Diesel ei kuole vielä vuosikymmeniin

Dieselien typenoksidipäästöissä valtavia eroja. Parhaat autot täyttävät jo nyt tulevat tiukat normit.

Keskustelu dieselmoottorien päästöistä ryöpsähti kaksi vuotta sitten kun Volkswagen-konsernin dieselmoottoreissa havaittiin ohjelma, joka tunnisti testitilanteen. Päästömittauksissa päästöt olivat pienet, mutta käytännön ajossa ilmoitettua suuremmat. Kyse on etenkin typenoksidipäästöistä (NOx), mitkä ovat haitallisia terveydelle.

Pitkään käytössä ollut NEDC-päästömittaus on korvautumassa uudella, totuudenmukaisemmalla WLTP-mittauksella (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures). Sen mukaan mitatut pakokaasupäästöt ja polttoaineen kulutus ovat paremmin vertailukelpoisia keskenään ja vastaavat paremmin käytännön ajo-olosuhteita.

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

Aiempaa tiukempi testi

WLTP-mittaus tehdään laboratoriossa kuten aikaisempi NEDC-mittaus, mutta uuden WLTP- mittaussyklin ajovastukset, ajonopeudet, kiihtyvyydet, sähkölaitteiden käyttö ja auton kuorma ovat aikaisempaa rasittavampia, minkä vuoksi hiilidioksidipäästöjen (CO₂) ja kulutuksen arvioidaan kasvavan 20–30 prosenttia poistuvaan NEDC-normiin verrattuna. Autotekniikan kehitys ja moottorien lisääntyneet tehot olivat ajaneet vuodesta 1996 alkaen käytössä olleen NEDC-mittauksen ohi.

Erityisesti typenoksidien (NOx) osalta on havaittu suuria poikkeamia laboratoriomittausten ja käytännön ajossa mitattujen päästöjen osalta. Siksi laboratoriossa dynamometrillä mitattuja WLTP-mittauksia tullaan täydentämään liikenteessä ajettavin RDE-mittauksin.

Uusille tyyppihyväksyttäville henkilöautomalleille pakollinen WLTP astuu voimaan syyskuun alusta lukien. Kaikille uusille ensirekisteröidyille henkilöautoille pakollinen WLTP astuu voimaan 1.9.2018 alkaen.

Mittauksessa parhaiten pärjännyt BMW 520d A Touring (vm. 2017).

Mittaus myös liikenteessä

WLTP:n lisäksi EU ottaa käyttöön RDE-testin (Real Driving Emissions), jossa päästöt mitataan liikenteessä dynamometrin asemesta. Testiä varten autoon asennetaan PEMS-mittauslaitteet (Portable Emissions Measurement Systems), jotka mittaavat pakoputkesta tulevat päästöt ajon aikana. Alkuvaiheessa RDE -normimittaus koskee vain NOx-päästöjä.

Monien dieselmallien NOx-päästöt ovat suuremmissa nopeuksissa ja moottoria raskaasti kuormitettaessa tutkimusten mukaan olleet RDE-liikennemittauksessa merkittävästi laboratoriomittauksia suuremmat.

Erilaista puhdistustekniikkaa

Liikenteessä tehtävä NOx-mittaus voi olla tiukka paikka monelle dieselmallille, mikäli autossa ei käytetä parasta ja kalleinta NOx-päästöjä vähentävää tekniikkaa. Edullisemmissa dieselmalleissa käytetään SCR-katalysaattorin sijasta yksinkertaisempaa LNT-katalysaattoria (Lean NOx Trap) eli suomeksi NOx-loukku tai ”laihaseos NOx-katalysaattori”.

Typen oksidit kerätään LNT-katalysaattoriin ja ne pelkistetään jaksottaisella, rikkaalla polttoaineruiskutuksella. Edullinen järjestelmä, ei lisäaineen lisäystä. Hyvä puhdistusteho kevyellä moottorin kuormituksella, mutta raskaasti kuormitettaessa puhdistusteho ei riitä. Lisäksi on tehtävä kompromissi NOx-puhdistustehon ja polttoaineen kulutuksen välillä, joten kulutus voi lisääntyä.

Tehokkain NOx-päästöjen vähentäjä on SCR (Selectic Catalytic Reduction). SCR on selektiivinen katalyyttinen pelkistys, jossa AdBlue-lisäainetta (veden ja urean seosta) ruiskutetaan kuumien pakokaasujen joukkoon. SCR ei juurikaan lisää polttoaineen kulutusta ja se antaa hyvän puhdistustehon myös raskaalla moottorin kuormituksella.

Joissakin autoissa, kuten esimerkiksi BMW 520d, on SCR + LNT –tekniikka yhdistettynä, erittäin hyvin tuloksin.

