Præsentation - Trafikdage.dk

trafikdage.dk

Præsentation - Trafikdage.dk

Institut for Miljøvidenskab

AARHUS UNIVERSITET

Hvordan påvirker brug af

biobrændstoffer emissionen fra

vejtransportsektoren

Aalborg Trafikdage 2012

27-28 august, 2012

Morten Winther 1 (mwi@dmu.dk), Flemming Møller 1 , Marlene S. Plejdrup 1 ,

Thomas C. Jensen 2

1 Institut for Miljøvidenskab, Aarhus Universitet

2 Danmarks Tekniske Universitet, DTU Transport


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Disposition

› Introduktion

› Aktivitetsdata

› Trafikarbejde

› Energidata

› Emissionsfaktorer

› Baseline emissionsfaktorer

› Biofuel emissionsforskelle

› Resultater

› Konklusion


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Introduktion

› Emissionsberegningerne er lavet i REBECa: Renewable Energy in the

transport sector using Biofuels as Energy Carriers

› REBECa er et integreret forskningsprojekt (projektperiode 2007-2012)

bevilliget af Det Strategiske Forskningsråd (Energi og Miljø)

› Formålet med REBECa er at vurdere miljøpåvirkningen af emissioner,

luftkvalitet og helbred, ændringer i ressourceforbrug og

arealanvendelse. Derudover inddrages økonomiske og sociologiske

aspekter af den fremtidige brug af biodiesel og bioetanol i dansk

vejtransport


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

› En baseline (65 og 100$) og to biofuel scenarier (BS1/BS2) i REBECa

› 5.75 % biofuel (energi) i 2010 ~ EU direktiv

› BS1: 10 % i 2020-2030 ~ EU mål

› BS2: 25 % i 2030

› Scenarieår: 2010, 2015, 2020, 2025 og 2030

› Energiforbrug og emissioner (CO 2, SO 2, NO x, PM, CO, VOC)


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

› Trafikprognose beregnet af DTU ($65 og $100/tønde) baseret på

Infrastrukturkommissionens arbejde (2008)

Kilde: Energistyrelsen


Total mileage km x 10 9

Total mileage km x 10 9

INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Aktivitetsdata – Trafikarbejde ($65)

35

30

25

20

15

10

5

0

2004

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

2004

2006

2008

2010

Gasoline passenger cars

2012

2014

2016

PRE ECE ECE 15/00-01 ECE 15/02 ECE 15/03

ECE 15/04 Euro 1 Euro 2 Euro 3

2018

2020

Euro 4 Euro 5 Euro 6

2006

2008

2010

2012

Diesel vans

2014

2016

2018

Conv. Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6

2020

2022

2022

2024

2024

2026

2026

2028

2028

2030

2030

Total mileage km x 10 9

Total mileage km x 10 9

35

30

25

20

15

10

5

0

2004

16

14

12

10

8

6

4

2

0

2004

2006

2008

2010

Diesel passenger cars

2012

2014

2016

2018

Conv. Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6

2006

2008

2010

2012

2014

Trucks

2016

2018

Conv. Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI

2020

2020

2022

2022

2024

2024

2026

2026

2028

2028

2030

2030

Total mileage km x 10 9

Total mileage km x 10 9

1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

2004

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

2004

2006

2008

2010

2012

Gasoline vans

2014

2016

2018

Conv. Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6

2006

2008

2010

2012

2014

Buses

2016

2018

Conv. Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI

› Kilder: DTU Transport (samlet trafikarbejde); Danmarks Statistik (samlet bestand);

Vejdirektoratet (underkategorier og 1. registreringsår)

2020

2020

2022

2022

2024

2024

2026

2026

2028

2028

2030

2030


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Aktivitetsdata – Energi input

B% V

30

25

20

15

10

5

0

Volume based biodiesel % in biofuel scenarios

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

› Biodiesel: fuld iblanding

› Energi → Volumen basis omregnet vha. massefylde (ρ) og brændværdi (LHV)

› ρ (B0/B100) = 0,84/0,88 kg/l

› LHV (B0/B100) = 42,7/37,6 MJ/kg

BS1

BS2

LHV (MJ kg -1 )

42,6

42,4

42,2

42

41,8

41,6

41,4

41,2

41

40,8

40,6

LHV for biodiesel blends in biofuel scenarios

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

BS1

BS2


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Aktivitetsdata – Energi input

100%

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

Volume and energy based ethanol blend ratios for E5

and E85

95 96,7

5 3,27

› Bioetanol: Al benzin er E5, etanoloverskud → FFV biler (E85)

› Energi → Volumen basis omregnet vha. massefylde (ρ) og brændværdi (LHV)

› ρ (E0/E100) = 0,75/0,79 kg/l

› LHV (E0/E100) = 43,8/26,7 MJ/kg

15

85

21,6

78,4

E5 %V E5 %E E85 %V E85 %E

Gasoline

Ethanol

LHV (MJ kg-1)

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Lower heating values for neat gasoline, E5 and E85

