Search

In the SBI fire test, there are temperature sensors in the exhaust duct allowing measurement of the temperature rise of the exhaust gases (DT measurement). In principle these sensors provide means to monitor the production rate of thermal energy. However, while traversing to the exhaust duct the heated gases lose energy to their surroundings which in a rigorous determination of the heat release rate of the specimen must be taken into account. There is also another factor hampering the conversion of the DT values to the thermal energy readings, namely the fact that the temperature readings do not directly show the temperature of the gases, but rather reflect it through a heat transfer process involving also the duct wall temperatures. These complications make the experimentally simple approach to use DT for rate-of-heat-release evaluation a complex task with inherently high uncertainty and proneness to systematic errors. Thus the method is not suitable for routine testing and classification purposes. However, for some other applications, such as quality control and product development purposes, the DT method can in some cases provide a well-suited option for RHR assessment. The method can also be used in fire research, e.g., to analyse the convective portion of the total heat release. In this report we present a method to interpret the DT values in terms of physically relevant factors describing generation and loss of heat. The analysis yields straightforwardly the convective part of RHR of the specimen. However, to evaluate the total RHR of the specimen, external sources of information must be exploited to establish the radiative contribution of the total RHR. The analysis method is based on a simplified model of heat transfer in the SBI system and its mathematical formulation. The solution of the problem entails handling of an inverse heat-transfer problem. The novelty of the presented solution lies in the use of the regularised output least-squares method to tackle with this problem. The dextrous numerical solution of developed enables execution of the whole analysis by a spreadsheet program (EXCEL). As majority of the operations can be executed automatically by EXCEL Macros, integration of the program into, e.g., the SBI data-analysis software is straightforward. Experiments were carried out to establish and verify the heat transfer model and to check the operation of the calculation codes. Besides the use in connection with the SBI apparatus, the data analysis method developed in this study can in principle be applied also in other fire tests.

In the SBI fire test, there are temperature sensors in the exhaust duct allowing measurement of the temperature rise of the exhaust gases (DT measurement). In principle these sensors provide means to monitor the production rate of thermal energy. However, while traversing to the exhaust duct the heated gases lose energy to their surroundings which in a rigorous determination of the heat release rate of the specimen must be taken into account. There is also another factor hampering the conversion of the DT values to the thermal energy readings, namely the fact that the temperature readings do not directly show the temperature of the gases, but rather reflect it through a heat transfer process involving also the duct wall temperatures. These complications make the experimentally simple approach to use DT for rate-of-heat-release evaluation a complex task with inherently high uncertainty and proneness to systematic errors. Thus the method is not suitable for routine testing and classification purposes. However, for some other applications, such as quality control and product development purposes, the DT method can in some cases provide a well-suited option for RHR assessment. The method can also be used in fire research, e.g., to analyse the convective portion of the total heat release. In this report we present a method to interpret the DT values in terms of physically relevant factors describing generation and loss of heat. The analysis yields straightforwardly the convective part of RHR of the specimen. However, to evaluate the total RHR of the specimen, external sources of information must be exploited to establish the radiative contribution of the total RHR. The analysis method is based on a simplified model of heat transfer in the SBI system and its mathematical formulation. The solution of the problem entails handling of an inverse heat-transfer problem. The novelty of the presented solution lies in the use of the regularised output least-squares method to tackle with this problem. The dextrous numerical solution of developed enables execution of the whole analysis by a spreadsheet program (EXCEL). As majority of the operations can be executed automatically by EXCEL Macros, integration of the program into, e.g., the SBI data-analysis software is straightforward. Experiments were carried out to establish and verify the heat transfer model and to check the operation of the calculation codes. Besides the use in connection with the SBI apparatus, the data analysis method developed in this study can in principle be applied also in other fire tests.

Tässä julkaisussa esitetään tieliikenteen päästölaskentajärjestelmän LIISA:n uudistus ja päästöjen viimeisimmät laskentatulokset. Laskentajärjestelmä on vakiinnuttanut asemansa tärkeimpänä lähteenä Suomen tieliikenteen päästöjen inventoinnissa aluetasolla. LIISA-laskentajärjestelmä laskee koko tieliikenteen päästöt. Käytännössä järjestelmä koostuu kolmesta erillisestä osiosta: 1. LIISA-nimisestä ohjelmistosta, joka laskee autoliikenteen päästöt nykyisellä versiolla vuosille 2001-2021, 2. erillisestä, LIISA-mallin tuloksiin pohjautuvasta autoliikenteen päästöjen taannehtivasta laskennasta vuosille 1980-2000 (Excel-ohjelmisto) ja 3. erillisestä päästömallista moottoripyörien ja mopojen päästöjen laskentaan (Excel-ohjelmisto). Nyt toteutettu uudistusprojekti koski näitä kaikkia osioita. Suurin muutos kohdistui päästökertoimiin. LIISA-laskentajärjestelmä on osa LIPASTO-nimistä koko liikenteen pakokaasujen laskentajärjestelmää. LIPASTO alamalleineen päivitetään uusilla suorite- ja kalustotiedoilla vuosittain. Itse malleja ja niiden käyttämiä päästökertoimia ei päivitetä vuosittain vaan tarvittaessa erillisinä projekteina, kuten nyt LIISA-laskentajärjestelmän uudistus. Päivitetyt tulokset esitellään Internet-sivuilla, joiden osoite on http://lipasto.vtt.fi Yleisenä piirteenä tieliikenteen päästöjen kehityksessä on päästömäärien lisääntyminen aina vuoteen 1990 saakka. Silloin otettiin henkilöautoissa laajamittaisesti käyttöön katalysaattorit ja myös dieselkalustolle kiristettiin päästörajoituksia. Tämän jälkeen pakokaasupäästöjen määrä on ollut laskusuunnassa hiilidioksidia ja typpioksiduulia lukuun ottamatta. Uudistetun laskentajärjestelmän tulokset ovat nyt lähempänä kansainvälisten mallien (TREMOVE, RAINS) tuloksia kuin edellisen version olivat. Tähän on osaltaan vaikuttanut entistä yhtenäisempien lähtötietojen käyttö kaikissa eurooppalaisissa malleissa.

Tässä julkaisussa esitetään tieliikenteen päästölaskentajärjestelmän LIISA:n uudistus ja päästöjen viimeisimmät laskentatulokset. Laskentajärjestelmä on vakiinnuttanut asemansa tärkeimpänä lähteenä Suomen tieliikenteen päästöjen inventoinnissa aluetasolla. LIISA-laskentajärjestelmä laskee koko tieliikenteen päästöt. Käytännössä järjestelmä koostuu kolmesta erillisestä osiosta: 1. LIISA-nimisestä ohjelmistosta, joka laskee autoliikenteen päästöt nykyisellä versiolla vuosille 2001-2021, 2. erillisestä, LIISA-mallin tuloksiin pohjautuvasta autoliikenteen päästöjen taannehtivasta laskennasta vuosille 1980-2000 (Excel-ohjelmisto) ja 3. erillisestä päästömallista moottoripyörien ja mopojen päästöjen laskentaan (Excel-ohjelmisto). Nyt toteutettu uudistusprojekti koski näitä kaikkia osioita. Suurin muutos kohdistui päästökertoimiin. LIISA-laskentajärjestelmä on osa LIPASTO-nimistä koko liikenteen pakokaasujen laskentajärjestelmää. LIPASTO alamalleineen päivitetään uusilla suorite- ja kalustotiedoilla vuosittain. Itse malleja ja niiden käyttämiä päästökertoimia ei päivitetä vuosittain vaan tarvittaessa erillisinä projekteina, kuten nyt LIISA-laskentajärjestelmän uudistus. Päivitetyt tulokset esitellään Internet-sivuilla, joiden osoite on http://lipasto.vtt.fi Yleisenä piirteenä tieliikenteen päästöjen kehityksessä on päästömäärien lisääntyminen aina vuoteen 1990 saakka. Silloin otettiin henkilöautoissa laajamittaisesti käyttöön katalysaattorit ja myös dieselkalustolle kiristettiin päästörajoituksia. Tämän jälkeen pakokaasupäästöjen määrä on ollut laskusuunnassa hiilidioksidia ja typpioksiduulia lukuun ottamatta. Uudistetun laskentajärjestelmän tulokset ovat nyt lähempänä kansainvälisten mallien (TREMOVE, RAINS) tuloksia kuin edellisen version olivat. Tähän on osaltaan vaikuttanut entistä yhtenäisempien lähtötietojen käyttö kaikissa eurooppalaisissa malleissa.

Tavoitteena oli kehittää takaisinkytketty seoksensäätöjärjestelmä yhdistetyn lämmön- ja sähköntuotantolaitoksen (CGP) laihaseoskaasumoottoria varten. Työssä käytettiin Sisu Dieselin valmistamaa ja Valtion teknillisessä tutkimuskeskuksessa laihaseoskäyttöiseksi kehitettyä, 7,4-litraista, kipinäsytytteistä, avoimella palo-tilalla varustettua Valmet 634 GA -kaasumoottoria. Seossuhteen takaisinkytkentäsignaaliksi valittiin kaupallinen, pakoputkeen asennettava, nopea, pakokaasujen happipitoisuutta lineaarisesti mittaava anturi. Koe-ajot osoittivat, että takaisinkytkentään valittu laihaseosanturi soveltuu laihaseoskaasumoottorin seoksensäätöohjaukseen. Kehitetty seoksensäätöjärjestelmän ohjaus perustuu ohjelmoitaviin EPROM-muistipiireihin, joihin voidaan ohjelmoida erityyppisiä säätöstrategioita. Seoksensäädön lisäksi järjestelmään voidaan integroida vakiopyörintänopeussäätimen ja sytytysennakon säädön ohjaukset. Pienet pakokaasupäästöt, etenkin typenoksidipäästöt, ovat seoksensäätöohjatun laihaseoskaasumoottorin tärkein tavoite. Laihaseostekniikka vähentää myös hiilimonoksidipäästöjä, mutta hiilivetypäästöt (metaani) jopa kasvavat siirryttäessä typenoksidipäästöjen kannalta riittävän laihaan seokseen. Tästä syystä tutkittiin myös erityisesti maakaasulle kehitettyjen hapettavien laihaseoskatalysaattorien vaikutusta pakokaasupäästöihin. Mitatut katalysaattorit poistivat pakokaasuista lähes täydellisesti hiilivedyn ja hiilimonoksidin, mutta typenoksidipäästöt pysyivät odotetusti ennallaan. Tutkimuksen tavoitteet saavutettiin pääosin. Järjestelmän toimivuutta pitkäaikaiskäytössä ei voitu varmistaa työssä. Muita tämän mitan kokonaisenergialaitoksiin ja takaisinkytkentään soveltuvia antureita ei toistaiseksi ole saatavissa. Kirjallisuuden mukaan Japanissa on kehitteillä nopea typenoksideja mittaava anturi.

Kuplivaa leijukerrospolttoa simuloivalla reaktorilla on tehty vuosina 1994-1996 yhteensä 25 koetta, joissa referenssipolttoaineena käytettiin turvepellettejä ja varsinaisina tutkittavina polttoaineina erilaisista kierrätysmateriaaleista turpeen kanssa energiasuhteessa 25 % kierrätysmateriaalia ja 75 % turvetta tehtyjä pellettejä. Vuonna 1995 kahdessa ja vuonna 1996 kolmessa kokeessa osa turpeen energiasta korvattiin kivihiilellä polttoaineen kloori-rikkisuhteen muuttamiseksi. Vuonna 1994 tehtiin kokeet sekä palamisilmaa vaiheistamatta (primääri- ja sekundääri-ilmat) että palamisilmaa vaiheistaen (primääri-, sekundääri- ja tertiääri-ilmat). Tavoitteena oli tutkia, lisääkö palamisilman vaiheistaminen orgaanisia päästöjä. Lisäksi tavoitteena oli tutkia monimuuttuja-analyysia käyttäen, mitkä polttoaineen ominaisuudet tai palamisolosuhteet vaikuttavat orgaanisten klooriyhdisteiden päästöihin. Palamisilman vaiheistaminen nosti lämpötiloja reaktorissa sekä pienensi typen oksidien päästöjä, ja samalla myös orgaanisten yhdisteiden pitoisuudet laskivat. Polttoaineen klooripitoisuudella oli näissä tulipesän jälkeen tehdyissä mittauksissa suuri vaikutus savukaasun polykloorattujen dibentso-p-dioksiinien ja dibentsofuraanien pitoisuuksiin. Kaikkissa kokeissa, joissa polttoaineen klooripitoisuus oli 300-600 mg/kg, savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuudet olivat reilusti alle keskieurooppalaisen jätteenpolton raja-arvon 0,1 ng/m³n I-TEQ 11 % hapessa. Runsaammin klooria sisältävien polttoaineiden savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuus ylitti tämän raja-arvon. Lentotuhkan PCDD/ PCDF-pitoisuus alitti Saksassa viljelysmaassa sallitun raja-arvon 1 ng/g I-TEQ kahta koetta lukuun ottamatta. Kokeissa, joissa osa turpeen energiasta oli korvattu kivihiilellä, savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuus pieneni kivihiilen osuuden lisääntyessä yhtä koetta lukuun ottamatta. Polttoteknisiä ongelmia aiheuttivat lähinnä lasikuitua sisältävät materiaalit, jotka muutaman tunnin kokeiden aikana jo synnyttivät kerrostumia reaktoriin. Monimuuttuja-analyyseillä PCA ja PLS1 koeaineistoa tutkittaessa havaittiin, että polttoaineen kloori- ja rikkipitoisuuksilla oli suurin vaikutus kloorifenolien, klooribentseenien ja PCB:n pitoisuuksiin savukaasussa. Muita tekijöitä olivat polttoaineen kupari- ja lyijypitoisuus sekä savukaasun HCl-pitoisuus sekä polttoaineen S/Cl2-suhde. Suurin vaikutus savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuuksiin oli savukaasun klooribentseeni- ja kloorifenolipitoisuudella sekä polttoaineen kloori-, kupari- ja lyijypitoisuudella sekä polttoaineen rikki-kloorisuhteella. Lentotuhkan PCDD/PCDF-pitoisuuteen vaikuttivat eniten lentotuhkan kloori- ja kuparipitoisuus sekä polttoaineen rikki-kloorisuhde, savukaasun rikkidioksidipitoisuus ja polttoaineen lyijypitoisuus.

