Characterization of a diffusion charger based sensor and measurement of particulate matter in diesel emissions

摘要

Ilmansaasteet ovat nykypäivänä yksi suurimmista ongelmista ihmiskunnalle. Ilmastonmuutoksen lisäksi saasteiden sisältämien pienhiukkasten on tutkittu aiheuttavan terveyshaittoja ja jopa kuolemia. Diesel-ajoneuvojen osuus pienhiukkaspäästöistä on merkittävä erityisesti tiheään asutuissa maissa. Tämän opinnäytetyön mittaukset ja tulokset ovat osa TAQIITA-projektia, joka liittyy erityisesti Intian ilmanlaatuongelmiin. Tässä opinnäytetyössä tehdyllä tutkimuksella pyritään edistämään sitä, että kaupunki-ilmaa voitaisiin tulevaisuudessa mitata uudella tavalla ja kustannustehokkaasti.Tutkimuksen ensimmäinen vaihe oli hiukkasten sähköiseen varaukseen perustuvan eFilter-mittalaitteen toiminnan karakterisointi, jonka avulla selvitimme laitteen soveltuvuutta päästömittauksiin. Tutkimuksessa havaittiin, että eFilterin toiminta on normaaliasetuksilla luotettavinta suunnilleen hiukkaskokovälillä 50 – 500 nm. Laitteen toiminnan havaittiin olevan samanlaista sekä neutraaleja että kerran varattuja hiukkasia mitattaessa. Hiukkaspitoisuuden suuruudella ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta mittaustarkkuuteen. Epävarmuutta tulosten luotettavuuteen aiheuttivat laitteen signaalin taustakohina, sekä odottamattomat mittaussignaalin notkahdukset. Jos nämä ongelmat saadaan laitteesta poistettua tai minimoitua, niin laite on ominaisuuksiltaan hyvin sopiva liikenteen päästöjen mittaukseen.Toisena tutkimusvaiheena oli selvittää ohiajomittauksen avulla, kuinka dieselmoottorin päästöjen sähköisesti varautuneet hiukkaset käyttäytyvät ilmassa etäisyyden sekä ajan funktiona. Lisäksi tutkimme eri ajotilanteiden vaikutusta varautuneiden hiukkasten osuuteen sekä eFilterin toimintaa kyseisissä mittauksissa. Tutkimuksen tulosten mukaan varautuneiden hiukkasten osuus taustailman kokonaishiukkaspitoisuudesta oli noin 60 %. Vakionopeudella 40 km/h ohi ajavan dieselauton päästöissä varattujen hiukkasten osuus oli yhden metrin etäisyydeltä mitattuna noin 75 %. Jatkuvasti kiihdyttäen ajavan auton päästöissä puolestaan vastaava osuus oli 40 %. Tutkimuksissa ei havaittu merkittävää muutosta varattujen hiukkasten osuudessa etäisyyden tai ajan funktiona, kun tutkittu maksimietäisyys päästölähteestä oli 7 m ja päästön maksimiaika ilmassa 30 s.Näiden tutkimusten perusteella tulevaisuudessa olisi tärkeää tutkia päästöjen sisältämien varautuneiden hiukkasten osuuden muutoksia mitaten pidempiä aikavälejä sekä suurempia etäisyyksiä. Lisäksi hiukkasia tulisi tutkia kokoluokittain, jotta saataisiin tarkempaa tietoa esimerkiksi nukleaatiomoodin merkityksestä varattujen hiukkasten kokonaisosuudelle.