給油時エバポとvoc、大気オゾンの関係 - kanagawa...
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給油時エバポとVOC、大気オゾンの関係-含ORVRシステムの説明-
2014年1月29日
神奈川県シンポジウム『ガソリンベーパーを考える』
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2014年1月29日
日産自動車(株)
環境・安全技術渉外部
岡山 紳一郎
VOCは、オゾン生成要因の1つ
・VOCはオゾン生成要因の1つである。・Top事象はオゾンの大気環境基準達成であり、
VOCの大気環境基準は存在しない(VOCはPM2.5の2次生成にも関与あり)
光化学反応で生成する大気中のオゾン大気環境基準
4
自動車起因VOC
工場排出VOC
家庭起因VOC
植物起因VOC・・・
駐車時エバポ※DBL
給油時エバポ排気HC
NO2
走行時エバポ※RL
停車直後エバポ※HSL
※)詳細は、Appendix参照
要因群
NO2 オゾン CO
Annual 24H平均 1H平均 8H平均 1H平均 24H平均 8H平均 1H平均
日本 -0.04-0.06ppm
- - 0.06ppm10ppm
20ppm -
米国
日米欧のNO2、オゾン等空質基準
日本のオゾン1時間平均基準値は世界的にも厳しい
5
米国(連邦)
0.053ppm - 0.100ppm 0.075ppm提案:0.06-0.07
- - 9ppm 35ppm
米国(加州)
0.030ppm - 0.18ppm 0.070ppm 0.09ppm -
9.0ppm(6ppm:8H 8H Lake Taohe)
20ppm
EU40μg/m3【0.021ppm】
- 200μg/m3【0.106ppm】
120μg/m3【0.06ppm】
- -10mg/m3【9ppm】
-
WHOガイドライン
40μg/m3【0.021ppm】
-200μg/m3【0.106ppm】
100μg/m3【0.05ppm】
- - - -
ガソリン車からの蒸発ガス=エバポとは?燃料蒸発ガスとは、①破過(ガソリンベーパー)と
②透過(パーミエーション)、③給油時エバポ(ガソリンベーパー)
チェックバルブベントライン ベーパーライン
ロールオーバーバルブ
パージコントロールバルブ②透過
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給油口拡大図③給油時エバポ
キャニスタ
燃料ホース
①破過
出典:JSAE Symposium 2013.11.15、岡山ら
日本の自動車のエバポ/ガソリンスタンドのVOC排出量
思いのほか、植物VOCが多い!!!全人為起源VOC排出量比;自動車エバポ=3.7%、
燃料蒸発(給油ロス)=5.3%。
拡大図
2010年推計
11出典:JATOPデータより作図 VOC量 kt/year
オゾン低減に対する給油時VOCのポテンシャル
・給油時VOCはアルカン類が主であり、
オゾンになりにくい(MIRが低い)成分が主である。
オゾン低減を考える場合、VOCのTotal値で議論しても解決にならない。
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⇒VOCの個別成分に注目する必要がある。
☆オゾン反応性:MIR:Maxim Incremental Reactivityに注目すべき (詳細は、Appendix参照)
Less than 30 degrees
<b.p.>
Regular
40
60
80
Ratio %, (End Air -Start Air)/ HC Total
エバポ中の個別物質とオゾン反応性:MIR②
Fuel
Paraffin
Olefin
Aroma
Fuel DBL
Paraffin
Olefin
Aroma
給油時は概ね30℃以下であり、アルカンが多い⇒(オゾン生成能低い)
Less than 30 degrees
<b.p.> 給油時成分
14
0
20
Ratio %, (End Air
1.35
1.54
6.26
1.44
1.28
1.33
1.68
2.69 0.
