Skibes bidrag til luftforurening fra skibe i havn og under sejlads

Transkript

1 Skibes bidrag til luftforurening fra skibe i havn og under sejlads Helge Rørdam Olesen med input fra mange kolleger Institut for Miljøvidenskab samt DCE Nationalt Center for Miljø og Energi

2 Overblik Luftforurening fra skibe det store perspektiv Luftforurenende stoffer fra skibe Forurening fra skibe i havet omkring Denmark Det lokale perspektiv: Luftforurening fra skibe i havn. Fokus på København Detaljeret undersøgelse om krydstogtskibe ved kaj i 2004 Øvrige undersøgelser om skibe ved kaj Konklusion

3 Partikler (bl.a. fine partikler: PM 2.5 ) Svovldioxid (SO 2 ) Kvælstofoxider (NO + NO 2 ) Kulbrinter (VOC) Kuldioxid (CO 2 )

4 Det største helbredsmæssige luftforureningsproblem: Partikler

5 Lad os se nærmere på luften ude på gaden. Hvor stammer partiklerne fra?

6 Partikler Vi skelner mellem primære partikler sekundære partikler

7 Vigtig pointe om partikler Hvis man måler luftforureningen af partikler, så vil en forholdsvis lille del af partiklerne være 'født' som partikler. De kaldes primære partikler. En meget stor del stammer fra forurening, der er 'født' som gasarter. Gasarterne specielt NO x og SO 2 kan blive kemisk omdannet til partikler. Disse partikler kaldes sekundære partikler. Reaktionerne tager tid (adskillige timer eller dage). Derfor har en stor del af partiklerne i luften deres oprindelse langt væk..

8 Skibes rolle Skibe er vigtige bidragydere til både primære og sekundære partikler.

9 Skibe og svovlforurening Brændstof for skibe indeholder svovl. Svovl i brændstof leder umiddelbart til dannelse af primære partikler og SO 2 (en gasart). SO 2 tager senere del i dannelse af sekundære partikler. International Maritime Organisation (IMO) har vedtaget et sæt regler om svovlindholdet i brændstof.

10 Svovlprocenter i skibsbrændstof Sulphur content (%) 5 4 Non-SECA General grænse

11 Svovlprocenter i skibsbrændstof Sulphur content (%) 5 4 Non-SECA General grænse 3 2 Sulphur Emission Control Area (Østersøen og Nordsøen) SECA 1 EU havne: Kun 0,1 % svovl fra 1. januar

12 Kvælstofoxider NO x er summen af NO og NO 2. Det dannes ved forbrændingsprocesser. Hovedparten udsendes som NO. NO 2 er sundhedsskadelig. Det er NO ikke. NO kan omdannes til NO 2 ved kemiske reaktioner. Nogle reaktioner er hurtige, andre kræver mange timer. Hurtig omdannelse kræver at der er ozon til stede. Bemærk: NO 2 koncentrationen er vigtig. Desuden: Både NO og NO 2 bidrager til dannelse af partikler.

13 Begrænsninger for NO x emissioner IMO har vedtaget et sæt grænser der gælder generelt i alle have. Derudover har det været forventet at Østersøen ville blive udpeget til et Nitrogen Emission Control Area (NECA område) fra Implementeringen af NECA er udskudt. NECA ville have betydet at for ny skibe ville NO x emissionerne blive reduceret med 80% i forhold til skibe bygget før Nogle af de følgende resultater bygger på en forudsætning om at NECA træder i kraft i 2016.

14 Luftforurening fra skibe i havene omkring Danmark Rapport fra 2009 Google: ship emissions Denmark

15 Skridt for at estimere skibes bidrag til koncentrationerne i luft Dan en emissionsopgørelse Lav beregninger af koncentrationer med en atmosfærisk sprednings- og transportmodel. Hvor meget kan tilskrives skibe? Estimateres ved at sammenligne modelkørsler med fuld emission fra skibe og modelkørsler med reduceret skibsemission.

