Miljøgevinst med gassbusser i Nedre Glomma regionen Beregnet årlig utslipp fra gassbusser kontra dieselbusser i Nedre Glomma.

Transkript

1 Arbeidsdokument Oslo 22.mai Miljøteknologi Rolf Hagman Astrid H. Amundsen Miljøgevinst med gassbusser i Nedre Glomma regionen Beregnet årlig utslipp fra gassbusser kontra dieselbusser i Nedre Glomma. Innhold 1 Bakgrunn Miljøgevinster Diskusjon Klimapåvirkning Lokalt helseskadelige avgassutslipp Metode Oppdragsbeskrivelse Utslippsfaktorer Inngangsdata i beregningene Braunschweig kjøresyklus... 9

2 1 Bakgrunn TØI er kontaktet av Østfold Fylkeskommune som ønsker en vurdering av den reduserte klimapåvirkningen samt en beregning av avgassutslippene fra nye gassbusser i regionen Nedre Glomma. Gassbussene i Nedre Glomma er forutsatt å bruke biometan fra et lokalt anlegg for produksjon av biogass som drivstoff. Biometan er et drivstoff som til stor del er vurdert å være klimanøytralt, og som har gode forutsetninger til å gi lave utslipp av lokalt helseskadelige avgasser. Avgassutslippene fra busser varierer sterkt avhengig av hvordan bussene kjøres og det viser seg at busser fra forskjellige leverandører har svært forskjellige utslipp i virkelig trafikk. Det ønskes å få utført en beregning av de totale årlige avgassutslippene fra de nye EEV (spesielt miljøvennlige) gassbussene, samt å sammenligne utslippet gitt at Fylkeskommunen i stedet hadde valgt EEV dieselbusser. Det er utført to beregninger, en for første fase av anbudsfasen, og en for fase 2 i anbudsperioden der den årlige kjørelengden er økt med 6 prosent. Kontaktpersoner Forsker Rolf Hagman har vært TØIs prosjektleder og har sammen med forsker Astrid Amundsen stått for utførelsen av oppgaven, mens kontaktperson hos Østfold Fylkeskommune har vært Joakim Sveli. 2 Miljøgevinster TØI har beregnet den årlige klimapåvirkningen og utslippene av lokalt helseskadelige avgasser i Nedre Glomma de valgte MAN EEV gassbussene som skal bruke lokalt produsert biometan som drivstoff. Til sammenlikning er tilsvarende utslipp beregnet for gjennomsnitt EEV dieselbusser med norsk diesel som drivstoff. Det totale årlige utslippet av lokalt helseskadelige avgasser er angitt i tonn NO x og tonn NO 2 samt kg PM. Klimapåvirkningen av CO 2 i et livsløpsperspektiv er angitt i tonn per år. Klimapåvirkningen av CO 2 fra dieselbussene er beregnet som den samlede klimaeffekten av at norsk mineralolje utvinnes, transporteres, raffineres og forbrennes i dieselmotorene. Klimaeffekten av CO 2 fra MAN lean-mix gassbusser er beregnet som den samlede klimaeffekten av at norsk biogass produseres, transporteres, renses og forbrennes i gassmotorer. Den biometanen som brukes som drivstoff for gassbussene vurderes i beregningene å være 90 prosent klimanøytral. Samlet kjørelengde påvirker mengden utslipp fra busstrafikken. Med gjeldende kjøreplaner fra 1. juli 2013 er miljøgevinstene med gassbusser beregnet å bli: C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 2

