Ilmakehän pienhiukkaset tappavat miljoonia ihmisiä vuosittain ennenaikaisesti ja niillä voi olla myös ilmastoa lämmittävä vaikutus. Haitallisten pienhiukkasten vähentäminen on siksi tärkeää. Tutkimus eri päästölähteiden pienhiukkaspäästöistä auttaa kohdistamaan päästöjen rajoitustoimenpiteet oikein ja siirtymään kohti terveydelle ja ilmastolle vähiten haitallisia teknologioita.
Diplomi-insinööri Jenni Alasen väitöskirjatutkimuksessa mitattiin hiukkaspäästöjä kahdesta erikokoisesta maakaasumoottorista. Tutkimuksessa selvitettiin pakokaasuhiukkasten ominaisuuksia pakoputkessa, tuoreessa ilmakehään päässeessä pakokaasussa sekä pidempään ilmakehässä viipyneessä pakokaasussa. Ennen väitöskirjatyötä maakaasumoottoreiden hiukkaspäästöjä oli tutkittu suhteellisen vähän. Esimerkiksi halkaisijaltaan alle 5 nanometrin hiukkasten päästöstä tai hiukkasmassasta, joka syntyy maakaasumoottoreiden pakokaasusta ilmakehässä tuntien tai päivien jälkeen päästötapahtumasta, ei ollut julkaistu vielä lainkaan tutkimusta.
– Tutkimuksessani onnistuttiin mittaamaan maakaasumoottoreiden pakokaasusta pienempiä hiukkasia kuin koskaan ennen. Havaitsin, että maakaasumoottorit voivat päästää ilmakehään merkittäviä määriä näitä kaikkein pienimpiä hiukkasia. Vaikka maakaasumoottorit päästävät tyypillisesti vain vähän nokihiukkasmassaa, täytyy niiden hiukkaspäästöön silti kiinnittää huomiota, Alanen toteaa.
Mittaustulostensa perusteella Alanen esittää, että maakaasumoottorin tuore hiukkaspäästö koostuu suurimmaksi osaksi pakokaasun jäähtyessä syntyneistä nukleaatiohiukkasista, pienistä pallomaisista voiteluöljyperäisistä hiukkasista ja nokihiukkasista. Näiden lisäksi hiukkaspäästö sisältää joukon erittäin pieniä polttoaineperäisiä kiinteitä hiukkasia.
Maakaasumoottorin pakokaasua simuloitiin läpivirtauskammiolla
Tuntien ja päivien kuluessa ilmakehässä voi muodostua moninkertaisesti hiukkasmassaa, kun maakaasumoottoreiden pakokaasujen kaasumaiset yhdisteet hapettuvat ja sitten siirtyvät hiukkasiin. Tutkimuksessa simuloitiin ensimmäistä kertaa läpivirtauskammion avulla maakaasumoottorin pakokaasun potentiaalia muodostaa hiukkasmassaa ilmakehässä.
Alanen havaitsi, että tämä hiukkasmassa koostui sekä orgaanisista että epäorgaanisista yhdisteistä, jotka olivat peräisin moottorin voiteluöljystä ja osittain ureasta, jota käytetään myrkyllisten typen oksidien vähentämiseen pakokaasujen jälkikäsittelyjärjestelmissä.
– Kun moottoreiden pakokaasupäästöistä on kattava ja totuudenmukainen kokonaiskuva, voidaan teknologioista valita käyttöön ne ympäristöystävällisimmät. Näin myös viranomaiset voivat rajoittaa moottoreiden päästöjä lainsäädännöllä entistä tarkoituksenmukaisemmin, Jenni Alanen kertoo.
Tutkimus tehtiin Tampereen yliopiston, Helsingin yliopiston Ilmatieteen laitoksen ja VTT:n yhteistyöprojekteissa. Yhteistyö mahdollisti kattavan mittauslaitteiston käytön ja monipuolisen tutkijoiden osaamisen hyödyntämisen. Mittaukset on tehty vuosina 2014–2016 ja tulokset on julkaistu vertaisarvioituina tieteellisissä julkaisuissa vuosina 2015–2020.
Jenni Alanen työskentelee nykyään kehitysinsinöörinä AGCO Powerilla, joka valmistaa työkoneiden moottoreita Nokialla. Työssään hän varmistaa, ja että työkoneiden pakokaasupäästöt ovat alhaiset ja että pakokaasun jälkikäsittelylaitteet toimivat asiakkaiden työkoneissa toivotulla tavalla.
Diplomi-insinööri Jenni Alasen aerosolitekniikan alan väitöskirja Aerosol particle emissions from natural gas engines tarkastetaan Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa 6.5.2022 klo 12 Tietotalon salissa TB109 osoitteessa Korkeakoulunkatu 10, Tampere. Vastaväittäjänä toimii professori Hanna Vehkamäki Helsingin yliopistosta ja kustoksena professori Topi Rönkkö Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.
Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2356-1
Väitöstilaisuutta voi seurata myös etäyhteydellä (Panopto).