Luftkvalitetsvurdering af miljøzoner i Danmark

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkvalitetsvurdering af miljøzoner i Danmark

Steen Solvang Jensen, Matthias Ketzel, Jacob Klenø Nøjgaard, Peter Wåhlin

Danmarks Miljøundersøgelser (DMU) Afdelingen for Atmosfærisk Miljø Aarhus Universitet

ssj@dmu.dk

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Præsentation

• Baggrund

• Miljøzoneregler

• Metode til effektvurdering i 2010, 2015 and 2020

– målekampagner og modelberegninger

• Kildeopgørelse for PM and NO _x

• Effekt for emission og

luftkvalitet af PM _2.5 , PM ₁₀ og NO ₂

• Konklusion

?

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Baggrund

• Monitoring af luftkvalitet i København

• Luftkvalitetsvurdering i København

– 65 ud af 138 trafikerede gaderum overskrider NO ₂ grænseværdien for årsmiddel i 2010

Overskridelse af grænseværdierne på H.C. Andersens Boulevard i København HCAB

PM

PM

NO

NO

Årsmiddel Dage som overskrider

50 µg/m

Årsmiddel 19. højeste

Årstal (µg/m

) (Antal) (µg/m

) (µg/m

)

2005 43 63 54 147

2006 41 68 53 131

2007 38 60 52 158

2008 39 59 55 169

2009 32

19 50 143

a

Reduktion skyldes primært ny vejbelægning

b

PM

målt med SM200 i 2006-2009 og TEOM *1.3 for 2005. 0 C og 1 atm. tryk.

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Miljøzonereglerne

• Partikelfilter på

dieselkrevne tunge køretøjer > 3½ ton

– Euro II eller ældre fra 1.

september, 2008 (køretøjer<=1997)

– Euro III eller ældre fra 1. july 2010 (køretøjer<=2002)

• København (2008-09-01)

• Aalborg (2009-02-01)

• Odense (2010-07-01)

• Århus (2010-09-01)

• Formål at reducere

sundhedseffekter af PM forurening

(www.miljozonen.dk)

Miljøzone i København

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Partikelfiltre

• Et partikelfilter reducerer PM

udstødning i alle PM størrelser med

næsten 100% under optimale forhold

• I gennemsnit regnet med 80% under

normale drift og vedligehold

• Nogle partikelfiltre øger direkte NO ₂ emission

Ikke-udstødning af PM:

vejslid, bremseslid,

dækslid, og ophvivling

PM udstødning

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Resultater af måleserier

• Målekampagner i 2004 og 2008 på Åboulevard

• CO, NO _x , NO ₂ og PM _2.5 reduceres

• Meteorologi kan ikke forklare forskelle

• Emissionen må være reduceret

– ÅDT faldt ca. 5% og andel af tung trafik faldet fra 3,5% til 2%

– Skærpede emissionsnormer giver mindre emission

• Isoleret særskilt effekt af miljøzonekrav kan ikke

identificeres ud fra analyse

NO_X bidrag fra trafikken, Aaboulevarden 2004 - 2008

0 25 50 75 100 125 150 175 200

mandagtirsdag onsdagtors

dagfredag lørdag søn dag

ppb

NOX 2008 NOX 2004

PM2.5 bidrag fra trafikken, Aaboulevarden 2004 - 2008

0 2 4 6 8 10 12 14

mandagtirsdag ons

dagtorsdag fredag lørdag søn dag

µg/m-3

PM2.5 2004 PM2.5 2008

(Jensen et al, 2010)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Sammenligning af målinger og

modelberegninger for Åboulevard

• Modelleret med DMU’s gadeslugtmodel OSPM for begge perioder 2004 og 2008

• OSPM bruger EU emissions model COPERT IV

• Maskinelle og manuelle trafiktællinger

Roof level wind

Recirculating air

Direct plume Leeward

side Windward

side Background pollution

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Sml. målt og beregnet

• Døgnvariation for NO ₂ (µg/m ³ ) på Åboulevarden

• Vist er målinger på gaden (lyserød kurver), modelresultater på gaden (sort) samt målinger i bybaggrunden (grønne)

• God sammenhæng ml. beregnet og målt

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 3 6 9 12 15 18 21 24

NO2_b NO2_obs_2 NO2_mod_2

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 3 6 9 12 15 18 21 24

NO2_b NO2_obs_2 NO2_mod_2

NO ₂ i 2004 NO ₂ i 2008

(Jensen et al, 2010)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Modelberegningerne – Konklusion