Tavoitteena oli kehittää takaisinkytketty seoksensäätöjärjestelmä yhdistetyn lämmön- ja sähköntuotantolaitoksen (CGP) laihaseoskaasumoottoria varten. Työssä käytettiin Sisu Dieselin valmistamaa ja Valtion teknillisessä tutkimuskeskuksessa laihaseoskäyttöiseksi kehitettyä, 7,4-litraista, kipinäsytytteistä, avoimella palo-tilalla varustettua Valmet 634 GA -kaasumoottoria. Seossuhteen takaisinkytkentäsignaaliksi valittiin kaupallinen, pakoputkeen asennettava, nopea, pakokaasujen happipitoisuutta lineaarisesti mittaava anturi. Koe-ajot osoittivat, että takaisinkytkentään valittu laihaseosanturi soveltuu laihaseoskaasumoottorin seoksensäätöohjaukseen. Kehitetty seoksensäätöjärjestelmän ohjaus perustuu ohjelmoitaviin EPROM-muistipiireihin, joihin voidaan ohjelmoida erityyppisiä säätöstrategioita. Seoksensäädön lisäksi järjestelmään voidaan integroida vakiopyörintänopeussäätimen ja sytytysennakon säädön ohjaukset. Pienet pakokaasupäästöt, etenkin typenoksidipäästöt, ovat seoksensäätöohjatun laihaseoskaasumoottorin tärkein tavoite. Laihaseostekniikka vähentää myös hiilimonoksidipäästöjä, mutta hiilivetypäästöt (metaani) jopa kasvavat siirryttäessä typenoksidipäästöjen kannalta riittävän laihaan seokseen. Tästä syystä tutkittiin myös erityisesti maakaasulle kehitettyjen hapettavien laihaseoskatalysaattorien vaikutusta pakokaasupäästöihin. Mitatut katalysaattorit poistivat pakokaasuista lähes täydellisesti hiilivedyn ja hiilimonoksidin, mutta typenoksidipäästöt pysyivät odotetusti ennallaan. Tutkimuksen tavoitteet saavutettiin pääosin. Järjestelmän toimivuutta pitkäaikaiskäytössä ei voitu varmistaa työssä. Muita tämän mitan kokonaisenergialaitoksiin ja takaisinkytkentään soveltuvia antureita ei toistaiseksi ole saatavissa. Kirjallisuuden mukaan Japanissa on kehitteillä nopea typenoksideja mittaava anturi.

Kasvihuonekaasujen pitoisuudet ilmakehässä ovat lisääntymässä ihmisen toiminnan seurauksena. Ilmastosopimus pyrkii estämään ihmisen toiminnan vaarallisen puuttumisen maapallon ilmastoon ja edellyttää osapuoliltaan, että ne inventoivat kasvihuonekaasupäästönsä ja ottavat toimissaan sopimuksen tavoitteet huomioon. Tutkimuksessa arvioitiin kahden kasvihuonekaasun, metaanin ja dityppioksidin, ihmisen toiminnasta aiheutuvat päästöt Suomessa vuosina 1990 ja 1994, päästöjen kehitys vuoteen 2010 sekä päästöjen rajoittamisen mahdollisuudet ja kustannustehokkuus. Metaanipäästöt vuosina 1990 ja 1994 olivat arvion mukaan noin 250 Gg/a. Päästöistä suurin osa on peräisin jätteiden kaatopaikkasijoituksesta; kotieläinten ruoansulatus on toinen merkittävä päästölähde. Kehitysarvion mukaan päästöt vähenevät vuoteen 2010 mennessä noin 230 Gg:aan/a mainituissa sektoreissa tapahtuvien volyymi- ja rakennemuutosten myötä. Metaanipäästöjen rajoittamisen mahdollisuudet ovat hyvät. Kaatopaikkakaasun talteenotolla voidaan saavuttaa lähes 30 prosentin vähennys kokonaispäästöissä vähäisillä tai jopa negatiivisilla kustannuksilla, mikäli kaasun energia voidaan hyödyntää tehokkaasti. Jätteiden kaatopaikkasijoituksen vähentäminen vaihtoehtoisten käsittelytekniikoiden, kuten jätteiden polton tai biologisen käsittelyn, avulla ja kierrätystä lisäämällä vähentää tulevaisuuden metaanipäästöjä. Metaanipäästöjen vähentämisen kustannustehokkuuden kannalta ko. toimenpiteet ovat kalliimpia kuin kaatopaikkakaasun talteenotto, mutta ne vähentävät myös muita kaatopaikkasijoituksen aiheuttamia ympäristövaikutuksista ja ovat siksi kannatettavia toimenpiteitä. Kotieläinten ruoansulatuksen aiheuttamien metaanipäästöjen vähentämiseksi on esitetty toimenpiteitä, joiden mahdollisuudet Suomen oloissa tulisi selvittää tarkemmin. Lannan käsittelyn metaanipäästöt ovat Suomessa pienet ja päästöjen vähentämistoimenpiteiden kustannukset vähennettyä metaanitonnia kohti siksi suuret. Dityppioksidipäästöt olivat arvion mukaan noin 19 Gg vuonna 1990 ja 18 Gg vuonna 1994. Merkittävimmät päästölähteet ovat maatalous, energiantuotanto, liikenne ja typpihapon valmistus. Päästöjen vähentyminen johtuu maatalouden päästöjen vähentymisestä. Vuoteen 2010 päästöjen arvioidaan kasvavan lähes 30 prosenttia energiantuotannon ja liikenteen päästöjen lisääntymisen takia. Maatalouden päästöjen pienentymisen jatkuminen on arvioitu vähäiseksi ja typpihapon valmistuksen päästöjen on arvioitu säilyvän nykyisen suuruisina. Dityppioksidipäästöjen vähentämisen mahdollisuuksia ei vielä täysin tunneta, ja vähennystoimenpiteet ovat vielä suurelta osin kokeiluasteella. Typpihapon valmistuksen päästöjä on esitetty voitavan vähentää 70 - 80 prosenttia kohtuullisin kustannuksin (jopa alle 1 000 mk/t N2O). Myös leijupolton päästöjen vähennysmahdollisuudet ovat lupaavat, mutta toimenpiteiden todellisesta tehokkuudesta ja kustannuksista laitoksissa ei ole tietoa. Liikenteessä katalysaattoriautojen yleistyminen ja katalysaattoreiden vanhentuminen lisäävät päästöjä eikä päästöjen vähentämiseksi ole vielä tarjolla teknistä ratkaisua. Yhteensä typpihapon valmistukseen ja leijupolttoon kohdistuvilla toimenpiteillä arvioidaan Suomen vuoden 2010 päästöjä voitavan mahdollisesti vähentää jopa noin 20 - 30 prosenttia, jos uudet tekniikat saadaan kehitettyä myös laitoksissa laboratoriokokeissa saatuja tuloksia vastaaviksi. Arvioitu vähennyspotentiaali on samansuuruinen, kuin dityppioksidipäästöjen arvioitu kasvu. IPCC on arvioinut, että metaanin pitoisuuksien vakiinnuttamiseksi ilmakehässä vuoden 1990 tasolle globaaleja päästöjä tulisi vähentää noin 8 prosenttia. Dityppioksidin ilmakehän pitoisuuksien vakiinnuttamiseksi samalle tasolle tarvittaisiin puolestaan yli 50 prosentin vähennys globaaleihin päästöihin. Suomen metaanipäästöjä on mahdollista vähentää enemmän kuin mainitut 8 prosenttia vähäisillä tai jopa negatiivisilla kustannuksilla. Dityppioksidipäästöjen osalta yli 50 prosentin vähennys ei tämän arvion mukaan ole mahdollinen teknisillä rajoitustoimenpiteillä.

Kasvihuonekaasujen pitoisuudet ilmakehässä ovat lisääntymässä ihmisen toiminnan seurauksena. Ilmastosopimus pyrkii estämään ihmisen toiminnan vaarallisen puuttumisen maapallon ilmastoon ja edellyttää osapuoliltaan, että ne inventoivat kasvihuonekaasupäästönsä ja ottavat toimissaan sopimuksen tavoitteet huomioon. Tutkimuksessa arvioitiin kahden kasvihuonekaasun, metaanin ja dityppioksidin, ihmisen toiminnasta aiheutuvat päästöt Suomessa vuosina 1990 ja 1994, päästöjen kehitys vuoteen 2010 sekä päästöjen rajoittamisen mahdollisuudet ja kustannustehokkuus. Metaanipäästöt vuosina 1990 ja 1994 olivat arvion mukaan noin 250 Gg/a. Päästöistä suurin osa on peräisin jätteiden kaatopaikkasijoituksesta; kotieläinten ruoansulatus on toinen merkittävä päästölähde. Kehitysarvion mukaan päästöt vähenevät vuoteen 2010 mennessä noin 230 Gg:aan/a mainituissa sektoreissa tapahtuvien volyymi- ja rakennemuutosten myötä. Metaanipäästöjen rajoittamisen mahdollisuudet ovat hyvät. Kaatopaikkakaasun talteenotolla voidaan saavuttaa lähes 30 prosentin vähennys kokonaispäästöissä vähäisillä tai jopa negatiivisilla kustannuksilla, mikäli kaasun energia voidaan hyödyntää tehokkaasti. Jätteiden kaatopaikkasijoituksen vähentäminen vaihtoehtoisten käsittelytekniikoiden, kuten jätteiden polton tai biologisen käsittelyn, avulla ja kierrätystä lisäämällä vähentää tulevaisuuden metaanipäästöjä. Metaanipäästöjen vähentämisen kustannustehokkuuden kannalta ko. toimenpiteet ovat kalliimpia kuin kaatopaikkakaasun talteenotto, mutta ne vähentävät myös muita kaatopaikkasijoituksen aiheuttamia ympäristövaikutuksista ja ovat siksi kannatettavia toimenpiteitä. Kotieläinten ruoansulatuksen aiheuttamien metaanipäästöjen vähentämiseksi on esitetty toimenpiteitä, joiden mahdollisuudet Suomen oloissa tulisi selvittää tarkemmin. Lannan käsittelyn metaanipäästöt ovat Suomessa pienet ja päästöjen vähentämistoimenpiteiden kustannukset vähennettyä metaanitonnia kohti siksi suuret. Dityppioksidipäästöt olivat arvion mukaan noin 19 Gg vuonna 1990 ja 18 Gg vuonna 1994. Merkittävimmät päästölähteet ovat maatalous, energiantuotanto, liikenne ja typpihapon valmistus. Päästöjen vähentyminen johtuu maatalouden päästöjen vähentymisestä. Vuoteen 2010 päästöjen arvioidaan kasvavan lähes 30 prosenttia energiantuotannon ja liikenteen päästöjen lisääntymisen takia. Maatalouden päästöjen pienentymisen jatkuminen on arvioitu vähäiseksi ja typpihapon valmistuksen päästöjen on arvioitu säilyvän nykyisen suuruisina. Dityppioksidipäästöjen vähentämisen mahdollisuuksia ei vielä täysin tunneta, ja vähennystoimenpiteet ovat vielä suurelta osin kokeiluasteella. Typpihapon valmistuksen päästöjä on esitetty voitavan vähentää 70 - 80 prosenttia kohtuullisin kustannuksin (jopa alle 1 000 mk/t N2O). Myös leijupolton päästöjen vähennysmahdollisuudet ovat lupaavat, mutta toimenpiteiden todellisesta tehokkuudesta ja kustannuksista laitoksissa ei ole tietoa. Liikenteessä katalysaattoriautojen yleistyminen ja katalysaattoreiden vanhentuminen lisäävät päästöjä eikä päästöjen vähentämiseksi ole vielä tarjolla teknistä ratkaisua. Yhteensä typpihapon valmistukseen ja leijupolttoon kohdistuvilla toimenpiteillä arvioidaan Suomen vuoden 2010 päästöjä voitavan mahdollisesti vähentää jopa noin 20 - 30 prosenttia, jos uudet tekniikat saadaan kehitettyä myös laitoksissa laboratoriokokeissa saatuja tuloksia vastaaviksi. Arvioitu vähennyspotentiaali on samansuuruinen, kuin dityppioksidipäästöjen arvioitu kasvu. IPCC on arvioinut, että metaanin pitoisuuksien vakiinnuttamiseksi ilmakehässä vuoden 1990 tasolle globaaleja päästöjä tulisi vähentää noin 8 prosenttia. Dityppioksidin ilmakehän pitoisuuksien vakiinnuttamiseksi samalle tasolle tarvittaisiin puolestaan yli 50 prosentin vähennys globaaleihin päästöihin. Suomen metaanipäästöjä on mahdollista vähentää enemmän kuin mainitut 8 prosenttia vähäisillä tai jopa negatiivisilla kustannuksilla. Dityppioksidipäästöjen osalta yli 50 prosentin vähennys ei tämän arvion mukaan ole mahdollinen teknisillä rajoitustoimenpiteillä.

Kuplivaa leijukerrospolttoa simuloivalla reaktorilla on tehty vuosina 1994-1996 yhteensä 25 koetta, joissa referenssipolttoaineena käytettiin turvepellettejä ja varsinaisina tutkittavina polttoaineina erilaisista kierrätysmateriaaleista turpeen kanssa energiasuhteessa 25 % kierrätysmateriaalia ja 75 % turvetta tehtyjä pellettejä. Vuonna 1995 kahdessa ja vuonna 1996 kolmessa kokeessa osa turpeen energiasta korvattiin kivihiilellä polttoaineen kloori-rikkisuhteen muuttamiseksi. Vuonna 1994 tehtiin kokeet sekä palamisilmaa vaiheistamatta (primääri- ja sekundääri-ilmat) että palamisilmaa vaiheistaen (primääri-, sekundääri- ja tertiääri-ilmat). Tavoitteena oli tutkia, lisääkö palamisilman vaiheistaminen orgaanisia päästöjä. Lisäksi tavoitteena oli tutkia monimuuttuja-analyysia käyttäen, mitkä polttoaineen ominaisuudet tai palamisolosuhteet vaikuttavat orgaanisten klooriyhdisteiden päästöihin. Palamisilman vaiheistaminen nosti lämpötiloja reaktorissa sekä pienensi typen oksidien päästöjä, ja samalla myös orgaanisten yhdisteiden pitoisuudet laskivat. Polttoaineen klooripitoisuudella oli näissä tulipesän jälkeen tehdyissä mittauksissa suuri vaikutus savukaasun polykloorattujen dibentso-p-dioksiinien ja dibentsofuraanien pitoisuuksiin. Kaikkissa kokeissa, joissa polttoaineen klooripitoisuus oli 300-600 mg/kg, savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuudet olivat reilusti alle keskieurooppalaisen jätteenpolton raja-arvon 0,1 ng/m³n I-TEQ 11 % hapessa. Runsaammin klooria sisältävien polttoaineiden savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuus ylitti tämän raja-arvon. Lentotuhkan PCDD/ PCDF-pitoisuus alitti Saksassa viljelysmaassa sallitun raja-arvon 1 ng/g I-TEQ kahta koetta lukuun ottamatta. Kokeissa, joissa osa turpeen energiasta oli korvattu kivihiilellä, savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuus pieneni kivihiilen osuuden lisääntyessä yhtä koetta lukuun ottamatta. Polttoteknisiä ongelmia aiheuttivat lähinnä lasikuitua sisältävät materiaalit, jotka muutaman tunnin kokeiden aikana jo synnyttivät kerrostumia reaktoriin. Monimuuttuja-analyyseillä PCA ja PLS1 koeaineistoa tutkittaessa havaittiin, että polttoaineen kloori- ja rikkipitoisuuksilla oli suurin vaikutus kloorifenolien, klooribentseenien ja PCB:n pitoisuuksiin savukaasussa. Muita tekijöitä olivat polttoaineen kupari- ja lyijypitoisuus sekä savukaasun HCl-pitoisuus sekä polttoaineen S/Cl2-suhde. Suurin vaikutus savukaasun PCDD/PCDF-pitoisuuksiin oli savukaasun klooribentseeni- ja kloorifenolipitoisuudella sekä polttoaineen kloori-, kupari- ja lyijypitoisuudella sekä polttoaineen rikki-kloorisuhteella. Lentotuhkan PCDD/PCDF-pitoisuuteen vaikuttivat eniten lentotuhkan kloori- ja kuparipitoisuus sekä polttoaineen rikki-kloorisuhde, savukaasun rikkidioksidipitoisuus ja polttoaineen lyijypitoisuus.

