Regeringsuppdrag att belysa skillnader i hälso- och miljöpåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3
Ärendenummer: TRV 2011/46450 A
RAPPORT
Titel: Regeringsuppdrag att belysa skillnader i hälso- och miljöpåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3
Publikationsnummer: 2016:168 ISBN: 978-91-7725-039-5
Ärendenummer: TRV 2011/46450 A Utgivningsdatum: December 2016 Utgivare: Trafikverket
Kontaktperson: Magnus Lindgren
Uppdragsansvarig: Ulrika Wennergren, enhetschef Miljö och hälsa Produktion omslag: Grafisk form
Distributör: Trafikverket
Rapporten gavs ursprungligen ut i oktober 2012 med publikationsnummer 2012:178
Trafikverket har blivit informerade om att metodiken för bedömning av antalet cancerfall baserat på enskilda polyaromatiska kolväten (PAH) är felaktig och att antalet cancerfall som har redovisats i delrapporten Hälsoeffekter, befolkningsviktad exponering är osäkra. Vi rekommenderar därför att ni inte ska referera till uppgifterna kopplade till antalet cancerfall i den aktuella rapporten eller huvudrapporten. Eftersom fordonsflottans sammansättning kontinuerlig förändras genom att äldre fordon med sämre avgasrening ersätts med nyare bilar som uppfyller en tuffare utsläppsklass och att det har gått många år sedan detta regeringsuppdrag genomfördes kommer inte uppskattningen av antalet cancerfall att uppdateras. Om uppdraget skulle genomföras på nytt skulle hänsyn tas till de senaste rönen kring både beräkningsmetodik och toxicitet hos enskilda eller blandningar av PAH.
Tillägg december 2016
Sammanfattning
Regeringen har givit Trafikverket i uppdrag att belysa skillnader i hälso- och miljöpåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3 (i vilken Europadiesel ingår). I uppdraget ingår bland annat att utifrån genomförd samhällsekonomisk analys ge förslag på lämplig skatteskillnad mellan diesel
miljöklass 1 och miljöklass 3 och hur skatteskillnaden kan förändras över tiden fram till 2020.
Transportstyrelsen, Naturvårdsverket och Statens energimyndighet har bistått Trafikverket i genomförandet av uppdraget. Samråd har skett med relevanta myndigheter och företrädare för näringslivet, speciellt petroleum- och fordonsindustrin.
Uppdraget har inkluderat mätning och sammanställning av emissionsdata från olika fordon drivna med diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3, analys av
energianvändning och utsläpp av klimatpåverkande gaser från källa till tank (Well- to-Tank), bedömning av hälsopåverkan samt en samhällsekonomisk analys av skillnaderna i att använda diesel av miljöklass 1 och diesel av miljöklass 3.
Genomförda emissionsmätningar och litteraturstudier har visat på betydande skillnader i utsläpp av bland annat kväveoxider, partiklar och polycykliska
aromatiska kolväten mellan miljöklass 1 och miljöklass 3. Generellt så är utsläppen högre med miljöklass 3, för både äldre och nyare motortekniker eller
utsläppsklasser. Trenden är dock att ju högre utsläppsklass motorn uppfyller desto lägre är både de absoluta utsläppen och skillnaden mellan miljöklass 1 och
miljöklass 3. Resultaten visar att det först vid användande av partikelfilter som skillnaderna i utsläpp är så pass små att det i majoriteten av fallen inte längre är möjligt att påvisa några signifikanta skillnader utöver utsläpp av kväveoxider.
Hela kedjan från utvinning av råolja vid källan fram till att dieselbränslet finns tillgängligt för slutkund har inkluderats i Well-To-Tank studien. Fokus har varit på processerna i raffinaderiet där hänsyn har tagits till bland annat hanteringen av restprodukter så som värme och ånga samt till behovet av vätgas för avsvavling och anpassning av halten polycykliska aromatiska kolväten. Analysen visar att det, i genomsnitt, inte förekommer några betydande skillnader i energianvändning och utsläpp av klimatpåverkande gaser mellan tillverkning av miljöklass 1 diesel och miljöklass 3 diesel. För enskilda raffinaderier kan det dock förekomma skillnader beroende på hur de olika interna processerna i raffinaderiet har optimerats.
Hälsopåverkan har dels bedömts utifrån avgasernas toxicitet och dels via en exponeringsviktad simulering över situationen i Stockholm. Skillnaden i utsläpp av polycykliska aromatiska kolväten, främst benso(a)pyren och dibenso(a,l)pyren, från tunga fordon som uppfyller Euro V visar på cirka 100 procent högre risk för cancer vid användande av miljöklass 3 diesel jämfört med miljöklass 1 diesel ur ett
arbetsmiljöperspektiv. Analysen av hälsoeffekter i Stockholm, baserat på 1,6 miljoner invånare, visar att antalet förtida dödsfall skulle öka med mellan 6 och 36 personer och runt 50 fler fall av cancer per år med miljöklass 3 jämfört med
3
miljöklass 1. Fram mot 2020 visar analysen att de negativa effekterna av miljöklass 3 kommer att minska eftersom äldre fordon med höga utsläpp ersätts av nya fordon med betydligt lägre utsläpp.
Den samhällsekonomiska analysen visar på samma trend som bedömningarna av hälsopåverkan. I början av den analyserade perioden, 2010, är de
samhällsekonomiska kostnaderna markant högre för miljöklass 3 än för miljöklass 1. Den totala samhällsekonomiska kostnaden för miljöklass 1 uppgår till knappt 6,8 kr/liter inklusive effekterna av utsläpp av koldioxid. Motsvarande kostnad för miljöklass 3 var nästan 7,7 kr/liter för 2010, en merkostnad på 87 öre/liter jämfört med miljöklass 1, varav 17 öre/liter härrör till skillnader i utsläpp av koldioxid.
Genom att äldre fordon och arbetsmaskiner med höga utsläpp skrotas och ersätts av nya som uppfyller en högre utsläppsklass minskar den samhällsekonomiska
belastningen. Till 2020 har kostnaderna för miljöklass 1 sjunkit till 5,1 kr/liter och för miljöklass 3 till 5,5 kr/liter. Trots att den totala samhällsekonomiska
belastningen har minskat för både miljöklass 1 och miljöklass 3 kvarstår fortfarande en skillnad av 36 öre/liter. Minskningen beror på lägre utsläpp av miljö- och
hälsopåverkande ämnen medan effekten av utsläpp av koldioxid kvarstår.
I tätbefolkade områden är de samhällsekonomiska kostnaderna väsentligt högre.
För Stockholm har den samhällsekonomiska merkostnaden för miljöklass 3 beräknats till drygt 4 kr/liter för 2010. Vid förändrade inblandningar av biokomponent, exempelvis hydrerade växtoljor (HVO), kan även utsläppen av koldioxid komma att påverkas.
Analyserna visar att utsläppen av koldioxid i g/km och g/kWh är 1,6 procent högre vid användande av miljöklass 3 jämfört med miljöklass 1. Per kubikmeter bränsle är skillnaderna än större, 3,7 procent. Trots detta har miljöklass 1 och miljöklass 3 samma koldioxidskatt per kubikmeter bränsle. Förutsatt att koldioxidskatten för dieselbränsle anpassas till de faktiska utsläppen av koldioxid för respektive miljöklass finns det samhällsekonomiskt motiverade skäl att, under tidsperioden från 2015 till 2020, minska på den reduktion av energiskatten som diesel av miljöklass 1 innehar.
4
Summary
The Swedish government has assigned the Swedish Transport Administration to perform a study to highlight the differences in environmental impact and health effects of the use of environmental class 1 diesel fuel and environmental class 3 diesel fuel in on-road vehicles and non-road mobile machinery. The environmental class 3 diesel fuel is equivalent to the standard European diesel fuel. In the
assignment relevant tax reductions for environmental class 1 diesel fuel shall be proposed based on the result of a socioeconomic analysis. The analysis shall cover the period from 2010 to 2020 and include the transformation of the vehicle and machinery fleet including the introduction of coming emission regulations.
The Swedish Transport Agency, the Swedish Environmental Protection Agency and the Swedish Energy Agency have assisted the Swedish Transport Administration.
Other relevant agencies and representatives from the trade and industry sector, especially the petroleum and vehicle manufacturers, shall be consulted.
