1 本報告の概要１．背景（１）IMOにおけるBCに関する議論（２）IMO下の汚染防止・対応小委員会（Sub-Committee on Pollution Prevention and Response, PPR）における検討状況２．本報告（１）前報概要及び本報告の目的（２）計測・分析方法（３）計測･分析結果（４）まとめ平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 2 IMOにおけるBCに関する議論 ●2011年7月のIMO第62回海洋環境保護委員会（MEPC62）において，「国際海運から排出される BCが北極圏に及ぼす影響」について調査を行い，規制の必要性について検討すべきことが合意された． ●IMO汚染防止・対応小委員会（PPR）において，具体的にBCに関することが検討されている．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 3 PPRにおける検討状況 1. 国際海運から排出されるBCの定義「光を吸収する炭素成分（Light Absorbing Carbonaceous Components, LAC）」をベースとして定義を定める方向で検討． 2. 船舶から排出されるBCの計測方法フィルタ式スモークメータ（Filter Smoke Number, FSN）が有力視されながらも，レーザ誘導発光法，マルチアングル吸光法，光音響法，温度化学種法（熱光学法）も含め引き続き検討． ⇒本報告では主としてFSNについて検討． 3. BC排出を削減するための適切な制御方法についても今後検討． 2014年2月3-7日開催のPPR 1での検討状況：平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 4 前報概要 C重油、舶用特性75%負荷・各種BC計測装置の測定結果からそれぞれの装置メーカの換算式によりスート濃度に換算． EC/OC のみ拡大 3] Concentration [mg/m3] Soot Concentration [mg/m 250 200 150 Soot Concentration [mg/m Concentration [mg/m3] 3] 35 ⇒スート濃度はPM中のEC濃度に相当． 2013/01計測 30 ・硫酸塩エアロゾルは光をほとんど吸収しないため１），BCの光吸収の影響を考える場合， 25 OC 2013/01計測 20 15 ⇒PM濃度は指標としては不適切． 10 5 Soot Soot Soot Soot EC 0 Sulfate その他 + Ash 100 C重油 50 0 Soot Soot Soot Soot OC EC 硫黄濃度とPM排出率との関係１）中山，エアロゾル研究，Vol.27，No.1(2012)，p13-23．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 5 本報告の目的 BC計測方法の計測結果がPM中のEC濃度に相当していたことを踏まえ，「 PM中のEC濃度が光吸収上昇（増加）の適切な指標である」であるかどうかを確認するため，・PM計測及びPM組成分析（温度化学種法（熱光学法）によるEC・OC分析）・BC計測方法による測定を再度実施し，追加計測として，・光吸収計測を実施して，BC計測－光吸収の相関を調べる．その結果より，今後のPPRにおけるBC計測方法の議論に資することを目的としている．供試機関：㈱松井鉄工所製 MU323DGSC，3気筒4サイクル，定格出力 257kW（420rpm）平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 6 PM計測及びPM組成分析 ●P M 計測：JIS B 8008-1:2000準拠のエフテクノ社製 MIT-2000CT ●PM組成分析：温度化学種法（熱光学法）によるEC・OC分析． IMPROVE Protocol準拠のSunset Laboratory社製 Model-4 分析条件は以下の表の通り．なお，フィルタ試料は石英フィルタを用い，PM計測手順に沿って捕集．温度化学種法（熱光学法）分析条件炭素フラクション分析温度(℃) OC1 120 OC2 250 OC3 450 OC4 550 EC1 550 EC2 700 EC3 800 分析雰囲気 He He He He 2 98 5%O2+95%He 98 2 5%O2+95%He 2 98 5%O2+95%He （炭素フラクションの定義：各測定条件の分析雰囲気により発生する炭素）平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 7 BC計測方法 ●フィルタ式スモークメータ（AVL社製415S）排ガスをフィルタに捕集してそのフィルタ試料に可視光を入射し，反射率を計測．排ガス光源検出器ろ紙供給 ●レーザスモークメータ（司測研社製LEX-635S）排ガス中に赤色光(650nm)を入射し，光の減衰及び散乱(粒径により使い分ける)を計測．レーザ光演算処理検出器で透過光を計測 120℃加熱なお，計測結果は，それぞれの装置メーカの換算式により排気中スート濃度に換算平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 8 スートによる光吸収量の算出① ●サンプルの作製 PM計測時に，別途，時間を変えて石英フィルタ上に試料を捕集 A重油発電特性 25% 捕集時間 5分 10分 15分 ●サンプルの光吸収測定紫外可視近赤外分光光度計 V-670 （日本分光）シングルモノクロメータ・ダブルビーム方式＋積分球ユニット ISN-723 （日本分光）計測波長範囲： 275 ～ 2500 nm 平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 9 スートによる光吸収量の算出② フィルタ上に捕集された試料について全波長範囲で光吸収特性を測定 Spectral Irradiance W/m2/nm Spectral Irradiance W /m‐2 nm ‐1 100 90 光吸収率 % 80 70 60 A重油, 発電25%負荷 10分捕集フィルタ 50 石英フィルタ 40 30 石英フィルタ上のスートにより光吸収率上昇地上に届く太陽光のエネルギスペクトル北極海域の氷上にススが落ちた時の光吸収率上昇 20 10 