81
11.2
63.97
11.2
2 7.18
6.61
7.49 -8
.49
6.61
6.61
オゾン反応性
MIR 左から蒸発温度の低い順に
物質を並べた
最大ozone発生=MIR×個別HC*MIR:オゾン反応性
出典:JSAE Symposium 2013.11.15、岡山ら
エバポ中の個別物質とオゾン反応性:MIR③
Fuel
Paraffin
Olefin
Aroma
Fuel DBL
Paraffin
Olefin
Aroma
Regular
20
30
40
Ratio %, (End Air -Start Air)/ HC Total
DBL成分
DBLはアロマ:トルエン等が多い⇒(オゾン生成能高い)透過もあることに留意すること
DBL:Diurnal Breathing Loss
15
オゾン反応性
MIR
0
10
Ratio %, (End Air
1.35
1.54
6.26
1.44
1.281.33
1.68
2.69 0.
81
11.2
63.97
11.2
2 7.18
6.61
7.49 -8
.49
6.61
6.61
左から蒸発温度の低い順に物質を並べた
最大ozone発生=MIR×個別HC*MIR:オゾン反応性
出典:JSAE Symposium 2013.11.15、岡山ら
オゾン低減のためのエバポに関する見解給油時エバポ:燃料の蒸発特性とオゾン反応性MIRから見て、沸点30℃以下のアルカン(MIR1前後)が多い⇒オゾンへの影響ポテンシャルは小さい
DBLエバポ:ホース等からの透過が多いことから、・4-メチル-1-ペンテン(MIR6.26)・トルエン(MIR3.96)
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・トルエン(MIR3.96)・キシレン類(MIR7.49-8.49)の寄与が多い
⇒オゾンへの影響ポテンシャルは大きい
疑問:VOCを40%以上低減した固定発生源対策でも、
オゾンは下がっていない。(MIRが高いトルエンも低減)
固定発生源のVOC低減とオゾン低減効果日本:固定発生源が、40%以上のVOC低減を行ったが、
オゾンは改善せず。
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出典:河川構造物管理研究セミナー2013.3.7、(独)土木研:富山ら
出典:環境省HP2013より2011年度データの解析結果
A、B、C点は、VOC低減でオゾンを低減可能
NOx、VOC濃度と日最大オゾンの関係同じオゾン濃度でも、VOC低減でオゾンが減る場所と増える場所がある。⇒大気中のNOx/VOC比の解明が必要
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D点は、VOC低減でオゾンが増加
あなたの町はどっち?
出典:JSAE Symposium 2013.11.15、岡山ら
給油時エバポ対策でのオゾン対策の見通し
給油時エバポを減らすことで、VOCの低減は可能。
しかし、オゾンは下がらない可能性がある。
⇒現在、環境省が主催で、国環研等の研究機関が集まり、
All Japanで、オゾン生成メカニズムや要因を研究解明中。
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現時点では、このような科学的知見の解明が重要であり、
All Japanで総力を上げて取り組むべき時期であると認識。
自動車も、業界として解明に努力している。
☆この結果が出れば、対策の方向性が見えると期待!
ORVRシステム概要
コントロールバルブ
シグナルライン チェックバルブ
循環ライン ベーパーライン
ORVRシステム代表例
①キャニスター大型化②燃料タンク関連システム部品
の大幅な変更が必要となる
ORVR化により変更・追加される部品
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ロールオーバーバルブ
コントロールバルブ 循環ライン ベーパーライン
キャニスター大型化
給油量規制バルブ
パージコントロールバルブ
(従来システムは、Appendix参照)
ORVRシステムのKey point①給油管のLiquid sealによるべーパー放出防止
②発生べーパーを吸着する十分な大型キャニスタ
③給油ノズル自動停止(オートストップ)時の吹き返し防止
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給油管を細径とし、給油ノズルと給油管を燃料によりシールしてべーパーの洩れを防止
①③