The assignment has been divided into several subsections
• Emissions measurements and compilation of other research activities regarding environmental class 1 and environmental class 3 diesel fuel
• Analysis of energy efficiency and emissions of carbon dioxide in fuel production, well-to-tank perspective
• Socioeconomic analysis
• Analysis of health effects
• The emissions measurements revealed rather considerable differences in emissions of nitrogen oxides, particulate matter and poly cyclic aromatic hydrocarbons between environmental class 1 and environmental class 3 diesel fuel. In general emissions from environmental class 3 diesel fuel are higher than from environmental class 1 diesel fuel. The trend shows that the difference decreases with new vehicles and machinery that, i.e. vehicles and machinery that fulfil a higher emission class such as Euro VI. The most important engine exhaust gas after-treatment technology according to the analysis was a diesel particulate filter (DPF) which significantly reduces both particulate matter (PM) and emissions of poly cyclic aromatic
hydrocarbons (PAH). For engines with DPF it was not possible to measure any significant differences in PM and PAH due to low absolute emissions.
The Well-To-Tank study showed that there were no significant differences in emissions of carbon dioxide or energy efficiency in production of environmental class 1 and environmental class 3 diesel fuel for the average of all five refineries producing environmental class 1 diesel fuel for the Swedish market. However, for the individual refineries there might still be considerable differences depending on various reasons.
5
Health effects has been evaluated both from a toxicity perspective related to workplace environment and on the exposure and health of the population in the metropolitan area of Stockholm. The results show that the estimated cancer risks of emissions from environmental class 3 diesel fuel were about 100% higher than for emissions from environmental class 1 diese lfuel for modern heavy duty trucks fulfilling Euro V. PAH constitutes the highest health risk of the compounds analysed in diesel emissions. Particularly, dibenzo(a,l)pyrene, benzo(a)pyrene as well as fluoranthene contribute to the overall carcinogenicity from PAH.
The impact of the increased exposure on cancer risk and mortality among the population of Greater Stockholm is estimated using different methodologies. With NOx as indicator the number of premature deaths is estimated to increase by 36, 23 and 15 per year for 2010, 2015 and 2020, respectively with environmental class 3 compared with environmental class 1. Using exhaust-PM as indicator the number of deaths would increase by 6, 3 and 2 for 2010, 2015 and 2020, respectively. The total number of additional cancer incidents due to emissions of PAH was also estimated, to be 53, 39 and 29 in 2010, 2015 and 2020.
The socioeconomic analysis shows the same trend as for emission measurements and health effects, with the introduction of new and less polluting vehicles and machinery the negative effects will be reduced. The overall socioeconomic cots for environmental class 1 diesel fuel amounted to 6.7 SEK/litre of fuel in 2010. This includes environmental, health and climate effects. The corresponding
socioeconomic cost for environmental class 3 diesel fuel was 7.6 SEK/litre or 0.87 SEK/litre higher that for environmental class 1 diesel fuel. About 0.17 SEK/litre was due to emissions of carbon dioxide which will not be affected by new emission regulations but will be dependent on the use of renewable fuels. The increased socioeconomic cost for environmental class 3 diesel fuel are estimated to be reduced to 0.20 SEK/litre for environmental and health effects in 2020.
Under the condition that differences in emissions of carbon dioxide between environmental class 1 and environmental class 3 diesel fuel is reflected in the taxation of carbon dioxide there is, from a socioeconomic perspective, reasons to decrease the reduction in energy tax for environmental class 1 diesel fuel during the time from 2010 to 2020.
6
Innehåll
Uppdrag från Regeringen ... 9
Tolkning av uppdraget ... 11
Arbetets genomförande ... 13
Bakgrund ... 15
Miljöklass 1 historik ... 15
Dieselspecifikationer ... 18
Framtida tillgång ... 21
Miljö- och hälsoeffekter av ämnen i dieselavgaser ... 24
Emissionslagstiftning ... 25
Lätta fordon ... 25
Tunga fordon ... 27
Arbetsmaskiner ... 31
Fordonsparkens sammansättning ... 33
Lätta fordon ... 33
Tunga fordon ... 35
Arbetsmaskiner ... 37
Bedömning av miljö- och hälsopåverkan ... 39
Bränsleanalys ... 39
Avgasemissioner... 40
Litteraturstudie ... 40
Emissionsmätningar... 42
Sammanställning av emissionsdata ... 50
Tillverkning av bränsle ... 51
Samhällsekonomisk analys ... 54
Systemgränser och metod ... 56
Uppdelning på olika typer av fordon, maskiner och motorklasser ... 56
Geografiska skillnader ... 57
Utsläpp av PAH ... 57
Analys av samhällsekonomiska kostnader ... 58
Hälsoeffekter ... 60
Bedömning av hälsokonsekvenser ... 63
Marknadsandelar ... 66
Diskussion och slutsatser... 68
Rekommendation ... 71
Referenser ... 72
7
8
Uppdrag från Regeringen
Uppdrag att belysa skillnader i hälso- och miljöpåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3.
Regeringens beslut
Regeringen uppdrar åt Trafikverket att belysa skillnader i hälso- och miljöpåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3 (i vilken Europadiesel ingår). I uppdraget ingår att:
1. Redovisa skillnaderna i utsläpp av avgasemissioner från dieseldrivna tunga fordon, arbetsmaskiner och personbilar som uppkommer vid användandet av diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3.
I denna del av uppdraget ingår att bestämma reglerade avgasutsläpp samt relevanta oreglerade utsläpp (t.ex. polycykliska aromatiska kolväten) från olika utsläppsklasser och avgasreningstekniker (t.ex. EGR eller SCR). Av särskilt intresse är de utsläppsklasser och avgastekniker som kommer att stå för en betydande andel av trafikarbetet och därmed utsläppen i den närmaste framtiden. Utöver avgasutsläpp ska även skillnader i
hälsopåverkan analyseras och redovisas.
2. Redovisa utsläppen av klimatpåverkande gaser samt energianvändning i ett livscykelperspektiv för diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3 i dieseldrivna tunga fordon, arbetsmaskiner och personbilar.
I livscykelanalysen bör beaktas om vissa utsläpp av klimatpåverkande gaser, exempelvis från raffinaderier, omfattas av EU:s system för handel med utsläppsrätter
3. Analysera och redovisa hur de samhällsekonomiska effekterna och hälsopåverkan förändras över tiden från idag fram till 2020 i takt med att fordonsparken förändras.
4. Utifrån genomförd samhällsekonomisk analys ge förslag på lämplig skatteskillnad mellan diesel miljöklass 1 och miljöklass 3 och hur
skatteskillnaden kan förändras över tiden fram till 2020. I denna del ingår också att bedöma hur marknadsandelarna för de två dieselkvaliteterna kan komma att ändras på grund av förändrade skatteskillnader.
Transportstyrelsen, Naturvårdsverket och Statens energimyndighet ska bistå Trafikverket i genomförandet av uppdraget. Samråd bör ske med relevanta myndigheter och företrädare för näringslivet.
Kostnaderna för uppdraget ska belasta utgiftsområde 22 Kommunikationer, anslag 1:3 Trafikverket, anslagspost 3 Till Regeringskansliets disposition.
Uppdraget ska redovisas till Regeringskansliet (Näringsdepartementet) senast den 31 oktober 2012
9
Skälen till Regeringens beslut
Riksdagen har tillkännagivit att regeringen bör undersöka i vilken utsträckning skatteskillnaderna mellan diesel miljöklass 1 och miljöklass 3 (i vilken Europadiesel ingår) kan minskas under mandatperioden (bet. 201/11:Sku21, rskr. 2010/11:183).
Regeringen har i 2011 års ekonomiska vårproposition (prop. 2010/11:100) aviserat att berörda myndigheter kommer att ges i uppdrag att utreda denna fråga.
På regeringens vägnar
Catharina Elmsäter-Svärd Stefan Andersson
10
Tolkning av uppdraget
Att minska de negativa effekterna på miljö och hälsa från dieselförbränning
(dieseldrivna fordon och arbetsmaskiner) är en viktig utmaning för hela samhället.
Det är främst två egenskaper som påverkar vad som släpps ut ur avgasröret;
• Vad man förbränner, det vill säga egenskaperna hos bränslet vilket även inkluderar hur bränslet är tillverkat, och
• Hur man förbränner, vilket motsvarar egenskaperna hos motorn och eventuell avgasrening så som katalysatorer och partikelfilter.
Även övriga delar av samhället har en viktig roll i att minska utsläppen från fordon och arbetsmaskiner. Om man kan effektivisera en process så att det går åt mindre diesel är det sannolikt att även utsläppen minskar, exempelvis att gå och cykla istället för att köra egen bil. Förbättrad logistik och fyllnadsgrad i godstransporter är en annan åtgärd. Förändrat beteende och effektivare användning av fordon och arbetsmaskiner är mycket viktigt. Dock har vi tolkat uppdraget att de delarna inte ingår utan att fokus ska vara mot effekterna av egenskaper hos bränslet, närmare bestämt diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3, och inverkan av olika motortekniker.
Med motortekniker avses reningsgraden eller utsläppsklassen hos motorerna.
