21 Eksterne omkostninger Ændringer i eksterne omkostninger af luftforureningens sundhedseffekter for forskellige parrede scenarier. Totale omkostninger er givet for hele Europa og underopdelt for Danmark og Hovedstadsområdet. Topic Betydning af scenarieår (referencescenarie) Parredescenarier Europa (mio. euro) Danmark (mio. euro) Hovedstadsområdet (mio. euro) Base, 2004, $65 Base, 2010, $ Base, 2004, $65 Base, 2030, $ Base, 2004, $65 Base, 2010, $ Base, 2004, $65 Base, 2030, $ Betydning af oliepris Base, 2010, $65 Base, 2010, $ ,6 Base, 2030, $65 Base, 2030, $ ,6-4,4 Betydning af biobrændstof (HS2) HS2, 2010, $65 HS2, 2010, $ ,5 HS2, 2030, $65 HS2, 2030, $ ,7-4,9 Base, 2010, $65 HS2, 2010, $65 5,3-1,5-1,1 Base, 2030, $65 HS2, 2030, $65 1,4-2,2-1,5 Base, 2010, $100 HS2, 2010, $100 4,9-1,3 -,94 Base, 2030, $100 HS2, 2030, $100 1,7-0,79-1,0

22 CO 2 reduktion ved biobrændstoffer Stort potentiale for CO 2 reduktion Stor variation, selv negativt! Well-to-wheel analyse i REBECa, følsomt overfor antagelse om bi-produkter fx energiindhold i glycerin ved biodiesel produktion (energisubstitution for kul Source: UNEP (2009) compiled from various studies. kontra input til medicinal industri) (Slentø, E. et al. ; Figueroa, M. et al.)

23 Konklusion Den kombinerede effekt af øget trafikarbejde og skærpede EU emissionsnormer er et samlet kraftigt fald i emissioner i fremtiden, som væsentligt forbedrer luftkvaliteten og reducerer sundhedsomkostningerne ved luftforurening For et givent scenarieår opnås der kun en marginal forbedring af luftkvaliteten ved iblanding af biobrændstoffer Forskellen i oliepris betyder mere for emissioner og luftkvalitet end den marginale effekt af iblanding af biobrændstoffer Der kan være en positiv gevinst ved biobrændstoffer for CO 2 afhængig af produktionsmåde

24 Mere information om REBECa Projekt Resultaterne er en del af et større forskningsprojekt omkring biobrændstoffer i vejtransportsektoren Renewable Energy in the Transport Sector using Biofuels as an Energy Carrier (REBECa) finansieret af Det Strategiske Forskningsråd Hjemmeside rebeca.dmu.dk Synteserapport Frederiksen, P. et al. (2012): Synthesis Report for the REBECa project - Renewable Energy in the transport sector using Biofuel as Energy Carrier. DCE Report No. xx-2012 (under udgivelse).

25 Tak for opmærksomheden

26 Supplementary slides

27 Baggrund Formål med brug af biobrændstoffer i transportsektoren: reducere klimaemissioner forbedre forsyningssikkerhed Europæiske Union EU Biofuel Directive med mål om 5,75% biobrændstof i 2010 i transportsektoren (EU 2005) EU forslag om 10 % i 2020 (EU 2006) EU mål om 10% vedvarende energi i transportsektor i 2020 (EU 2009). Ikke kun biobrændstof og krav til bæredygtighed af anvendte biobrændstoffer

28 Udviklingen i olieprisen Kilde: Energistyrelsen

29 Tagging to reduce numerical noise

30 The EVA system Economic Valuation of Air pollution Based on the impact pathway chain Main output: Estimates of health impacts External cost kg prices

31 Population data based on CPR Population data - based on the Central Person Register for Denmark, together with European data for the other involved countries - resolution in the regional scale calculations km x km - resolution available for local scale calculations 1 km x 1 km

32 Health effects included Respons Komponent Befolkningsdel Acute mortality (deaths) SO 2, O 3 Alle Respiratory hospital admissions (cases) SO 2, PM 2.5, NO 3, SO 4 Alle Congestive heart failure (cases) CO, PM 2.5, NO 3, SO 4 > 65 Cerebrovascular hospital admission (cases) PM 2.5, NO 3, SO 4 Alle Chronic mortality (years of life lost) PM 2.5, NO 3, SO 4, Dioxin Alle Bronchodilator use (cases) PM 2.5, NO 3, SO 4 Astma Cough (days) PM 2.5, NO 3, SO 4 Astma Lower respiratory symptoms (days) PM 2.5, NO 3, SO 4 Astma Chronic bronchitis (cases) PM 2.5, NO 3, SO 4 > 16 Restricted activity days (days) PM 2.5, NO 3, SO 4 > 16 Lung cancer (cases) PM 2.5, NO 3, SO 4 > 16 Infant mortality (cases) PM 2.5, NO 3, SO 4 Baby Loss of IQ-points (points) Bly Baby Loss of IQ-points (points) Kviksølv Fostre

33 Monetary evaluation Response Costs Acute mortality (deaths) Euro/death Respiratory hospital admission (cases) 7409 Euro/case Congestive heart failure (cases) Euro/case Cerebrovascular hospital admission (cases) 9387 Euro/case Chronic mortality (years of life lost) Euro/YOLL Bronchodilator use (cases) 20 Euro/case Cough (days) 54 Euro/day Lower respiratory symptoms (days) 14 Euro/day Chronic bronchitis (cases) Euro/case Restricted activity days (days) 116 Euro/day Lung cancer (cases) Euro/day Infant mortality (cases) Euro/case Loss of IQ points (points) Euro/point