Tutkimuksessa vertailtiin Kalifornian pitkälle reformuloitua bensiiniä (CARB), Suomen nykyistä reformuloitua bensiiniä (RFG) ja MTBE:n lisäksi TAME-eetteriä sisältävää bensiiniä (RFG2) eurolaatuiseen bensiiniin (EN228). Mittauksia tehtiin FTP-testin mukaisesti +22 ja -7 oC:ssa 12 autolla, joista seitsemän oli katalysaattorilla varustettua ja viisi katalysaattoritonta autoa. Pakokaasuista mitattiin säännellyt päästöt eli kokonaishiilivedyt (THC), häkä (CO) ja typen oksidit (NOx). Lisäksi mitattiin sääntelemättömiä päästöjä eli aldehydejä, eriteltyjä hiilivetyjä, eettereitä, hiukkasia ja niiden koostumusta sekä semihaihtuvia yhdisteitä. Mittauksiin kuului myös polttoaineenkulutuksen mittaaminen eri polttoaineilla. Kaikilla tutkituilla reformuloiduilla polttoaineilla saavutettiin merkittäviä päästö-vähenemiä eurolaatuiseen polttoaineeseen verrattuna. Esimerkiksi bentseenipäästö laski reformuloiduilla polttoaineilla 40 - 50 % kaikilla autoilla ja kaikissa lämpötiloissa. Kokonaistoksisten päästöjen vähenemät olivat 14 - 45 % autosta ja lämpötilasta riippuen. RFG- ja RFG2-polttoaineilla saavutettiin sekä katalysaattorilla varustetuilla että katalysaattorittomilla autoilla CARB-polttoainetta alemmat kokonaishiilivety- ja häkäpäästöt, mihin todennäköisesti vaikutti CARB:n erittäin matala höyrynpaine. Pisimmälle reformuloidulla CARB-polttoaineella saavutettiin katalysaattoriautoilla muita polttoaineita alemmat 1,3-butadieenipäästöt. Alustavien mittausten mukaan katalysaattorilla varustetun bensiiniauton hiukkaspäästö oli noin 1/300 ja katalysaattorittoman auton hiukkaspäästökin alle 1/10 dieselhenkilöauton hiukkaspäästöstä. Reformuloituja polttoaineita käytettäessä katalysaattorittoman auton hiukkaset sisälsivät vähemmän PAH-yhdisteitä kuin eurolaatuista polttoainetta käytettäessä. Katalysaattoriautojen semihaihtuvan osuuden PAH-yhdisteiden määrä näytti myös vähenevän bensiinin reformuloinnin avulla. Polttoaineenkulutuserot eri polttoaineita käytettäessä olivat merkityksettömiä. Suurimmillaankin muutokset olivat alle 0,2 l/100 km.

Tutkimuksessa vertailtiin Kalifornian pitkälle reformuloitua bensiiniä (CARB), Suomen nykyistä reformuloitua bensiiniä (RFG) ja MTBE:n lisäksi TAME-eetteriä sisältävää bensiiniä (RFG2) eurolaatuiseen bensiiniin (EN228). Mittauksia tehtiin FTP-testin mukaisesti +22 ja -7 oC:ssa 12 autolla, joista seitsemän oli katalysaattorilla varustettua ja viisi katalysaattoritonta autoa. Pakokaasuista mitattiin säännellyt päästöt eli kokonaishiilivedyt (THC), häkä (CO) ja typen oksidit (NOx). Lisäksi mitattiin sääntelemättömiä päästöjä eli aldehydejä, eriteltyjä hiilivetyjä, eettereitä, hiukkasia ja niiden koostumusta sekä semihaihtuvia yhdisteitä. Mittauksiin kuului myös polttoaineenkulutuksen mittaaminen eri polttoaineilla. Kaikilla tutkituilla reformuloiduilla polttoaineilla saavutettiin merkittäviä päästö-vähenemiä eurolaatuiseen polttoaineeseen verrattuna. Esimerkiksi bentseenipäästö laski reformuloiduilla polttoaineilla 40 - 50 % kaikilla autoilla ja kaikissa lämpötiloissa. Kokonaistoksisten päästöjen vähenemät olivat 14 - 45 % autosta ja lämpötilasta riippuen. RFG- ja RFG2-polttoaineilla saavutettiin sekä katalysaattorilla varustetuilla että katalysaattorittomilla autoilla CARB-polttoainetta alemmat kokonaishiilivety- ja häkäpäästöt, mihin todennäköisesti vaikutti CARB:n erittäin matala höyrynpaine. Pisimmälle reformuloidulla CARB-polttoaineella saavutettiin katalysaattoriautoilla muita polttoaineita alemmat 1,3-butadieenipäästöt. Alustavien mittausten mukaan katalysaattorilla varustetun bensiiniauton hiukkaspäästö oli noin 1/300 ja katalysaattorittoman auton hiukkaspäästökin alle 1/10 dieselhenkilöauton hiukkaspäästöstä. Reformuloituja polttoaineita käytettäessä katalysaattorittoman auton hiukkaset sisälsivät vähemmän PAH-yhdisteitä kuin eurolaatuista polttoainetta käytettäessä. Katalysaattoriautojen semihaihtuvan osuuden PAH-yhdisteiden määrä näytti myös vähenevän bensiinin reformuloinnin avulla. Polttoaineenkulutuserot eri polttoaineita käytettäessä olivat merkityksettömiä. Suurimmillaankin muutokset olivat alle 0,2 l/100 km.

Annex V within the IEA Agreement on Alternative Motor Fuels is the first subtask to generate new experimental data. The objective of the task is to generate information on the emission potential of alternative fuels in severe operating conditions and to evaluate new emission measurement methods. The work was carried out in three phases, Engine Tests, Vehicle Tests and Addendum of Diesel Vehicles. The work was carried out at VTT (Technical Research Centre of Finland) as a cost shared operation. Participants were Belgium (Parts Two and Three), Canada (Parts One and Two), Finland, Italy (Part One), Japan, the Netherlands, Sweden and USA. The United Kingdom also joined at the end of the Annex. The work included 143 different vehicle/fuel/temperature combinations. FTP type emission tests were run on 14 vehicles powered with different gasoline compositions, methanol (M50 and M85), ethanol (E85), LPG, CNG and diesel. Both regulated and unregulated emission components were measured using the most up-to-date emissions measurement technology. The results indicated, that today's advanced gasoline vehicles must be considered rather clean. Diesel is comparable with gasoline in the case of CO and HC. M85 gives low emissions in warm conditions, but unburned methanol must be controlled. Natural gas and LPG are inherently clean fuels which, using up-to-date engine technology, give low emissions in all conditions.

Suomen tieliikenteen pakokaasujen laskentajärjestelmä LIISA on vakiinnuttanut asemansa tärkeimpänä lähteenä tieliikenteen päästöjen määrittämisessä aluetasolla. Julkaisussa esitetään laskentajärjestelmän version LIISA 95 rakenne, käytetyt lähtötiedot ja laskentatuloksia. Laskentajärjestelmän ensimmäinen versio valmistui 1989 ja se laski vuoden 1987 päästöt. Vuonna 1990 järjestelmään lisättiin ennusteosa. Laskentajärjestelmä uudistettiin perusteellisesti vuonna 1995, jolloin valmistui versio LIISA 1993. Tuolloin kaikki lähtötiedot tarkistettiin uusimman tiedon mukaisiksi, ja siksi tuloksia ei voi suoraan verrata aikaisempiin versioihin. Julkaisussa esiteltävä LIISA 95 on päivitysversio LIISA 93:sta ja LIISA 94:stä, ja tuloksia voidaan siten verrata suoraan näiden kolmen version välillä. Tietojärjestelmällä voidaan laskea liikennesuoritetietoihin, päästökertoimiin ja kulutettuun polttonesteen määrään perustuen Suomen tieliikenteen pakokaasujen kokonaispäästömäärät kunnittain, lääneittäin ja koko maan osalta. Päästölajit ovat hiilimonoksidi (CO), hiilivedyt (HC), typen oksidit (NOx), hiukkaset, metaani (CH4), typpioksiduuli (N2O), rikkidioksidi (SO2) ja hiilidioksidi (CO2) sekä polttonesteen kulutus. Päästö on jaettu ajoneuvotyypin ja tietyypin mukaan sekä käyttövoiman mukaan (bensiini/diesel). Peruslaskentavuosi on 1995. Laskentajärjestelmä laskee päästöt vuoteen 2015 saakka. Lähtötietoina olevia taulukoita voi muuttaa ohjelman ulkopuolella, jolloin voi tutkia mitä erilaisimpia tulevaisuuden tilanteita. Tietojärjestelmä toimii tavallisessa IBM-yhteensopivassa, vähintään AT-tasoisessa mikrotietokoneessa, joka on varustettu matematiikkaprosessorilla. Järjestelmän täysimittainen käyttö edellyttää käyttäjältään liikenneteknisten ja päästökysymysten perusteellista tuntemusta. Julkaisussa esitetään perustulosteet koko Suomen ja läänien päästöistä. Jokaisesta kunnasta esitetään tieliikenteen pakokaasupäästöt yhteensä kunkin yhdisteen osalta. Päästöjen kehitys kuvataan vuosilta 1980 - 2015. Lisäksi tarkastellaan autokaluston iän vaikutuksia päästöihin, autojen kylmäkäytöstä aiheutuvaa päästölisäystä ja polttonesteiden kehittämisen vaikutuksia päästöihin.

Moottoriajoneuvojen sääntelemättömät pakokaasupäästöt ovat aineosia, joille ei nimensä mukaisesti ole lainsäädännössä määräyksiä. Vain hiilimonoksidille (CO), typenoksideille (NOx), kaasumaisille hiilivedyille (HC) ja dieselajoneuvoista hiukkasten kokonaismäärälle on asetettu laissa rajat. Kuitenkin arvioitaessa liikenteen aiheuttamia terveysvaikutuksia ja osuutta ilman laadun huononemiseen ovat sääntelemättömät pakokaasuyhdisteet saamassa entistä suuremman merkityksen. Ilman niiden luotettavaa ja riittävän laaja-alaista määritystä liikennettä koskevan ympäristölainsäädännön kehittyminen ei ole mahdollista. Tärkeimmät liikenteen päästöjen ympäristövaikutukset ovat savusumun muodostuminen taajamissa sekä ilmaston lämpeneminen. Terveysvaikutukset ovat joko akuutteja, kuten hengitystieärsytys, tai pitkäaikaisia, kuten altistuminen karsinogeenisille päästöille. Yhdysvaltojen ympäristöviranomainen (EPA) on määritellyt liikenteen tärkeimmiksi ilmakehään tuottamiksi toksisiksi yhdisteiksi formaldehydin, asetaldehydin, bentseenin, 1,3-butadieenin sekä hiukkaset ja niihin sitoutuneen orgaanisen aineen. Ne tulisi ottaa huomioon uusia polttoainelaatuja, moottoritekniikoita ja pakokaasun jälkikäsittelytekniikoita kehitettäessä. Formaldehydipäästö on jo tietyissä tapauksissa säännelty Yhdysvalloissa. Rajoittamattomuuden vuoksi ei-säänneltyjen komponenttien näytteenotto- ja mittaustekniikat ovat osittain kehittymättömiä ja epäyhtenäisiä. Yleisesti hyväksyttyä mittausmetodiikkaa ei ole. Tässä työssä tarkastellaan ympäristö- ja terveysvaikutusten kannalta tärkeimpien diesel- ja bensiinipakokaasukomponenttien näytteenotto- ja analyysitekniikoiden nykytilaa maailmalla sekä VTT:ssä käytössä olevia menetelmiä. Joitakin VTT:ssä mitattuja, luotettavina pidettyjä tuloksia esitetään. Lisäksi kuvataan haittavaikutusten arviointimenetelmiä, kuten päästön otsoninmuodostuskykyä ilmassa, ja testejä pitkäaikaisten biologisten vaikutusten arvioimiseksi. Myös päästökomponenttien muodostumista, esiintymistä ja merkitystä käsitellään. Tutkimus käsittää tällä hetkellä keskeisimpinä pidetyt ei-säännellyt päästöt, joita ovat yksittäiset hiilivedyt, aldehydit ja muut karbonyyliyhdisteet, alkoholit, N20, semihaihtuva ja hiukkasfaasi sekä niiden sisältämät yhdisteet. Päästöjen polyaromaattiset aineosat (POM) pääasiassa dieselmoottorin hiukkasfaasissa, mutta lisääntyvässä määrin myös bensiinimoottorin semihaihtuvassa sekä hiukkasfaasissa, ovat tärkeitä. Ne ovat kuitenkin monimutkaisuutensa ja pienten määriensä vuoksi erityisen vaativia tutkimuskohteita, esimerkiksi polyaromaattisten hiilivetyjen ja nitro-PAH-yhdisteiden analysointi, ja ovat saaneet tästä syystä erityistä painoa. Myös POMien biologisten vaikutusten (mutageenisuus) arviointia sivutaan. Uusista mittaustekniikoista esitellään VTT:hen hankittu online-FTIR-pakokaasuanalysaattori ja arvioidaan sen soveltuvuutta ei-säanneltyjen pakokaasuyhdisteiden jatkuvatoimiseen monikomponenttianalyysiin raakakaasusta.

Annex V within the IEA Agreement on Alternative Motor Fuels is the first subtask to generate new experimental data. The objective of the task is to generate information on the emission potential of alternative fuels in severe operating conditions and to evaluate new emission measurement methods. The work was carried out in three phases, Engine Tests, Vehicle Tests and Addendum of Diesel Vehicles. The work was carried out at VTT (Technical Research Centre of Finland) as a cost shared operation. Participants were Belgium (Parts Two and Three), Canada (Parts One and Two), Finland, Italy (Part One), Japan, the Netherlands, Sweden and USA. The United Kingdom also joined at the end of the Annex. The work included 143 different vehicle/fuel/temperature combinations. FTP type emission tests were run on 14 vehicles powered with different gasoline compositions, methanol (M50 and M85), ethanol (E85), LPG, CNG and diesel. Both regulated and unregulated emission components were measured using the most up-to-date emissions measurement technology. The results indicated, that today's advanced gasoline vehicles must be considered rather clean. Diesel is comparable with gasoline in the case of CO and HC. M85 gives low emissions in warm conditions, but unburned methanol must be controlled. Natural gas and LPG are inherently clean fuels which, using up-to-date engine technology, give low emissions in all conditions.