Miljöklassningen av dieselbränsle anger ett intervall av olika parametrar inom vilket bränslet måste hålla sig för att klassas som den aktuella miljöklassen. Vi tolkade miljöklass 1 som ett bränsle som motsvarar majoriteten av den miljöklass 1 diesel som säljs i Sverige i dagsläget, med ett undantag. Ett dieselbränsle som ska vara representativt för perioden 2010 till 2020 bör innehålla 7 procent biodiesel, speciellt då det har diskuterats att införa en kvotplikt i Sverige motsvarande 7 procent
inblandning av biodiesel. Specifikationen för en miljöklass 3 dieseln för detta uppdrag tolkades som en specifikation representativ för den Svenska marknaden under förutsättning att miljöklass 3 hade betydande marknadsandelar. Samråd med näringslivet, speciellt Svenska Petroleum och Biodrivmedelsinstitutet, ansågs som givet för att definiera parametrarna för en representativ miljöklass 1 respektive miljöklass 3 diesel för den svenska marknaden.
Att uppdraget har lagts på Trafikverket och ytterligare tre myndigheter,
Transportstyrelsen, Naturvårdsverket och Energimyndigheten, har identifierats för att bistå i arbetet understyrker att detta är ett område som påverkar många delar av samhället. Exempel på delar av samhället som kan påverkas är:
• Tillverkning av dieselbränsle
• Tillgång till bränsle
• Hälso- och miljöpåverkan
• Transportsektorn
Detta tolkas som att det är viktigt att ha en helhetssyn under arbetets genomförande vilket även styrks av att uppdraget har identifierat hela kedja från råvara till
slutanvändning. Vi ansåg även att det var viktigt att nyttja vedertagna metoder så
11
som EU:s regelverk för mätning av emissioner från fordon och arbetsmaskiner eller ASEK – arbetsgruppen för samhällsekonomiska kalkyl- och analysmetoder inom transportområdet för bedömning av de samhällsekonomiska kostnaderna.
I uppdraget anges att utsläppen av klimatpåverkande gaser samt energianvändning ska beaktas i ett livscykelperspektiv. Vi har tolkat detta som att det är tillräckligt att genomföra en WTW-analys (Well-To-Wheel) och inte en fullständig livscykelanalys då vi ansett att det inte är nödvändigt att inkludera effekterna av att bygga
raffinaderier och fordon i analysen. Eftersom syftet är att jämföra skillnaderna mellan miljöklass 1 och miljöklass 3 diesel kommer energianvändningen och utsläppen från tillverkning av raffinaderier och fordon inte att påverka resultatet då det är samma fordon och i princip samma raffinaderier som är aktuella för båda bränslena.
Med reglerade och icke reglerade utsläpp har vi tolkat att följande ämnen avses:
• Reglerade avgasutsläpp - Kolmonoxid - Kolväte - Kväveoxid - Partikelmassa - Partikelantal
• Oreglerade avgasutsläpp
- Polycykliska aromatiska kolväten, både flyktiga/semi-volatila och partikelbundna
- Aldehyder och ketoner - Alkener
Vi har tolkat att partikelantal ingår i de reglerade avgasutsläppen trots att det inte är ett obligatoriskt krav i emissionsmätningar för samtliga motortyper. För
arbetsmaskiner finns för närvarande inga krav på att mäta partikelantal vid certifiering/typgodkännande. Utöver ovan redovisade ämnen ansåg vi att det även var viktigt att inkludera bränsleförbrukning och utsläpp av koldioxid i analysen.
Det finns en mycket stor mängd polycykliska aromatiska kolväteföreningar (PAH) och det hade inte varit möjligt att analysera samtliga. Vi ansåg att relevanta oreglerade utsläpp ska tolkas som de oreglerade utsläpp som har stor toxisk effekt och som förekommer i betydande koncentrationer i omgivningsluft ska ingå. Att uppdraget ska genomföras i samråd med relevanta myndigheter och företrädare för näringslivet ser vi som en given aktivitet för att åstadkomma detta.
I första hand ska befintliga litteraturkällor användas för att hitta information om reglerade avgasutsläpp samt relevanta oreglerade utsläpp från olika utsläppsklasser och avgasreningstekniker. I de fall det saknas befintlig kunskap ska kompletterande emissionsmätningar i enlighet med gängse standarder genomföras.
12
Arbetets genomförande
Arbetsgruppen för regeringsuppdraget att belysa skillnader i hälso- och miljöpåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3 (i vilken Europadiesel ingår) har bestått av:
• Magnus Lindgren, Trafikverket
• Stefan Grudemo, Trafikverket
• Ulrika Ågren, Transportstyrelsen
• Magnus Henke, Energimyndigheten
• Titus Kyrklund, Naturvårdsverket
• Mats Björsell, Naturvårdsverket
• Claes de Serves, VINNOVA
Arbetsgruppen har även involverat ett antal konsulter för att genomföra olika deluppdrag inom regeringsuppdraget:
• Emissionsmätning lätta fordon: Ecotraffic ERD3 AB
• Emissionsmätning tunga fordon: AVL MTC Motortestcenter AB
• Emissionsmätning arbetsmaskiner: SMP Svensk Maskinprovning AB
• Litteraturstudie emissioner från fordon och arbetsmaskiner: Ecotraffic ERD3 AB
• Well-To-Tank analys av miljöklass 1 och miljöklass 3 diesel: Ecotraffic ERD3 AB
• Samhällsekonomisk analys: ÅF Infrastructure AB
• Bedömning av hälsoeffekter: Institutet för miljömedicin, Karolinska Institutet
• Beräkning av befolkningsviktad exponering: SLB-analys
Första mötet med arbetsgruppen genomfördes den 21 september 2011 där uppdraget tolkades och en grund för genomförandet togs fram. Utöver flertalet möten inom arbetsgruppen, ett per månad i genomsnitt, har även bilaterala möten med företrädare för näringslivet hållits.
Den 18 april 2012 hölls ett halvtidsseminarium för att redovisa resultaten från emissionsmätningarna och en litteraturstudie. På seminariet fanns representanter från regeringskansliet, statliga myndigheter, petroleumindustrin, fordonsindustrin, miljöorganisationer och forskningsorganisationer.
13
Under perioden september till november 2011 genomfördes flertalet möten med Svenska petroleum och biodrivmedelsinstitutet och representanter från
fordonsindustrin för att fastställa egenskaperna för de bränslen, diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3, som har använts inom emissionsmätningarna. Under samma tidsperiod fördes diskussioner, främst med olika myndigheter och forskare inom det hälsorelaterade området för att identifierad de utsläppskomponenter som ingått i emissionsmätningarna samt analyserna av samhällsekonomisk kostnad och hälsoeffekter.
Emissionsmätningarna genomfördes från november 2011 fram till april 2012.
Parallellt med detta genomfördes även en litteraturstudie för att sammanställa emissionsdata från fordon och arbetsmaskiner drivna med miljöklass 1 och miljöklass 3 diesel.
Under perioden november 2010 till augusti 2012 genomfördes både Well-To-Tank studien och den samhällsekonomiska analysen. De sista delprojekten, hälsoeffekter och exponeringsberäkningar, initierades under april och slutfördes under september 2012.
Denna slutrapport är uppbyggd i två separata sektioner Bakgrund respektive Bedömning av miljö- och hälsopåverkan. I den första delen redovisas en rad olika egenskaper i samhället som har effekt på resultaten men i sig inte omfattar resultat som tagits fram inom regeringsuppdraget. Exempel på sådana egenskaper är emissionslagstiftning och fordonsparkens sammansättning.
I den andra delen redovisas resultatet från de mätningar och analyser som genomförts inom ramen för uppdraget. Detta omfatta samhällsekonomisk analys och bedömning av hälsoeffekter. Syftet med den relativt omfattande
bakgrundsbeskrivningen är att representanter från näringslivet vid flertalet tillfällen under regeringsuppdragets genomförande efterfrågat den typen av information.
Läsaren som endast är intresserad av resultaten från de analyser som genomförts inom regeringsuppdraget kan hoppa direkt till den senare delen av rapporten.
14
Bakgrund
Diesel är det vanligaste drivmedlet för tunga fordon så som lastbilar och bussar på grund av den höga verkningsgraden hos dieselmotorn. Av samma anledning är majoriteten av de större arbetsmaskinerna dieseldrivna. På senare tid har även andelen dieseldrivna personbilar ökat kraftigt i Sverige. Totalt förbrukas runt 5 miljoner m3 diesel per år i Sverige. Utöver en god verkningsgrad släpper
dieselmotorn även ut oönskade avgaser vilka har en negativ påverkan av hälsa och miljön. Avgaser från dieselmotorer innehåller många ämnen så som polycykliska aromatiska kolväten vilka klassas som carcinogena eller har andra oönskade
hälsoeffekter (IARC, 2012; Bergvall och Westerholm, 2009; Sandström et al., 2005;
Boström et al., 2002)
Inom EU uppgår förtida dödsfall orsakade av utsläpp från fordon till likartade nivåer som antalet omkomna i trafiken. CAFÉ-programmet (Clean Air For Europe) har visat att antalet förtida dödsfall på grund av avgasutsläpp uppgår till nästan 300 000 inom gemenskapen (EU, 2005a).