• OSPM modellen reproducerer målinger

tilfredsstillende på Åboulevarden i 2004 og 2008

• Bedst resultat for NO _x og NO ₂

• Også rimelige resultater for PM ₁₀ og PM _2.5

• Tendensen i CO målingerne bliver godt reproduceret men på et for lavt niveau

• Modellen velegnet til vurdering af effekter af miljøzonekravene

(Jensen et al, 2010)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Effektvurdering af miljøzoner for 138 gader i København

Gadebidrag

Bybaggrundsbidrag

Regionalt bidrag

Å Æ Afstand

Koncentration

Å By Æ

Bybaggrundskoncentration

Gadekoncentration Lokalt bidrag

Regional koncentration Gadebidrag

Bybaggrundsbidrag

Regionalt bidrag

Å Æ Afstand

Koncentration

Å By Æ

Bybaggrundskoncentration

Gadekoncentration Lokalt bidrag

Regional koncentration

OSPM and COPERT IV

UBM and COPERT IV

Måledata

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Forventet implementering

(Jensen et al. 2010)

Heavy-duty vehicles

No. x 1000

• For lastbiler:

– Euro 3 får partikelfilter

– Euro 0-2 erstattes med nye Euro 5

• For busser:

– Euro 0-1 og 50%

af Euro 2 erstattes med Euro 5

– 50% af Euro 2 busser og alle Euro 3 busser får filter

• Vurdering af

forudsætninger ud fra oplysninger om

nummerplader og motorregisteret

Euronorm Ikræfttrædelsesår Partikler (g/kWh)

Euro I 1994 0,36*

Euro II 1997 0,15

Euro III 2002 0,10

Euro IV 2007 0,02

Euro V 2010 0,02

Euro VI 2014 0,01

NO

(g/kWh)

8,0

7,0

5,0

3,5

2,0

0,4

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Forudsætninger

• Trafikudvikling og bilpark

• traffiken stiger 24% fra 2010 til 2020 på større trafikveje og ingen stigning på andre veje

• dieselandel for personbiler stiger fra 5% til 55% fra 2005 til 2020 og for varebiler fra 80% til 88%

• Emission

• direkte emitteret NO ₂ stiger pga. flere dieselperson- og varebiler med oxiderende katalysator som oxiderer NO til NO ₂

• visse partikelfiltre øger direkte emitteret NO ₂

• direkte NO ₂ andel er 18%, 25% og 24% i hhv. 2010, 2015 og 2020

• Andet

• uændret regional baggrunds koncentrationer, og

meteorologi fra 2005

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Kilder til PM _2.5 i byluft ?

(Palmgren et al. 2005)

PM2.5 i gade og bybaggrund

0 5 10 15 20 25 30

Gade Bybaggrund

PM 2. 5 (µg /m 3 )

Udstødning Bremser Vejslid m.v.

Vejsalt Sekundære

organiske+ukendt Primære, ikke trafik Sekundære uorganiske (ammonium, nitrat, sulfat) Naturligt (jord, hav etc.)

PM _2.5 in street and urban background

Street Urban background

Exhaust Brake wear Road wear

Road salt

Secondary organic PM, unknown

Primary PM, non-traffic

Natural PM (soil, sea salt etc.)

Secondary inorganic PM

(ammonium, nitrate, sulphate)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Emissionsfaktor for PM udstødning

• Køretøjsfordeling i 2010

• Tungandel 3,7%

• Miljøzone reducerer total PM udstødning med 26%

• PM udstødning fra tunge køretøjer reduceres med 78%

• Tunge køretøjer står for 33 % af PM

udstødning uden zonekrav og 6 % med zonekrav

Køretøjssammensættning på HCAB (%)

0 10 20 30 40 50 60

PC benzin

PC diesel

Varebiler benzin

Varebiler diesel

Lastbil 1 Lastbil 2 Busser

Euro 6 Euro 5 Euro 4 Euro 3 Euro 2 Euro 1 Euro 0

Vehicle distribution H.C. Andersens Boulevard (%)

Pass. car gasoline

Vans gasoline

Truck

=< 32t

Truck

> 32t

Buses Vans

diesel Pass. car Pass. car

gasoline diesel

Emissionsfaktorer for PM udstødning uden og med miljøzone

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Personbil Taxi Varebil Lastbil=<32t Lastbil>32t Bus