Moottoriajoneuvojen sääntelemättömät pakokaasupäästöt ovat aineosia, joille ei nimensä mukaisesti ole lainsäädännössä määräyksiä. Vain hiilimonoksidille (CO), typenoksideille (NOx), kaasumaisille hiilivedyille (HC) ja dieselajoneuvoista hiukkasten kokonaismäärälle on asetettu laissa rajat. Kuitenkin arvioitaessa liikenteen aiheuttamia terveysvaikutuksia ja osuutta ilman laadun huononemiseen ovat sääntelemättömät pakokaasuyhdisteet saamassa entistä suuremman merkityksen. Ilman niiden luotettavaa ja riittävän laaja-alaista määritystä liikennettä koskevan ympäristölainsäädännön kehittyminen ei ole mahdollista. Tärkeimmät liikenteen päästöjen ympäristövaikutukset ovat savusumun muodostuminen taajamissa sekä ilmaston lämpeneminen. Terveysvaikutukset ovat joko akuutteja, kuten hengitystieärsytys, tai pitkäaikaisia, kuten altistuminen karsinogeenisille päästöille. Yhdysvaltojen ympäristöviranomainen (EPA) on määritellyt liikenteen tärkeimmiksi ilmakehään tuottamiksi toksisiksi yhdisteiksi formaldehydin, asetaldehydin, bentseenin, 1,3-butadieenin sekä hiukkaset ja niihin sitoutuneen orgaanisen aineen. Ne tulisi ottaa huomioon uusia polttoainelaatuja, moottoritekniikoita ja pakokaasun jälkikäsittelytekniikoita kehitettäessä. Formaldehydipäästö on jo tietyissä tapauksissa säännelty Yhdysvalloissa. Rajoittamattomuuden vuoksi ei-säänneltyjen komponenttien näytteenotto- ja mittaustekniikat ovat osittain kehittymättömiä ja epäyhtenäisiä. Yleisesti hyväksyttyä mittausmetodiikkaa ei ole. Tässä työssä tarkastellaan ympäristö- ja terveysvaikutusten kannalta tärkeimpien diesel- ja bensiinipakokaasukomponenttien näytteenotto- ja analyysitekniikoiden nykytilaa maailmalla sekä VTT:ssä käytössä olevia menetelmiä. Joitakin VTT:ssä mitattuja, luotettavina pidettyjä tuloksia esitetään. Lisäksi kuvataan haittavaikutusten arviointimenetelmiä, kuten päästön otsoninmuodostuskykyä ilmassa, ja testejä pitkäaikaisten biologisten vaikutusten arvioimiseksi. Myös päästökomponenttien muodostumista, esiintymistä ja merkitystä käsitellään. Tutkimus käsittää tällä hetkellä keskeisimpinä pidetyt ei-säännellyt päästöt, joita ovat yksittäiset hiilivedyt, aldehydit ja muut karbonyyliyhdisteet, alkoholit, N20, semihaihtuva ja hiukkasfaasi sekä niiden sisältämät yhdisteet. Päästöjen polyaromaattiset aineosat (POM) pääasiassa dieselmoottorin hiukkasfaasissa, mutta lisääntyvässä määrin myös bensiinimoottorin semihaihtuvassa sekä hiukkasfaasissa, ovat tärkeitä. Ne ovat kuitenkin monimutkaisuutensa ja pienten määriensä vuoksi erityisen vaativia tutkimuskohteita, esimerkiksi polyaromaattisten hiilivetyjen ja nitro-PAH-yhdisteiden analysointi, ja ovat saaneet tästä syystä erityistä painoa. Myös POMien biologisten vaikutusten (mutageenisuus) arviointia sivutaan. Uusista mittaustekniikoista esitellään VTT:hen hankittu online-FTIR-pakokaasuanalysaattori ja arvioidaan sen soveltuvuutta ei-säanneltyjen pakokaasuyhdisteiden jatkuvatoimiseen monikomponenttianalyysiin raakakaasusta.

Suomen tieliikenteen pakokaasujen laskentajärjestelmä LIISA on vakiinnuttanut asemansa tärkeimpänä lähteenä tieliikenteen päästöjen määrittämisessä aluetasolla. Julkaisussa esitetään laskentajärjestelmän version LIISA 95 rakenne, käytetyt lähtötiedot ja laskentatuloksia. Laskentajärjestelmän ensimmäinen versio valmistui 1989 ja se laski vuoden 1987 päästöt. Vuonna 1990 järjestelmään lisättiin ennusteosa. Laskentajärjestelmä uudistettiin perusteellisesti vuonna 1995, jolloin valmistui versio LIISA 1993. Tuolloin kaikki lähtötiedot tarkistettiin uusimman tiedon mukaisiksi, ja siksi tuloksia ei voi suoraan verrata aikaisempiin versioihin. Julkaisussa esiteltävä LIISA 95 on päivitysversio LIISA 93:sta ja LIISA 94:stä, ja tuloksia voidaan siten verrata suoraan näiden kolmen version välillä. Tietojärjestelmällä voidaan laskea liikennesuoritetietoihin, päästökertoimiin ja kulutettuun polttonesteen määrään perustuen Suomen tieliikenteen pakokaasujen kokonaispäästömäärät kunnittain, lääneittäin ja koko maan osalta. Päästölajit ovat hiilimonoksidi (CO), hiilivedyt (HC), typen oksidit (NOx), hiukkaset, metaani (CH4), typpioksiduuli (N2O), rikkidioksidi (SO2) ja hiilidioksidi (CO2) sekä polttonesteen kulutus. Päästö on jaettu ajoneuvotyypin ja tietyypin mukaan sekä käyttövoiman mukaan (bensiini/diesel). Peruslaskentavuosi on 1995. Laskentajärjestelmä laskee päästöt vuoteen 2015 saakka. Lähtötietoina olevia taulukoita voi muuttaa ohjelman ulkopuolella, jolloin voi tutkia mitä erilaisimpia tulevaisuuden tilanteita. Tietojärjestelmä toimii tavallisessa IBM-yhteensopivassa, vähintään AT-tasoisessa mikrotietokoneessa, joka on varustettu matematiikkaprosessorilla. Järjestelmän täysimittainen käyttö edellyttää käyttäjältään liikenneteknisten ja päästökysymysten perusteellista tuntemusta. Julkaisussa esitetään perustulosteet koko Suomen ja läänien päästöistä. Jokaisesta kunnasta esitetään tieliikenteen pakokaasupäästöt yhteensä kunkin yhdisteen osalta. Päästöjen kehitys kuvataan vuosilta 1980 - 2015. Lisäksi tarkastellaan autokaluston iän vaikutuksia päästöihin, autojen kylmäkäytöstä aiheutuvaa päästölisäystä ja polttonesteiden kehittämisen vaikutuksia päästöihin.

Tutkimuksessa keskityttiin bensiinin koostumuksen, eli aromaatti- ja olefiinipitoi-suuden sekä tislauksen 90 %:n pisteen vaikutuksiin pakokaasupäästöihin. Aiheesta tehtiin aluksi kirjallisuustutkimus, joka on julkaistu aikaisemmin. Kokeelliseen osaan kuului pakokaasumittauksia 13 katalysaattoriautolla +22 °C:n ja kahdella -7 oC:n lämpötilassa sekä yhdellä katalysaattorittomalla autolla +22 °C:n lämpötilassa FTP75-ajosyklin mukaisesti. Mittauksiin kuului säänneltyjen päästöjen (THC, CO ja NOx), ei-säänneltyjen päästöjen (hiilivetyerittely ja aldehydit), hiili-dioksidin sekä polttoaineenkulutuksen mittauksia. Kahdeksan koepolttoaineen kor-keat aromaattipitoisuudet olivat tasolla 40 til-% ja matalat 15 til-%, korkeat olefiinipitoisuudet tasolla 15 til-% ja matalat 2 til-% sekä korkeat T90-lämpötilat tasolla 170 °C ja matalat 145 °C. Tuloksia käsiteltiin kahdella tavalla: toisaalta kunkin yksittäisen ominaisuusmuutoksen vaikutuksia ja toisaalta kaikkien tutkittujen polttoaineominaisuuksien samanaikaisen muutoksen vaikutuksia. Katalysaattoriautoilla saavutettiin +22 °C:n lämpötilassa pienimmät CO- ja THC-päästöt alentamalla polttoaineen aromaattipitoisuutta ja T90-lämpötilaa. Olefiini-pitoisuuden alentaminen taas lisäsi vastaavia päästöjä, mihin on syynä pakokaasun koostumuksen muuttuminen vaikeammin katalysaattorin hapetettavaksi. NOx-päästö sen sijaan kasvoi aromaattipitoisuuden ja T90-lämpötilan laskiessa ja pieneni hieman olefiinipitoisuuden laskiessa. CO2-päästöön ja polttoaineenkulutukseen vaikutti ainoastaan aromaattipitoisuuden lasku, jolloin CO2-päästö ja polttoaineenkulutus (kg/100 km) laskivat. Tilavuusperustainen kulutus (l/100 km) tosin kasvoi. Tulokset -7 °C:n lämpötilassa olivat THC- ja NOx-päästön osalta samansuuntaisia kuin +22 °C:n lämpötilassa lukuun ottamatta CO-päästöä, joka laski olefiinipitoisuuden pienentyessä ja nousi T90-lämpötilan laskiessa. Katalysaattorittomalla autolla polttoaineominaisuuksien vaikutukset säänneltyihin päästöihin olivat samansuuntaisia kuin katalysaattoriautoilla lukuun ottamatta CO-päästöä, joka laski olefiinipitoisuuden laskiessa, ja NOx-päästöä, joka laski kaikkien tutkittujen polttoaineominaisuuksien pienentyessä. Sekä katalysaattoriautoilla että katalysaattorittomalla autolla pakokaasujen bentseenipitoisuus aleni polttoaineen aromaattipitoisuuden laskiessa. Olefiinipitoisuuden sekä T90-lämpötilan laskiessa 1,3-butadieenipäästö pieneni, mutta aromaattipitoisuuden laskiessa se kasvoi. Form- ja asetaldehydipäästöt lisääntyivät polttoaineen aromaattipitoisuuden laskiessa, mikä oli seurausta aromaattien korvaamisesta aldehydejä tuottavilla komponenteilla.

Tutkimuksessa keskityttiin bensiinin koostumuksen, eli aromaatti- ja olefiinipitoi-suuden sekä tislauksen 90 %:n pisteen vaikutuksiin pakokaasupäästöihin. Aiheesta tehtiin aluksi kirjallisuustutkimus, joka on julkaistu aikaisemmin. Kokeelliseen osaan kuului pakokaasumittauksia 13 katalysaattoriautolla +22 °C:n ja kahdella -7 oC:n lämpötilassa sekä yhdellä katalysaattorittomalla autolla +22 °C:n lämpötilassa FTP75-ajosyklin mukaisesti. Mittauksiin kuului säänneltyjen päästöjen (THC, CO ja NOx), ei-säänneltyjen päästöjen (hiilivetyerittely ja aldehydit), hiili-dioksidin sekä polttoaineenkulutuksen mittauksia. Kahdeksan koepolttoaineen kor-keat aromaattipitoisuudet olivat tasolla 40 til-% ja matalat 15 til-%, korkeat olefiinipitoisuudet tasolla 15 til-% ja matalat 2 til-% sekä korkeat T90-lämpötilat tasolla 170 °C ja matalat 145 °C. Tuloksia käsiteltiin kahdella tavalla: toisaalta kunkin yksittäisen ominaisuusmuutoksen vaikutuksia ja toisaalta kaikkien tutkittujen polttoaineominaisuuksien samanaikaisen muutoksen vaikutuksia. Katalysaattoriautoilla saavutettiin +22 °C:n lämpötilassa pienimmät CO- ja THC-päästöt alentamalla polttoaineen aromaattipitoisuutta ja T90-lämpötilaa. Olefiini-pitoisuuden alentaminen taas lisäsi vastaavia päästöjä, mihin on syynä pakokaasun koostumuksen muuttuminen vaikeammin katalysaattorin hapetettavaksi. NOx-päästö sen sijaan kasvoi aromaattipitoisuuden ja T90-lämpötilan laskiessa ja pieneni hieman olefiinipitoisuuden laskiessa. CO2-päästöön ja polttoaineenkulutukseen vaikutti ainoastaan aromaattipitoisuuden lasku, jolloin CO2-päästö ja polttoaineenkulutus (kg/100 km) laskivat. Tilavuusperustainen kulutus (l/100 km) tosin kasvoi. Tulokset -7 °C:n lämpötilassa olivat THC- ja NOx-päästön osalta samansuuntaisia kuin +22 °C:n lämpötilassa lukuun ottamatta CO-päästöä, joka laski olefiinipitoisuuden pienentyessä ja nousi T90-lämpötilan laskiessa. Katalysaattorittomalla autolla polttoaineominaisuuksien vaikutukset säänneltyihin päästöihin olivat samansuuntaisia kuin katalysaattoriautoilla lukuun ottamatta CO-päästöä, joka laski olefiinipitoisuuden laskiessa, ja NOx-päästöä, joka laski kaikkien tutkittujen polttoaineominaisuuksien pienentyessä. Sekä katalysaattoriautoilla että katalysaattorittomalla autolla pakokaasujen bentseenipitoisuus aleni polttoaineen aromaattipitoisuuden laskiessa. Olefiinipitoisuuden sekä T90-lämpötilan laskiessa 1,3-butadieenipäästö pieneni, mutta aromaattipitoisuuden laskiessa se kasvoi. Form- ja asetaldehydipäästöt lisääntyivät polttoaineen aromaattipitoisuuden laskiessa, mikä oli seurausta aromaattien korvaamisesta aldehydejä tuottavilla komponenteilla.

Exhaust gas emissions of traffic were examined in the areas of St.Petersburg, Leningrad Oblast, Republic of Karelia, Estonia, Latvia and Lithuania. The Following compounds were studied: carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), particles, sulphur dioxide (SO2), lead (Pb) and carbon dioxide (CO2). The traffic modes examined were road traffic, railway traffic, air traffic and waterway traffic. The emission calculations are based on mileage, cycles, fuel consumption and specific emissions. The base year of the calculations is 1992. This overall study of traffic emissions is the first of its kind in the area of the former Soviet Union. The author of this report has made a study of Estonian road traffic emissions in 1990. The city of St.Petersburg dominates in emissions, as was to be expected. The amount of emissions are quite well in proportion to population. Road traffic is by far the greatest emission source in total traffic emissions. Next are railway, waterway and air traffic. At the moment, reliable information on emissions from stationary sources is available only in Estonia. There the emission share of traffic is about 55 % of nitrogen oxide (NOx). For sulphur dioxide (SO2) the share of traffic is about 1 %. These shares have remained approximately unchanged since 1989. The year 1989 can be considered as a peak year in mileage and emissions in the area of the former Soviet Union. After that year, the political and economic changes significantly decreased the amount of mileage and emissions, especially in the Baltic States. Probably the minimum year for traffic emissions is the base year of this study, 1992. In Estonia, emissions were halved compared with 1989. In Russia the decrease was not as big. After 1992, emissions started to rise rapidly because of the growth in transport demands and the increase in overall activity. The western vehicle fleet is growing rapidly. The specific emissions of western vehicles are clearly smaller than those of Russian vehicles. Total emissions have not decreased, however, owing to the rapid increase in mileage. Traffic emissions will also increase in the years to come.