Genom förändringar av bränslet och motorn kan utsläppen av miljö- och
hälsopåverkande ämnen påverkas. Inom EU regleras utsläppen från motorer genom olika direktiv och förordningar. Bränslenas egenskaper finns beskrivna i både lagar och i standarder.
Miljöklass 1 historik
I början av 1990-talet genomfördes flertalet studier för att finna ett ”bra”
dieselbränsle, preliminärt för att användas i stadsmiljö. Dessa studier är redovisade i Naturvårdsverkets rapport 3968 (Westerholm och Egebäck, 1991). Totalt ingick åtta olika dieselbränslen med varierande egenskaper så som svavelhalt, aromathalt, cetantal, densitet och kokpunktsinterval. I likhet med det aktuella
regeringsuppdraget valdes de studerade dieselbränslena ut i samråd mellan statliga myndigheter (Naturvårdsverket), representanter från petroleumindustrin,
fordonsindustrin och andra experter.
Endast ett av de studerade bränslena hade en aromat- och svavelhalt i paritet med kraven för miljöklass 1 från 1991. Utförligare specifikation för dieselbränsle anges även i Svensk standard SS 15 54 35 vilken inkluderar de egenskaper som regleras via miljöklassningen av dieselbränsle (Swedish Standards Institute, 1991).
Dieselbränslena användes i två tunga fordon, en lastbil och en buss. Ingen av fordonen uppfyllde utsläppsklasserna enligt EU:s regelverk, de så kallade Euro- kraven. Med dagens krav hade dessa fordon mycket höga utsläppsnivåer. Fordonen var testade enligt två transienta belastningscykler och en statisk cykel.
En mängd olika ämnen analyserades:
• Reglerade emissioner
- Kolmonoxid, kolväten, kväveoxider och partiklar
15
• Oreglerade emissioner - Aldehyder - Olefiner
- Aromatiska föreningar
- Polycykliska aromatiska föreningar
• Partiklarnas kemiska sammansättning
• Bränsleförbrukning och utsläpp av koldioxid
Utöver analys av kemiska ämnen genomfördes även biologiska tester i form av AMES-test och TCDD Dioxine Receptor Affinity Test.
Studien visade att det finns samband mellan de olika egenskaperna i
dieselbränslena och utsläppen av olika emissionskomponenter och dess biologiska effekter. I majoriteten av testerna minskade utsläppen av kväveoxider med ökat cetantal medan utsläppen av partiklar ökade med ökad densitet. Även högre aromat- och svavelhalter resulterade i högre utsläpp av partiklar.
Några av de viktigaste bränsleparametrarna för att påverka utsläppen var densitet, destillationen för 90 volymprocent, slutliga kokpunkten, energiinnehåll, svavelhalt, aromat- och polyaromathalt.
Den 1 januari 1991 infördes miljöklassning av dieseloljor, genom en ändring i den dåvarande Lagen (1957:262) om allmän energiskatt (prop. 1989/90:111, bet.
1989/90:SkU31, rskr. 1989/90:35, SFS 1990:583). Den 1 januari 1992 ändrades definitionerna på miljöklasserna, bland annat infördes nya parametrar (prop.
1990/91:90, bet. 1990/91:SkU 24, rskr. 1990/91:343, SFS 1991:675) (SOU, 1996).
Till miljöklass 1 hörde 1991 oljor som hade ett kokpunktsintervall
(destillationsintervall) av olika bredd mellan 180 och 285 °C vid 95 procent destillat, en densitet mellan 800 och 820 kilogram per kubikmeter vid 15 °C och innehöll högst 0,001 viktprocent svavel och högst 5 volymprocent (vol%) aromatiska kolväten. Sådana oljor fick inte innehålla klart mätbara polycykliska aromatiska kolväten och måttet på den naturliga tändvilligheten (cetanindex) fick inte understiga 50.
Till miljöklass 2 hörde andra oljor än de som hörde till miljöklass 1 om de hade ett destillationsintervall av olika bredd mellan 180 och 295 °C vid 95 procent destillat, en densitet mellan 800 och 820 kilogram per kubikmeter vid 15 °C och innehöll högst 0,005 viktprocent svavel och högst 20 volymprocent aromatiska kolväten.
Halten polycykliska aromatiska kolväten fick inte överstiga 0,1 volymprocent och cetanindex inte understiga 47. Till miljöklass 3 hörde då övriga oljeprodukter.
16
Den 1 januari 1995 trädde lagen (1994:1776) om skatt på energi (LSE) i kraft (prop.
1994/95:54, bet. 1994/95:SkU4, rskr. 1994/95:152). LSE innehåller bland annat bestämmelser om energiskatt, koldioxidskatt och svavelskatt på bränslen. Lagen om skatt på energi ersatte följande lagar: lagen (1957:262) om allmän energiskatt, lagen (1961:372) om bensinskatt, lagen (1990:582) om koldioxidskatt, lagen 1990:587 om svavelskatt samt lagen (1992:1438) om dieseloljeskatt och användning av vissa oljeprodukter.
Utöver de positiva effekterna på lägre utsläpp av ämnen med negativ påverkan på miljö och hälsa resulterade introduktionen av miljöklass 1 diesel att det var möjligt att tillämpa moderna avgasreningsteknik, i.e. katalysatorer. Den viktigaste
parametern i detta hänseende var minskningen av svavel i bränslet då svavel binder hårt till olika ämnen i katalysatorerna och därigenom drastiskt minskar
reningsgraden.
I samband med att utsläppsfrågorna och luftkvaliteten, främst i tätorterna, låg högt på agendan bildades något som kallades Fordonsemissionsgruppen. Denna grupp bestod av Naturvårdsverket, forskare från både SU och KI, Bilindustriföreningen, SAAB, Volvo PV, Volvo TU, Scania, Petroleuminstitutet samt vissa oljebolag och var aktiv under 1980- och 90- talet (Westerholm, 2012). Den breda representationen gjorde att gruppen var mycket lämplig för att diskutera det senaste i
forskningsfronten – och skulle sannolikt även har varit så i frågan om skillnader i hälso- och miljöpåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3.
Gruppen upphörde dock i samband med att forskningsfinansieringen från Naturvårdsverket upphörde under slutet av 1990-talet.
17
Dieselspecifikationer
Miljöklassningen av dieselbränsle infördes 1991 i Sverige, se ovan. Sedan
introduktionen har egenskaperna för miljöklass 1, vilka finns beskrivna i standarden SS 15 54 35, ändrats flera gånger för att anpassas till bland annat högre inblandning av FAME (fettsyrametylestrar). I Tabell 1 redovisas några utvalda parametrar från SS 15 54 35 från 1991 då standarden introducerades och från 2011 vilken innehåller de senaste ändringarna.
Tabell 1. Utdrag ur dieselstandarden SS 15 54 35 från 1991 respektive 2011.
Bränsleparameter Enhet 1991 2011 Analysmetod Min Max Min Max
Cetantal 50,0 51,0 ISO 5165
Cetanindex 50,0 50,0 ISO 4264
Densitet vid 15°C kg/m3 800 820 800 830 ISO 4264, ISO 5165
Svavel mg/kg - 10,0 - 10,0 SS 15 51 16
Aromater
Vol% - 5 - 5 ISO 3675, ISO
12185 Polycykliska
aromatiska kolvätena
Vol% - 0,02 - 0,02 SS 15 51 16
Viskositet vid 40°C cSt 1,40 4,00 1,40 4,00 ISO 3104 Fettsyrametylestrar
(FAME) Vol% - - - 7,0 EN 14078
Smörjförmåga
(HFRR) µm - - - 460 ISO 12156-1
Destillation °C - -
ISO 3405
IBP 180 - 180 -
95%punkt - 285 - 340
a Räknat som tri + aromater
Några av de större förändringarna som genomförts av SS 15 54 35 är införandet av smörjförmåga under 1993 och anpassningen till högre inblandningar av FAME 2006 och 2009. Den vätebehandling som krävdes för att minska svavelinnehållet ner till maximalt 10 mg/kg påverkade även förmågan hos bränslet att smörja injektorer och bränslepumpar. Detta föranledde införandet av krav för smörjbarhet genom HFRR test (High Frequency Reciprocating Rig).
För att anpassa bränslestandarden till högre inblandningar av FAME höjdes bland annat den 95%-iga destillationspunkten från maximalt 285°C till maximalt 340°C i två steg. Anledningen till detta är att FAME har relativt långa kolkedjor med hög kokpunkt, det vill säga att kokpunkten ligger så pass högt att det inte är möjligt att uppnå kravet på 95%-iga destillationspunkten redan vid 285°C med upp till 7 procent inblandning av FAME.
