Reduction of traffic emissions using photocatalytic methods

Abstract

Traffic still produces emissions even though reductions have been made in Finland. One of the methods to manage and reduce emissions is photocatalytic methods. Photocatalysis is a reaction that is catalysed by light. The reaction enables the degradation of organic substances, such as emissions, into different forms. Photocatalysis can degrade, for example, nitrogen oxides and volatile organic compounds into less harmful forms. The photocatalyst can be, for example, semiconductors such as titanium dioxide.

The aim of this study is to investigate would photocatalytic methods be a suitable and realistic method to reduce traffic emissions in the Harbour tunnel and how the method should be used. The aim is also to provide knowledge about the method and give recommendations for the usage of the method to the Port of Helsinki. The study is done in cooperation with the Port of Helsinki and Sweco PM Oy. The study is conducted using qualitative research methods with interviews. The data is analysed with data-driven content analysis. There were four interviewees in the study.

The main findings of the study are that the tunnel conditions are not necessarily the most optimal environment to use the photocatalytic methods. Photocatalysis needs suitable conditions to operate sufficiently. The optimal conditions include a suitable UV-light level and intensity, suitable humidity of the air and wind speed, warm temperatures, and clean surfaces to remain active. These kinds of conditions can be hard to achieve in tunnels. The optimal option is to put photocatalytic material into the ventilation ducts. Because there is no such ventilation duct in the tunnel, that is not possible. The best available solution is to install the photocatalytic coating outside the tunnel, for example, at the entrance of the Harbour tunnel.

Liikenteestä syntyy edelleen päästöjä, vaikka niitä on pystytty vähentämään Suomessa. Yksi tapa hallita ja vähentää päästöjä on fotokatalyyttiset menetelmät. Fotokatalyysi on valon katalysoima reaktio, jonka avulla voidaan hajottaa orgaanisia aineita, kuten päästöjä eri muotoihin. Fotokatalyysin avulla voidaan hajottaa esimerkiksi typen oksideja ja haihtuvia orgaanisia yhdisteitä vähemmän harmilliseen muotoon. Fotokatalyyttinä voi toimia erilaiset puolijohteet, kuten titaanidioksidi.

Tutkimuksen tavoite on selvittää, ovatko fotokatalyyttiset menetelmät sovelias ja realistinen tapa vähentää päästöjä Satamatunnelissa sekä miten menetelmää tulisi käyttää. Tavoitteena on myös antaa Helsingin Satama Oylle tietoa menetelmästä sekä esittää suositus menetelmän käytöstä. Työ on tehty yhteistyössä Helsingin Satama Oyn ja Sweco PM Oyn kanssa. Tutkimus toteutettiin laadullisena haastattelututkimuksena. Haastattelut analysoitiin aineistolähtöisellä sisällönanalyysillä. Haastatteluihin osallistui neljä haastateltavaa.

Tutkimuksen keskeisimpinä tuloksina on, että tunneliolosuhteet eivät ole optimaalisin ympäristö fotokatalyyttisten menetelmien käytölle. Fotokatalyysi tarvitsee sopivan optimaaliset olosuhteet toimiakseen tehokkaasti. Optimaaliset olosuhteet sisältävät sopivan UV-valon määrän ja intensiteetin, sopivan ilmankosteuden sekä ilmavirtauksen, lämpimän lämpötilan sekä pinnan puhtaana pysymisen. Tällaiset olosuhteet voivat olla vaikea saavuttaa tunnelissa. Optimaalisin vaihtoehto on laittaa fotokatalyyttistä materiaalia ilmanvaihtoputkiin. Koska Satamatunnelissa ei ole tällaisia ilmanvaihtoputkia, ei tällainen menetelmä ole mahdollinen. Paras saatavilla oleva ratkaisu on laittaa fotokatalyyttinen pinnoite tunnelin ulkopuolelle esimerkiksi Satamatunnelin suuaukoille.