Tutkimuksessa selvitettiin FTIR-mittaustekniikan soveltuvuutta savukaasuanalytiikkaan laboratorio- ja kenttäkokeiden avulla. Laboratoriokokeissa tutkittiin FTIR-analysaattorin havaittavuusrajoja, analyysin toistettavuutta, lineaarisuutta eri komponenteille ja synteettisten kaasuseosten analysointia. FTIR-analysaattorin avulla pystytään mittaamaan alhaisilla havaittavuusrajoilla useimmat merkittävät päästökomponentit jatkuvatoimisesti ja samanaikaisesti. Havaittavuusrajoihin vaikuttaa mm. kaasun lämpötila, sillä esimerkiksi HCl:n havaittavuusrajat nousivat kaksinkertaisiksi, kun kaasun lämpötila nostettiin 50 oC:sta 100 oC:een. Synteettisiä kaasuseoksia analysoitiin sekä FTIR- että yksikomponenttianalysaattoreilla. Näissä kokeissa havaittiin kaikkien mittalaitteiden seuraavan suhteellisen hyvin tuotettuja pitoisuuksia. FTIR-mittauksessa ei huomattu komponenttien ristikkäisvaikutuksia, mutta sen sijaan NDIR:llä CO:a mitattaessa huomattiin CO2:n nostavan CO-pitoisuuksia. Kenttäkokeissa mitattiin FTIR:llä ja yksikomponenttianalysaattoreilla lastulevyn ja öljyn poltossa syntyvien savukaasujen pitoisuuksia ja verrattiin näiden eri menetelmien antamia tuloksia keskenään. Näissä kokeissa huomattiin, että eri mittausmenetelmillä saatavissa pitoisuustasoissa oli eroja, esimerkiksi CO2-mittauksissa kevytöljyn poltossa pitoisuuksien suhteellinen ero oli noin 5 %. Pitoisuudet seuraavat hyvin toisiaan verrattaessa eri menetelmillä mitattaessa saatuja tuloksia keskenään. Pitoisuustasojen erot johtuvat todennäköisesti siitä, että mittaukset poikkesivat toisistaan mm. näytteenkäsittelyn ja näytteenottokohdan osalta. Näiden laboratorio- ja kenttäkokeiden perusteella voidaan sanoa, että FTIR-mittaustekniikka soveltuu savukaasuanalytiikkaan. Jatkossa voidaan selvittää mm. laitteen soveltuvuutta jatkuvatoimiseen, pitkäaikaiseen (esim. 3 kk) savukaasujen monitorointiin. Lisäksi olisi tutkittava laitteen soveltuvuutta esim. jätteenpolttolaitoksen ja runsashappisten dieselmoottorien savukaasupitoisuuksien seurantaan.

Tutkimuksessa selvitettiin FTIR-mittaustekniikan soveltuvuutta savukaasuanalytiikkaan laboratorio- ja kenttäkokeiden avulla. Laboratoriokokeissa tutkittiin FTIR-analysaattorin havaittavuusrajoja, analyysin toistettavuutta, lineaarisuutta eri komponenteille ja synteettisten kaasuseosten analysointia. FTIR-analysaattorin avulla pystytään mittaamaan alhaisilla havaittavuusrajoilla useimmat merkittävät päästökomponentit jatkuvatoimisesti ja samanaikaisesti. Havaittavuusrajoihin vaikuttaa mm. kaasun lämpötila, sillä esimerkiksi HCl:n havaittavuusrajat nousivat kaksinkertaisiksi, kun kaasun lämpötila nostettiin 50 oC:sta 100 oC:een. Synteettisiä kaasuseoksia analysoitiin sekä FTIR- että yksikomponenttianalysaattoreilla. Näissä kokeissa havaittiin kaikkien mittalaitteiden seuraavan suhteellisen hyvin tuotettuja pitoisuuksia. FTIR-mittauksessa ei huomattu komponenttien ristikkäisvaikutuksia, mutta sen sijaan NDIR:llä CO:a mitattaessa huomattiin CO2:n nostavan CO-pitoisuuksia. Kenttäkokeissa mitattiin FTIR:llä ja yksikomponenttianalysaattoreilla lastulevyn ja öljyn poltossa syntyvien savukaasujen pitoisuuksia ja verrattiin näiden eri menetelmien antamia tuloksia keskenään. Näissä kokeissa huomattiin, että eri mittausmenetelmillä saatavissa pitoisuustasoissa oli eroja, esimerkiksi CO2-mittauksissa kevytöljyn poltossa pitoisuuksien suhteellinen ero oli noin 5 %. Pitoisuudet seuraavat hyvin toisiaan verrattaessa eri menetelmillä mitattaessa saatuja tuloksia keskenään. Pitoisuustasojen erot johtuvat todennäköisesti siitä, että mittaukset poikkesivat toisistaan mm. näytteenkäsittelyn ja näytteenottokohdan osalta. Näiden laboratorio- ja kenttäkokeiden perusteella voidaan sanoa, että FTIR-mittaustekniikka soveltuu savukaasuanalytiikkaan. Jatkossa voidaan selvittää mm. laitteen soveltuvuutta jatkuvatoimiseen, pitkäaikaiseen (esim. 3 kk) savukaasujen monitorointiin. Lisäksi olisi tutkittava laitteen soveltuvuutta esim. jätteenpolttolaitoksen ja runsashappisten dieselmoottorien savukaasupitoisuuksien seurantaan.

Energian tuotanto ja käyttö aiheuttavat eri laskentatavoin 95-98 % Suomen hiilidioksidipäästöistä. Tutkimuksessa selvitettiin energiaperäisten päästöjen rajoittamismahdollisuuksia sekä rajoitustoimien aiheuttamia välittömiä kustannuksia parinkymmenen seuraavan vuoden aikana. Lisäksi tarkasteltiin energia ja hiilidioksidiverojen tehokkuutta päästöjen vähentämisen kannalta selvittämällä verojen todennäköisiä vaikutuksia Suomen energiajärjestelmään. Tärkeimpänä työvälineenä tutkimuksessa käytettiin laajaa Suomen energiajärjestelmän mallia EFOM ENV, joka on laadittu Valtion teknillisessä tutkimuskeskuksessa (VTT) vuosina 1990 - 1992 ja jota on työssä edelleen kehitetty. Mallin avulla voidaan analysoida energiajärjestelmän kehitysvaihtoehtoja usean kymmenen vuoden tähtäimellä lähtien siitä, että taloudellisesti järkevällä tavalla voitaisiin saavuttaa päästöjen määriä koskevat tavoitteet. Mallissa on otettu huomioon mahdollisuudet polttoainevalintoihin, energiantuotannon tekniikkavaihtoehtoihin sekä energian säästöön. Myös lähitulevaisuudessa kaupallisen kehitysasteen saavuttavat uudet energiatekniikat on pyritty ottamaan huomioon. Malli soveltuu hiilidioksidipäästöjen ohella hyvin myös rikin ja typenoksidipäästöjen rajoittamismahdollisuuksien analysointiin. Malli ottaa automaattisesti huomioon eri päästöjen samanaikaisesta vähentämisestä saatavan synergiaedun, joten sen avulla voidaan erityisen hyvin tarkastella eri päästöjä koskevia tavoitteita yhtaikaa. Myös tässä tutkimuksessa on hiilidioksidipäästöjen ohella otettu huomioon tavoitteet rikin ja typenoksidipäästöjen vähentämiseksi. Hiilidioksidipäästöjen määrän palauttaminen vuoden 1990 tasolle jo vuoteen 2000 mennessä olisi tulosten mukaan hyvin vaikeaa. Lisäkustannukset olisivat v.2000 vähintään 2 mrd. mk vuodessa. Ydinvoiman lisäys noin 1 000 MW:lla pienentäisi kustannuksia heti vuoden 2000 jälkeen noin puoleen siitä, mitä ne olisivat ilman lisäydinvoimaa. Ilman ydinvoiman lisäystä tavoitteen saavuttaminen on tulosten mukaan realistista vasta noin v. 2010. Tällöinkin tulisi saada aikaan merkittävää energian säästöä ja hiilen käyttöä tulisi voimakkaasti rajoittaa. Sekä puupolttoaineiden että maakaasun käyttöä tulisi lisätä vähintään kaksinkertaiseksi nykyisestä, erityisesti yhteistuotannossa uusilla korkean hyöty ja rakennussuhteen tekniikoilla. Hiilidioksidipäästöihin painottuva veromuoto on tulosten perusteella selvästi energiaan painottuvaa veroa tehokkaampi päästöjen vähentämisen ohjauskeino, koska se muuttaa voimakkaimmin eri polttoaineiden kilpailukykyä ja edistää tehokkaasti myös energian säästöä.

Julkaisussa käsitellään tieliikenteesessä käytettävien moottoriajoneuvojen synnyttämiä pakokaasupäästöjä, niiden syntyyn vaikuttavia tekijöitä ja haittavaikutuksia. Julkaisuun sisältyy myös verrattain laaja katsaus päästöjä säätelevien lainsäädännöllisten määräyksien sekä niihin liittyvän mittaus ja laitetekniikan nykytilasta ja tulevasta kehityksestä. Omat jaksonsa on omistettu myös otto ja dieselmoottorien pakokaasupäästöjen vähentämiseen käytettävällä tekniikalle. Ottomoottorien kohdalla on keskitytty lähinnä valta aseman saavuttaneen katalysaattoritekniikan sovelluksiin, mutta dieselmoottorien osalta on tarkasteltu laajempaa keinovalikoimaa. Tämä on ollut välttämätöntä, sillä vielä ei ole yksittäistä vakiintunutta tekniikkaa, jolla lähivuosina voimaan tulevat, nykyisiä huomattavasti tiukemmat päästörajat voidaan alittaa. Useita lupaavia vaihtoehtoja on kuitenkin jo esitelty.

Energian tuotanto ja käyttö aiheuttavat eri laskentatavoin 95-98 % Suomen hiilidioksidipäästöistä. Tutkimuksessa selvitettiin energiaperäisten päästöjen rajoittamismahdollisuuksia sekä rajoitustoimien aiheuttamia välittömiä kustannuksia parinkymmenen seuraavan vuoden aikana. Lisäksi tarkasteltiin energia ja hiilidioksidiverojen tehokkuutta päästöjen vähentämisen kannalta selvittämällä verojen todennäköisiä vaikutuksia Suomen energiajärjestelmään. Tärkeimpänä työvälineenä tutkimuksessa käytettiin laajaa Suomen energiajärjestelmän mallia EFOM ENV, joka on laadittu Valtion teknillisessä tutkimuskeskuksessa (VTT) vuosina 1990 - 1992 ja jota on työssä edelleen kehitetty. Mallin avulla voidaan analysoida energiajärjestelmän kehitysvaihtoehtoja usean kymmenen vuoden tähtäimellä lähtien siitä, että taloudellisesti järkevällä tavalla voitaisiin saavuttaa päästöjen määriä koskevat tavoitteet. Mallissa on otettu huomioon mahdollisuudet polttoainevalintoihin, energiantuotannon tekniikkavaihtoehtoihin sekä energian säästöön. Myös lähitulevaisuudessa kaupallisen kehitysasteen saavuttavat uudet energiatekniikat on pyritty ottamaan huomioon. Malli soveltuu hiilidioksidipäästöjen ohella hyvin myös rikin ja typenoksidipäästöjen rajoittamismahdollisuuksien analysointiin. Malli ottaa automaattisesti huomioon eri päästöjen samanaikaisesta vähentämisestä saatavan synergiaedun, joten sen avulla voidaan erityisen hyvin tarkastella eri päästöjä koskevia tavoitteita yhtaikaa. Myös tässä tutkimuksessa on hiilidioksidipäästöjen ohella otettu huomioon tavoitteet rikin ja typenoksidipäästöjen vähentämiseksi. Hiilidioksidipäästöjen määrän palauttaminen vuoden 1990 tasolle jo vuoteen 2000 mennessä olisi tulosten mukaan hyvin vaikeaa. Lisäkustannukset olisivat v.2000 vähintään 2 mrd. mk vuodessa. Ydinvoiman lisäys noin 1 000 MW:lla pienentäisi kustannuksia heti vuoden 2000 jälkeen noin puoleen siitä, mitä ne olisivat ilman lisäydinvoimaa. Ilman ydinvoiman lisäystä tavoitteen saavuttaminen on tulosten mukaan realistista vasta noin v. 2010. Tällöinkin tulisi saada aikaan merkittävää energian säästöä ja hiilen käyttöä tulisi voimakkaasti rajoittaa. Sekä puupolttoaineiden että maakaasun käyttöä tulisi lisätä vähintään kaksinkertaiseksi nykyisestä, erityisesti yhteistuotannossa uusilla korkean hyöty ja rakennussuhteen tekniikoilla. Hiilidioksidipäästöihin painottuva veromuoto on tulosten perusteella selvästi energiaan painottuvaa veroa tehokkaampi päästöjen vähentämisen ohjauskeino, koska se muuttaa voimakkaimmin eri polttoaineiden kilpailukykyä ja edistää tehokkaasti myös energian säästöä.

Julkaisussa käsitellään tieliikenteesessä käytettävien moottoriajoneuvojen synnyttämiä pakokaasupäästöjä, niiden syntyyn vaikuttavia tekijöitä ja haittavaikutuksia. Julkaisuun sisältyy myös verrattain laaja katsaus päästöjä säätelevien lainsäädännöllisten määräyksien sekä niihin liittyvän mittaus ja laitetekniikan nykytilasta ja tulevasta kehityksestä. Omat jaksonsa on omistettu myös otto ja dieselmoottorien pakokaasupäästöjen vähentämiseen käytettävällä tekniikalle. Ottomoottorien kohdalla on keskitytty lähinnä valta aseman saavuttaneen katalysaattoritekniikan sovelluksiin, mutta dieselmoottorien osalta on tarkasteltu laajempaa keinovalikoimaa. Tämä on ollut välttämätöntä, sillä vielä ei ole yksittäistä vakiintunutta tekniikkaa, jolla lähivuosina voimaan tulevat, nykyisiä huomattavasti tiukemmat päästörajat voidaan alittaa. Useita lupaavia vaihtoehtoja on kuitenkin jo esitelty.

Haisevien ja liuotinpitoisten poistokaasujen biologinen puhdistaminen on vasta viime aikoina herättänyt kiinnostusta maassamme, vaikka muualla Euroopassa kyseinen tekniikka on yleisesti käytettyä. Biologiset puhdistusmenetelmät kilpailevat perinteisten kaasunpuhdistusmenetelmien kanssa ennen muuta edullisuudellaan ja yksinkertaisuudellaan. Tutkimuksen tavoitteena oli kotimaisen taitotiedon lisääminen biologisen kaasunpuhdistuksen alalla. Tutkimusta varten rakennettiin siirrettävä pilot-tason koelaitteisto, joka sisältää kolme biosuodinta, kaksi pesuria, kaasun esikäsittely-yksikön ja seurantalaitteiston. Biosuodinten ja pesurien puhdistustehokkuutta seurattiin jatkuvasti kokonaishiilivetyanalysaattorilla (FID). Hajunpoistotehokkuudet määritettiin aistinvaraisesti olfaktometrillä. Biologisten menetelmien soveltuvuutta Suomen oloihin tutkittiin pilot -koelaitteistolla mineraalivillatehtaan, kasvisöljypuristamon sekä rehutehtaan poistokaasuilla. Tulokset osoittivat biologisten menetelmien soveltuvan hyvin laimeiden hajukaasujen poistoon. Jos poistokaasujen pöly-, rasva- tai hartsipitoisuus on korkea, on varauduttava tehokkaaseen poistokaasun esikäsittelyyn, jotta biosuodattimen tukkeutumisongelmilta vältytään. Lyhyet kylmät jaksot, jopa lämpötilan lasku pakkaslukemille, eivät ole mikrobitoiminnan kannalta tuhoisia, vaan prosessilämpötilan palauduttua normaalitasolle myös mikrobitoiminta palautuu pienellä viiveellä entiselle tasolle.