Tulosten perusteella näyttää siltä, että parhaissa malleissa on joko SCR urearuiskutuksella tai SCR+LNT-yhdistelmä. Pelkkä LNT ei tahdo enää riittää moottorin koon kasvaessa tai moottoria raskaammin kuormitettaessa.

Euro 6 -päästörajat tekevät dieselmoottorien NOx-päästöjen hallinnan niin monimutkaiseksi ja tilaa vaativaksi SCR:n ureasäiliöineen, joten pienten dieselautojen tarjonta tulee vähenemään.

Monimutkaisen puhdistuslaitteiston 1 000–2 000 euron lisähinta tuntuu edullisessa pikkuautossa selvästi. Pikkuautoissa on voimakas kysynnän hintajousto, eli hinnan noustessa kysyntä vähenee voimakkaasti.

Mittauksessa toiseksi tullut Mercedes-Benz E 220d Coupe (vm. 2017)

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

Jopa 80-kertaiset päästöt

NOx-päästöjen osalta dynamometritestien luotettavuus on osoittautunut aiemmin uskottua heikommaksi. Vuonna 2014 kansainvälisen ilmastopaneelin ICCT:n tutkimuksessa kävi ilmi, ettei NEDC-käytännön mukaan testattu ajoneuvo välttämättä ole lähelläkään päästöarvoja todellisessa ajossa.

Testissä oli mukana 15 autoa, ja testit suoritettiin RDE-mittauksena ajon aikana. Todelliset päästöt olivat kaukana tyyppihyväksytyistä arvoista NOx-päästöjen kohdalla. Pahimmillaan päästöt olivat jopa 80-kertaiset sallittuun verraten ja parhaimmillaankin vain juuri sallitun rajan alle.

Euro 6c -normi määrittelee typenoksidien raja-arvoksi 80 milligrammaa kilometrille. Tuo raja on suunniteltu alun perin laboratoriomittaukselle. Siksi RDE-mittauksissa otetaan aluksi käyttöön mukautuskerroin, jota ajan myötä tiukennetaan.

Aluksi mukautuskerroin on RDE -testin käyttöönoton yhteydessä 2,1 eli RDE:ssä ajoneuvon päästöt saavat olla 2,1-kertaiset verrattuna Euro 6 -rajoihin, RDE:n raja-arvon ollessa 168 mg/km. Vuonna 2020 tai 2021 kerroin on 1,5, ja se on tämänhetkinen ”lopullinen” kerroin, RDE:n raja-arvo on silloin 120 mg/km.

Suurimmalla osalla uusista dieselkäyttöisistä henkilöautoilla ei pitäisi olla vaikeuksia saavuttaa rajoja näillä kertoimilla. RDE kuitenkin tulee karsimaan tehokkaasti pahimmat saastuttajat, kuten aiemmin mainitun testissä olleen ajoneuvon, jonka päästöt olivat pahimmillaan 80-kertaiset sallittuun verraten.

Tässä RDE onkin tärkeimmillään: varmistamaan dieselkäyttöisten ajoneuvojen todelliset päästöt sallittavalle tasolle. Muitten mitattujen päästöjen taso näyttää olevan todellisuudessa varsin hyvin linjassa dynamometritestien tulosten kanssa.

Mittauksessa kolmanneksi tullut Opel Zafira 1.6 (vm. 2016)

Puhdistustavat kehittyvät

80 automallin testaus osoitti modernien pakokaasujen puhdistusmenetelmien tehon.

Saksalainen Auto, Motor und Sport -lehti on mittauttanut Emissions Analytics -yrityksen RDE-mittauslaitteistolla 80 automallia, pääosin dieselmoottorilla. Tarkkaan määritelty ajoreitti on 275 kilometrin pituinen.

Tulokset osoittavat, että diesel ei ole välttämättä pahis. Tehokkaalla pakokaasujen puhdistusmenetelmällä (esimerkiksi SCR) saadaan haitalliset NOx-päästöt kuriin.

TOP 10

10 puhtainta dieselautomallia typenoksidipäästöjen (NOx) suhteen Auto, Motor und Sport -lehden teettämässä RDE-testissä.