18
Jämfört med miljöklass 3 diesel, eller den typ av diesel som användes i Sverige före 1991 och i större delen av övriga Europa vad den mest radikala skillnaden innehållet av svavel. Miljöklass 1 fick innehålla maximalt 10 mg svavel/kg bränsle medan motsvarande gräns i miljöklass 3 var 2 000 mg/kg. I Europa var det normalt runt 1 000 mg svavel/kg bränsle vid tidpunkten för introduktionen av miljöklass 1. Från 1991 fram till idag har dock kraven för den Europeiska dieseln ändrats, Tabell 2, bland annat har svavelhalten sänkts till maximalt 10 mg/kg vilket motsvarar kraven i miljöklass 1.
Tabell 2 Utdrag ur dieselstandarden EN 590 från 1993 respektive 2010.
Bränsleparameter Enhet 1993 2010 Analysmetod
Min Max Min Max
Cetantal 49,0 51,0 ISO 5165
Cetanindex 46,0 46,0 ISO 4264
Densitet vid 15°C kg/m3 820 860 820 845 ISO 4264, ISO 5165 Polycykliska
Aromatiska Kolvätena
Vol%
- - - 8,0 EN 12916
Svavel mg/kg
- 2 000b - 10,0 ISO 14596, ISO 4260
Viskositet vid 40°C cSt 2,00 4,50 ISO 3104
Fettsyrametylestrar (FAME)
Vol%
- 7,0 EN 14078 Smörjförmåga
(HFRR)
µm - 460 ISO 12156-1
Destillation °C
ISO 3405
65%punkt 250 -
85%punkt - 350
95%punkt - 360
a Räknat som di+ aromater
b Analysmetod EN 24260/ISO 8754
19
Det är tydligt att skillnaderna mellan miljöklass 1 och miljöklass 3 har minskats sedan 1991 genom det ovan beskrivna förändringarna i SS 15 54 35 och EN 590. Det finns dock fortfarande några kvarvarande skillnader mellan de två bränslena, se Tabell 3.
Tabell 3 Jämförelse av kvarstående skillnader mellan miljöklass 1 (SS 15 54 35:2011) och miljöklass 3 (EN 590:2009+A1 2010)
Bränsleparameter Enhet SS 15 54 35 Specifikation
EN 590
Specifikation Analysmetod
Min Max Min Max
Densitet vid 15°C kg/m3 800 830 820a 845 ISO 4264, ISO 5165
Aromater Vol% - 5 - - ISO 3675,
ISO 12185 PAH (tri +
aromater) Vol% - 0,02 - - SS 15 51 16
PAH (di +
aromater) - - - 8,0 EN 12916
Viskositet vid
40°C cSt 1,40 4,00 2,00 4,50 ISO 3104
Destillation °C ISO 3405
IBP 180 - - -
95%punkt - 340 - 360
a Arktisk kvalitet av EN 590 är tillåten att gå ned till 800 kg/m3
Densitet: I Sverige har de typiska värdena varit omkring 815 kg/m3 medan typiska densitetsvärden i Europa (på sommaren) ofta ligger runt 840 kg/m3.
Totala aromater: I Sverige är typiska aromathalter 3,0 volymprocent till 5,0 volymprocent. På grund av introduktion av lägre svavelhalter i den europeiska dieseln har den vätebehandlingen som krävs för avsvavling också resulterat i en reduktion av aromater i Europa även om de inte infört någon reduktion i
specifikationen. Idag ligger aromathalten hos en typisk europadiesel i intervallet 15 volymprocent till 30 volymprocent.
Polycykliska aromatiska kolväten: Det är inte möjligt att göra en direkt jämförelse mellan PAH innehåll i miljöklass 1 och PAH innehåll i miljöklass 3 på grund av skillnader i hur de två specifikationerna definierar PAH. I miljöklass 1 (SS 15 54 35) specificeras tri+ aromater medan miljöklass 3 (EN 590) har riktats in på
di+aromater. Typiska analysvärden för PAH di+ i miljöklass 1 är 0,1 procent till 0,5 procent (miljöklass 3 specificerar maximalt 8 procent), medan PAH tri+ i miljöklass 3 är omkring 0,2 procent till 0,7 procent (miljöklass 1 specificerar maximalt 0,02 procent). Di+aromater avser aromatiska föreningar med två eller fler
sammankopplade aromatiska ringar medan tri+ anger tre eller fler.
20
Viskositet: I och med introduktionen av FAME i svensk miljöklass 1 diesel, ökade viskositeten något. Det uppskattas att viskositeten för miljöklass 1 med 7 procent FAME ska ligga vid eller strax över 2,0 cSt. Typisk europadiesel har fortfarande en viskositet omkring 4 cSt på sommaren och strax under 3 cSt på vintern.
Kol-väte kvot: Minskningen av aromater i diesel har inneburit att kol-väte kvoten har reducerats. I takt med att aromaterna har minskat har mängden väte i bränslet ökat. På grund av den vätebehandling som krävs vid svavelreduktionen har
vätehalten ökat för miljöklass 3, dock är vätehalten fortfarande högre i miljöklass 1.
Detta resulterar i lägre kol/kWh i bränslet och därigenom även lägre utsläpp av koldioxid per kWh vid förbränning.
Framtida tillgång
I Sverige används ca 95,3 TWh för inrikes transporter, exklusive utrikes sjö- och luftfart. Vägtransporterna dominerar energianvändningen och står för 93 procent, bantrafiken står för 3 procent, flyg och luftfart 2 procent vardera, Figur 1. Ytterligare 13,9 TWh används av arbetsmaskiner. Inrikes transporterna står för 31 procent av de svenska utsläppen av växthusgaser och andelen ökar eftersom
fossilbränsleanvändningen minskar i de andra sektorerna.
Figur 1. Relativ energianvändning för inrikes transporter inklusive arbetsmaskiner
Prognoser för sektorn visar att utsläppen inte bedöms minska inom EU och i Sverige, varken till 2030 eller 2050, med dagens beslutade åtgärder och styrmedel för effektivisering och ökad andel förnybar energi. Utvecklingen bedöms vara densamma i andra industriländer. Slutsatsen är att det finns ett stort gap mellan prognostiserad utveckling och behovet av att minska användningen av fossila bränslen för att bidra till klimatmål och för att skapa en uthållig energiförsörjning till transportsektorn.
Vägtransporter 81%
Bantrafik 2%
Flyg 2%
Sjöfart 2%
Arbetsmaskiner 13%
21
Obalansen mellan diesel/bensin produktion
Personbilsflottan i Europa innefattar en stor och ökande andel dieselbilar.
Dieselanvändningen i Sverige har ökat med 40 procent sedan 2002, samtidigt som användningen av bensin har minskat. Denna utveckling beror främst på en stor ökning av andelen dieselbilar men även på ökat trafikarbete med lätta och tunga lastbilar. I Europa är det underskott på diesel och efterfrågan mättas idag med import från USA som har ett överskott. För att öka tillverkningen av diesel krävs stora investeringar i dagens raffinaderier. Det gör det speciellt angeläget att utveckla förnybara drivmedel som helt eller delvis kan ersätta diesel och dessa får gärna vara direkt blandbara med diesel. Behovet av att utveckla ottomotorn, och andra
motortyper som går att driva med bensin, mot allt högre verkningsgrader, är starkt.
Detta för att hantera snedbalansen i tillgänglighet/behov av bensin och diesel. Nya tekniker att utvinna skiffergas har gjort naturgasen till ett intressant alternativ för många aktörer, det kan leda till ett ökat utbud av gasdrivna fordon vilket samtidigt gynnar biogasdriften.
Raffinaderinedläggning i Europa
Under 2011 lades i Europa 10 av ca 100 raffinaderier ner eller i malpåse till följd av sviktande efterfrågan på grund av konjunkturen och problem med lönsamheten hos några aktörer som mindre framgångsrikt spekulerat i raffinaderiuppköp. Det fick till följd att den redan ansträngda dieselproduktionen i Europa kom under ytterligare press.