Haisevien ja liuotinpitoisten poistokaasujen biologinen puhdistaminen on vasta viime aikoina herättänyt kiinnostusta maassamme, vaikka muualla Euroopassa kyseinen tekniikka on yleisesti käytettyä. Biologiset puhdistusmenetelmät kilpailevat perinteisten kaasunpuhdistusmenetelmien kanssa ennen muuta edullisuudellaan ja yksinkertaisuudellaan. Tutkimuksen tavoitteena oli kotimaisen taitotiedon lisääminen biologisen kaasunpuhdistuksen alalla. Tutkimusta varten rakennettiin siirrettävä pilot-tason koelaitteisto, joka sisältää kolme biosuodinta, kaksi pesuria, kaasun esikäsittely-yksikön ja seurantalaitteiston. Biosuodinten ja pesurien puhdistustehokkuutta seurattiin jatkuvasti kokonaishiilivetyanalysaattorilla (FID). Hajunpoistotehokkuudet määritettiin aistinvaraisesti olfaktometrillä. Biologisten menetelmien soveltuvuutta Suomen oloihin tutkittiin pilot -koelaitteistolla mineraalivillatehtaan, kasvisöljypuristamon sekä rehutehtaan poistokaasuilla. Tulokset osoittivat biologisten menetelmien soveltuvan hyvin laimeiden hajukaasujen poistoon. Jos poistokaasujen pöly-, rasva- tai hartsipitoisuus on korkea, on varauduttava tehokkaaseen poistokaasun esikäsittelyyn, jotta biosuodattimen tukkeutumisongelmilta vältytään. Lyhyet kylmät jaksot, jopa lämpötilan lasku pakkaslukemille, eivät ole mikrobitoiminnan kannalta tuhoisia, vaan prosessilämpötilan palauduttua normaalitasolle myös mikrobitoiminta palautuu pienellä viiveellä entiselle tasolle.

Tutkimuksessa selvitettiin dieselmoottorissa syntyvien pakokaasupäästöjen määrä ja koostumus kyl mäkäynnistyksessä ja kylmäkäyttövaiheen aikana, ennen kuin moottori saavutti normaalin toiminta lämpötilan. Tutkimuksen kohteina olivat sekä suoraruiskutus- että esikammiotyyppinen, nopeakäynti nen dieselmoottori. Kokeita tehtiin lämpötilavälillä +20 - -30 °C käyttäen sekä vakiosuuruista että jaksottain vaihtelevaa kuormitusta puolen tunnin mittaisen koejakson aikana. Suoraruiskutusmootto rilla tehtiin lisäksi ECE-R49 -säännön mukaisia pakokaasukokeita, joissa moottori oli koko ajan käyntilämmin, mutta käyttöympäristön lämpötila normaalia alempi. Kokeissa käytettiin kaikkia Suo messa kaupan olevia dieselpolttoainelaatuja sekä suihkumoottoripolttoainetta, joka sopii myös diesel moottorin polttoaineeksi. Mittaustulokset osoittivat suoraruiskutusmoottorin pakokaasupäästöjen muuttuvan käynnistys- ja käyttölämpötilan alentuessa enemmän kuin esikammiomoottorin. Erot joh tunevat palotilatyyppien erilaisuudesta. Suoraruiskutusmoottorissa käynnistyslämpötilan alentaminen nosti hiilimonoksidin (CO) ja palamattomien hiilivetyjen (HC) päästöjä, mutta typen oksidien (NOx) päästöihin käynnistyslämpötilalla oli varsin vähäinen vaikutus. Erot kokeiltujen polttoainelaatujen välillä olivat hyvin pienet. Matala käyttöympäristön lämpötila vaikutti myös käyntilämpimän moottorin päästöihin. CO- ja HC-päästöt kasvoivat käytetystä polttoaineesta riippuen 1,2-1 ,5-kertaisiksi normaalilämpötilassa mitattuihin verrattuna, kun taas NOx -päästöt pysyivät lähes ennallaan. Suoraruiskutusmoottorissa havaittiin ns. valkean savutuksen olevan voimakasta kylmäkäynnistyksen jälkeen. Lohkolämmittimen käyttö vähensi sitä kuitenkin tehokkaasti. Tällöin pienenivät myös palamattomien hiilivetyjen päästöt.

Tutkimuksessa selvitettiin dieselmoottorissa syntyvien pakokaasupäästöjen määrä ja koostumus kyl mäkäynnistyksessä ja kylmäkäyttövaiheen aikana, ennen kuin moottori saavutti normaalin toiminta lämpötilan. Tutkimuksen kohteina olivat sekä suoraruiskutus- että esikammiotyyppinen, nopeakäynti nen dieselmoottori. Kokeita tehtiin lämpötilavälillä +20 - -30 °C käyttäen sekä vakiosuuruista että jaksottain vaihtelevaa kuormitusta puolen tunnin mittaisen koejakson aikana. Suoraruiskutusmootto rilla tehtiin lisäksi ECE-R49 -säännön mukaisia pakokaasukokeita, joissa moottori oli koko ajan käyntilämmin, mutta käyttöympäristön lämpötila normaalia alempi. Kokeissa käytettiin kaikkia Suo messa kaupan olevia dieselpolttoainelaatuja sekä suihkumoottoripolttoainetta, joka sopii myös diesel moottorin polttoaineeksi. Mittaustulokset osoittivat suoraruiskutusmoottorin pakokaasupäästöjen muuttuvan käynnistys- ja käyttölämpötilan alentuessa enemmän kuin esikammiomoottorin. Erot joh tunevat palotilatyyppien erilaisuudesta. Suoraruiskutusmoottorissa käynnistyslämpötilan alentaminen nosti hiilimonoksidin (CO) ja palamattomien hiilivetyjen (HC) päästöjä, mutta typen oksidien (NOx) päästöihin käynnistyslämpötilalla oli varsin vähäinen vaikutus. Erot kokeiltujen polttoainelaatujen välillä olivat hyvin pienet. Matala käyttöympäristön lämpötila vaikutti myös käyntilämpimän moottorin päästöihin. CO- ja HC-päästöt kasvoivat käytetystä polttoaineesta riippuen 1,2-1 ,5-kertaisiksi normaalilämpötilassa mitattuihin verrattuna, kun taas NOx -päästöt pysyivät lähes ennallaan. Suoraruiskutusmoottorissa havaittiin ns. valkean savutuksen olevan voimakasta kylmäkäynnistyksen jälkeen. Lohkolämmittimen käyttö vähensi sitä kuitenkin tehokkaasti. Tällöin pienenivät myös palamattomien hiilivetyjen päästöt.

Hiilidioksidi on tärkein ns. kasvihuonekaasu, ja sen määrä ilmakehässä on lisääntymässä. Ohjelmistot, joina ilmastonmuutosta ennustetaan, ovat monilta osin varsin epätäydellisiä. Useimmat asiantuntijat ovat kuitenkin yksimielisiä siitä, että maapallon ilmakehä on lämpenemässä. Erimielisyyttä on erityisesti siitä, missä määrin ilmakehä, meri ja biosfääri kompensoivat muutoksia ja kuinka dramaattisia lämpötilan nousun aiheuttamat ilmastonmuutokset ovat. Hiilidioksidi voidaan erottaa poistokaasuista ja hyötykäyttää tai varastoida. Talteenottoon on useita teknisiä vaihtoehtoja Sen sijaan hyötykäyttömahdollisuudet ovat rajallisia ja varastointia ei ole vielä lopullisesti ratkaistu. Julkaisussa tarkastellaan esimerkkiä, joka perustuu pitkälti kirjallisuudessa esitettyihin ratkaisuihin. Tarkastelussa noin 20 % Suomessa polttoaineista vapautuvasta hiilidioksidista (13,5 milj.t/a) otettaisiin talteen ja varastoitaisiin merenpohjan kaasulanteisiin Sähköntuotantokustannukset nousisivat nykykustannuksiin verrattuna noin kaksinkertaisiksi laitoksissa, joihin talteenotto asennettaisiin. Esimerkissä hiilidioksidi otetaan talteen vain suurimmissa rannikon hiilivoimaloissa. Jos talteenoton osuutta haluttaisiin olennaisesti nostaa nykyisellä voimalaitosrakenteella, kustannukset olisivat suhteellisesti suuremmat. Optimoimana voimalaitosten sijainti ja putkilinjaus voitaisiin tulevaisuudessa samoin kustannuksin todennäköisesti saada hiilidioksidia enemmän talteen. Työssä osoitetaan, että kivihiilen kaasutuskombi on maakaasukombia ja konventionaalista hiilivoimalaa selvästi edullisempi vaihtoehto, jos hiilidioksidi joudutaan ottamaan talteen. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että kaasutuskombinaatiossa hiilidioksidi voidaan sitoa paineisesta (20-40 bar) ja konsentroituneesta (noin 40 %) kaasuvirrasta kohtuullisin kustannuksin. Muissa vaihtoehdoissa hiilidioksidi on poistettava ilmanpaineessa savukaasuvirrasta, jossa hiilidioksidia on vain 10-15 %. Kehitteinä olevista voimalaitoskonsepteista erityisesti polttokennovoimala ja puhdasta happea käyttävä voimalaitos ovat hiilidioksidipäästöjen vähentämisen kannalta mielenkiintoisia. Edellisen hyötysuhde on konventionaalisen voimalan hyötysuhdetta parempi ja ominaispäästöt näin pienemmät. Puhdasta happea käytettäessä hiilidioksidi saadaan talteen konsentroituneesta kaasuviirasta.

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää OECD-maissa käytettäviä liuotepäästöjen rajoitustoimia ja arvioida niiden soveltuvuutta joillekin esimerkkitoimialoille. Liuotteiden käyttömäärien, liuotteita käyttävien laitosten lukumäärän ja päästöjen rajoittamisen ongelmallisuuden perusteella valitut toimialat ovat teollisuusmaalaus, kirja- ja pakkauspainot sekä muu pinnoitus ja lääketeollisuus. Puhdistus- ja talteenottomenetelmien teknistä ja osittain myös taloudellista soveltuvuutta on arvioitu kirjallisuuden perusteella. Uusia puhdistustekniikoita ja niiden käyttömahdollisuuksia on esitelty saatavilla olevien kokemusten pohjalta. Prosessiteknisiä rajoitustoimia on käsitelty toimialoittain. Puhdistuslaitteiston liittäminen kanavoituihin lähteisiin, kuten uuneihin ja kuivaajiin, on suhteellisen yksinkertaista. Siksi talteenotto tai puhdistus on jo vakiintunutta tekniikkaa kirjapainoissa ja pinnoitusprosesseissa, joissa suuri osa liuotteista haihtuu uunissa. Hankalampia käyttökohteita ovat ruiskumaalaamot suurine, laimeine ilmavirtoineen. Pakkauspainoissa hajapäästöt saattavat aiheuttaa keräilyongelmia. Vähäliuotteiset tai liuotteettomat pinnoitteet ja entistä tehokkaammat maalaustekniikat ovat maalaamoissa ensisijainen vaihtoehto. Vähäliuotteisten materiaalien käyttö on lisääntymässä myös paino- ja pinnoituslaitoksissa, mutta kaikkiin tarkoituksiin tällaiset materiaalit eivät vielä sovellu. Lääketeollisuudessa prosessitekniset, laitoskohtaisesti suunniteltavat rajoittamismenetelmät ovat yleensä paras vaihtoehto.

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää OECD-maissa käytettäviä liuotepäästöjen rajoitustoimia ja arvioida niiden soveltuvuutta joillekin esimerkkitoimialoille. Liuotteiden käyttömäärien, liuotteita käyttävien laitosten lukumäärän ja päästöjen rajoittamisen ongelmallisuuden perusteella valitut toimialat ovat teollisuusmaalaus, kirja- ja pakkauspainot sekä muu pinnoitus ja lääketeollisuus. Puhdistus- ja talteenottomenetelmien teknistä ja osittain myös taloudellista soveltuvuutta on arvioitu kirjallisuuden perusteella. Uusia puhdistustekniikoita ja niiden käyttömahdollisuuksia on esitelty saatavilla olevien kokemusten pohjalta. Prosessiteknisiä rajoitustoimia on käsitelty toimialoittain. Puhdistuslaitteiston liittäminen kanavoituihin lähteisiin, kuten uuneihin ja kuivaajiin, on suhteellisen yksinkertaista. Siksi talteenotto tai puhdistus on jo vakiintunutta tekniikkaa kirjapainoissa ja pinnoitusprosesseissa, joissa suuri osa liuotteista haihtuu uunissa. Hankalampia käyttökohteita ovat ruiskumaalaamot suurine, laimeine ilmavirtoineen. Pakkauspainoissa hajapäästöt saattavat aiheuttaa keräilyongelmia. Vähäliuotteiset tai liuotteettomat pinnoitteet ja entistä tehokkaammat maalaustekniikat ovat maalaamoissa ensisijainen vaihtoehto. Vähäliuotteisten materiaalien käyttö on lisääntymässä myös paino- ja pinnoituslaitoksissa, mutta kaikkiin tarkoituksiin tällaiset materiaalit eivät vielä sovellu. Lääketeollisuudessa prosessitekniset, laitoskohtaisesti suunniteltavat rajoittamismenetelmät ovat yleensä paras vaihtoehto.

Tässä raportissa on esitetty päästöissä esiintyvien aldehydien, ketonien ja yksirenkaisten aromaattisten hiilivetyjen näytteenotossa ja analytiikassa käytettäviä menetelmiä. Näitä on testattu myös energiantuotannon päästömittauksissa. Aldehydien ja ketonien näytteenottoon on käytetty menetelmiä, joissa savukaasua on johdettu liuoksen läpi. Analysoitavat yhdisteet muodostavat liuoksessa olevan reagenssin kanssa pysyvän johdoksen, joka analysoidaan nestekromatografisesti. Liuoksen sijasta voidaan käyttää kiinteää materiaalia, joka on päällystetty reagenssilla. Yhdisteet uutetaan ennen varsinaista analysointia. Tutkitut mittausmenetelmät antavat poistokaasujen aldehydisisällön laadullisesta päästöstä tietoja, joista voi olla hyötyä esimerkiksi ongelmatilanteiden selvittelyssä. Menetelmien antamiin, määrällisiä päästöjä koskeviin tietoihin tulee suhtautua varauksella. Yksirenkaisten aromaattisten yhdisteiden analysoimiseksi voidaan savukaasusta ottaa näyte kaasutiiviiseen säiliöön tai rikastaa yhdisteet adsorptio- tai absorptioaineeseen. Yhdisteet analysoidaan erilaisilla detektoreilla varustetuilla kaasukromatografeilla tai kaasukromatografi-massadetektoriyhdistelmällä. Tutkimuksessa pyrittiin soveltamaan kannettavaa kaasukromatografia savukaasujen in-line-analysointiin. Menetelmä soveltuu parhaiten päästökohteeseen, jossa prosessi ei aiheuta päästöissä olevien yhdisteiden koostumukseen muutoksia. Energiantuotannon päästöissä on runsaasti muuttujia ja erilaisten yhdisteiden pitoisuudet vaihtelevat paljon.