16 Emissionsopgørelse for SO 2 fra skibe baseret på AIS data situation. Ton SO 2 per år per km2

17 Atmosfærisk model: The Danish Eulerian Hemispheric Model (DEHM) 3D kemisk transport model Langtransport af luftforurening på den nordlige halvkugle Gitter af beregningsceller. Horisontal opløsning: km x 150 km - 50 km x 50 km - 17 km x 17 km - 6 km x 6 km

18 Rapporten fra 2009: Hovedantagelser for scenarierne Skibstrafikken i 2011 antages at svare til 2007 på grund af finanskrisen. Godstransport med skibe antages at øges med 3,5 % per år indtil Et NECA område implementeres i 2016 For 2020: Information om landbaserede kilder er taget fra et scenarie defineret af International Institute for Applied System Analysis i Wien ( Central case ). Indebærer en reduktion i NOx emissioner som ikke er sket.

19 Resultater udtrykt ved koncentrationer i luften

20 SO 2 : Modelberegninger for 2007 og 2020 Alle kilder, både landbaserede og skibe. Koncentration of SO 2 i µg/m ,50 < 2,25-2,50 2,00-2,25 1,75-2,00 1,50-1,75 1,25-1, ,25 0,75-1,00 0,50-0,75 < 0,50

21 NO 2 : Modelberegninger for 2007 og 2020 Koncentration af NO 2 i µg/m > < 2

22 Partikelforurening modelmæssige begrænsninger Med DEHM modellen kan vi beskrive primære partikler sekundære uorganiske partikler Men ikke sekundære organiske partikler Vi bruger betegnelsen mpm 2.5 (modelleret PM 2.5 ) for partikler.

23 Modelberegninger for 2007 og 2020 Koncentration af mpm 2.5, µg/m 3 (mpm 2.5 : modelleret PM 2.5 ) > < 3.5

24 Udvikling i luftkvalitet i Danmark frem mod 2020 gennemsnit over landområder 7,0 6,0 5,0 Andre kilder Skibe Gennemsnit for Danmark Koncentration, µg/m 3 4,0 3,0 2,0 1,0 0, SO2 NO2 mpm2.5 Average concentration over Danish log areas

25 Procentvis bidrag fra skibe til koncentrationsniveauet (landområder) % from ship emissions SO2 NO2 mpm2.5

26 Foreløbig opsummering... Når vi betragter hele Danmark ikke blot byer giver skibe et betydeligt bidrag til koncentrationsniveauet i luften af : svovldioxid kvælstofoxider (NO X ) fine partikler For eksempel gælder i danske landdistrikter at skibe er ansvarlige for omkring 20% af NO 2 niveauet i luften.

27 Forurening fra skibe i Københavns havn

28 Undersøgelser af luftforurening i danske havne (1) Vurdering af krydstogtskibes bidrag til luftforurening. Vedrører Københavns havn, 2004 emissionsdata. Miljøprojekt 978, 2005 for Miljøstyrelsen. Kapitel i førnævnte rapport fra Emissionsdata for både København og Aarhus, men ikke eksplicitte koncentrationsberegninger emissionsdata, som er justeret så de afspejler svovlgrænserne gældende for havne fra Miljøprojekt1306, 2009 for Miljøstyrelsen.

29 Undersøgelser vedr. havne (2) Undersøgelse udført 2007 for at vurdere en planlagt krydstogtsterminals påvirkning af planlagte boligområder. Ikke publiceret. Undersøgelse vedrørende planlagte højhuse (ca 100 m høje) ved Marmormolen og Langelinie.

30 Foreliggende undersøgelser omfang og begrænsninger Undersøgelserne har meget detaljerede emissionsopgørelser, specielt for krydstogtskibe. De er nogle år gamle. Der foreligger ikke nye, detaljerede emissionsopgørelser. Emissionerne er baseret på en antagelse om at maskinerne kører i normal drift med en vis belastning. Der tages ikke hensyn til pust af røg under opstart.