De raffinaderier som nystartade i världen var mest sådana som var placerade i anslutning till snabbt ökande förbrukare av oljeprodukter som Kina, Indien och i viss utsträckning mellanöstern. Dessa var företrädelsevis av cracker eller cokertyp som kan omvandla tunga komponenter till lättare sådana för att kunna ta tillvara oljefraktioner som tyngre gasoljor och tjockolja
Hydrerade vegetabiliska (eller animaliska) oljor och fetter
Hydrerade vegetabiliska oljor, så kallade HVO, spelar en allt större roll i framställningen av diesel med förbättrade klimatprestanda. Flera olika bolag använder dessa som insats i sina produkter och även råvaror med animaliskt ursprung förekommer men behandlas med ungefär samma process. Den stora fördelen med detta val av teknik är att det är relativt lätt att integrera i befintliga raffinaderier och inte kräver helt separata anläggningar som tidigare varit fallet med satsningar på bland annat förgasningsanläggningar. Vissa spekulationer om att man skulle kunna använda sådana inblandningar för att förbättra miljöklass 3 produkter för att nå samma prestanda som miljöklass 1 ur ett PAH (polycykliska aromatiska kolväten) perspektiv förekommer. Mätmetoderna för att klassificera de olika miljöklassernas PAH innehåll baseras inte på en gemensam grund. Det gör det i praktiken ogenomförbart med inblandning av HVO i efterhand för godkännande som ersättare av miljöklass 1 utan mätning efter kriterier för miljöklass 1.
22
Marina svavelfria dieseloljor
Marknaden den närmaste framtiden för lätta eldningsoljor och fordonsdiesel kan komma att förändras då strängare krav på svavelutsläpp träder i kraft inom de så kallade SECA (SOx Emission Control Areas ) områdena efter ett beslut om det i IMO (International Maritime Organisation). Från den 1 januari 2015 sänks gränsen till 0,1 viktprocent för samtliga fartyg som befinner sig inom svavelkontrollområden (SECA). För fartyg utanför SECA gäller från 1 januari 2012 en maximal svavelhalt på 3,5 viktprocent. Tidigast från den 1 januari 2020 sänks svavelhalten globalt till högst 0,5 viktprocent. Det dröjer så länge innan en ytterligare sänkning görs på grund av att raffinaderierna behöver ha en viss omställningstid så att det finns tillräckligt med bränsle med låg svavelhalt.
Sänkningen av maximal svavelhalt i marindieselolja var mer definitiv i sin
utformning än man räknat med eftersom man tagit bort vissa kontrollstationer som innehållit osäkerheter och det ger till effekt att man tidigare ställs inför valet att antingen rena sina utsläpp kraftigt eller hitta nya bränslen med lägre svavelinnehåll.
Det naturliga valet i det senare fallet är dieselbränsle med ungefärligen samma fraktion/prestanda som de som används för landtransporter i dagsläget vilket kan ge en ytterligare påspädd bristsituation framöver. Det finns en risk att en sådan situation leder till överflyttning av transporter till väg om priset för sjötransporter går upp till följd av detta.
Indirekt markanvändning
EU kommissionen har lämnat ett förslag på hur indirekt markanvändning (ILUC) vid odling av grödor för biodrivmedelsproduktion ska hanteras. I korta drag föreslås en begränsning motsvarande maximalt 5 procent förnybart från livsmedelsråvaror föras in. Det kommer även fortsättningsvis vara tillåtet att producera och använda förnybara drivmedel producerade från livsmedel till en högre grad än 5 procent, men enbart 5 procent kan tillgodoräknas som förnybart. Regeln gör att utvecklingen av förnybartandelen kan komma att stanna vid dagens nivå eller beroende på utbudet av drivmedel till och med backa en aning. Förslaget innehåller ytterligare komplexitet vad gäller de grader eller multipler man får räkna förnybarhet beroende på ursprung hos råvaran. Förhoppningen hos förslagsställarna är att detta skall ge extra drivkraft åt de drivmedel som kan komma att ha sitt ursprung i exempelvis skogsråvara.
23
Miljö- och hälsoeffekter av ämnen i dieselavgaser
De ämnen som valts för analys i emissionerna är de som även är kända som hälso- och miljöskadliga. Förutom koldioxid är såväl de reglerade som de oreglerade ämnena i utsläppen hälsoskadliga även i låga eller mycket låga koncentrationer. För flera dessa ämnen finns gränsvärden i luft i omgivningsmiljön eller i arbetsmiljön.
• Reglerade emissioner
- Kolmonoxid, kolväten, kväveoxider och partiklar
• Oreglerade emissioner - Aldehyder - Alkaner, alkener - Aromatiska föreningar
- Polycykliska aromatiska föreningar
Kolmonoxid
Kolmonoxid är mycket giftigt eftersom ämnet binds till hemoglobin i blodet och hindrar upptaget av syre. Institutet för Miljömedicin har föreslagit en lågrisknivå på 6mg/m3.
Kvävedioxid
Kvävedioxid är en skadlig förorening i sig och även en viktig markör för andra föroreningar från förbränning. De negativa hälsoeffekterna av kvävedioxid bedöms vara att känsliga personer kan drabbas av astmabesvär, samt bidra till nedsättning av lungfunktion och kroppens allmänna försvar mot infektioner. Allergiska
astmatiker kan också få förvärrade reaktioner eller ökad känslighet. Symtom i luftvägarna hos barn har observerats även i så låga halter som under 40 mikrogram per kubikmeter. WHO Air Quality Guidelines (AQG) 2006 anger ett riktvärde på 40 mikrogram/m3 som årsvärde och 200 mikrogram/m3 som timmedelvärde.
Aldehyder och ketoner
Formaldehyd är kraftigt irriterande för luftvägar och ögon, och kan vara cancerframkallande vid halter högre än de som normalt förekommer i
utomhusluften. Senare data tyder på en genotoxisk effekt med en ”lågrisknivå” vid ca 2 mikrogram/m3(US EPA, 2010). Lågrisknivån är under omvärdering och kan sänkas.
Acetaldehyd, propanal, bensaldehyd, acrolein, metacrolein, crotonaldehyd och butyraldehyd har irriterande egenskaper. Särskilt acrolein, metacrolein, crotonaldehyd är kända för sina irriterade egenskaper i dieselemissioner.
Alkener
Eten, Propen och 1,3-butadien är cancerframkallande och det finns ingen känd nivå under vilken inga effekter uppstår på människor.
24
Aromater
Bensen är cancerframkallande (leukemi) och det finns ingen känd nivå under vilken inga effekter uppstår på människor
Polycykliska aromatiska kolväten
Flera PAH-föreningar är cancerframkallande (lungcancer) och det finns ingen känd nivå under vilken inga effekter uppstår på människor. En metod att beräkna den cancerframkallande effekten av en blandning av PAH:er är att summera så kallade
”toxic equivalency factors” som uttrycker den relativa cancerframkallande förmågan relativt benso(a)pyren. Till exempel kan dibenzo(a,l)pyren och fluoranten ge väsentliga bidrag till blandningens sammanlagda cancerframkallande egenskaper.
Detta genom att dibenzo(a,l)pyren är ca 100ggr så potent som benso(a)pyren trots att ämnet finns i mycket låg halt i emissionerna och för fluoranten att halten är hög även om den cancerframkallande förmågan är relativt låg.
Dieselemissioner har av IARC (2012) nyligen klassats i ”Group 1: Carcinogenic to humans”. Ett betydelsefullt underlag gäller dieselexponering i arbetsmiljön vilket visar på en dosberoende ökning av risken motsvarande en riskökning upp till ca 3ggr i den högst exponerade gruppen 72-536 mikrogram/m3 EC (Silverman et al., 2012). Cancer tar lång tid att utvecklas och fordon och bränslen har förbättrats under studietiden viket bör beaktas.
Emissionslagstiftning
Inom Europeiska gemenskapen regleras utsläpp från nya fordon och
arbetsmaskiner centralt genom antingen direktiv eller förordningar. Gemensamt för dessa är att det är samma krav som gäller i alla medlemsstater vilket hjälper till att skapa en enhetlig inre marknad för tillverkare av fordon och arbetsmaskiner.
Det är även rimligt att anta att inverkan av bränslet förändras när utsläppskraven på motorerna skärps. I de emissionsprov som föreskrivs i EU-regelverken finns även standardiserade referensbränslen beskrivna. Dessa referensbränslen ska i stora drag motsvara marknadsbränslet i EU, det vill säga ett dieselbränsle som klassas som miljöklass 3 i Sverige. Nedan följer en kortare beskrivning av EU:s regelverk för utsläpp av avgaser från lätta fordon, tunga fordon och arbetsmaskiner.
Lätta fordon
Utsläpp från lätta fordon eller personbilar har reglerats under relativt lång tid. De första kraven kom redan för nästan 40 år sedan. Då var kravet begränsat till att enbart reglera utsläppen av kolmonoxid vid tomgångskörning. Gränsvärdet hade satts till 4,5 volymprocent (Svensk författningssamling, 2001). Lätta personbilar från och med årsmodell 1976 ska uppfylla krav på kolmonoxid (24,2 g/km), kolväten (2,1 g/km) och kväveoxider (1,9 g/km).