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää teknisiä ja taloudellisia mahdollisuuksia vähentää maamme haihtuvien orgaanisten aineiden päästöjä prosessi- ja puhdistusteknisin toimin. Kohdetoimialat ovat liuotteiden käyttöprosessit, öljynjalostus ja bensiinin myynti. Käytettävissä olevia puhdistusteknisiä menetelmiä sekä maalaus-, paino- ja pinnoitusprosessien ja lääketeollisuuden päästöjen rajoittamiseen soveltuvia toimia on käsitelty jo aiemmin ilmestyneessä VTT:n julkaisussa "Liuotteita käyttävän teollisuuden päästöjen rajoittamismahdollisuudet". Tässä osassa selvitetään muiden liuotteiden käyttöprosessien, öljynjalostamojen sekä bensiinin varastoinnin ja myynnin orgaanisten päästöjen vähentämisen teknisiä edellytyksiä. Lisäksi arvioidaan puhdistustekniikan hankinta- ja käyttökustannuksia sekä puhdistus- ja prosessiteknisten rajoittamismenetelmien kustannuksia ja vaikutuksia orgaanisiin päästöihin edellä mainituilla toimialoilla. Liuotteiden ja muiden haihtuvien orgaanisten aineiden käytön vähentäminen tai haihtumisen ehkäiseminen prosessiteknisin toimin on usein sekä teknisesti että taloudellisesti edullisin tapa rajoittaa orgaanisia päästöjä. Edellytyksenä on kuitenkin vielä monissa tapauksissa liuotteettomien tai niukkaliuotteisten pinnoitteiden ja puhdistusaineiden jatkokehitys. Talteenottotekniikan käyttöaluetta voidaan nykyisten kohteiden lisäksi laajentaa erityisesti bensiinivarastojen ja huoltoasemien päästöjen käsittelyyn. Poistokaasun sisältämien orgaanisten aineiden poltto on menetelmänä suhteellisen kallis ja soveltuu lähinnä niihin teollisuusprosesseihin, joiden päästöjä ei nykyisellään pystytä vähentämään prosessiteknisin menetelmin tai haihtuvia yhdisteitä talteenottamalla.

Tässä raportissa on esitetty päästöissä esiintyvien aldehydien, ketonien ja yksirenkaisten aromaattisten hiilivetyjen näytteenotossa ja analytiikassa käytettäviä menetelmiä. Näitä on testattu myös energiantuotannon päästömittauksissa. Aldehydien ja ketonien näytteenottoon on käytetty menetelmiä, joissa savukaasua on johdettu liuoksen läpi. Analysoitavat yhdisteet muodostavat liuoksessa olevan reagenssin kanssa pysyvän johdoksen, joka analysoidaan nestekromatografisesti. Liuoksen sijasta voidaan käyttää kiinteää materiaalia, joka on päällystetty reagenssilla. Yhdisteet uutetaan ennen varsinaista analysointia. Tutkitut mittausmenetelmät antavat poistokaasujen aldehydisisällön laadullisesta päästöstä tietoja, joista voi olla hyötyä esimerkiksi ongelmatilanteiden selvittelyssä. Menetelmien antamiin, määrällisiä päästöjä koskeviin tietoihin tulee suhtautua varauksella. Yksirenkaisten aromaattisten yhdisteiden analysoimiseksi voidaan savukaasusta ottaa näyte kaasutiiviiseen säiliöön tai rikastaa yhdisteet adsorptio- tai absorptioaineeseen. Yhdisteet analysoidaan erilaisilla detektoreilla varustetuilla kaasukromatografeilla tai kaasukromatografi-massadetektoriyhdistelmällä. Tutkimuksessa pyrittiin soveltamaan kannettavaa kaasukromatografia savukaasujen in-line-analysointiin. Menetelmä soveltuu parhaiten päästökohteeseen, jossa prosessi ei aiheuta päästöissä olevien yhdisteiden koostumukseen muutoksia. Energiantuotannon päästöissä on runsaasti muuttujia ja erilaisten yhdisteiden pitoisuudet vaihtelevat paljon.

Hiilidioksidi on tärkein ns. kasvihuonekaasu, ja sen määrä ilmakehässä on lisääntymässä. Ohjelmistot, joina ilmastonmuutosta ennustetaan, ovat monilta osin varsin epätäydellisiä. Useimmat asiantuntijat ovat kuitenkin yksimielisiä siitä, että maapallon ilmakehä on lämpenemässä. Erimielisyyttä on erityisesti siitä, missä määrin ilmakehä, meri ja biosfääri kompensoivat muutoksia ja kuinka dramaattisia lämpötilan nousun aiheuttamat ilmastonmuutokset ovat. Hiilidioksidi voidaan erottaa poistokaasuista ja hyötykäyttää tai varastoida. Talteenottoon on useita teknisiä vaihtoehtoja Sen sijaan hyötykäyttömahdollisuudet ovat rajallisia ja varastointia ei ole vielä lopullisesti ratkaistu. Julkaisussa tarkastellaan esimerkkiä, joka perustuu pitkälti kirjallisuudessa esitettyihin ratkaisuihin. Tarkastelussa noin 20 % Suomessa polttoaineista vapautuvasta hiilidioksidista (13,5 milj.t/a) otettaisiin talteen ja varastoitaisiin merenpohjan kaasulanteisiin Sähköntuotantokustannukset nousisivat nykykustannuksiin verrattuna noin kaksinkertaisiksi laitoksissa, joihin talteenotto asennettaisiin. Esimerkissä hiilidioksidi otetaan talteen vain suurimmissa rannikon hiilivoimaloissa. Jos talteenoton osuutta haluttaisiin olennaisesti nostaa nykyisellä voimalaitosrakenteella, kustannukset olisivat suhteellisesti suuremmat. Optimoimana voimalaitosten sijainti ja putkilinjaus voitaisiin tulevaisuudessa samoin kustannuksin todennäköisesti saada hiilidioksidia enemmän talteen. Työssä osoitetaan, että kivihiilen kaasutuskombi on maakaasukombia ja konventionaalista hiilivoimalaa selvästi edullisempi vaihtoehto, jos hiilidioksidi joudutaan ottamaan talteen. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että kaasutuskombinaatiossa hiilidioksidi voidaan sitoa paineisesta (20-40 bar) ja konsentroituneesta (noin 40 %) kaasuvirrasta kohtuullisin kustannuksin. Muissa vaihtoehdoissa hiilidioksidi on poistettava ilmanpaineessa savukaasuvirrasta, jossa hiilidioksidia on vain 10-15 %. Kehitteinä olevista voimalaitoskonsepteista erityisesti polttokennovoimala ja puhdasta happea käyttävä voimalaitos ovat hiilidioksidipäästöjen vähentämisen kannalta mielenkiintoisia. Edellisen hyötysuhde on konventionaalisen voimalan hyötysuhdetta parempi ja ominaispäästöt näin pienemmät. Puhdasta happea käytettäessä hiilidioksidi saadaan talteen konsentroituneesta kaasuviirasta.

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää teknisiä ja taloudellisia mahdollisuuksia vähentää maamme haihtuvien orgaanisten aineiden päästöjä prosessi- ja puhdistusteknisin toimin. Kohdetoimialat ovat liuotteiden käyttöprosessit, öljynjalostus ja bensiinin myynti. Käytettävissä olevia puhdistusteknisiä menetelmiä sekä maalaus-, paino- ja pinnoitusprosessien ja lääketeollisuuden päästöjen rajoittamiseen soveltuvia toimia on käsitelty jo aiemmin ilmestyneessä VTT:n julkaisussa "Liuotteita käyttävän teollisuuden päästöjen rajoittamismahdollisuudet". Tässä osassa selvitetään muiden liuotteiden käyttöprosessien, öljynjalostamojen sekä bensiinin varastoinnin ja myynnin orgaanisten päästöjen vähentämisen teknisiä edellytyksiä. Lisäksi arvioidaan puhdistustekniikan hankinta- ja käyttökustannuksia sekä puhdistus- ja prosessiteknisten rajoittamismenetelmien kustannuksia ja vaikutuksia orgaanisiin päästöihin edellä mainituilla toimialoilla. Liuotteiden ja muiden haihtuvien orgaanisten aineiden käytön vähentäminen tai haihtumisen ehkäiseminen prosessiteknisin toimin on usein sekä teknisesti että taloudellisesti edullisin tapa rajoittaa orgaanisia päästöjä. Edellytyksenä on kuitenkin vielä monissa tapauksissa liuotteettomien tai niukkaliuotteisten pinnoitteiden ja puhdistusaineiden jatkokehitys. Talteenottotekniikan käyttöaluetta voidaan nykyisten kohteiden lisäksi laajentaa erityisesti bensiinivarastojen ja huoltoasemien päästöjen käsittelyyn. Poistokaasun sisältämien orgaanisten aineiden poltto on menetelmänä suhteellisen kallis ja soveltuu lähinnä niihin teollisuusprosesseihin, joiden päästöjä ei nykyisellään pystytä vähentämään prosessiteknisin menetelmin tai haihtuvia yhdisteitä talteenottamalla.

Tutkimuksessa tarkastellaan bensiiniautojen pakokaasupäästöjen nykyistä tasoa, käytettävissä olevia keinoja päästöjen pienentämiseksi, nykyistä mittaustekniikkaa ja mittaustulosten vertailukelpoisuutta sekä kehitysnäkymiä Euroopassa sekä säännösten että tekniikan osalta. Palamistuotteissa on aina pieniä määriä ei-toivottuja aineita, kuten hiilimonoksidia, palamattomia hiilivetyjä ja typen oksideja. Näiden aineiden pitoisuuksiin vaikuttavat mm. moottorin rakenne ja kuormitus, samoin polttoaineen ja ilman seossuhde. Esimerkiksi ajettaessa rikkaalla seoksella kylmäkäynnistyksen jälkeen pakokaasujen CO- ja HC-pitoisuudet ovat moninkertaiset normaaliin tilanteeseen verrattuna. Korkea palamislämpötila lisää typen oksidien määrää. Pakokaasupäästöt autoa kohti ovat vähentyneet moottoritilavuuden (pakokaasujen määrän) pienentyessä ja polttoainetalouden parantuessa. Katalyyttinen puhdistus on nykyisin tehokkain puhdistusmenetelmä. Uusinta tekniikkaa edustaa ns. kolmitiekatalysaattori, jossa tapahtuu sekä hapetus- että pelkistysreaktioita. Katalysaattori oheislaitteineen on suhteellisen kallis ja lisää polttoaineen kulutusta 10 - 15 %. Moottorin- ja autonvalmistajat toivovatkin pystyvänsä kehittämään tulevaisuudessa erittäin laihalla seoksella toimivia moottoreita, jotka tuottavat varsin puhtaita pakokaasuja. Mittausmenetelmän ja -laitteiden samankaltaisuus on ehdoton edellytys eri mittaustulosten vertailukelpoisuudelle. Siksi testimenetelmässä määrätään tarkasti sekä ajosykli että mittalaitteet. Lyijyttömän bensiinin käyttöönotto mahdollistaa katalyyttisen pakokaasunpuhdistuksen ja vähentää pakokaasupäästöjä lyijy-yhdisteiden osalta. Tämän hetken tietojen mukaan lyijytön bensiini otetaan kävttöön EEC:n piirissä vuonna 1989.

In atmospheric sampling, a preconcentration step is often necessary to raise the concentration of the pollutants above the sensitivity level of the detecting apparatus. During the work period at IMG-TNO, a thermal desorption cold-trap (TCT) unit was fitted up. The TCT unit was built (by Frans Schulting) for preparation of on solid sorbent material concentrated samples for further analysis. The optimum settings for efficient desorption as well as for cooling and heating of the cold-trap were tested. The desorption efficiency of the instrument was at least 95 %. No cold spots or dead points were observed where the sample compounds could condensate and remain. The TUT unit did neither cause any peak broadening or separation problems. The developed technique was applied to ambient air and automobile exhaust analysis.

Tässä kirjallisuusselvityksessä on esitetty polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen (PAH) ja polykloorattujen dibentsodioksiinien (PCDD) ja -furaanien (PCDF) näytteenotossa ja analytiikassa käytettäviä menetelmiä sekä niihin liittyviä ongelmia. Lisäksi on lyhyesti käsitelty PCB-yhdisteiden, klooribentseenien ja kloorifenolien määritystä savukaasunäytteistä. PAHien ja kloorattujen aromaattisten yhdisteiden näytteenottoon on käytettävä menetelmää, jolla saadaan näyte sekä hiukkas- että kaasufaasista. Saaduista osanäytteistä yhdisteet uutetaan sopivilla liuottimilla. Saadut uutteet käsitellään joko erillisinä tai yhdistetään ennen jatkokäsittelyä. Näytteen jatkokäsittelyn päävaiheita ovat näytteen puhdistus ja fraktiointi sekä varsinainen analyysi. PAH-yhdisteiden ja PAH-johdannaisten analysointiin käytetään joko kaasukromatografia erilaisilla detektoreilla varustettuna tai nestekromatografia. PCDD- ja PCDF-yhdisteiden analytiikassa käytetään lähes yksinomaan kaasukromatografi-massadetektori-yhdistelmää. PAH-näytteenoton ja analytiikan suurimpana ongelmana on tutkittavien yhdisteiden muutunta. PCDD- ja PCDF-yhdisteiden kohdalla ongelmat aiheutuvat erityisesti yhdisteiden pienistä pitoisuuksista näytteissä ja vaatimuksesta pystyä isomeerispesifiseen analyysiin.

Yhdessä sulfaattisellutehtaassa mitattiin kahden soodakattilan, yhden meesauunin ja kahden sulaliuottajan seuraavat päästöt: pöly, rikkidioksidi (SO2), typen oksidit (NOX), hiilimonoksidi, rikkivety (H2S), aldehydit, polysykliset aromaattiset hiilivedyt (PAH), raskasmetallit ja eräät muut alkuaineet. Lisäksi mitattiin metyylimerkaptaani-, Iimetyylisulfidi-, PCB- ja kloorifenolipäästöjä. Myös soodakattilan savukaasujen mutageenisuutta tutkittiin. Pöly-, SO2, NOX- ja H2S-pitoisuudet poistokaasuissa olivat jokseenkin tyypillisiä verrattuna "normaalipitoisuuksiin" Suomen selluteollisuudessa. Meesauunin ja sulaliuottajien pölypitoisuudet olivat kuitenkin tyypillisiä arvoja korkeampia. Selvimmän poikkeuksen teki meesauunin poistokaasun H2S-pitoisuus, joka ylitti normaalipitoisuudet nelinkertaisesti. Tämä johtui ilmeisesti siitä, että meesauunia ajettiin ali-ilmamäärällä, jolloin palaminen tapahtui epätäydellisesti pelkistävissä olosuhteissa. Energiaa tuottavan soodakattilan päästöjä vertailtiin maiden energiantuotantolaitosten päästöihin. Pölypäästöt polttoaine-energiaa kohti (L85 mg/MJ) ovat saman suuruiset kuin kivihiiltä ja turvetta käyttävien kattilalaitosten päästöt, mutta yli kolminkertaiset öljykattilan päästöihin verrattuna. Soodakattiloiden SO2-päästöt (240 - 590 mg/MJ) vastasivat alhaisimmillaan turpeenpolton ja korkeimmillaan kivihiilen polton päästöjä, mutta jäivät huomattavasti öljynpolton päästöjä pienemmiksi. NOx-päästöt (25 - 33 mg/MJ) olivat kolmanneksen pelkän turpeen tai öljynpolton päästöistä ja kymmenesosan kivihiilen polton päästöistä. PAH-päästöt (12 - 22 myy g/MJ) olivat kivihiili- ja turvekattiloiden päästöjen suuruisia. Myös useimpien raskasmetallien päästöjen tilanne oli sama. Poikkeuksen tekivät kromi, nikkeli ja sinkki, joiden päästöt soodakattiloista olivat 1 - 2 kertaa pienemmät. Soodakattilan savukaasuissa ei todettu mutageenisuutta, mutta kivihiili- ja turvekattiloiden savukaasut olivat lievästi mutageenisia.

