Partikelfiltre og målinger Lars K. Gram FORCE Technology Miljøstyrelsens Referencelaboratorium for måling af (stationære) emissioner til luften
Disposition Formål med rapporten Principgodkendelse og kontrolværdi ved syn Partikelfiltres virkemåde Skadede filtre / velfungerende filtre partikelemissioner Måleprincipper Enheder Prøvetagning Analyseprincipper Traditionelle metoder og alternative metoder Konklusion
Formål med rapporten Den nuværende metode til synstest Skadede filtres betydning for emissionen Mulige alternative måleprincipper til synstest Begrænsninger: Kun partikelfiltre og partikelemissioner fra tunge køretøjer i miljøzoner Kun vurdering af synstesten Praktisk test af udstyr ikke inkl.
Principgodkendelse og kontrolværdi ved syn Principgodkendelsen stiller krav om 80 % reduktion uanset grundbelastning (dvs. uanset om der er tale om en Euro I, II eller III motor) Kontrolværdien ved syn er fastsat ud fra 80 % reduktion på en Euro I motor Der kan være meget stor variation i grundbelastningen (før filter) Formålet med syn er IKKE at måle eksakt, men at teste om emissionen er under et niveau
Dieselpartikelfiltre (DPF) Lukket filter: Fysisk filtrering (kaffefilter) Katalytisk effekt Filterkage øger effektiviteten Regenereres ved afbrænding af sod Huller i filteret sænker effektiviteten
Dieselpartikelfiltre (DPF) Partikel antal # eller PN Lilla: uden DPF Rød: med DPF antallet af ultrafine partikler er øget, men massen reduceres med god effektivitet Semi-volatiles kan nu ikke kondensere på de store partikler (som er fjernet) derfor danner de små kondensationskerner (ultrafine partikler)
Dieselpartikelfiltre (DPF) Partikel antal # eller PN PMP protokollen sikrer at semi-volatiles ikke måles ved PN måling (typetest) Rød: uden filter Blå: med filter Grøn: gadeluft Nu er toppen af ultrafine partikler fjernet og målingen er mere reproducerbar Effektiviteten er god for både små og store partikler
Skadede filtre Filtereffektivitet (masse) OEM: nyt ubrugt filter Grøn: små revner Rød: mange revner Blå: én gennemgående revne Sort: to gennemgående revner Time: tid efter regenerering (1*10³ s = ca. 17 minutter) Kilde: Ntziachristos
Skadede filtre Nye filtre har dårligere effekt (i 20 minutter!) (uden betydning) Regenerering nedsætter effektiviteten i 10-15 minutter. Udgør ca. 1/150 af driftstiden og er uden miljømæssig betydning Selv revnede filtre har en relativ høj effektivitet (>80 %) Kilde: Ntziachristos
Huller i filtret Skadesgrad: % af endepropper fjernet Selv 25 % skadesgrad har en acceptabel effektivitet >80%. Hullede filtre har en blow-off effekt. kilde: Seiler
Måleprincipper prøvetagning Direkte i udstødningen Kan anvendes ved syn og vejside kontrol Måler skal kunne tåle fugt og temperatur Tager ikke hensyn til røggasmængden Fortyndingstunnel Anvendes ved typekontrol, test af filtre etc.