(g /k m )

Uden miljøzone Med miljøzone

(Jensen & Ketzel 2009)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

PM ₁₀ og PM _2.5 emission i miljøzone

0.0E+00 5.0E+04 1.0E+05 1.5E+05 2.0E+05 2.5E+05 3.0E+05 3.5E+05

Basis Basis Basis Basis EnvZo EnvZo EnvZo

2005 2010 2015 2020 2010 2015 2020

P M 10 em issi o n s kg /year i n zo n e PMExh

PM10NonExh

0.0E+00 2.0E+04 4.0E+04 6.0E+04 8.0E+04 1.0E+05 1.2E+05 1.4E+05 1.6E+05

Basis Basis Basis Basis EnvZo EnvZo EnvZo

2005 2010 2015 2020 2010 2015 2020

P M 2. 5 em issi ons kg/ y e a r i n z one

PMExh PM2.5NonExh

PM10

PM2.5

• PM ₁₀ udstødning og ikke-udstødning reduceres med 9%

og for PM _2.5 16% i 2010

• Beskeden total reduktion da ikke- udstødning spiller væsentlig rolle

(Jensen & Ketzel 2009)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

PM ₁₀ og PM _2.5 koncentration i 138 gader

0 5 10 15 20 25 30 35

2010_Basis 2010_EnvZ 2015_Basis 2015_EnvZ 2020_Basis 2020_EnvZ

PM10 (µg/m3)

PM10 street

PM10 urban background

0 5 10 15 20 25

2010_Basis 2010_EnvZ 2015_Basis 2015_EnvZ 2020_Basis 2020_EnvZ

PM 2 .5 ( µ g /m 3 )

PM2.5 street

PM2.5 urban background

• PM ₁₀ koncentration i 138 gader reduces med gns. 0,7 µg/m ³ (2.5%)

• PM _2.5 koncentration med gns. 0,7 µg/m ³ (3.5%)

(Jensen & Ketzel 2009)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Konclusions – PM _2.5 og PM ₁₀

(Jensen et al 2010)

• PM ₁₀ emissionsreduktion på 9% og for PM _2.5 på 16% i 2010 pga. partikelfiltre og skift til nyere Euro 5 køretøjer

• Emissionsreduktion er mindre for PM ₁₀ sammenlignet med PM _2.5 da ikke-udstødning dominerer for PM ₁₀

emission

• PM ₁₀ koncentration i 138 gader reduces med 0,7 µg/m ³ (2.5%) og PM _2.5 koncentration med 0,7 µg/m ³ (3.5%)

• Beskeden reduktion i PM koncentration skyldes høj regional baggrund, og at partikelfiltre kun reducerer udstødning

• Trods beskeden reduktion i PM kan det have betydelig sundhedsmæssig effekt

• Ingen af de 138 gader forventes at overskride

grænseværdi for årsmiddel for PM ₁₀ på 40 µg/m ³ i 2010-

2020, og grænseværdi for PM _2.5 på 25 µg/m ³ i 2015

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v urde ring a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

NO _x emissionsfaktorer

(Jensen & Ketzel 2009)

Køretøjssammensættning på HCAB (%)

0 10 20 30 40 50 60

PC benzin

PC diesel

Varebiler benzin

Varebiler diesel

Lastbil 1 Lastbil 2 Busser

Euro 6 Euro 5 Euro 4 Euro 3 Euro 2 Euro 1 Euro 0

Vehicle distribution H.C. Andersens Boulevard (%)

Pass. car gasoline

Vans gasoline

Truck

=< 32t

Truck

> 32t

Buses Vans

diesel Pass. car Pass. car

gasoline diesel

• Køretøjsfordeling i 2010

• Tungandel 3,7%

• NOx fra tunge

køretøjer reduceres 33%

• Total NOx reduces 13%

NOx emissionsfaktorer uden og med miljøzone

0 2 4 6 8 10 12

Personbil Taxi Varebil Lastbil=<32t Lastbil>32t Bus

(g/ k m )

Uden miljøzone

Med miljøzone

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v ur de ri ng a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

NO _x emission i miljøzone

(Jensen & Ketzel 2009)

• Tunge køretøjer bidrager med 49% af NO _x i 2010 uden miljøzone og 38% med miljøzone