1993 infördes miljöklasser för personbilar i Sverige (Svensk författningssamling, 1991). Dessutom fanns ett krav på att det vid dieselmotordrift ska finnas en anordning som hindrar att tydligt färgade eller ogenomskinliga avgaser utvecklas annat än tillfälligt vid start eller växling. Utsläppsklassen miljöklass 3, inte att
25
förväxla med dieselklassificeringen miljöklass 3, som var obligatoriskt krav harmoniserade med de samtida kraven i USA.
Från och med 1997 harmoniserades kraven istället med EU. Benämningen miljöklass behölls men gränsvärdena motsvarade de så kallade Euro-kraven. I Tabell 4 redovisas gränsvärdena för utsläppsklasserna Euro 1 till och med Euro 6.
Tabell 4. Utsläppskrav för dieseldrivna lätta fordon
Årtal Utsläpp (g/km) Referens
HC+NOx NOx CO PM
Euro 1 1993 0,97 - 2,72 0,14 EU, 1993
Euro 2a 1997 0,7 - 1,0 0,08 EU, 1996
Euro 3 2001 0,56 0,50 0,64 0,05 EU, 1998
Euro 4 2006 0,30 0,25 0,50 0,025 EU, 2003a
Euro 5 2011 0,230 0,180 0,50 0,005b EU,2007/2008 Euro 6 2015.09 0,170 0,080 0,50 0,0045 c EU,2007/2008
a Gäller för dieselbilar med indirekt insprutning. För dieselbilar med direktinsprutning gäller HC+NOx: 0,9 g/km, CO: 1,0 g/km, PM: 0,1 g/km
b 2013 infördes krav på partikelantal, 6,0 x 1011 #/km och PM sänktes till 4,5 mg/km
c Partikelantal, 6,0 x 1011 #/km
Sedan miljöklass 1 diesel introducerades i Sverige har det skett en kraftfull skärpning av avgaskraven, vilket även tydligt syns i Figur 2.
Figur 2. Gränsvärden för partiklar samt summan av kväveoxider och kolväten för personbilar.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
Summan av kväveoxider och kolväte, g/km
Partiklar, g/km
Euro 1
Euro 2
Euro 3
Euro 4 Euro 5
Euro 6
26
För partiklar, som är bärare av många aromatiska och polycykliska aromatiska föreningar, har de maximalt tillåtna utsläppen minskat med nästan 97 % sedan 1993. Sannolikt kan utsläppen jämfört med 1991 minskat ännu mer. Under perioden för Euro 5 infördes även krav på maximalt antal partiklar. Detta innebär i praktiken att det blev obligatoriskt med partikelfilter dock hade många bilar redan tidigare partikelfilter för att klara kraven på partikelmassa (PM). Även för de kombinerade utsläppen av kväveoxider och kolväte har kraven skärpts markant, med mer än 80 procent från Euro 1 till Euro 6.
Bilarna ska även testat i enlighet med ett förbestämt körmönster bestående av en stadskörning med lägre hastigheter och en landsvägskörning med högre hastigheter.
I Figur 3 har testcykeln för Euro 5, New European Driving Cycle (NEDC), redovisats. Även föregående Euro-klasser har nyttjat i princip samma cykel.
Figur 3. Testcykel för provning av personbilar
Tunga fordon
Avgaskraven för tunga fordon följer i princip samma system som för lätta fordon.
Kraven är gemensamma i hela EU och skärps stegvis med några års mellanrum.
Själva testproceduren skiljer sig dock från personbilar då motoreffekterna är mycket högre för tunga fordon. En annan avgörande skillnad är att emissionsprovet för tunga fordon utförs på en fristående motor och inte på hela fordonet som för lätta fordon. Detta leder även till att utsläpp och gränsvärden anges som g/kWh och inte per km.
Första kraven infördes 1993 genom bilavgasförordningen (Svensk
författningssamling, 1991) i form av miljöklass 3. För fordon som hade lägre utsläpp än kraven i miljöklass 3 var det möjligt att typgodkänna dem som miljöklass 1 eller 2. Gränsvärdena i det svenska miljöklassystemet var harmoniserat med
0 20 40 60 80 100 120
0 200 400 600 800 1000 1200
Hastighet, km/h
Tid, s
27
gränsvärdena i EU:s regelverk för tunga fordon. I Tabell 5 redovisas gränsvärdena för Euro I till och med VI för prov genomföra med en statisk testcykel.
Tabell 5. Utsläppskrav för dieseldrivna motorer till tunga fordon testade enligt statisk testcykel
Årtal Utsläpp (g/kWh) Referens
CO HC NOx PM
Euro I 1993 4,5 1,1 8,0 0,36a EU, 1988
Euro II 1997.10 4,0 1,1 7,0 0,25b EU, 1988
Euro III 2001.10 2,1 0,66 5,0 0,10 EU, 1999
Euro IV 2006.10 1,5 0,46 3,5 0,02 EU, 2005b/c
Euro V 2009.10 1,5 0,46 2,0 0,02 EU, 2005b/c
Euro VI 2014 1,5 0,13 0,4 0,01 EU, 2009
a För motorer med en motoreffekt under 85 kW är gränsvärdet för PM 0,612 g/kWh
b Från och med oktober 1999 skärptes kravet för PM till 0,15 g/kWh
Den statiska testcykeln består av 13 enskilda kombinationer av varvtal och vridmoment, moder, fördelade över motorn arbetsområde. Tomgångpunkten upprepas tre gånger. Utsläppen mäts individuellt i varje mode och resultatet viktas ihop. Storleken på cirklarna i Figur 4 motsvarar den aktuella modens
viktningsfaktor.
Figur 4. Statisk 13-modes testcykel
Från och med Euro III infördes även krav på att tunga fordon ska testas i enlighet med både en statisk och en transient testcykel. Gränsvärdena för provet med den transienta testcykeln är redovisade i Tabell 6.
25
8 8 8 8 25
10
2
2
2 2
-20 0 20 40 60 80 100 120
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Moment, %
Varvtal, %
28
Tabell 6. Utsläppskrav för dieseldrivna motorer till tunga fordon testade enligt transient testcykel
Årtal Utsläpp (g/kWh) Referens
CO HC NOx PM
Euro III 2001.10 5,45 0,78 5,0 0,16 EU, 1999
Euro IV 2006.10 4,0 0,55 3,5 0,03 EU, 2005b/c
Euro V 2009.10 4,0 0,55 2,0 0,03 EU, 2005b/c
Euro VI 2014 4,0 0,16 0,4 0,01 EU, 2009
Från Euro I fram till Euro VI har gränsvärdet för tunga fordon skärps med drygt 95 procent för både partiklar och kväveoxider. Sedan diesel av miljöklass 1
introducerades i Sverige 1991 har, teoretiskt, de specifika utsläppen från ett tungt fordon minskat med runt 95 procent, vilket sannolikt även har påverkat den relativa inverkan av bränslekvaliteten.
Figur 5. Gränsvärde för kväveoxider och partiklar för tunga fordon
Den transienta testcykeln, European Transient Cycle (ETC), infördes för att göra emissionsprovet vid typgodkännande mer representativt för utsläppen i
verkligheten när fordonet används av brukaren. En annan aspekt med en transient testcykel är att tillverkaren av motorn måste ta hänsyn till de stora variationerna i varvtal och moment, vilka ofta kan leda till högre utsläpp på grund av icke optimala förbränningsförhållanden.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Kväveoxider, g/kWh
Partiklar, g/kWh
Euro I Euro II
Euro III
Euro IV
Euro V
Euro VI
29
Figur 6. European transient cycle, en transient testcykel för tunga fordon
Från och med Euro VI har dock ETC ersatts av World-harmonised transient cycle (WHTC), Figur 7. Det är även möjligt att testa motorer för tunga fordon när motorn är monterad i fordonet. Dessa prover utförs på en chassidynamometer på
motsvarande sätt som man gör för lätta fordon.
Figur 7. World harmonised transient testcycle, en transient testcykel för tunga fordon
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Normaliseratvridmoment, % Normaliseratvarvtal, %
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Normaliseratvridmoment, % Normaliseratvarvtal, %
30
Arbetsmaskiner
Arbetsmaskiner är den grupp av dieselmotorer som har kommit in i
avgasregelverket senast. EU:s regelverk för personbilar och tunga fordon infördes 1993, nationellt ännu tidigare för personbilar, medan utsläpp från arbetsmaskiner har varit oreglerade fram till 1999. Detta betyder att arbetsmaskiner ute i samhället ligger efter vägfordon med avseende på utsläpp, speciellt då livslängden på många arbetsmaskiner är ganska lång.
Sedan kraven på arbetsmaskiner infördes via direktiv 97/68/EG har gränsvärden skärpts i steg på samma sätt som för vägfordon (EU, 1998), Tabell 7. Skärpningen har dock skett i en snabbare takt och med färre steg. Gränsvärdena för Steg IV motsvarar gränsvärdena för Euro VI med undantag för partikelantal vilket saknas för arbetsmaskiner.