43,8 42,9

29,2

E0 E5 E85


g pr km

INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Emissionsfaktorer – Baseline

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

PRE ECE

ECE 15/00-01

NO x emission factor - gasoline cars

ECE 15/02

ECE 15/03

ECE 15/04

Euro 1

Euro 2

Euro 3

Euro 4

Euro 5

Euro 6

g pr km

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

NO x emission factor - Trucks

Conv. Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro IV

› Layers: EU emissionslovgivning, brændstoftype, motorstørrelse/totalvægt

› By/land/motorvej (afledt af rejsehastighederne)

› Koldstart (personbiler og varebiler)

› Katalysatorslid (benzinpersonbiler og varebiler)

› Fordampning af kulbrinter (benzinkøretøjer)


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Biofuel emissionsforskelle: E5/E85 vs E0

k i (%)

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

0,3

E5 vs. neat gasoline

› E5 vs E0: Martini et al. (2007), Delgado (2003), Hull et al. (2005)

› I alt 9 biler (2 Euro 3/6 Euro 4/1 ældre), test cyklus EU NEDC

› E85 vs E5: de Serves et al. (2005), Westerholm et al. (2008), Martini et al. (2009), Pelkmans

et al. (2010), AVL MTC (2011)

0,5

Fuel (MJ) CO VOC NOx

-4,8

6,7

k i (%)

E85 vs. E5

CO Fuel (MJ) HC -1,1 NOx TSP

-2,9

› I alt 25 biler, E5 er referencebrændstof, test cyklus: EU NEDC; ARTEMIS Urban, Rural and Highway

› AVL MTC (2011) repræsenterer synsdata for 17 biler i Sverige, der er tilføjet efter REBECa

120

100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

18,2

4,5

11,3


k i %

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Biofuel emissionsforskelle: Stigende biodiesel andel

Trucks and buses

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Biodiesel blend ratio (%B)

NOx Euro 0-III NOx Euro IV-V TSP Euro 0-III TSP Euro IV-V Fuel

k i %

100

80

60

40

20

-40

-60

-80

Diesel cars and vans

0

-20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Biodiesel blend ratio (%B)

CO NOx PM VOC

Linear (VOC) Linear (NOx) Linear (CO) Linear (PM)

Tunge køretøjer: EPA (2002) for Euro 0-3; McCormick et al. (2005) for Euro 4-5, understøttet af

andre studier

Lette køretøjer: Fontaras et al. (2007 & 2008; Euro 3 NEDC/ARTEMIS), Martini et al. (2007; 2 Euro

3 NEDC), Durbin et al. (2007; FTP/US06).


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

• 2004-2030: Energiforbrug (og CO 2)

stiger med 43 %.

• Største stigning for tunge køretøjer

(51 %) og varebiler (48 %), pga.

trafikkens vækst.

• 2004-2030: NO x emissionerne

falder med 81 %.

• Mindre fald for personbiler (72 %)

pga. stigende andel dieselbiler i

prognose.

PJ

Tons

140

120

100

80

60

40

20

0

50000

40000

30000

20000

10000

0

Baseline scenario - Energy consumption

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2028

2030

2-w heelers Cars Trucks and buses Vans

Baseline scenario - NO x emissions

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2028

2030

2-w heelers Cars Trucks and buses Vans


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

• 2004-2030: VOC emissionerne

falder med 78 % (CO: 82 %).

• 2-hjulere bliver den største kilde

mellem 2018-2023, pga. mindre

skrap EU lovgivning.

• 2004-2030: PM emissionerne

falder med 89 %.

• Mindre fald for personbiler (83 %).

Faktisk stiger emissionen i starten

af perioden, pga. det store nysalg af

dieselpersonbiler.

Tons

Tons

25000

20000

15000

10000

5000

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

2004

0

2004

2006

2006

2008

Baseline scenario - VOC emissions

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2-w heelers Cars Trucks and buses Vans

Baseline scenario - TSP emissions

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2-w heelers Cars Trucks and buses Vans

2028

2028

2030

2030


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

› GIS fordelte resultater på 1 km x 1 km → detaljeret rumlig fordeling

› GIS resultaterne er input til spredningsberegninger i REBECa


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

% forskelle mellem reference scenario og BS1 og BS2

› CO 2 emissioner falder i takt med indfasningen af biobrændstof (konventionsmetode)

› NO x og VOC: Emissionsforskelle er højst 3 %

Trafikfremskrivning: 65 $

År Energi NO x VOC CO CO 2 TSP TSP PM 10 PM 2.5

Exh. Exh. + Non exh.