Måleprincipper prøvetagning Transportable fortyndingssystemer muligt ved syn og evt. vejsidekontrol Ikke PMP Stue temp. målere kan benyttes Tager ikke hensyn til røggasmængden Fortynding ved måling lidt væk fra udstødningen Kan muligvis anvendes ved vejsidekontrol (indikation af niveauet) Fortyndingsgrad ukendt meget stor usikkerhed Tager ikke hensyn til røggasmængden
Selv meget store antal ultrafine partikler har ingen masse af betydning Måleprincipper enheder Opacitet Lysdæmpning Enhed: m -1 Masse Vægt Enheder: mg/m³ - mg/km - mg/kwh Antal (# = PN = antal) antal partikler totalt eller fordelt på partikelstørrelser Enheder: #/m³ - #/km #/kwh
Traditionel opacitetsmåling (syn) Opacitet måles i k-værdi i enheden m -1 Måler dæmpningen af lys gennem røgen Vejlængde og bølgelængde af lyset er givet i en standard
Traditionel opacitetsmåling Når partiklerne bliver mindre end bølgelængden dæmper de lyset i mindre grad I praksis måles partikler mindre end 200 nm ikke Partikelstørrelsesfordelingen har også indflydelse på opaciteten Kilde: SICK
Traditionel opacitetsmåling Nedre målegrænse? For partikel størrelse er den omkring 200 nm For opacitet Ikke muligt at få et entydigt svar Vores vurdering er, at den ligger mellem 0,1 og 0,2 m -1
Traditionel opacitetsmåling Hvad er problemet? Transmission = det lys der når frem til detektoren Vi måler forskellen mellem to næsten lige store størrelser (venstre bar) Ved lysspredningsteknikken (højre bar) måler vi forskellen mellem 100 % lys og det spredte lys Det er lettere at måle store forskelle end små! Kilde: Angelo
Lysspredning Lysspredning: Lyset rammer partiklerne og spredes Resultatet kan omsættes til opacitet i m -1 Nedre målegrænse for partikelstørrelse: 50-70 nm MAHA vil fortælle mere om mulighederne i dette instrument senere i dag
Alternative målemetoder til syn I rapporten er en lang række målemetoder undersøgt og beskrevet Med den nuværende kontrolværdi på 0,2 m -1 kan kun opacitet og lysspredning benyttes til syn Sænkes kontrolværdien (i samme enhed) kan kun lysspredning benyttes til syn Hvis enhed og målemetode omdefineres er en lang række metoder en teknisk mulighed ved syn Pris, krav til uddannet personale, håndtering, vedligehold etc. diskvalificerer dog mange måleprincipper
Vejsidekontrol En stikprøvekontrol på køretøjer, som medfører ny-indkaldelse til syn er en mulighed Flere af de undersøgte alternative metoder kan potentielt anvendes til dette formål De kan dog ikke benyttes umiddelbart. Dokumentation, beskrivelser, kontrolgrænse etc. skal defineres først
Kontrolværdi ved syn I praksis: Et velfungerende filter vil altid bestå En god Euro III med et dårligt filter kan godt bestå! men overholder sandsynligvis ikke kravet om 80 % Ingen køretøjer som overholder 80% kravet vil dumpe til syn!
Kontrolværdi ved syn I praksis: Det er muligt at bestå syn og IKKE opfylde kravet om 80 % reduktion Der vil, pga. målemetodens usikkerhed, være køretøjer som passerer syn selvom de ligger lidt over kontrolværdien
Konklusion Principgodkendelse: 80 % reduktion uanset grundbelastning Syn: kontrol af et emissionsniveau (ikke en kontrol af 80 % reduktion) En god Euro III med skadet filter kan godt passere syn, men er måske ikke OK i henhold til principgodkendelsen Kravet om 80 % reduktion kan IKKE eftervises med de nuværende regler
Konklusion Den traditionelle opacitets metode kan fortsat benyttes til syn med en kontrolværdi på 0,2 m -1 Kontrolværdien er på grænsen af metodens ydeevne, og kan derfor ikke sænkes Alle overskridelser af kontrolværdi = defekte filtre! Alle velfungerende filtre vil passere syn (stort set uanset grundbelastning) Skadede filtre på gode motorer vil passere syn
Konklusion Nye metoder på vej Med lavere nedre målegrænse Giver mulighed for at sænke kontrolværdien En sænket kontrolværdi vil medvirke til at sænke partikel niveauerne i byerne Myndighederne bør afvente resultater fra Emission 2010 inden der tages beslutninger.