31 Resultater fra det mest detaljerede studie: Forurening fra krydstogtskibe baseret på 2004-data.

32 Kajpladser for krydstogtskibe i København (2004)

33 NO x -emission ved hver kajplads i løbet af en sæson Nox (kg) Nox-emission for hele sæsonen Kaj

34 NO 2 -koncentration som årsgennemsnit (2004 data) NO 2 har et baggrundniveau på ca. 23 µg/m 3. Niveauet er øget med 0,8 µg/m 3, hvor bidraget er størst (600 meter øst for Langelinie). Grænseværdien er 40 µg/m 3. Den beskedne forøgelse kan forekomme overraskende fordi skibe er store kilder til NO X. Forklaringen er at der er kemi involveret. Mængden af tilgængelig ozon i baggrundsluftren sætter et loft over, hvor meget NO der umiddelbart kan konverteres til NO 2. (Dette gælder så længe vi betragter lokal skala).

35 PM 2.5 koncentration som årsmiddelværdi (2004 data) Niveauet af PM 2.5 øges lokalt ved krydstogtskibene med 0,035 µg/m 3 (baggrundsniveauet er ca. 15 µg/m 3 ). Grænseværdien er 25 µg/m 3. Bemærk: Det relative bidrag er lille, men ethvert bidrag til PM 2.5 har en negativ helbredseffekt. Der er ikke taget hensyn til specielle forhold under opstart af maskineri.

36 SO 2 koncentration som årsgennemsnit (2004 data) Lokalt, tæt ved krydstogtskibene, blev SO 2 niveauet øget med 1,5 µg/m 3. Baggrundsniveauet var omkring 5 µg/m 3 i Der er en grænseværdi for årsgennemsnit af SO 2 på 20 µg/m 3 (af hensyn til økosystemer) Bemærk: Man må forvente at bidraget fra krydstogtskibe i 2010 er ca. 16 gange lavere grundet ny regler for svovl for skibe i havn.

37 NOx, docking (t) Udvikling i emissioner fra skibe ved kaj NO X emissioner (ved kaj i København) i henhold til rapport fra Krydstogtskibe i 2004 som lige omtalt Tankers Other bulk carriers Container ships Ferries Cruise liners

38 NOx emissioner fra skibe i Københavns havn sammenlignet med andre kilder 373 ton i 2010 fra alle skibe (ved kaj og under manøvrering) Heraf: 200 ton fra krydstogtskibe (ved kaj og under manøvrering) t fra alle skibe i Øresund 568 ton fra Amagerværket i t fra al vejtrafik i Storkøbenhavn

39 Krydstogtsanløb i Københavns havn 2004: 259 anløb i Københavns havn 2008: 295 anløb i Københavns havn 2013: 347 anløb i Københavns havn (10 i Malmø)

40 Århus rel. to Cph (pct.) Sammenligning mellem København og Aarhus Emissioner ved kaj. Aarhus som procent af Kbh Tal gældende for Energy consump., dock (MWh) NOx at dock (t) SO2 at dock (t) PM at dock (t) Energy consump., man. (MWh) NOx, manoeuv. (t) SO2, manoeuv. (t) PM, manoeuv. (t)

41 Undersøgelse fra 2007: 2010 og 2017 scenarier Vil der komme en konflikt mellem flere krydstogtskibe og planlagte ny boligområder?

42 Vi kigger nærmere på et område mod nord - på 2000 x 2000 m Forskellige scenarier undersøges.

43 Vi kigger nærmere på et område mod nord - på 2000 x 2000 m Forskellige scenarier undersøges.

44 Grænseværdi for NO 2 Timeværdien for NO 2 må ikke overskride 200 mikrogram/m 3 mere end 18 gange per år. Derfor er den 19. højeste timeværdi af interesse: Er den større end 200?