Dieselmoottorissa syntyvät pakokaasupäästöt poikkeavat bensiinikäyttöisen ottomoottorin päästöistä monessa suhteessa. Palamattomat hiilivety-yhdisteet syntyvät dieselmoottorissa yleensä siksi, että polttoaineen ja ilman huono sekoittuminen aiheuttaa paikallista hapenpuutetta. Korkea palamispaine ja -lämpötila sekä ilmaylimäärästä johtuva suuri happipitoisuus synnyttävät palamisen sivutuotteena runsaasti typen oksideja. Polttoaineen pitkäketjuisista hiilivety-yhdisteistä muodostuu palamistapahtuman aikana pyrolyysin ja kondensaatio-dehydraatioreaktioiden kautta hiili(noki)hiukkasia, jotka havaitaan savutuksena. Nokihiukkasiin sitoutuu myös monirengashlili-vety(PAH)-yhdisteitä. Hillimonoksidia syntyy dieselmoottorissa luonnostaan vähän, koska palaminen tapahtuu yleensä runsaassa ilmaylimäärässä. Dieselmoottorin pakokaasupäästöjen määrään ja koostumukseen vaikuttavat lähinnä palamistapahtumaan liittyvät moottorin rakennetekijät. Palamista tehostamalla vähennetään haitallisten aineosasten muodostumista. Myös pakokaasujen jälkipuhdistuksella voidaan päästöjä osaltaan vähentää. Typen oksidien muodostumisen rajoittamiseen käytettävissä olevat ratkaisut lisäävät kuitenkin yleensä vastaavasti polttoaineenkulutusta tai hiukkaspäästöä. Sähköisten ohjaus- ja säätöjärjestelmien käyttöönotto vähentää lähivuosina yhdessä yhä yleistyvän turboahtamisen ja ahtoilman jäähdytyksen kanssa haitallisia pakokaasupäästöjä, vaikka dieselpolttoaineiden laatu tuotannollisten tekijöiden takia saattaakin huonontua ja osaltaan lisätä päästöjä. Hiukkassuodattimien rakennetta kehitetään ja myös joitakin katalyyttiseen pakokaasun jälkipuhdistukseen perustuvia ratkaisuja nähtäneen.

Tässä kirjallisuusselvityksessä käsitellään selluteollisuuden savukaasuissa olevien kiinteiden ja kaasumaisten aineiden määritykseen soveltuvia menetelmiä. Savukaasut sisältävät tavallisten palokaasujen lisäksi mm. rikkidioksidia, rikkitrioksidia, pelkistyneitä rikkiyhdisteitä ja orgaanisia yhdisteitä sekä pölyä. Savukaasujen suuri vesi- ja pölypitoisuus vaikeuttaa kaasumaisten päästöjen määritystä. Siksi sopivien näytteenotto- ja esikäsittelymenetelmien valintaan on kiinnitettävä erityistä huomiota. Rikkidioksidin ja typen oksidien määritykseen on saatavissa jatkuvatoimisia analysaattoreita, jotka soveltuvat hyvin myös selluteollisuuden tarpeisiin. Kiinnostus pelkistyneiden rikkiyhdisteiden mittausmenetelmiin on myös ollut suuri. Sopivia määritysmenetelmiä on kuitenkin melko vähän tarjolla. Savukaasuissa oleviin orgaanisiin hiiliyhdisteisiin ja niiden mittausmenetelmiin on toistaiseksi kiinnitetty vain vähän huomiota. Pölypäästön määrityksissä jaksottainen menetelmä on ollut jo kauan käytössä. Saatavilla on myös useita jatkuvatoimisia mittalaitteita, joista selluteollisuudessa käytetään pääasiassa optisia analysaattoreita. Pölyn hiukkaskokojakauma määritetään nykyisin yleensä joko kaskadi-impaktorilla tai laskemalla mikroskoopin avulla.

Tässä selvityksessä tarkastellaan käytössä olevia sairaalajätteen polttotekniikoita ja savukaasupäästöjä sekä polton parantamisen ja päästöjen pienentämisen teknisiä mahdollisuuksia. Selvityksessä esitetään myös eräiden Euroopan maiden päästömääräyksiä. Lisäksi ehdotetaan asetettavaksi yhtenäisiä polttoteknisiä vaatimuksia ja tarkastellaan savukaasupäästöjen mittaustarvetta.

Dieselaggregaattiin perustuvassa kokonaisenergialaitoksessa hyödynnetään sähkön lisäksi moottorin hukkalämpö sekä pakokaasuista että jäähdytysnesteestä. Kokeissa selvitettiin kokonaisenergialaitoksen käytettävyys ja saavutettavissa oleva pitkäaikainen hyötysuhde. Luotettavuutta ja pitkäaikaista hyötysuhdetta pyrittiin parantamaan ja huoltoväliä pidentämään erilaisten muutosten avulla. Tämä julkaisu käsittelee kokeita kevyellä polttoöljyllä. Kokeissa käytettävän laitoksen sähköteho on 32 kW. Jatkotutkimuksissa kokonaisenergialaitokseen vaihdetaan dieselmoottorista muunnettu ottomoottori ja kokeita jatketaan nestekaasulla. Koelaitoksen kokonaishyötysuhde on parhaimmillaan 74-78 %. Noin viikon käyttöjakson aikana hyötysuhde laskee 1 - %-yksikköä käytettäessä automaattista vesinuohousta. Täydellä kuormalla (30 kW) lasku on voimakkainta, 1/3-kuormalla pakokaasulämmönvaihdin ei käytännössä likaannu eikä hyötysuhde juuri laske. Tähän tilanteeseen on päästy puhdistamalla pakokaasulämmönvaihdinta käytön aikana automaattisesti vesinuohouksen avulla ja siirtämällä mahdollisimman suuri osa hukkalämmöstä jäähdytysnesteeseen ja edelleen neste-nestelämmönvaihtimessa lämpöjärjestelmään. Ilman vesinuohousta hyötysuhde laski viikon kokeessa ahdetulla moottorilla 3-7 %-yksikköä ja ahtamattomalla moottorilla 1-2 %-yksikköä enemmän pakokaasujen suuremman nokipitoisuuden takia. Pienessä yksikössä saavutettavissa olevaa hyötysuhdetta rajoittaa mm. välttämättömien apulaitteiden (esim. vesipumppu) kuluttama energia. Hieman suuremmissa laitoksissa lienee mahdollista saavuttaa yli 80 %:n hyötysuhde. Kokonaisenergialaitoksen pakokaasupäästöt ovat dieselmoottorille normaalia tasoa. Kiinteisiin polttolaitoksiin verrattuna varsinkin NOx -arvot ovat korkeat. Koelaitoksen huoltoväli on noin 300 tuntia. Mahdollisuudet huoltovälin pidentämiseen ovat hyvät. Määräävä tekijä on moottoriöljyn käyttöikä.

Dieselaggregaattiin perustuvassa kokonaisenergialaitoksessa hyödynnetään sähkön lisäksi moottorin hukkalämpö sekä pakokaasuista että jäähdytysnesteestä. Kokeissa selvitettiin kokonaisenergialaitoksen käytettävyys ja saavutettavissa oleva pitkäaikainen hyötysuhde. Luotettavuutta ja pitkäaikaista hyötysuhdetta pyrittiin parantamaan ja huoltoväliä pidentämään erilaisten muutosten avulla. Tämä julkaisu käsittelee kokeita kevyellä polttoöljyllä. Kokeissa käytettävän laitoksen sähköteho on 32 kW. Jatkotutkimuksissa kokonaisenergialaitokseen vaihdetaan dieselmoottorista muunnettu ottomoottori ja kokeita jatketaan nestekaasulla. Koelaitoksen kokonaishyötysuhde on parhaimmillaan 74-78 %. Noin viikon käyttöjakson aikana hyötysuhde laskee 1 - %-yksikköä käytettäessä automaattista vesinuohousta. Täydellä kuormalla (30 kW) lasku on voimakkainta, 1/3-kuormalla pakokaasulämmönvaihdin ei käytännössä likaannu eikä hyötysuhde juuri laske. Tähän tilanteeseen on päästy puhdistamalla pakokaasulämmönvaihdinta käytön aikana automaattisesti vesinuohouksen avulla ja siirtämällä mahdollisimman suuri osa hukkalämmöstä jäähdytysnesteeseen ja edelleen neste-nestelämmönvaihtimessa lämpöjärjestelmään. Ilman vesinuohousta hyötysuhde laski viikon kokeessa ahdetulla moottorilla 3-7 %-yksikköä ja ahtamattomalla moottorilla 1-2 %-yksikköä enemmän pakokaasujen suuremman nokipitoisuuden takia. Pienessä yksikössä saavutettavissa olevaa hyötysuhdetta rajoittaa mm. välttämättömien apulaitteiden (esim. vesipumppu) kuluttama energia. Hieman suuremmissa laitoksissa lienee mahdollista saavuttaa yli 80 %:n hyötysuhde. Kokonaisenergialaitoksen pakokaasupäästöt ovat dieselmoottorille normaalia tasoa. Kiinteisiin polttolaitoksiin verrattuna varsinkin NOx -arvot ovat korkeat. Koelaitoksen huoltoväli on noin 300 tuntia. Mahdollisuudet huoltovälin pidentämiseen ovat hyvät. Määräävä tekijä on moottoriöljyn käyttöikä.

Dieselmoottorissa syntyvät pakokaasupäästöt poikkeavat bensiinikäyttöisen ottomoottorin päästöistä monessa suhteessa. Palamattomat hiilivety-yhdisteet syntyvät dieselmoottorissa yleensä siksi, että polttoaineen ja ilman huono sekoittuminen aiheuttaa paikallista hapenpuutetta. Korkea palamispaine ja -lämpötila sekä ilmaylimäärästä johtuva suuri happipitoisuus synnyttävät palamisen sivutuotteena runsaasti typen oksideja. Polttoaineen pitkäketjuisista hiilivety-yhdisteistä muodostuu palamistapahtuman aikana pyrolyysin ja kondensaatio-dehydraatioreaktioiden kautta hiili(noki)hiukkasia, jotka havaitaan savutuksena. Nokihiukkasiin sitoutuu myös monirengashlili-vety(PAH)-yhdisteitä. Hillimonoksidia syntyy dieselmoottorissa luonnostaan vähän, koska palaminen tapahtuu yleensä runsaassa ilmaylimäärässä. Dieselmoottorin pakokaasupäästöjen määrään ja koostumukseen vaikuttavat lähinnä palamistapahtumaan liittyvät moottorin rakennetekijät. Palamista tehostamalla vähennetään haitallisten aineosasten muodostumista. Myös pakokaasujen jälkipuhdistuksella voidaan päästöjä osaltaan vähentää. Typen oksidien muodostumisen rajoittamiseen käytettävissä olevat ratkaisut lisäävät kuitenkin yleensä vastaavasti polttoaineenkulutusta tai hiukkaspäästöä. Sähköisten ohjaus- ja säätöjärjestelmien käyttöönotto vähentää lähivuosina yhdessä yhä yleistyvän turboahtamisen ja ahtoilman jäähdytyksen kanssa haitallisia pakokaasupäästöjä, vaikka dieselpolttoaineiden laatu tuotannollisten tekijöiden takia saattaakin huonontua ja osaltaan lisätä päästöjä. Hiukkassuodattimien rakennetta kehitetään ja myös joitakin katalyyttiseen pakokaasun jälkipuhdistukseen perustuvia ratkaisuja nähtäneen.

Yhdessä sulfaattisellutehtaassa mitattiin kahden soodakattilan, yhden meesauunin ja kahden sulaliuottajan seuraavat päästöt: pöly, rikkidioksidi (SO2), typen oksidit (NOX), hiilimonoksidi, rikkivety (H2S), aldehydit, polysykliset aromaattiset hiilivedyt (PAH), raskasmetallit ja eräät muut alkuaineet. Lisäksi mitattiin metyylimerkaptaani-, Iimetyylisulfidi-, PCB- ja kloorifenolipäästöjä. Myös soodakattilan savukaasujen mutageenisuutta tutkittiin. Pöly-, SO2, NOX- ja H2S-pitoisuudet poistokaasuissa olivat jokseenkin tyypillisiä verrattuna "normaalipitoisuuksiin" Suomen selluteollisuudessa. Meesauunin ja sulaliuottajien pölypitoisuudet olivat kuitenkin tyypillisiä arvoja korkeampia. Selvimmän poikkeuksen teki meesauunin poistokaasun H2S-pitoisuus, joka ylitti normaalipitoisuudet nelinkertaisesti. Tämä johtui ilmeisesti siitä, että meesauunia ajettiin ali-ilmamäärällä, jolloin palaminen tapahtui epätäydellisesti pelkistävissä olosuhteissa. Energiaa tuottavan soodakattilan päästöjä vertailtiin maiden energiantuotantolaitosten päästöihin. Pölypäästöt polttoaine-energiaa kohti (L85 mg/MJ) ovat saman suuruiset kuin kivihiiltä ja turvetta käyttävien kattilalaitosten päästöt, mutta yli kolminkertaiset öljykattilan päästöihin verrattuna. Soodakattiloiden SO2-päästöt (240 - 590 mg/MJ) vastasivat alhaisimmillaan turpeenpolton ja korkeimmillaan kivihiilen polton päästöjä, mutta jäivät huomattavasti öljynpolton päästöjä pienemmiksi. NOx-päästöt (25 - 33 mg/MJ) olivat kolmanneksen pelkän turpeen tai öljynpolton päästöistä ja kymmenesosan kivihiilen polton päästöistä. PAH-päästöt (12 - 22 myy g/MJ) olivat kivihiili- ja turvekattiloiden päästöjen suuruisia. Myös useimpien raskasmetallien päästöjen tilanne oli sama. Poikkeuksen tekivät kromi, nikkeli ja sinkki, joiden päästöt soodakattiloista olivat 1 - 2 kertaa pienemmät. Soodakattilan savukaasuissa ei todettu mutageenisuutta, mutta kivihiili- ja turvekattiloiden savukaasut olivat lievästi mutageenisia.