Investigation of potential organic markers for source apportionment of ship emissions via single-particle mass spectrometry

Lukas Alexander Anders

doi:10.18453/rosdok_id00004904

Lukas Alexander Anders

Investigation of potential organic markers for source apportionment of ship emissions via single-particle mass spectrometry

Universität Rostock, 2025

https://doi.org/10.18453/rosdok_id00004904

Abstract: Die zunehmende Regulierung von Schiffsemissionen durch die Internationale Maritime Organisation (IMO) hinsichtlich gesundheitlicher, ökologischer und klimatischer Aspekte zwingt Reedereien zur Nutzung moderner Treibstoffe. Diese beinhalten oft keine Übergangsmetalle wie Nickel, Eisen oder Vanadium, die ursprünglich zur Quellenidentifizierung von Emissionen des Schiffsverkehrs verwendet wurden. Da diese Emissionen nicht zwangsläufig durch metallische Marker charakterisiert sind, wird ihre Quellenzuordnung erheblich erschwert. Moderne Treibstoffe sind oft teurer und haben trotz der Regulierungsmaßnahmen Auswirkungen auf Gesundheit, Umwelt und Klima. Die vorliegende Dissertation untersucht neuartige organische Marker zur Quellenzuordnung von Schiffsemissionen moderner Treibstoffe. Die Forschungsarbeit fokussiert sich auf die Bestimmung charakteristischer Verteilungen polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAKs) in relevanten Schiffstreibstoffen, insbesondere verschiedener Schweröle (HFOs) und Marine Gasöl (MGO). Zudem wird die Anwendbarkeit von EC/OC-Verhältnissen als potenzielle Schiffsmarker evaluiert. Die Analyse erfolgt mittels moderner Einzelpartikelmassenspektrometrie, die eine simultane Echtzeiterfassung organischer und anorganischer Partikelkomponenten ermöglicht. Diese Methode kombiniert ein bipolares ToF-System mit verschiedenen Laser-Ionisationsmethoden. Die Arbeit demonstriert die erfolgreiche Implementierung dieser Messtechnik in Labor- und Feldexperimenten, identifiziert methodische Limitationen und schlägt Optimierungsansätze für zukünftige Schiffsemissionsmessungen vor.

Dissertation Freier Zugang

Titel:

Investigation of potential organic markers for source apportionment of ship emissions via single-particle mass spectrometry

Beteiligte Personen:

Lukas Alexander Anders[VerfasserIn]
	1375000063
Ralf Zimmermann[AkademischeR BetreuerIn]
	143922025
	Institut für Chemie, Universität Rostock
Frank Kelly[AkademischeR BetreuerIn]
	School of Public Health, Faculty of Medicine, Imperial College London

Beteiligte Körperschaften:

Universität Rostock[Grad-verleihende Institution]
	38329-6
Universität Rostock. Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät[Grad-verleihende Institution]
	2147083-2

Zusammenfassung:

The increasing regulation of ship emissions by the International Maritime Organization (IMO) regarding health, environmental, and climatic aspects compels shipping companies to adopt modern fuels. These often lack transition metals such as nickel, iron, or vanadium, which were traditionally used to identify the source of marine emissions. As these emissions are not necessarily characterized by metallic markers, their source attribution becomes significantly more challenging. Modern fuels are frequently more expensive and continue to impact health, environment, and climate despite regulatory measures. This dissertation investigates novel organic markers for source apportionment of ship emissions from modern fuels. The research focuses on determining characteristic distributions of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in relevant marine fuels, particularly various heavy fuel oils (HFOs) and marine gas oil (MGO). Additionally, the applicability of EC/OC ratios as potential ship markers is evaluated. The analysis employs state-of-the-art single-particle mass spectrometry, enabling simultaneous real-time detection of organic and inorganic particle components. This method combines a bipolar time-of-flight system with laser ionization methods. The study demonstrates the successful implementation of this measurement technology in laboratory and field experiments, identifies methodological limitations, and proposes optimization approaches for future ship emission measurements. [Englisch]

Die zunehmende Regulierung von Schiffsemissionen durch die Internationale Maritime Organisation (IMO) hinsichtlich gesundheitlicher, ökologischer und klimatischer Aspekte zwingt Reedereien zur Nutzung moderner Treibstoffe. Diese beinhalten oft keine Übergangsmetalle wie Nickel, Eisen oder Vanadium, die ursprünglich zur Quellenidentifizierung von Emissionen des Schiffsverkehrs verwendet wurden. Da diese Emissionen nicht zwangsläufig durch metallische Marker charakterisiert sind, wird ihre Quellenzuordnung erheblich erschwert. Moderne Treibstoffe sind oft teurer und haben trotz der Regulierungsmaßnahmen Auswirkungen auf Gesundheit, Umwelt und Klima. Die vorliegende Dissertation untersucht neuartige organische Marker zur Quellenzuordnung von Schiffsemissionen moderner Treibstoffe. Die Forschungsarbeit fokussiert sich auf die Bestimmung charakteristischer Verteilungen polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAKs) in relevanten Schiffstreibstoffen, insbesondere verschiedener Schweröle (HFOs) und Marine Gasöl (MGO). Zudem wird die Anwendbarkeit von EC/OC-Verhältnissen als potenzielle Schiffsmarker evaluiert. Die Analyse erfolgt mittels moderner Einzelpartikelmassenspektrometrie, die eine simultane Echtzeiterfassung organischer und anorganischer Partikelkomponenten ermöglicht. Diese Methode kombiniert ein bipolares ToF-System mit verschiedenen Laser-Ionisationsmethoden. Die Arbeit demonstriert die erfolgreiche Implementierung dieser Messtechnik in Labor- und Feldexperimenten, identifiziert methodische Limitationen und schlägt Optimierungsansätze für zukünftige Schiffsemissionsmessungen vor. [Deutsch]

Dokumenttyp:

Dissertation

Einrichtung:

Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Sprache:

Englisch

Sachgruppe der DNB:

500 Naturwissenschaften

530 Physik

540 Chemie

Veröffentlichung /
Entstehung:

Rostock: Universität Rostock