3 Den reduserte klimaeffekten av at Østfold fylkeskommune har valgt EEV gassbusser og lokalt produsert biogass i stedet for EEV dieselbusser er av TØI beregnet til tonn CO 2 ekvivalenter per år. Utslippene av NO x (nitrogenoksider) er av TØI beregnet å reduseres med 3,1 tonn per år som følge av de EEV gassbusser med biogass som er valgt i forhold til valg av tilsvarende EEV dieselbusser Utslippene av NO 2 (nitrogendioksid - den mest helseskadelige delen av nitrogenoksidene) er av TØI beregnet å reduseres med 6,3 tonn per år som følge av de EEV gassbusser med biogass som er valgt i forhold til valg av tilsvarende EEV dieselbusser Utslippene av PM (avgasspartikler) er av TØI beregnet å bli redusert med 211 kg per år som følge av de EEV gassbusser med biogass som er valgt i forhold til valg av tilsvarende EEV dieselbusser Tabell 1a angir resultatene fra beregningene av utslippet av de viktige miljøkomponenter fra gassbussene i Nedre Glomma. Vi har også beregnet utslippene av de samme avgasskomponentene gitt at de samme bussene i stedet var dieselbusser med EEV standard. Tabell 1a: Totalt beregnet årlig miljøpåvirkning fra gassbussene i Østfold og tilsvarende dieselbusser, kjørelengden i anbudets startsfase. NO x NO 2 PM (kg/år) Avgassutslipp CO 2 ekv Klimapåvirkn CO 2 ekv Gjennomsnitt EEV dieselbusser med EN 590 norsk diesel MAN EEV gassbusser med 12,8 dm 3 -- lean/mix motor og biometan 21,7 8, ,6 1, Besparelse 3,1 6, Tabell 1b angir resultatene for fase 2 av anbudsperioden, der det er antatt at den totale årlige kjørelengden økes med 6 prosent. C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 3

4 Tabell 1b: Totalt beregnet årlig miljøpåvirkning fra gassbussene i Østfold og tilsvarende dieselbusser, gitt 6% økning i total årlig kjørelengde. NO x NO 2 PM (kg/år) Avgassutslipp CO 2 ekv Klimapåvirkn CO 2 ekv Gjennomsnitt EEV dieselbusser med EN 590 norsk diesel MAN EEV gassbusser med 12,8 dm 3 -- lean/mix motor og biometan 22,6 8, ,4 1, Besparelse 3,2 6, Diskusjon Valg av busstyper, motorteknologi, renseteknologi og type drivstoff er en kompleks og komplisert oppgave. Busser med dieselmotorer, standard EN 590 dieseldrivstoff og teknologi for rensing av avgasser er tradisjonelt det mest økonomiske og ofte et driftsikkert alternativ. Avgassutslipp fra dieselbusser kan reduseres med hybrid teknologi som kombinerer en dieselmotor og elektrisk fremdrift, men dette er et alternativ som ikke diskuteres i dette arbeidsdokumentet. Ønske om redusert klimapåvirkning har gjort biodrivstoffer og spesielt biometan fra lokalt produsert biogass til et interessant drivstoff. Biometan har i tillegg til i stor grad å være klimanøytralt meget gode forutsetninger for lave utslipp av lokalt helseskadelig avgasskomponenter. 3.1 Klimapåvirkning Klimapåvirkning fra dieselbusser kan oppgis som direkte utslipp av CO 2 fra avgassrøret, men i et livsløpsperspektiv må man også inkludere utslippene av CO 2 fra utvinning av mineralolje, raffinering og transport hele veien fra oljebrønn til dieseltank. Klimapåvirkningen fra biometan i et livsløpsperspektiv kan beregnes og vurderes på flere måter. Vi har valgt å betrakte den biometan som bussene i Nedre Glomma skal bruke som 90 % klimanøytral i et livsløpsperspektiv. Det innebærer at kun 10 % av C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 4

