Dieselpolttoaineiden pienhiukkaspäästöt eivät merkittävästi edistä jääkiteiden muodostumista sekapilvissä

Tutkimuksessa mitattujen pienhiukkaspäästöjen lähteinä olivat perinteisen, fossiilisen dieselpolttoaineen lisäksi kaksi biodieselkomponenttia: rypsimetyyliesteri sekä vetykäsitelty kasviöljy. Mittauksissa havaittiin, että kaikkien polttoaineiden päästöt aktivoituvat jääytiminä alle 2 ⁰C korkeammissa lämpötiloissa kuin mitä puhtaasta vedestä muodostuvan vesipisaran jäätyminen edellyttää (-38 ⁰C). Täten mitatut pienhiukkaset eivät merkittävästi edistä jääkiteiden muodostumista vedestä ja jäästä koostuvissa sekapilvissä. Sekapilvet esiintyvät yleensä korkeuksilla, joissa tyypillinen ympäröivä lämpötila on noin -30 ⁰C.

Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että päästöjen fotokemiallinen ikääntyminen ei lisää hiukkasten jääaktiivisuutta. Jäätymisominaisuuksien lisäksi näytehiukkasten fysikaalisia ominaisuuksia sekä kemiallista koostumusta mitattiin useilla eri laitteilla: jäätymisominaisuuksien kannalta tärkeimmät havainnot koskivat hiukkasten kokoa ja hygroskooppisuutta. Mitatuista hiukkaspopulaatioista noin 90 % oli halkaisijaltaan alle 100 nanometriä, minkä lisäksi kaikki mitatut hiukkaset olivat vettähylkiviä. Nämä voivat osaltaan selittää niiden heikkoa jääaktiivisuutta.

Hiukkasten jääaktiivisuuden ja fysikaaliskemiallisten ominaisuuksien tutkiminen rinnakkain tuotti uutta tieteellistä tietoa fysikaalisesta ilmiöstä, jäänukleaatiosta, jonka seurauksena jääkiteet ilmakehässä muodostuvat. Tuloksia voidaan käyttää ilmastomallien epätarkkuuden vähentämiseen.

Nykyaikaisen dieselmoottorin pienhiukkaspäästöjen ominaisuuksia mitattiin laajassa mittauskampanjassa yhteistyössä Itä-Suomen, Tampereen ja Lundin yliopistojen kanssa. Jääaktiivisuusmittaukset suoritettiin SPIN-jääydinlaskurilla, joka simuloi ilmakehässä esiintyviä jäätymisolosuhteita ja mittaa näytehiukkasten jääaktiivisuutta.

Diesel on maailmanlaajuisesti käytetyin polttoainetyyppi rahtiliikenteessä. Dieselajoneuvojen hiukkaspäästöt voivat muodostaa merkittävän osan ilmakehän pienhiukkaskuormasta esimerkiksi satamien ja maaliikennekeskusten läheisyydessä. Tutkimuksessa mitattuja biodieselkomponentteja käytetään yleisesti kaupallisissa dieselpolttoaineissa korvaamaan fossiilista dieseliä ja siten vähentämään erityisesti raskaan liikenteen hiilidioksidipäästöjä.

Lisätietoja:

FT Mika Komppula, Ilmatieteen laitos, mika.komppula@fmi.fi

FT Kimmo Korhonen, Itä-Suomen Yliopisto, Kimmo.Korhonen@uef.fi

Tieteellinen artikkeli on saatavissa Atmospheric Chemistry and Physics -tiedejulkaisussa.

Korhonen, K., Kristensen, T. B., Falk, J., Malmborg, V. B., Eriksson, A., Gren, L., Novakovic, M., Shamun, S., Karjalainen, P., Markkula, L., Pagels, J., Svenningsson, B., Tunér, M., Komppula, M., Laaksonen, A., and Virtanen, A.: Particle emissions from a modern heavy-duty diesel engine as ice nuclei in immersion freezing mode: a laboratory study on fossil and renewable fuels, Atmos. Chem. Phys., 22, 1615–1631, https://doi.org/10.5194/acp-22-1615-2022, 2022.