Composition specific volatility of particles emitted by marine engine

Nykypäivinä laivaliikenteessä käytetyt moottorit ovat lähes aina dieselmoottoreita, joiden polttoaineena käytetään esimerkiksi raskasta tai keskiraskasta polttoöljyä. Toisaalta myös uudet ja ympäristöystävällisempinä pidetyt polttoainevaihtoehdot, kuten nesteytetty maakaasu, ovat yleistymässä laivaliikenteelle suunniteltujen tiukentuvien päästörajoitusten vuoksi. Laivaliikenteen pakokaasupäästöjen vähentämiseksi nykytasosta ja esimerkiksi eri polttoaineille sopivien tehokkaiden pakokaasun jälkikäsittelymenetelmien kehittämiseksi on pakokaasupäästön fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet tunnettava hyvin. Tässä työssä tutkittiin laivamoottorista emittoituvien hiukkasten ominaisuuksia eli kokojakaumaa, lukumääräpitoisuutta ja haihtuvuutta kahden erillisen mittauskampanjan osalta. Lisäksi päästöhiukkasten kemiallinen koostumus ja yksityiskohtaisempi haihtuvuus kemiallisin komponenteittain määritettiin ensimmäisen mittauskampanjan aerosolimassaspektrometridatasta. Primääripäästöhiukkasten lisäksi tässä työssä käsitellään ikäännytetyn hiukkaspäästön ominaisuuksia. Ensimmäisessä SEA-EFFECTS BC -projektin osana toteutetussa mittauskampanjassa testimoottori oli 1,6 MW:n diesellaivamoottori. Jälkimmäistä HERE-projektin osana toteutettua mittauskampanjaa varten kyseinen dieselmoottori muunnettiin myös maakaasulla toimivaksi rinnakkaispolttoainemoottoriksi. Ensimmäisessä mittauskampanjassa tutkitut moottorikuormat olivat 25 % ja 75 % sekä jälkimmäisessä 40 % ja 85 %. Tutkitut polttoaineet dieselmoottorille olivat raskas ja keskiraskas polttoöljy, meridiesel ja biopolttoaine. Rinnakkaispolttoainemoottorin polttoaineena käytettiin maakaasua sekä matalalla että korkealla pilottipolttoainemäärällä, kevyttä polttoöljyä ja meridieseliä. Pilottipolttoaine oli kevyttä polttoöljyä. Kummallakin testimoottorilla laivamoottoripäästöstä mitattujen hiukkaskokojakaumien huippukohdat havaittiin alle 100 nm:n hiukkaskoossa sekä primääripäästön että ikäännytetyn päästön tapauksissa kaikissa tutkituissa mittaustilanteissa. Aerosolimassaspektrometrimittausten perusteella sekä dieselmoottorista suoraan emittoituvan primääripäästön että ikäännytetyn päästön havaittiin sisältävän merkittävät massapitoisuudet orgaanisia yhdisteitä ja mustaa hiiltä kaikilla polttoaineilla. Polttoaineen rikkipitoisuuden kasvaessa päästöhiukkasista havaittavan sulfaatin määrä kasvoi. Kaikilla polttoaineilla ikääntyneen päästön hiukkasista mitatut sulfaatin ja nitraatin massapitoisuudet olivat huomattavasti suurempia primääripäästöön verrattuna. Kemiallisista komponenteista orgaanisten yhdisteiden ja sulfaatin haihtuvuus pystyttiin määrittämään hiukkaspäästöstä parhaiten ja yleisesti puolet niiden massapitoisuudesta oli haihtunut alle 150 °C:n lämpötiloissa kaikissa tarkastelutilanteissa, kun vertailukohtana käytettiin 45 °C:ssa havaittuja massapitoisuuksia

Sulfuric Acid and Nanocluster Aerosol Measured in an Urban Street Canyon of Helsinki, Finland

New particle formation (NPF) in urban air is important for human health and various atmospheric processes. Gaseous sulfuric acid (GSA) is often shown to be associated with NPF. However, its connection to 1‐3 nm sized particles, called nanocluster aerosol (NCA), has not been widely studied in traffic‐related environment. NCA concentration is an important quantity in terms of NPF because it is connected to the initial steps of the particle growth process. However, according to recent findings, NCA can be a direct result of road traffic emissions in urban areas rather than being connected to the atmospheric nucleation process often induced by photochemistry. While GSA and sub‐3 nm particles have been concurrently measured in continental pristine and background areas, we present the first simultaneous measurement of GSA and NCA at urban roadside areas. This enables better understanding of the formation process of NCA and its connections to, e.g., traffic density. The GSA concentration was measured in a street canyon (traffic density: 28 000 vehicles/weekday, 10% heavy duty vehicles) using a nitrate‐based chemical‐ionization atmospheric‐pressure‐interface time‐of‐flight mass spectrometer (CI‐APi‐TOF) in May 2017. The measurement was performed in a Supersite air quality monitoring station located near the city center of Helsinki, Finland. The continuous time series of GSA concentration provides information on the diurnal variation of the GSA concentration, and the influence of solar radiation, traffic density, and other environmental variables on the GSA concentration. The NCA concentration was measured simultaneously at the same location using an Airmodus Particle Size Magnifier (PSM) and a TSI Condensation Particle Counter (CPC). In addition, also other aerosol and gas measurement devices were used in the campaign. The highest GSA concentrations were observed during the rush hours but increased concentrations were also observed after midnight, when the traffic density was the lowest. The diurnal variation of the GSA concentration had a correlation with the diurnal variation of the NCA concentration