5 CO 2 avgassene fra gassbussene regnes å ha en negativ klimapåvirkning. I hvor stor grad den biometanen man bruker er klimanøytral vil være avhengig av råstoffet som benyttes til produksjon av biogass, rensemetoder for å oppnå biometan med god nok kvalitet for å kunne brukes som drivstoff, transport, komprimering av gassen med mere. Når vi sier at biometan er 90 % klimanøytralt innebærer det at 10 % av avgassutslippet regnes som CO 2 fra fossil energi som har vært brukt til produksjonen av biogassen. Alternativt kan man hevde at metan fra naturlig nedbryting biomasse vil gi en klimapåvirkning som er ca 20 ganger sterkere enn uslippene av CO 2 ved forbrenning av metan. Forbrenning av biometan vil med et slikt utgangspunkt kunne vurderes som sterkt klimapositivt og jo mer biometan man forbrenner som drivstoff jo mer vil man bidra til redusert global oppvarming.. Et tredje alternativ er som Kyoto protokollen angir å regne all bruk av biodrivstoff som nullutslipp av CO 2, uansett hvor store utslippene er i livsløpet. 3.2 Lokalt helseskadelige avgassutslipp Lokalt helseskadelig avgassutslipp er sterkt avhengig av hvilken motorteknologi og hvilke metoder for rensing av avgasser som blir brukt i en buss. For dieselbusser trengs avanserte systemer for avgassrensing for at motorene skal klare dagens strenge Euro krav til avgassutslipp. For levering i 2013 gjelder at motorene skal klare Euro V eller de litt strengere EEV kravene (krav til spesielt miljøvennlige kjøretøy). Gassbusser klarer å oppfylle Euro V eller de litt strengere EEV kravene uten så avanserte og kostbare avgassrensesystemer som dieselbusser. De gassbusser som finnes kommersielt tilgjengelige i 2012/2013 er enten busser med motorer som er tilpasset treveiskatalysator (λ=1) eller de med så kalte magermotorer (λ>1). Generelt har det vært mulig å oppnå meget rene avgassutslipp med "λ=1 motorer" men på bekostning av relativt høye utslipp av CO 2. Med magermotorer "λ>1 motorer" er det mulig å oppnå relativt sett lave utslipp av CO 2 men disse motorene har i virkelig trafikk vist seg å gi relativt høye utslipp av NO x. De av MAN produserte gassbussene som Nettbuss skal bruke i Nedre Glomma regionen har en teknologi som MAN kaller mager/mix og bussene oppgis å være utstyrt med treveiskatalysator. Testprotokoll fra MAN viser at disse motorene har meget lave utslipp (0,2 g/kwh) av NO x ved kjøring av ETC (European Transient Cycle) med "λ=1". En presentasjon fra MAN (MAN CNG Buses, May 2009) viser at MANs mager/mix motorer med "λ=1,7" har utslipp av NO x på 1,8 g/kwh ved kjøring av ETC. TØIs partner VTT har ved flere anledninger avgasstestet en MAN 15 m gassbuss med lean/mix teknologi. Med Braunschweig bykjøresyklus har VTT C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 5

6 målt at MANs 15 m gassbuss med 12,8 dm 3 motor og lean/mix teknologi har utslipp av NO x på mellom 5 til 12 g/km. Til sammenligning kan gassbusser med "λ=1 motorer" ved kjøring av Braunschweig bykjøresyklus ha utslipp av NO x på 2-3 g/km. Avgassutslipp av NO 2 er erfaringsmessig lave fra gassbusser, da forbrenning av metan sjelden danner eksospartikler og gassbusser ikke har behov for oksiderende partikkelfiltre. Oksiderende katalysatorer og partikkelfiltre har vist seg å være årsaken til den økte andelen NO 2 i dieselavgasser som registrert fra og med år Alle andre avgasskomponenter er normalt lave ved forbrenning av godt renset biometan. 4 Metode 4.1 Oppdragsbeskrivelse Prosjektet har gått ut på å beregne det årlige utslippet fra de nye gassbussene i Nedre Glomma, og sammenligne utslippet fra gassbusser med utslippet fra dieselbusser. Det beregnede utslippet gjelder for busser som fra 1. juli 2013 skal gå i ordinær rutetrafikk. Det er beregnet totalt utslipp for total kjørelengde i fase 1 av anbudsperioden (fra 1. juli 2013), samt utslippet fra andre fase i perioden da den totale kjørelengden forventes økt med 6 prosent. Vi har innhentet informasjon fra MAN Norge som er leverandør av bussene og Nettbuss som er kjøper og operatør av den aktuelle bussdriften. 4.2 Utslippsfaktorer Det er så godt det lar seg gjøre beregnet kjøretøyparkens utslipp i virkelig bytrafikk, dette er gjort ved å ta utgangspunkt i data fra avgassmålinger ved VTT (Finsk teknisk forskningssenter som har laboratorium som kan teste utslipp fra kjøretøy). VTT har opparbeidet seg en database over testede kjøretøy og spesielt fokusert på bybusser med diesel og metan som drivstoff. Bussene er testet med kjøring av Braunschweig kjøresyklus og utslippene som blir registrert gjelder for dette spesielle kjøremønstret (bykjøring). Utslippsfaktorene fra VTT er lagt til grunn for vår beregning av miljøbelastninger. Utslippsfaktorene for nitrogenoksider (NO x ), og partikler (PM) for forskjellige modeller av busser kan variere med flere hundre prosent for nye busser fra forskjellige produsenter. Vi bruker i våre beregninger generelle og typiske verdier for C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 6