–	Malli	Mitaatu Nox-päästö	Moottorin iskutilavuus, cm2	Puhdistus- menetelmä
1.	BMW 520d	28 mg/km	1 995	LNT+SCR
2.	Mercedes-Benz E 220 D	41 mg/km	1 950	SCR
3.	Opel Zafira 1.6 CDTI	71 mg/km	1 598	SCR
4.	Audi Q2 TDI	79 mg/km	1 968	SCR
5.	BMW 530d	84 mg/km	2998	LNT+SCR
6.	Mercedes-Benz V 250 D	92 mg/km	2 143	SCR
7.	Volkswagen Tiguan 2.0 TDI (176 kW)	100 mg/km	1 968	SCR
8.	Volkswagen Tiguan 2.0 TDI (110 kW) Blue Motion	109 mg/km	1 968	SCR
9.	Porsche Panamera 4S Diesel	121 mg/km	3 956	SCR
10.	Volkswagen Golf 2.0 TDI Variant	148 mg/km	1 968	LNT

Erot eri mallien välillä voivat olla järkyttävän suuria. Tämän testin huonoin automalli, Renault Captur 1.5 dCi, päästeli 1 336 mg/km eli lähes kahdeksankertaisesti yli raja-arvon 168 mg/km.

Mittauksessa neljänneksi tullut Audi Q2 2.0 TDI (vm. 2017)

Typenoksidipäästöt haitallisia terveydelle

Tieliikenteen typenoksidipäästöt (NOx) ovat vähentyneet tiukempien päästönormien ja puhdistuslaitteistojen ansiosta. Suurin ongelma ovat kuitenkin typpidioksidi (NO₂) -päästöt. Ne eivät ole vähentyneet vaan jopa lisääntyneet.

Typen oksideja syntyy moottorin palotilan korkeassa lämpötilassa ja paineessa, kun ilman typpi yhtyy happeen. Typen oksidien kokonaispäästöistä typpimonoksidin osuus on noin 90 prosenttia ja typpidioksidin noin 10 prosenttia. Typpimonoksidi reagoi kuitenkin ilmakehään vapautuessaan hapen kanssa ja muodostaa typpidioksidia.

Typpidioksidi (NO₂) vaikuttaa haitallisesti hengityselinten toimintaan. Typpidioksidi tunkeutuu syvälle hengitysteihin ja aiheuttaa oireita erityisesti lapsille ja astmaatikoille. Typenoksidi tuottaa myös alailmakehän otsonia, joka aiheuttaa silmien, limakalvojen ja hengityselinten ärsytystä.

– Päästökokeessa mitataan typen oksidipäästöjä (NOx), joiden kokonaispäästöt on saatu alenemaan. Ilman laadun kannalta tärkeämmät ovat kuitenkin typpidioksidipäästöt (NO₂), jotka ovat kaupungeissa kasvaneet dieselautojen vuoksi, VTT:n johtava tutkija TKT Juhani Laurikko kertoo.

– Lisäksi dieselautoissa on nykyään hiukkassuodatin, mikä vähentää hiukkaspäästöjä, mutta lisää NO₂-päästöjä. Pakokaasupäästöistä mitataan NOx-päästöt, mutta ilmanlaatuvaatimukset koskevat NO₂-päästöjä.

Suodattimia myös bensiiniautoihin

Hiukkassuodatin on tulossa myös bensiiniautoihin, sillä polttoainetaloudellisten suorasuihkutusmoottorien hiukkaspäästöt on todettu suuriksi ja siksi niille on tulossa päästörajat.

Teksti: Timo Turkula

Mainos (teksti jatkuu alla)

Mainos päättyy

Dieseliä ei kuopata vielä pitkään aikaan

Dieselautoissa on vielä runsaasti kehityspotentiaalia. Dieselmoottorin etu on bensiinimoottoria parempi hyötysuhde eli pieni kulutus ja vähäiset hiilidioksidipäästöt.

Isommissa autoissa naftapihi diesel tulee säilyttämään asemansa hyvän polttoainetalouden ja ronskin vääntömomentin ansiosta – kehittyneellä puhdistustekniikalla varustettuna.

Isoilla autoilla ajetaan paljon ja pitkiä matkoja – silloin diesel on parhaimmillaan. Myös raskaassa kalustossa diesel tulee olemaan valtavirtaa vielä pitkään. Dieselautoihin on mahdollista tankata uusiutuvaa dieseliä.

Kun otetaan mukaan auton koko elinkaaren päästöt ja lasketaan käytön päästöt energian lähteestä käyttöön (Well-to-wheel) dieselmoottori on kova sana – tehokkaalla pakokaasujen puhdistuslaitteistolla varustettuna.

Teksti: Timo Turkula

Teksti: Timo Turkula Kuvat: Moottorin arkisto

Lähteet:

Auto, Motor und Sport 18/2017 s. 16–17.
Opinnäytetyö: Tuukka Lehkonen Euro 6 ja EPA Tier 3 sekä WLTP ja RDE: vuonna 2017 voimaan tulevat päästöstandardit ja testikäytännöt Metropolia Ammattikorkeakoulu Insinööri (AMK) Auto- ja kuljetustekniikka Insinöörityö 19.5.2016

Uudistunut ADAC-Ecotest paljasti valtavia eroja pakokaasupäästöissä