大気上端での太陽光スペクトル 2 地上での太陽光スペクトル 1.5 1 0.5 0 0 0 500 1000 1500 2000 Wavelength nm 2500 3000 波長ごとに掛け算してススが吸収するエネルギ量を計算 2.5 光吸収エネルギ光吸収エネルギW /m‐2 nm ‐1 W/m2/nm 2.5 地表でA25フィルタが吸収するエネルギ 2 1.5 1 0.5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavelength nm 275 波長250nm～2500nm の範囲で積分 →吸収エネルギ量を計算 →PM,EC量との関係を検討 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavelength (nm) 平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 10 BC計測方法とEC濃度との比較 20 Concentration [mg/m3] Concentration [mg/m3] 20 15 10 5 0 Filter S.N. Laser S.N. 15 10 5 0 Filter S.N. EC A重油舶用特性７５％負荷時 EC A重油発電特性２５％負荷時 100 Concentration [mg/m3] Concentration [mg/m3] 100 Laser S.N. 80 60 40 20 0 Filter S.N. Laser S.N. EC C重油舶用特性７５％負荷時 80 60 40 20 0 Filter S.N. Laser S.N. EC C重油発電特性２５％負荷時 BC計測方法とEC濃度との比較 • A重油発電特性25%負荷時の測定結果を除き，前報と同様，おおよそではあるが，スート＝ECの傾向． • A重油発電特性25%負荷時の測定結果のみ，BC計測方法によるスート換算値はEC濃度よりも低い傾向．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 11 光吸収の実験条件による比較 PM及びEC捕集重量は，サンプリング時間を変えることでフィルタ捕集量を調整 900 太陽光熱吸収量, W 2 太陽光熱吸収量，W/m 太陽光熱吸収量, W 2 太陽光熱吸収量，W/m 900 850 800 A重油, 発電25% A重油, 舶用75% 750 C重油, 発電25% 850 800 A重油, 発電25% A重油, 舶用75% C重油, 発電25% 750 C重油, 舶用75% C重油, 舶用75% 700 0 10 20 30 40 50 700 60 0 PM捕集重量, mg 2 太陽光熱吸収量, W 太陽光熱吸収量，W/m 太陽光熱吸収量, W 2 太陽光熱吸収量，W/m 850 800 A重油, 発電25% 750 15 850 800 A重油, 発電25% A重油, 舶用75% 750 C重油, 舶用75% A重油, 舶用75% 700 700 0 1 2 3 4 5 PM捕集重量, mg PM捕集重量と光吸収との関係 • 10 900 900 • 5 EC捕集重量, mg 0 1 EC捕集重量, mg 2 3 EC捕集重量と光吸収との関係 A重油発電特性25%負荷時のみ，PM及びEC捕集量が増加すると光吸収が増加する傾向．その他の条件についてはA重油発電特性25%負荷時と比較して，PM及びEC捕集重量による光吸収特性への影響は小さい傾向．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 12 OCのECに対する比率と光吸収の関係 A重油発電特性25%負荷時以外の条件において，OC成分のEC成分に対する比率と光吸収との関係を整理した．太陽光熱吸収量, W/m2 2 太陽光熱吸収量，W/m 880 870 A重油，舶用75% C重油，発電25% C重油，舶用75% 860 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 OC/EC OC成分のEC成分に対する比率と光吸収との関係 A重油発電特性25%負荷時以外の条件においては： • 燃料油に関係なく，OC成分のEC成分に対する比率によって太陽光熱吸収量は決定． • OC成分のEC成分に対する比率が大きいほど光吸収が低くなる傾向．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 13 OCフラクションの実験条件による比較実験条件毎の炭素フラクション中の，OCフラクション（OC1, OC2, OC3, OC4）について整理． 1 0.8 上から順に： OC4(550℃）比率 0.6 OC3(450℃） OC2(250℃） 0.4 OC1(120℃） 0.2 0 A油舶75% A油電25% C油舶75% C油電25% 各実験条件でのOCフラクションの比率 • A重油発電特性25%負荷時のみ，OCフラクションが他の実験条件と異なる傾向．（OC2フラクションがとりわけ多い） • よって，OCフラクション特性の影響によって光吸収低下があることが示唆．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 14 まとめ1 •BC計測方法によるスート換算値は，主として EC成分に相当する． •OC成分が多いと，光吸収は低くなる傾向がある． •特にOCフラクション特性による光吸収低下への影響が大きいと考えられる． •EC成分と光吸収特性との相関はあるが，OCフラクション特性によっては，光吸収特性を適切に捉えることが出来ない場合がある．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 15 まとめ2 •フィルタ式スモークメータ，レーザスモークメータともに， OCフラクション特性の影響により実際のEC成分よりも低い計測値を示している．(A重油発電特性25%負荷時） •このことからフィルタ式スモークメータ及びレーザスモークメータともに，EC成分だけでなく光吸収特性を反映していることからBCを測定するには適切と考えられる．謝辞本研究の一部は，AVL Japan株式会社，株式会社司測研及び東京ダイレック株式会社の多大なるご協力の下で行われた．ここに謝意を表します．平成26年度(第14回)海上技術安全研究所研究発表会 16