Autojen pakokaasupäästöjä voidaan vähentää jälkikäsittelytekniikoiden ja polttoaineen koostumuksen avulla

Tutkimuksen mukaan autojen päästöissä oli huomattavia eroja, vaikka ne olivat samassa päästöluokassa. Tutkimuksessa havaittiin, että bensiiniautosta, jossa ei ollut hiukkassuodatinta, mitattiin jopa yli 200 kertaa suurempia hiukkasten lukumääräpitoisuuksia verrattuna suodattimella varustettuun bensiiniautoon. Myös dieselauton hiukkaspäästöt olivat pieniä, kun hiukkassuodatin oli käytössä lukuun ottamatta suodattimen regeneraation aikaa, jolloin hiukkaspitoisuus tilapäisesti nousi. 

Aromaattisista eli bentseenirenkaan sisältävistä yhdisteistä vapaan polttoaineen käyttö osoittautui tehokkaaksi keinoksi vähentää autojen pakokaasupäästöjä. Kun siirrytään aromaattivapaaseen polttoaineeseen, hiukkasten lukumäärä ja massapitoisuus laskevat. Toisaalta typen oksidien pitoisuuteen polttoaineen aromaattisuudella on vähäisempi vaikutus. Tämä viittaa siihen, että polttoaineen koostumuksen muuttaminen voi tulevaisuudessa olla nopeampi tapa vaikuttaa autojen pakokaasupäästöihin kuin jälkikäsittelyjärjestelmien muutokset.  

Tutkimuksessa havaittiin myös, että sekä dieselpolttoaineen että bensiinin sisältämät aromaattiset yhdisteet vaikuttavat pakokaasun toksisuuteen, eli sen kykyyn aiheuttaa haittaa eläville organismeille. Erityisesti solujen toksikologinen vaste nousi aromaattista polttoainetta käyttäville bensiiniautoille. Lisäksi ajolämpötila vaikutti toksisuuteen; kylmemmässä lämpötilassa tehdyt mittaukset tuottivat suuremman tulehdusvasteen soluissa kuin lämpimässä tehdyt mittaukset. Pakokaasun toksisuus kohosi myös dieselauton hiukkassuodattimen regeneraation aikana normaaliin ajotilanteeseen verrattuna. 

Nanohiukkaset ja sekundäärinen aerosoli tarvitsevat myös selkeät päästörajat 

Tutkimuksessa mitattiin hiukkasia laajalla kokoalueella, aina 1,2 nanometrin hiukkasista 1 µm kokoisiin hiukkasiin. Euro 6 -päästöstandardissa on rajoitus yli 23 nanometrin kokoisille kiinteille hiukkasille. Tutkimus osoitti, että päästöstandardiin tulisi sisällyttää myös pienemmät hiukkaset. Päästöissä havaittiin nimittäin olevan paljon 1,2–10 nanometrin kokoisia hiukkasia. Hiukkasten kokorajan on suunniteltu laskevan 10 nanometriin uudessa Euro 7 -päästöstandardissa, mutta tulevaisuudessa vielä tätäkin pienempiä hiukkaspäästöjä tulisi rajoittaa. 

Sekundäärisille hiukkaspäästöille, eli kaasumaisista yhdisteistä ilmakehässä muodostuneille hiukkasille, ei myöskään ole asetettu raja-arvoja päästöstandardeissa. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että sekundääriset hiukkaspäästöt voivat olla jopa yli 500 kertaa suurempia kuin tuoreet hiukkaspäästöt. Eniten sekundäärisiä hiukkaspäästöjä syntyi bensiinikäyttöisestä autosta, jossa ei ollut hiukkassuodatinta ja joka käytti tavallista, aromaattisia yhdisteitä sisältävää bensiiniä. Suhteessa tuoreisiin hiukkaspäästöihin sekundäärisiä hiukkaspäästöjä muodostui kuitenkin eniten bensiiniautosta, jossa oli hiukkassuodatin, koska auton tuoreet hiukkaspäästöt olivat hyvin pieniä.

Tutkimuksessa havaittiin myös, että aromaatiton alkylaattibensiini tuotti paljon vähemmän sekundäärisiä hiukkasia kuin aromaattisia yhdisteitä sisältävä bensiini. Vaikka ajoneuvoille onkin asetettu tiukat päästörajat, päästöstandardit eivät vieläkään kata kaikkia ihmisten terveydelle ja ympäristölle haitallisia yhdisteitä tai pakokaasun ominaisuuksia. 

Tieliikenne vaikuttaa merkittävästi ilmanlaatuun, erityisesti kaupunkialueilla. Autojen pakokaasupäästöjä voidaan vähentää monin eri tavoin. Ajotavan ja ajo-olosuhteiden lisäksi päästöjä voidaan pienentää moottoritekniikan tai pakokaasun jälkikäsittelylaitteiden avulla. Yleisimpiä jälkikäsittelylaitteita ovat kolmitie- ja hapettavat katalysaattorit, valikoiva katalyyttinen typen oksidien vähentäminen (SCR) sekä bensiini- ja dieselhiukkassuodattimet. Lisäksi polttoaineen ominaisuuksilla ja koostumuksella on vaikutusta pakokaasupäästöihin. 

Tutkimus toteutettiin osana EU Horizon 2020 -ohjelman “Transport derived Ultrafines and the Brain Effects (TUBE)” -projektia. Tutkimukseen osallistuivat Ilmatieteen laitos, Teknologian tutkimuskeskus VTT, Tampereen yliopisto ja Itä-Suomen yliopisto. Autojen päästöjä mitattiin laboratorio-olosuhteissa dynamometrillä kahdessa eri lämpötilassa: kylmässä (-8–2 °C) ja lämpimässä (22–24 °C). Mittauksissa käytettiin Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle (WLTC) -ajo-ohjelmaa. Autojen polttoaineina käytettiin EN228-bensiiniä, alkylaattibensiiniä, EN590-dieselpolttoainetta, uusiutuvaa dieselpolttoainetta (hydrotreated vegetable oil, HVO) ja paineistettua maakaasua. Autoissa oli jälkikäsittelylaitteina kolmitiekatalysaattoreita, hiukkassuodattimia ja SCR-järjestelmiä. 

Lisätietoja: 

Erikoistutkija Sanna Saarikoski, Ilmatieteen laitos, Sanna.Saarikoski@fmi.fi 

Tutkijatohtori Henri Hakkarainen, Itä-Suomen yliopisto, Henri.Hakkarainen@uef.fi 

Artikkelit vapaasti luettavissa osoitteista:

• https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.123665 

• https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2024/ea/d3ea00136a 

Saarikoski, S., Järvinen, A., Markkula, L., Aurela, M., Kuittinen, N., Hoivala, J., Barreira, L. M. F., Aakko-Saksa, P., Lepistö, T., Marjanen, P., Timonen, H., Hakkarainen, H., Jalava, P., Rönkkö, T. (2024). Towards zero pollution vehicles by advanced fuels and exhaust aftertreatment technologies, Environ. Pollut., 347, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.123665. 

Hakkarainen, H., Järvinen, A., Lepistö, T., Kuittinen, N., Markkula, L., Ihantola, T., Yang, M., Martikainen, M., Mikkonen, S., Timonen, H., Aurela, A., Barreira, L., Ihalainen, M.,   Saarikoski, S., Aakko-Saksa, P. T., Rönkkö, T., Jalava, P. (2024). Effects of fuel composition and vehicle operating temperature on in vitro toxicity of exhaust emissions, Environmental Science: Atmospheres, https://doi.org/10.1039/D3EA00136A