• Total NO _x emission reduktion på 17% i 2010 pga. miljøzone

0.0E+00 5.0E+05 1.0E+06 1.5E+06 2.0E+06 2.5E+06 3.0E+06 3.5E+06

Basis Basis Basis Basis EnvZo EnvZo EnvZo

2005 2010 2015 2020 2010 2015 2020

N O x em is si o n s kg /y ear i n zo n e

Buses Truck >= 32t Truck < 32t Vans

Passenger cars

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v ur de ri ng a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

2010 inkl. miljøzone

2010 Basis scenario

0 10 20 30 40 50 60 70

Nørre Sø gade

H C Andersens Bo ulevard Gylden

løvesgade

H C An

dersens Bo ulevard* Nordre Fa

sanvej Øster Søgade

Vesterbroga de

Am agerfælledvej Vester Farimagsgade

Jagtvej*

H.C. Ørsteds Vej Sallingvej

Åga de Bredgade*

Tagensvej Nor

dre Fasanv ej

Ves terbroga

de*

Ama gerbrogad

e Mimersgade

Ves terbrogade

Østerbroga de* Østerbrogade

Jagtvej Vester Voldgade*

Am agerbro

gade*

P K nudsens G

ade*

Frederikssundsvej Tagensvej

Peter Ba ngs Vej

Godthåbsvej Hillerødgade

Slotsherrensvej Frederiksborgvej

Jyllingevej Jagtvej Tofteg

årds Allé Istedgade

Foleha ven Ålholmvej

Roskildevej Tagensvej

Hiller ødgade Nørre Voldgade

Roskildevej Røde Mellemvej

Vigerslev A llé

NO

(µg /m

)

grænseverdi

Grænseværdi

(Jensen et al. 2010)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v ur de ri ng a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

2020 inkl. miljøzone

2020 Basis scenario

0 10 20 30 40 50 60 70

Nørre S øga

de

H C An dersens

Bo ulevard Gyldenl

øvesgad e

H C A ndersen

s B oulevar

d*

Nord re F

asa nvej Øster Søga

de

Vesterbrogade Am

ager fæl

ledvej

Vester Farimags gad

e Jagt

vej*

H.C . Ør

steds Ve

j Sallingvej

Ågade Bredg

ade*

Tage nsvej

Nord re Fa

sanvej Ves

terbrogade

*

Am agerbrogade

Mimer sgade Vesterb

rogad e

Østerbrogad e*

Østerbrogad e

Jag tvej

Vester Voldga de*

Am agerbrogade

*

P Knud sen

s Ga de*

Frederikss undsvej

Tagensvej Peter Bangs V

ej

Godthåbsv ej Hillerødgade

Slotsherrens vej

Frederiksbor gve

j Jyllingevej

Jagtvej Toftegårds A

llé Istedga

de Folehaven

Ålholmvej Roskildev

ej Tage

nsvej Hiller ødg

ade

Nø rre Voldgade

Ro skildevej Rø

de Mel lem

vej

Vigerslev Allé

NO

(µ g /m

)

grænseverdi

Grænseværdi

(Jensen et al. 2010)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v ur de ri ng a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

NO ₂ overskridelser i 138 gader

0 10 20 30 40 50 60 70

2010 2015 2020

N o . o f N O 2 exceed a n ces ab o ve 40 µ g /m 3

Basis

Environmental zone

(Jensen et al. 2010)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v ur de ri ng a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Konclusion - NOx

• NO _x emissionsreduktion på 17% i 2010

• Antal overskridelser af NO ₂ grænseværdi i 2010 på 40 µg/m ³ reduceres fra 65 to 35

• Signifikant reduction i koncentrationer da det lokale bidrag er dominerende

• Reduktion skyldes delvist skift til Euro 5 istedet for at alle tunge køretøjer får partikelfilter (Euro 3 or older)

• I 2020 er antal overskridelser kun 2 pga.

induktion af stadig strengere Euro emissionsnormer

(Jensen et al. 2010)

Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Luftkv a lite ts v ur de ri ng a f mi ljøzo ne r i Da n m a rk

Taksigelse og rapport

• Miljøstyrelsen finansierer

projektet omkring evaluering af miljøzoner i Danmark

• Dansk rapport:

– Jensen, S.S., Ketzel, M., Nøjgaard, J.

K. & Wåhlin, P. 2009:

Luftkvalitetsvurdering af miljøzoner i Danmark - Midtvejsrapport. Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus

Universitet 64 s. –Faglig rapport nr.

748.

http://www.dmu.dk/Pub/FR748.pdf