Raskaan dieselmoottorin tuottamien hiukkasten pinta-ala ja keuhkodeposoituva pinta-ala

Abstract

Aerosolihiukkaset aiheuttavat ihmisille monenlaisia terveyshaittoja ja ovat globaalisti syynä miljooniin ennenaikaisiin kuolemiin vuositasolla. Moottorit tuottavat merkittävän osan ihmisen aiheuttamista hiukkaspäästöistä, joten niiden tutkiminen on tärkeää päästöjen hillitsemiseksi ja haittojen vähentämiseksi. Hiukkasten vaikutusta ilmanlaadulle arvioidaan usein hiukkasmassaa mittaamalla. On kuitenkin osoittautunut, että hiukkasten pinta-ala ja keuhkodeposoituva pinta-ala (LDSA) kuvaavat paremmin hiukkasten aiheuttamia kielteisiä terveysvaikutuksia hengitysaltistuksessa. LDSA yhdistää tietoa hiukkasten pinta-alasta niiden depositioon eli tarttumiseen hengityselimistöön. Siten saadaan täsmällisempää tietoa hiukkasaltistuksen aiheuttamista terveysvaaroista.

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin raskaan dieselmoottorin tuottamia hiukkasia, erityisesti hiukkasten pinta-alaa ja LDSA:ta. Työn teoriaosuudessa käsiteltiin hiukkasten ominaisuuksia ja vaikutuksia terveyteen, hiukkasten muodostumista moottoreissa sekä hiukkaspäästön ikääntymistä. Lisäksi esiteltiin HERPA-tutkimusalusta ja ELPI+-impaktori, joita käytettiin työn kokeellisessa osiossa tulosten hankkimiseen.

Työn kokeellisessa osuudessa analysoitiin tutkimuskäytössä olevan dieselmoottorin tuottamia hiukkaspäästöjä. Tutkimusaineistona oli heinäkuussa 2023 suoritetuista mittauksista saatu, ELPI+-laitteella mitattu data. Moottoria käytettiin eri kierrosluvuilla ja vääntömomenteilla, jotta saataisiin tietoa näiden vaikutuksesta hiukkasten tuottoon. Saadusta datasta piirrettiin lukumäärä-, pinta-ala, massa- ja LDSA-jakaumia.

Tutkimuksessa todettiin, että dieselmoottorin hiukkaspäästöt ovat lähes kokonaan alle 300 nm:n hiukkasia. Hiukkasjakaumat riippuvat moottorin kierrosluvusta ja vääntömomentista. Tulosten perusteella vaikuttaisi siltä, että vääntömomentin kasvaessa hiukkaspinta-ala ja LDSA siirtyvät kohti suurempia hiukkaskokoja ja samalla pinta-alan ja LDSA:n kokonaismäärä vähenee. Kierrosluvun ja hiukkasten tuoton välille ei tämän tutkimuksen perusteella pystytty löytämään korrelaatiota. Tämän tutkiminen edellyttäisi luultavasti suurempaa määrää tutkittavia vakiopisteitä, jotta asiaa voitaisiin havainnoida tarkemmin.