45 Scenarie med meget stor hyppighed af anløb af ret store krydstogtskibe Beregninger for NO 2 Vi betragter den 19. højeste timevis koncentration i forskellige højder.

46 Scenarie med meget stor hyppighed af anløb af ret store skibe Beregninger for NO 2 I en højde på 1,5 meter er der intet problem i at overholde grænseværdien. I en højde på 20 meter er der heller intet problem.

47 Receptorer i 30 meters højde NO 2 beregning. Hver firkant er 50 x 50 m. Meget lokale problemer i 30 meters højde.

48 Receptorer i 40 meters højde

49 Receptorer i 50 meters højde

50 Receptorer i 60 meters højde

51 Receptorer i 80 meters højde

52 Hvad fortæller undersøgelsen os? For højhuse tæt ved kajpladser med stor aktivitet kan der være en risiko for at overskride NO 2 grænseværdier. Om der er overskridelse afhænger af de præcise forhold vedrørende emissioner, udslipshøjden fra skibene, og bygningernes højde og placering. Undersøgelsen vedrørende Nordhavn peger dog på, at aktiviteten skal være meget høj og bygningerne placeret ganske tæt ved kajpladserne før man har et problem.

53 Konklusion (1) Når vi betragter hele Danmark ikke blot byer giver skibe et betydeligt bidrag til koncentrationsniveauet i luften af : svovldioxid kvælstofoxider (NO X ) fine partikler For eksempel gælder i danske landdistrikter at skibe er ansvarlige for omkring 20% af NO 2 niveauet i luften.

54 Konklusion (2) IMO reguleringen vedrørende svovl har en stor effekt. Der er ved at ske et stort fald i SO 2 koncentrationerne. Skibe er en væsentlig bidragyder til partikler, både primære og sekundære.

55 Konklusion (3) Krydstogtskibe ved kaj er er en betydelig kilde til NO x emissioner i København. Krydstogtskibe er ansvarlige for 55% af de totale emissioner af NO x fra skibe i Københavns Havn (2008 data) Krydstogtskibe giver ikke anledning til nogen overskridelser af grænseværdier for NO 2 ved jorden tæt ved skibe. For højhuse tæt ved kajpladser med meget højt aktivitetsniveau er der potentiale for overskridelse af grænseværdier for NO 2, afhængigt af de præcise forhold hvad angår emissioner, udslipshøjde og højhusenes højde og placering.

56 Konklusion (4) Det detaljerede undersøgelse af krydstogtskibe ved kaj viste en lokal forøgelse af PM 2.5 med 0,035 µg/m 3 (baggrundsniveau ca. 15 µg/m 3 ). Det relative bidrag er lille, men enhver forøgelse af PM 2.5 koncentrationer udløser negative helbredseffekter.

57

58 UNIVERSITY DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL SCIENCE Results for NO 2 : The 19th largest value Combined effect of cruise ships and urban background contribution To be compared with the limit value of 200 µg/m 3

59 Concentration; µgs/m 3 UNIVERSITY DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL SCIENCE Impact of ship emissions 3,5 3,0 2,5 SO2 Anholt Tange 2,0 1,5 1,0 0,5 0,

60 NOx at dock (t) UNIVERSITY DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL SCIENCE NOx-emissioner ved kaj i Aarhus (2008) Tankers Other bulk carrrier Container ships Ro-Ro Ferries Cruise liners Total: 237 t NOx ved kaj

61 Århus rel. to Cph (pct.) Sammenligning mellem København og Aarhus Emissioner ved kaj. Aarhus som procent af Kbh Energy consump., dock (MWh) NOx at dock (t) SO2 at dock (t) PM at dock (t) Energy consump., man. (MWh) NOx, manoeuv. (t) SO2, manoeuv. (t) PM, manoeuv. (t)

62 UNIVERSITY DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL SCIENCE