Ålander Timo (FL, DI) 27.1.2006

Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta

Ympäristötekniikka

Carbon Composition and Volatility Characteristics of the Aerosol Particles Formed in Internal Combustion Engines (Polttomoottoreissa muodostuvien pakokaasuhiukkasten hiilikoostumus ja haihtuvuusrakenne)

Vastaväittäjä: Professori Jorma Keskinen, Tampereen teknillinen yliopisto
Kustos: Professori emeritus Taisto Raunemaa, Kuopion yliopisto


Väitöskirjan tiivistelmä:


Pienet polttomoottorit merkittävä pienhiukkaslähde

Autojen moottorit ovat tärkeä pienhiukkaslähde erityisesti kaupunkiympäristössä. Merkittävän pienhiukkaslähteen muodostavat myös erilaiset maatalous- ja vapaa-ajankäytössä olevat pienet kaksi- ja nelitahtiset moottorit, joiden määrä on lisääntymässä.

Pakokaasuhiukkaset koostuvat pääosin epäorgaanisesta hiilestä (noesta) ja erilaisista orgaanisista yhdisteistä, jotka ovat syntyneet palamatta jääneestä polttoaineesta. Lisäksi hiukkaset sisältävät pieniä määriä metalleja ja epäorgaanisia ioneja, jotka ovat peräisin voiteluöljyn lisäaineista ja epäpuhtauksista sekä moottorin rakenteista.

Väitöskirjan tavoitteena oli tutkia moottorityypin, moottorin käyttötavan, pakokaasujen katalyyttisen jälkikäsittelyn sekä poltto- ja voiteluaineen vaikutusta pakokaasuhiukkasten kokoon, määrään ja kemialliseen koostumukseen. Väitöskirjan yhteydessä kehitettiin lisäksi tekniikkaa pakokaasuhiukkasten hiilikoostumuksen ja haihtuvuusrakenteen analysoimiseksi. Tutkimuksen kokeellinen osa tehtiin diesel- ja bensiinikäyttöisillä henkilöautoilla Neste Oil Oyj:n moottorilaboratoriossa Porvoossa sekä kaksi- ja nelitahtisilla pienmoottoreilla Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen maatalousteknologian tutkimusyksikössä Vihdissä.

Moottorin tyyppi ja käyttötapa vaikuttivat voimakkaasti pakokaasuhiukkasten kokoon, massa- ja lukumääräpäästöihin sekä hiilikoostumukseen. Dieselhiukkaset koostuivat pääasiassa epäorgaanisesta hiilestä, kun taas bensiinimoottorin pakokaasuhiukkaset koostuivat orgaanisista yhdisteistä. Polttoaineen aromaattipitoisuuden vähentäminen alensi sekä diesel- että bensiinimoottoreiden orgaanisia hiukkaspäästöjä, minkä lisäksi hapettimen käyttö bensiinissä vähensi selvästi bensiinimoottorien nokipäästöjä. Bensiinikäyttöiset pienmoottorit tuottivat suhteellisesti selvästi enemmän pakokaasuhiukkasia kuin bensiinikäyttöiset autonmoottorit. Pienellä nelitahtimoottorilla alhaisimmat hiukkaspäästöt saavutettiin pienmoottorikäyttöön erityisesti kehitetyllä alkylaattibensiinillä. Pienillä kaksitahtimoottoreilla katalysaattori oli tehokkain menetelmä vähentää pakokaasuhiukkasten massapäästöjä.

Nelitahtibensiinimoottoreiden pakokaasuhiukkaset olivat merkittävästi dieselhiukkasia pienempiä koostuen suurimmaksi osaksi haihtuvista yhdisteistä. Haihtuvuusanalyysissä erityisesti pienmoottoreiden pakokaasujen havaittiin sisältävän runsaasti erittäin pieniä, alle 10 nanometrin kokoisia voiteluaineperäisistä metalliyhdisteistä koostuvia kiinteitä hiukkasia, jotka saattavat muodostaa merkittävän terveysriskin.


Väitöskirja on julkaistu sarjassa Kuopion yliopiston julkaisuja C Luonnontieteet ja ympäristötieteet. ISBN 951-27-0350-5. Sitä voi tilata yliopiston kirjaston julkaisumyynnistä sähköposti: yrjo.valtanen@uku.fi tai verkko-osoitteesta http://www.uku.fi/kirjasto/julkaisutoiminta/julkmyyn.shtml


Kuopion yliopisto
Viestintä
tiedotus_at_uku.fi