Tabell 7. Utsläppskrav för dieseldrivna motorer till arbetsmaskiner
Motoreffekt Årtal CO HC NOx PM
kW g/kWh
Steg I
37≤ P< 75 1999.04/2001.07a 6,5 1,3 9,2 0,85 75≤ P< 130 1999.01/2001.07a 5,0 1,3 9,2 0,70 130≤ P< 560 1999.01/2001.07a 5,0 1,3 9,2 0,54 Steg II
37≤ P< 75 2005.01/2004.01a 5,0 1,3 7,0 0,4 75≤ P< 130 2003.01/2003.07a 5,0 1,0 6,0 0,3 130≤ P< 560 2002.01/2002.07a 3,5 1,0 6,0 0,2 Steg III A
37≤ P< 75 2008.01 5,0 4,7b 0,4
75≤ P< 130 2007.01 5,0 4,0b 0,3
130≤ P< 560 2006.01 3,5 4,0b 0,2
Steg III B
37≤ P< 56 2013.01 5,0 4,7b 0,025
56≤ P< 75 2012.01 5,0 0,19 3,3 0,025
75≤ P< 130 2012.01 5,0 0,19 3,3 0,025
130≤ P< 560 2011.01 3,5 0,19 2,0 0,025 Steg IV
56≤ P< 130 2014.10 5,0 0,19 0,4 0,025
130≤ P< 560 2014.01 3,5 0,19 0,4 0,025
a Jord- och skogsbrukstraktorer, direktiv 2000/25/EG
b Summan av HC och NOx
31
Regelverket för arbetsmaskiner är uppdelat i flera olika kategorier baserat på motorns effekt. Motorer större än 560 kW eller mindre än 18 kW ligger utanför regelverket och saknar helt krav på avgasrening. För de reglerade motorerna, exempelvis 130-560 kW, har de tillåtna utsläppen minskat med mer än 95 procent för både kväveoxider och partiklar mellan Steg I och Steg IV.
En motor för en arbetsmaskin testas på liknande sätt som en motor för ett tungt fordon, via en statisk och en transient körcykel. Den statiska körcykeln har samma upplägg som 13-mode cykeln för tunga fordon, Figur 4, men endast 8 punkter.
Figur 8. Non-road transient cycle, transient testcykel för arbetsmaskiner
Den transienta körcykeln i Figur 8 är baserad på mätningar av en rad olika arbetsmaskiner så som jordbrukstraktor, grävmaskin, hjullastare och grävlastare.
Att cykeln är baserad på hur olika arbetsmaskiner används i verkligheten kan ses som en indikation på att den är representativ för verklig användning. Samtidigt finns det en stor mängd olika typer av arbetsmaskiner som används på olika sätt vilket betyder att en testcykel som består av den genomsnittliga användningen av arbetsmaskiner inte kommer att vara representativ för en enda specifik applikation.
Dock är spridningen inom testcykeln ganska stor, i princip hela motorn
arbetsområde täcks in och det finns många snabba ändringar i varvtal och moment (transienta belastningar), vilket ändock tyder på att det är en relativt god testcykel.
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
0 200 400 600 800 1000 1200
Normaliserat varvtal, %
Normaliserat vridmoment, %
Tid, s
32
Fordonsparkens sammansättning
Utsläppen och därmed även miljö- och hälsopåverkan från vägfordon och arbetsmaskiner beror på hur mycket de används och vilken avgasrening de har.
Detta är självklart något som förändras över tiden, nya fordon och arbetsmaskiner med bättre avgasrening tillkommer och gamla fordon och arbetsmaskiner med högre utsläpp skrotas. Dessutom förändras körsträckor och användningstider med ålder på fordonet eller arbetsmaskinen. Detta kan ha stor betydelse på skillnaderna i miljö- och hälsopåverkan av att använda diesel av miljöklass 1 och miljöklass 3.
Lätta fordon
Andelen dieselbilar har ökat ganska snabbt i Sverige de senaste åren. Enligt statistik från Bil Sweden (2012) har andelen dieselbilar av det totala antalet nyregistrerade personbilar ökat från ca 10 procent under 2005 till över 60 procent under 2011, se Figur 9.
Figur 9. Andel dieselbilar av det totala antalet nyregistrerade personbilar
Den ökade andelen dieseldrivna personbilar har lett till att det totala trafikarbetet med dieseldrivna fordon ökat och därigenom har även de resulterande utsläppen ökat trots att bilarna varje enskild bil släpper ut mindre avgaser genom bättre avgasrening. I Figur 10 redovisas trafikarbete och bränsleförbrukning för personbilar uppdelat på utsläppsklass (HBEFA, 2012).
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
Andel dieselbilar av totala antalet nyregistreringar
Årtal
33
Figur 10. Trafikarbete och bränsleförbrukning för dieseldrivna personbilar
Under tidsperioden 2010 till 2020 har det totala trafikarbetet med dieseldrivna personbilar ökat från 16 miljarder fordonskilometer till drygt 41 miljarder fordonskilometer, en ökning på cirka 150 procent. Samtidigt har
dieselförbrukningen ökat med 100 procent, något mindre än trafikarbetet vilket tyder på att fordonen blir allt effektivare.
Från Figur 10 kan man även läsa av att både trafikarbetet och bränsleförbrukning relaterat till Euro 4 och äldre Euro-klasser minskar över tiden medan Euro 5 och Euro 6 tar en allt större del. Trafikarbetet med Euro 6 fordon ökar från i princip obefintligt under 2015 till över 50 procent av det totala trafikarbetet med dieseldrivna personbilar under 2020. Dessa förändringar i trafikarbete och bränsleförbrukning indikerar att skillnaden i utsläpp mellan miljöklass 1 och miljöklass 3 diesel från Euro 5 och Euro 6 fordon är av stor betydelse. Samtidigt finns det en inte obetydlig del äldre fordon kvar även 2020 till vilka hänsyn måste tas, speciellt eftersom utsläppen per liter bränsle är betydligt högre från dessa fordon.
I bilaga A finns utsläpp av reglerade ämnen, CO, HC, NOx och partiklar, samt utsläpp av CO2 redovisat för både personbilar och lätta lastbilar som drivs med diesel.
Utöver utsläppsklass är det viktigt att veta vilken typ av avgasrening som fordonen utrustats med. För personbilar är förekomsten av partikelfilter intressant då detta har en avgörande roll på utsläppen av partiklar och sannolikt även utsläppen av polycykliska aromatiska kolväten.
Andelen av nyregistrerade personbilar som utrustats med partikelfilter har varit relativt hög sedan införandet av miljöklass 2005 PM (Vägverket 2008b, 2009). Från 2004 då de första dieselpartikelförsedda bilarna kom på allvar har andelen stadigt ökat linjärt från 2 procent upp till 100 procent från och med 2010, Figur 11 (HBEFA, 2012). Efter 2010 har samtliga nya dieselbilar partikelfilter.
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000
Trafikarbete [1 000 000 km]
Årtal
0 200 000 400 000 600 000 800 000 1 000 000 1 200 000 1 400 000 1 600 000 1 800 000 2 000 000
Bränsleförbrukning [ton]
Årtal
Euro 6 Euro 5 Euro 4 Euro 3 Euro 2 Euro 1 Pre Euro
34
Figur 11. Antal nyregistrerade dieselbilar och andel utrustade med partikelfilter
Baserat på data i Figur 11 och Tabell 4 kan man anta att inga lätta fordon upp till och med Euro 3 har utrustats med partikelfilter. Däremot har i princip alla personbilar från och med Euro 5 DPF. Svårigheten är att beräkna andelen personbilar inom Euro 4 som utrustats med DPF. Mellan 2005 och 2010 såldes cirka 500 000
dieseldrivna personbilar varav 340 000 var utrustade med DPF vilket motsvarar 70 procent av fordonen. I Sigurdson och Lundberg (2012) har det antagits att samtliga personbilar har utrustats med DPF vilket betyder att förutsättningarna och därmed även resultaten i denna slutrapport för Regeringsuppdraget skiljer sig mot
resultaten i underlagsrapporten.
Tunga fordon
Tunga fordon delas ofta upp på tunga lastbilar, långfärdsbussar och stadsbussar.
Totalt förbrukar tunga fordon knappt 2 miljoner m3 diesel eller cirka 40 procent av den totala dieselanvändningen i Sverige. Störst förbrukare är tunga lastbilar med ca 1,7 miljoner m3 per år, Figur 12. Trafikarbetet räknat i km är dock lägre för tunga lastbilar än för personbilar. Ett bättre mått för tunga fordons trafikarbete vore per ton-km eller passagerar-km beroende på om det rör sig om gods- eller
persontransporter.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000 180 000 200 000
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Andel med partikelfilter
Antal nyregistreringar per år
Årsmodell
Antal totalt Andel med partikelfilter