7 moderne EEV dieselbusser i bykjøring. Det vil si at vi har benyttet oss av gjennomsnittsverdier for de ulike bussmodellene som er testet. For gassbussene som Nettbuss skal bruke i Nedre Glomma regionen har vi brukt utslippsdata for MANs gassbusser med 12,8 dm 3 mager/mix motor. Vi har etter beste skjønn tilpasset de kjente utslippsfaktorene til de aktuelle kjøreforholdene i Nedre Glomma og i forhold til bussenes størrelse. Til hjelp i de skjønnsmessige vurderingene har vi brukt HBEFA (Handbook of Emission Factors) Vi har beregnet mengden helseskadelige utslipp og klimapåvirkningen for bussenes samlede kjørelengde inklusive fremkjøring med mere for følgende avgasskomponenter: NO x (Nitrogenoksider) NO 2 (Nitrogendioksid som er den direkte helseskadelige andelen av Nitrogeoksidene) PM (avgasspartikler) CO 2 (direkte avgassutslipp) 4.3 Inngangsdata i beregningene Det er beregnet det totale årlige utslippet av de ulike avgasskomponentene. Utslippsfaktorene benyttet er fremkommet ved at utslippet fra en rekke busser er målt i laboratorium ved kjøring av Braunschweig kjøresyklus. Denne kjøresyklusen skal representere typisk kjøring av buss i bytrafikk. Utslippet vil da i større grad representere hva bussene slipper ut i virkelig bytrafikk, enn hva typiske typegodkjenningstall for motorene til tunge kjøretøy vil kunne tilsi. Miljøgevinstene med gassbusser og resultatene vil inneholde en grad av usikkerhet, da utslippsfaktorenes nøyaktighet vil være avhengig av hvor mange kjøretøy av de ulike typene som er testet og at vi har foretatt skjønn for å tilpasse utslippsfaktorene til bussenes størrelse og kjøreforholdene i Nedre Glomma regionen. Tabell 2 angir de utslippsfaktorene vi i utgangspunkt har brukt i våre beregninger av det årlige utslippet. Vi har så for de korte bussene (12m) etter beste skjønn korrigert utslippsfaktorene for betydningen av en mindre og lettere buss samt de aktuelle kjøreforholdene. I våre beregninger har vi tatt hensyn til at diesel i Norge er tilsatt 7 prosent RME. Vi har benyttet en livsløpsfaktor for dieselbussenes forbruk av dieselolje (B7) på 1,06 ved omregning av CO 2 -avgassutslippet til CO 2 -klimapåvirkning. C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 7

8 Tabell 2: Utslippsfaktorer brukt i beregningene. Utslippet angitt i g/km Type avgassutslipp NO x NO 2 PM CO 2 Typisk 15 m EEV dieselbuss drivstoff- EN 590 diesel MAN 15 m EEV lean/mix gassbuss drivstoff - biometan 5,9 2,0 0, ,6 0,5 0, Østfold fylkeskommune vil i bruke 78 MAN gassbusser på 12 meter, og 10 MAN gassbusser på 15 meter. Det er disse bussene som danner grunnlaget for våre beregninger. I følge Østfold fylkeskommune og Nettbuss vil 12 meterne ha en årlig kjørelengde (totalt utrullede kilometer) på rundt kilometer, mens 15 meterne vil ha en årlig kjørelengde på rundt kilometer, se tabell 3. For sammenligning har vi brukt det samme antallet tilsvarende dieselbusser med EEV standard i våre beregninger. I fase 2 av anbudsperioden (jf resultater i tabell 1b) er det antatt at den årlige kjørelengden i regionen økes med 6 prosent i forhold til tallene i tabell 3. Tabell 3: Type busser inkludert i beregningene Type busser Antall Årlig kjørelengde (km) Gassbusser MAN CNG EEV 12m MAN CNG EEV 15m Dieselbusser EEV diesel 12m EEV diesel 15m C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 8

9 4.4 Braunschweig kjøresyklus Braunschweig kjøresyklus er utarbeidet etter mønster fra bykjøring i en Tysk by, og skal simulere kjøring med buss i typisk bytrafikk. Kjøresyklusen inneholder blant annet stopp, hastighetsendringer og kjøremønster, se figur 1. Testene er utført i et laboratorium, der bussene kjører en strekning på rundt 11 kilometer. Gjennomsnittshastigheten er med mange stopp ved holdeplasser på rundt 23 km/t, og maks hastighet er på rett under 60 km/t. Figur 1: Braunschweig kjøresyklus for buss i bytrafikk C:\Users\kjegau\Documents\Arbdok_utslipp gassbuss_østfold_21 mai (2).docx 9