③ ②
オートストップしにくいノズルと給油管の位置関係
①
23
日本独自車(軽トラック、バン)でのORVR対応課題について
課題
①絶対的に給油口高さ(ヘッド差)が少ないので、給油時のベーパーをキャニスターに十分押し出せず、給油口からベーパーが漏れやすい。
②給油口にORVRの機能部品(配管等)が、ヘッド差少ない為、液没してしまい十分な機能が期待できない。また、Liquid sealの成立ゾーンも限定される。
①ヘッド差が少なくベーパーをキャニスター側に押し出せない。
キャニスター 給油ガン
燃料タンク
②機能部品が液没してしまう。Liquid seal
の成立ゾーンも狭い
差圧弁 ベーパーの流れ
☆ORVRを実施した場合の給油装置側の対応
1.給油ノズルの外径及び寸法の規格化⇒最近の日本では、ISO規格合致で、見通しあり
自動車にORVRを実施した場合も、以下の給油スタンド側の対応が不可欠
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2.給油流速上限の規定⇒スタンド計量機の交換が必要
3.燃料蒸気圧(RVP)の上限規定の厳守⇒石連各社で既に実施
ORVRを実施した場合のガソリンスタンド側対応
ORVR対応給油管はLiquid sealの為に細径化が必要。下記のノズル寸法が重要である。
対応:1、給油ノズルの外径及び寸法の規格化
US連邦法規(参考)•ノズル外径:21.34mm以下•ノズル直線部長さ:63.4mm以上
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ノズル外径
給油管内径通常:φ35~φ40程度ORVR:φ25程度
•スプリング迄の長さ:76.2mm以上
ORVRを実施した場合のガソリンスタンド側対応
給油流速が速すぎると、タンク内圧が増加し、給油時の早期オートストップや吹き返しが懸念される。⇒スタンド計量機の交換が必要。(補助金等、政治施策の必要性議論に波及する可能性)
対応:2、給油流速上限の規定
US連邦法規(参考)
2.5
26
US連邦法規(参考)•給油流速:4~10Gallon/分(約15~38L/分以下)
0
0.5
1
1.5
2
10 20 30 40 50
タンク内圧(kPa)
給油流速(L/分)出典:JAMA
全体まとめ
・ORVR車+給油スタンドの改修、
(または、Stage2導入)で、 給油時VOCは低減可能。
・但し、オゾン等の大気改善効果は不確定。
・不確定な部分に、補助金等の社会コストを投入すべきか、
対策施策を検討する際、熟慮が必要
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提案:①神奈川県、横浜市、川崎市等の環境研究所の力を十分に活用し、
国と共同で、関東圏のオゾン生成メカニズム、要因解析に社会コストを使うべき。
②要因解析が明確になったうえで、社会コストの投資を如何にすべきか、
議論すべき。
ご清聴、ありがとうございました。Thank you for your attention !
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以下 Appendix資料
平成26年1月29日(水)「『ガソリンベーパー』を考えるシンポジウム」配布資料(資料に関する問い合わせ先:神奈川県大気水質課大気環境グループ 電話 045-210-4111)
PM10PM7相当(SPM)
PM2.5
Annual 24H平均 24H平均 1H平均 Annual 24H平均
日本 - - 0.10mg/m3 0.20mg/m3 15μg/m3 35μg/m3
参考)日米欧のPM空質基準の紹介日本では、SPMやNO2の環境基準は、ほぼ達成したが、欧米同様、新たにPM2.5空質基準が追加された
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米国(連邦)
- 150μg/m3 - -15μg/m3↓
12μg/m3強化
35μg/m3
米国(加州)
20μg/m3 50μg/m3 - - 12μg/m3 -
EU 40μg/m3 50μg/m3 - - 25μg/m3 -
WHOガイドライン
20μg/m3 50μg/m3 - - 10μg/m3 25μg/m3
SO2 ベンゼン Pb
Annual 24H平均 1H平均 Annual 1H平均 Annual3/1ヶ月平均
日本 - 105μg/m3 266μg/m3 3μg/m3 --
-
米国80μg/m3 365μg/m3 - - - -
0.15/-
参考)日米欧のSO2等の空質基準
