Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 80: Effekt af ren-luftzoner for luftforurening med sodpartikler

Jensen, S.S. & Ketzel, M. 2014. Effekt af ren-luftzoner for luftforurening med sodpartikler. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 32 s. -Videnskabelig rapport fra DCE - Nationalt Center for Miljø og Energi nr. 80. http://dce2.au.dk/pub/SR80.pdf

Sammenfatning

Baggrund og formål

EC (elementært kulstof) er en indikator for forbrændingspartikler dvs. for partikeludstødningen, og populært kan EC opfattes som sodpartikler, da de har et stort indhold af kulstof.

Der er stigende interesse for EC ud fra en sundhedsmæssig synsvinkel, da  Verdenssundhedsorganisationen WHO i 2012 opklassificerede dieseludstødning fra sandsynligvis kræftfremkaldende til kræftfremkaldende. Omkring 2/3 af dieseludstødning består af sodpartikler, mens det er under ¼ for benzinudstødning.

Nyere studier tyder endvidere på, at de kulstofholdige partikler er mere sundhedsskadelige end de ikke-kulstofholdige partikler (Rohr & Wyzga 2012; Hoek et al. 2013). De kulstofholdige partikler er fx primært emitteret fra vejtrafik og brændeovne, mens de ikke-kulstofholdige partikler som fx er de uorganiske sekundære partikler dvs. partikler, der emitteres som gas og ved kemiske processer i atmosfæren bliver omdannet til partikler.

PM2.5 er partikler under 2,5 mikrometer i diameter og anvendes normalt som indikator for sundhedseffekter og vurdering af sundhedseffekternes tilhørende velfærdsøkonomiske omkostninger. Der er en veletableret sammenhæng mellem PM2.5 og sundhedseffekter. Dette er baseret på studier mellem sammenhængen mellem befolkningens eksponering for PM2.5 typisk fra målestationer placeret i bybaggrunden, og observerede sundhedseffekter. Her sondres der ikke mellem forskellige partikelstørrelser eller kemiske komponenter af PM2.5.

Meget tyder dog på at PM2.5 som indikator for vurdering af bestemte tiltag undervurderer sundhedseffekten, når der fx er tale om reduktion af partikeludstødning (Janssen et al. 2011; WHO, 2012). Der er her brug for en indikator, som er mere målrettet udstødningspartikler. På baggrund af review af en lang række studier viser Janssen et al. (2011) at gevinsterne for forventet levetid er 4-9 gange større pr. 1 µg/m3 for EC i forhold til PM2.5.

En række studier har endvidere vist at afstand/nærhed til vej øger risikoen for en række sundhedseffekter (Hoek et al. 2002). Dette taler også for at lokale forbrændingskilder som fx trafik har en relativ større betydning end det man finder ved at regne med PM2.5 som helbredsindikator.

Ovenstående er begrundelser for at fokusere på EC som en supplerende sundhedsindikator i vurdering af effekten af ren-luftzoner, da et sådan tiltag reducerer partikeludstødningen ved at skærpe den gældende miljøzone i København til også at stille emissionskrav til ældre peron- og varebiler.

Projektets formål er at estimere og visualisere effekten af ren-luftzone i København/Frederiksberg ud fra 3 forskellige scenarier.

Scenarier

De nuværende miljøzoner gælder kun dieseldrevne busser og lastbiler over 3,5 tons. Tunge køretøjer til og med Euro 3må ikke køre i miljøzonen i København. Undtaget er dog tunge køretøjer med eftermonteret lukket partikelfilter. Miljøzonens udstrækning er stort set sammenfaldende med Københavns Kommune og Frederiksberg Kommune (Jensen et al., 2011).

Med udgangspunkt i en tidligere gennemført luftkvalitetsvurdering for ren-luftzoner i København (Jensen et al. 2012; 2013a,b) er der foretaget en vurdering af effekten for EC, og en visualisering heraf for følgende scenarier:

  • Basisscenarie (2015 og 2017)
  • Berlinmodellen for vare- og personbiler (2015 og 2017)
  • Berlinmodellen for vare- og personbiler plus krav til Euro 4 for alle dieselkøretøjer (2017)

Der tages udgangspunkt i den såkaldte Berlinmodel inden for hvilken der stilles emissionskrav til både person- og varebiler. Kravene svarer til at dieseldrevne person- og varebiler til og med Euro 3 og benzindrevne person- og varebiler til og med Euro 0 ikke må køre inden for ren-luftzonen, som er sammenfaldende med den nuværende miljøzone i København.

For Berlinmodellen plus krav til Euro 4 gælder det at alle Euro 4 dieselkøretøjer (person-, varebil-, lastbiler og busser) til og med Euro 4 er omfattet, og ikke må køre i ren-luftzonen.

Køretøjer som ikke må køre i ren-luftzonen erstattes af nyere køretøjer, som er tilladte, eller berørte køretøjer får eftermonteret partikelfilter.

Undersøgelsen

Gadeluftkvalitetsmodellen OSPM med nødvendigt input data for emission, trafik, gadegeometri, bybaggrundskoncentration og meteorologi er benyttet til at beregne årsmiddelkoncentrationer af EC for en lang række gader i København.