BS1 2010 -0.2 1.5 -2.5 0.4 -5.9 -3.6 -1.6 -2.0 -2.5

2015 -0.3 1.5 -1.5 0.7 -8.2 -4.8 -1.5 -2.0 -2.8

2020 -0.4 1.7 -0.5 1.3 -10.4 -5.9 -1.2 -1.7 -2.5

2025 -0.4 1.7 0.2 1.7 -10.4 -5.6 -0.6 -0.9 -1.5

2030 -0.4 1.5 0.4 2.0 -10.4 -5.1 -0.4 -0.6 -0.9

BS2 2010 -0.2 1.5 -2.5 0.4 -5.9 -3.6 -1.6 -2.0 -2.5

2015 -0.4 1.9 -1.5 0.9 -10.9 -6.5 -2.1 -2.7 -3.7

2020 -0.7 2.4 0.0 2.0 -15.9 -9.0 -1.8 -2.6 -3.8

2025 -0.9 2.9 1.8 3.6 -20.9 -11.0 -1.3 -1.9 -3.0

2030 -1.1 2.8 3.3 5.2 -25.8 -12.2 -0.9 -1.3 -2.2

› CO og PM: De største emissionsforskelle, hhv. 5 % og -12 %, ses i 2030 for BS2 (25 %)

› Total PM (udst.+ slid): Emissionsforskellene bliver betragteligt lavere


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Tunge køretøjer (65$) NO x: baseline og BS2 vs baseline

Tons

40000

35000

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0

2004

Total NO x emissions - baseline scenario

2006

2008

2010

2012

2014

2016

• Vær opmærksom på figurernes enheder!

2018

Conventional Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI

2020

2022

2024

2026

2028

2030

Tons

NO x emission changes - BS2 vs. baseline

• Størst absolut NO x forskel i 2017. Herefter fald i absolutte forskelle især pga. baseline

emissionernes fald

• Fra 2012 og frem udgør Euro V den største del af emissionsforskellene. Derefter bliver

Euro V’s emissionsbetydning mindre pga. disse køretøjers fald i trafikarbejde

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

Conventional Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI

2020

2022

2024

2026

2028

2030


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

PJ

kTons

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

Diesel - Energy consumption

2004 2010 2015 2020 2025 2030

Diesel - CO 2 emissions

2004 2010 2015 2020 2025 2030

› CO 2 emissioner falder i takt med indfasningen af biobrændstof (konventionsmetode)

› For at vurdere den fulde CO 2 effekt er det dog nødvendigt at lave en W-t-W analyse

› W-t-W i REBECa: Slentø et al. (2010) inkluderer ændring i arealanvendelse, mindre

biomasse til energiproduktion, og den faktiske fremstilling af biobrændstof

Baseline

BS1

BS2

Baseline

BS1

BS2

PJ

kTons

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

Gasoline - Energy consumption

2004 2010 2015 2020 2025 2030

Gasoline - CO 2 emissions

2004 2010 2015 2020 2025 2030

Baseline

BS1

BS2

Baseline

BS1

BS2


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Konklusion

› For baseline (65$) beregnes store emissionsforskelle

mellem 2004 og 2030 for NO x (81 %), PM (89 %), CO (82

%) og VOC (78 %) pga. skrappere emissionskrav i EU

› Energiforbrug og CO 2 emissioner stiger med 43 % pga.

trafikkens vækst


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Konklusion

› Emissionseffekten af at introducere biobrændstof er lille:

› NO x og VOC: Emissionsforskellene er højst 3 %

› CO og PM (udst.): Største forskelle, hhv. 5 % og -12 %, beregnes i

2030 (BS2: 25 % biofuel)

› Total PM (udst. + slid): Emissionsforskellene bliver markant lavere


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Konklusion

› CO 2 emissionerne falder lineært med stigende biobrændstofandel

(konventionsmetode)

› W-t-W analysen i REBECa omfatter ændring i arealanv., mindre

biomasse til energiproduktion, og den faktiske fremstilling af

biobrændstof; og giver noget lavere samlede CO 2 besparelser


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Referencer

Winther, M., Møller, F., Jensen, T.C. 2012: Emission consequences of introducing bio ethanol as

a fuel for gasoline cars, Atmospheric Environment 55 (2012) 144-153.

Winther, M., 2010, Unit transformation functions from energy to volume and general

expressions of fuel consumption and emission factor functions for biofuel blends used in the

REBECA project, internal research note 7 pp.

Winther, M. 2009: Emission Differences between Petroleum based Diesel and different Biodiesel

Blend Ratios for Road Transport Vehicles. Transport and Air Pollution Symposium - 3rd

Environment and Transport Symposium, nr. 17, Toulouse, France, 2. june 2009 - 4. june 2009.

Slentø, E., Møller, F., Winther, M. Mikkelsen, M.H., 2010: Samfundsøkonomisk well-towheelanalyse

af biobrændstoffer. Scenarieberegninger for rapsdiesel (RME) og 1.- og 2.generations

bioethanol. Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet. 130 s. – Faglig

rapport fra DMU nr. 797. http://www.dmu.dk/Pub/FR797.pdf (in Danish).


INSTITUT FOR MILJØVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET Morten Winther, Seniorrådgiver

27. august 2012

Tak for Jeres opmærksomhed!

More magazines by this user
Similar magazines