未規制物質関係の基準は、無い国もあり
30
(連邦)80μg/m3 365μg/m3 - - - -
μg/m3
米国(加州)
- 105μg/m3 665μg/m3 - - - -/1.5μg/m3
EU-
125μg/m3350μg/m3 5μg/m3 - 0.5μg/m3 -
WHOガイドライン
- 20 μg/m3 -
(1.7μg/m3死亡リスク1×10-5
相当)
- 0.5μg/m3 -
参考)現状の燃料蒸発ガス回収システム概要
現状システム代表例
駐車時:DBL、走行中:RL、停車直後:HSLの蒸発ガス回収に対応キャニスタに蓄積した蒸発ガス成分は、走行時にエンジンが吸引する。
DBL:Diurnal Breathing LossRL:Running Loss
HSL:Hot Soak Loss
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現状システム代表例チェックバルブベントライン ベーパーライン
ロールオーバーバルブ
キャニスタ
パージコントロールバルブ
HSL:Hot Soak Loss
参考)エバポ中の個別物質とオゾン反応性:MIR①
Regular
10
20
30
40
Ratio %, (End Air - Start Air)/ HC Total
Fuel
Paraffin
Olefin
Aroma
Fuel DBL
Paraffin
Olefin
Aroma
給油時とDBLの成分把握を実施した。試験燃料の蒸発特性を下記に示す。
試験燃料の蒸発特性
DBL:Diurnal Breathing Loss
32
0
10
2-M-Propane
n-Butane
2-M-Butane
n-Pentane
CyPentane
4-M-1-Pentene
Benzene
n-Heptane
2,2,4-TriM-Pentane
Toluene
Xylene
1-M-3-E-Benzene
1-M-4-E-Benzene
1,3,5-TriM-Benzene
1-M-2-E-Benzene
1,2,4-TriM-Benzene
1,2,3-TriM-Benzene
Ratio %, (End Air - Start Air)/
1.35
1.54
6.26
1.44
1.28
1.33
1.68
2.69 0.
81
11.2
63.97
11.2
2 7.18
6.61
7.49 -8
.49
6.61
6.61
オゾン反応性
MIR
最大ozone発生=MIR×個別HC*MIR:オゾン反応性
左から蒸発温度の低い順に物質を並べた
出典:JSAE Symposium 2013.11.15、岡山ら
参考)MIRから見た、当該地域でのオゾン低減への課題
NOx‐VOCバランスのBest点であれば、オゾンの低減効果は最大になる
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出典:中環審大気環境部会揮発性有機化合物測定方法専門委員会(第4回)を改編
:VOC↑ またはNOx↓
:VOC↓ またはNOx↑ ①
②
①
②
出典:JSAE Symposium 2013.11.15、岡山ら
参考)最近の日本:給油ガン情報日本仕様で評価ISO規格を導入し、US規格に近づきつつある。
US法規
21.34以下
63.4以上
76.2以上
35
76.2以上
出典:セルフスタンドにおける給油時の安全確保に関する検討会報告書:平成19年3月総務省消防庁危険物保安室資料
単位:mm
参考)最近の日本:給油流速情報フルスタンドの上限流速が、US基準を満足せず。
⇒ガソリンスタンドの計量機の変更が必要
US法規
15~38
15~38
36
15~38
出典:セルフスタンドにおける給油時の安全確保に関する検討会報告書:平成19年3月総務省消防庁危険物保安室資料
単位:L/min
参考)PM2.5の新たな課題=2次粒子生成
2次粒子:ガス成分が光化学反応で粒子化2次粒子の原因となるガス成分にも注目すべき!
光化学反応
●。
。
。 。。
。
●●
。
●●
●
大気
光化学反応NOx
VOC
HClSOx
NH3有機2次粒子 無機2次粒子
37
PMPMPM
●
●
●
●
● ●
●
●。
。
。
。
● 。
。
。
。
●
。。
●
CO
NOx
PM
NOx
VOC
有機2次粒子 無機2次粒子
O3 NO2
1次粒子
●
●
●
●
● ●
●
●。
。
。
● 。
。
。
。。
。
●
●
●
●
●
● ●
●
●。
。
。
● 。
。
。
。。
。
●
出典:JSAE Symposium 2012.2.21、岡山ら