Projektet har genbrugt tidligere datagrundlag for veje, trafik og gadegeometri fra det såkaldte ASSET projekt, hvor der blev foretaget luftkvalitetsberegninger for alle gadestrækninger i København med mere end 2.000 biler i døgnet med OSPM, og AirGIS systemet er brugt til at generere input data til OSPM omkring trafik og gadegeometri ud fra GIS data om veje med trafik og bygningsomrids med bygningshøjder, samt beregningspunkter (Jensen et al., 2009a).

Som noget nyt er EC emissionsfaktorer implementeret i OSPM på basis af COPERT emissionsmodellen, hvor EC er beskrevet som en procentdel af partikeludstødningen (PM2.5) for de forskellige køretøjsgrupper og Euroklasser (Ntziachristos & Samaras, 2010).

Der foreligger ikke emissionsgrundlag for at kunne modellere bybaggrundskoncentrationen af EC. Derfor er bybaggrundskoncentrationen for EC estimeret ud fra analyse af EC målinger fra Lille Valby (regional baggrund) og gademålinger på H.C. Andersens Boulevard samt kampagnemålinger på H.C. Ørsted Instituttet (bybaggrund). Denne årsmiddelværdi er anvendt for alle områder af København selvom der må forventes at være forskel fra område til område.

Da bybaggrundskoncentrationen er baseret på målinger indgår bidrag for alle kilder heri, men det er kun bidraget fra trafik, som er beregnet for gaderne og visualiseret. Andre forbrændingskilder som fx brændeovne kunne også bidrage med EC, men der er ikke tilstrækkelig viden herom til at det kan beregnes.

Hovedkonklusioner

Effekten af ren-luftzone for EC emission

Det ses, at Berlinscenariet i gennemsnit reducerer partikeludstødningen med omkring 32% i 2015, som er fordelt på 34% reduktion for personbiler og 80% reduktion for varebiler.  Personbilerne bidrager mest til den gennemsnitlige reduktion på 32%, da der er flest personbiler, men den procentvise reduktion er mindst for personbiler under et, da der er mange benzinbiler, som ikke berøres, mens varebiler næsten kun er dieselbiler.

Berlinscenariet inkl. krav til Euro 4 reducerer i gennemsnit partikeludstødningen med omkring 59% i 2017, som er fordelt på 69% reduktion for personbiler og 94% reduktion for varebiler.

Effekt af ren-luftzone for EC koncentrationen

EC gadekoncentrationen er op til 1,5 µg/m3 i 2015 i basisscenariet, hvilket er 3,6 gange så meget som bybaggrundskoncentrationen. Dette illustrer, at EC koncentrationen i trafikerede gader er domineret at EC emissionen fra trafikken i gaden, og at reduktioner heri vil give markante reduktioner i EC koncentrationen.

Der er produceret en række kort som viser EC koncentrationen i før-efter situationen for Berlinscenariet og Berlinscenariet inkl. Euro 4. Disse visualiserer en tydelig reduktion i EC koncentrationen.

Den maksimale procentvise reduktion i EC gadekoncentrationen, som findes i en gade i København, er 41%, som opnås i Berlinscenariet inkl. krav til Euro 4.

Det er visuelt tydeligt, at den procentvise reduktion er lidt større for Berlinscenariet i 2015 end i 2017, da en udskydelse af ren-luftzone-kravene vil reducere effekten i implementeringsåret pga. den løbende udskiftning af bilparken.

Sammenligning af EC målinger og modelberegninger

Sammenligning af EC målinger og beregninger med OSPM af gadebidraget på H.C. Andersens Boulevard i København i 2012 viste, at modellen undervurderer i forhold til målingerne, idet modellen giver omkring 40% af EC målingerne og omkring 80% af PM2.5 målingerne for gadebidraget. Gadebidraget er forskellen med gadekoncentration og bybaggrundskoncentration.

Da det er første gang, at EC emissionsfaktorer er bygget ind i OSPM, og det ikke inden for projektets rammer har været muligt at gennemføre mere detaljerede analyser af sammenhængen mellem beregninger og målinger, er beregningerne præsenteret, som de er, og der er ikke gjort noget forsøg på fx kalibrering af modelresultaterne i forhold til målingerne.

Projektresultater

Visualisering af EC koncentrationer

Figur 1 viser, hvor stor den modelberegnede EC gadekoncentration er i forhold til bybaggrundskoncentrationen i 2015, hvilket illustrerer hvor meget trafikken lokalt bidrager til gadekoncentrationerne. Ved 100% er gadekoncentrationen således dobbelt så stor som bybaggrundsbidraget. Det ses, at gadekoncentrationen er op til 3-4 gange så stor som bybaggrundskoncentrationen.

Effekt af ren-luftzone for EC koncentrationen

Berlinscenariet reducerer EC gadekoncentrationen med i gennemsnit 12% i 2015 og 10% i 2017, mens Berlinscenariet inkl. Euro 4 reducerer EC gadekoncentrationen med i gennemsnit 20%. Andre statistiske parametre er også givet. Min. og maks. værdier varierer afhængig af trafikniveauet og køretøjssammensætningen, og dermed i forhold til bybaggrundsniveauet. Minimum fås i en situation, hvor der er et meget lille gadebidrag pga. lille trafik, hvorved bybaggrundskoncentrationen dominerer.

Reduktionerne i EC gadekoncentrationerne vil være lidt større end angivet ovenfor, idet bybaggrundskoncentrationen er antaget at være konstant før og efter ren-luftzonen (0,42 µg/m3). Bybaggrundskoncentrationen vil imidlertid også blive reduceret af ren-luftzonen, således at gadekoncentrationen vil blive mindre.