Presented as an Online Course for the Tier 1 UTC TranLLIVE September 26, 2012

Emissions Inventory and Data

Fengxiang Qiao, PhD, Innovative Transportation Research Institute Texas Southern University

Outline  Emission Inventory Importance  Emission Inventory Methods  Emission Factors  Emission Inventory Guidance  Emission Inventory Data  Emission Data Collection at TSU

2

Emissions Inventory Is…  A database that lists, by source, the amount of air pollutants 

discharged into the atmosphere of a community during a  given time period

Importance of Emission  Inventory   An important step in an air quality management process   Determine significant sources of air pollutants  Establish emission trends over time  Target regulatory actions, and   Estimate air quality through computer dispersion modeling  Including estimates of the emissions from various 

pollution sources in a specific geographical area  A complete inventory typically contains all regulated  pollutants 

Methods to Calculate  Emissions Inventories   Different methods are available  Depends on the availability of data, time,  staff and funding   Typical methods  Continuous monitoring to measure actual  emissions  Extrapolating the results from short‐term  source emissions tests; and   Combining published emission factors with  known activity levels

Emission Factors  Used to estimate emissions when actual emission data is not 

available (gram/mile; gram/second; …)  In most cases, these factors are simply averages of all available  data of acceptable quality  Generally assumed to be representative of long‐term averages for 

all facilities in the source category 

 General emission factors are available to the public  Variations in the conditions at a given facility can significantly 

affect the emissions at an individual location  Raw materials used, temperature of combustion, and emission 

controls, etc.

 The development of local emission factors is highly desirable

Calculation of Emission Factors  Usually expressed as the weight of pollutant divided by 

a unit weight, volume, distance, or duration of the  activity emitting the pollutant (e.g., kilograms of  particulate emitted per megagram of coal burned)  The general equation for emissions estimation is   E = A x EF x (1‐ER/100)

E = emissions;  A = activity rate;  EF = emission factor, and  ER =overall emission reduction efficiency, % 

7

Guidance on Emissions Inventory  In Europe   The third edition of the emission inventory guidebook  (prepared by the United Nations European Environment  Agency Task Force on Emissions Inventories and  Projections)  Provides a comprehensive guide to state‐of‐the‐art atmospheric  emissions inventory methodology   To support reporting under the UNECE Convention on Long‐ Range Transboundary Air Pollution and the EU directive on  national emission ceilings 

http://www.unece.org/env/lrtap/taskforce/tfeip/welcome.html

Guidance on Emissions Inventory  In New Zealand  There is a Good Practice Guide for Preparing  Emissions Inventories  A step‐by step guide to preparing emission inventories  Contains information on  The purpose, process, methodology and application of emission  inventory investigations 

http://www.mfe.govt.nz/publications/air/emissions-good-practice-guide-01.html

Guidance on Emissions Inventory  In the U.S.  EPA Clearinghouse for Inventories & Emission Factors 

Contains information on emissions inventories, emissions factors,  software and tools used for emissions inventories, and emissions  modeling

 Procedures for Emission Inventory Preparation, Chapter 

IV: Mobile Sources by US DOT and US EPA 

With an overview of the mobile source category and specific methods  to identify and inventory sources, estimate emissions, and establish  and maintain a useful, current mobile source emissions inventory

 EPA's AP‐42 Documentation  

On the Compilation of Air Pollutant Emission Factors

National Emissions Inventory (NEI)  A comprehensive and detailed estimate of air emissions of 

both Criteria and Hazardous air pollutants from all air  emissions sources  Prepared every three years by the US EPA based primarily  upon emission estimates and emission model inputs  provided by State, Local, and Tribal air agencies for sources  in their jurisdictions, and supplemented by data developed  by the US EPA  The 2008 NEI was built from emissions data in the Emissions  Inventory System (EIS) http://www.epa.gov/ttn/chief/eiinformation.html

National Emissions Inventory (NEI)  The 2008 NEI was built from emissions data in the Emissions 

Inventory System (EIS)  Data from previous versions of the 2008 inventory  No longer available

 Version 2  April 10, 2012  Key updates are the use of the MOVES model for onroad mobile sources, a  review and update of hazardous air pollutant emissions and additions of  wildfires, prescribed burning and biogenic emissions.   Version 1.5  Released May 16, 2011   Key updates are to include the nonpoint data and major updates to point  sources in Indiana, Maryland, Nebraska, and Lincoln/Lancaster air  agencies   Version 1  Released April 4, 2011 

Criteria and Hazardous Air Pollutants by  EIS Emission Sectors http://www.epa.gov/ttn/chief/net/2008inventory.html

County Level Emission Inventory

14

Full Detailed Data Files  The full detail data files for the Point, Onroad, Nonroad and 

Nonpoint data categories can be downloaded from a drop‐ down menu.  http://www.epa.gov/ttn/chief/net/2008inventory.html

 These files are larger than previous inventories and can be 

linked in Access if importing fails

Fusion Tables  Fusion Tables (by Google) allow mapping data, creating 

charts, and using tabular data, including viewing, filtering,  summing, and downloading.   Use the links to access the 2008 NEI data using Fusion Tables  Google’s feedback link is the best way to ask for  improvements since Google is trialing Fusion Tables – this  link is under the gear icon at the upper right of the Fusion  Table pages  Facility total emissions tables and maps http://www.epa.gov/ttn/chief/net/2008inventory.html 16

Facility Total Emissions  Table for CO

17

2011 National Emission  Inventory Information  The 2011 NEI will be built from emissions data in the 

Emissions Inventory System (EIS).   2011 data submissions to EIS are due 12/31/2012

Plan Overview - provides an overview of the activities and schedule for developing the 2011 National Emissions Inventory, with the goal of producing Version 1 in the summer of 2013.

19

Emissions Inventory Tools EIS Code Tables

Regulations and Guidance  Air Emissions Reporting Requirements (AERR)  Consolidated Emissions Reporting Rule (CERR)  Guidance for Implementation of Ozone/PM 

NAAQS/Regional Haze Regulations  Emissions Statement Requirements Under 8‐Hour  Ozone NAAQS Implementation http://www.epa.gov/ttn/chief/eiinformation.html

Data Submissions  Exchange Network Web Client 

 Risk and Technology Rule Submission  The Risk and Technology Review (RTR) is a combined effort  to evaluate both risk and technology as required by the Clean  Air Act (CAA) after the application of maximum achievable  control technology (MACT) standards

Emission Inventory System (EIS) 

 Questions

 How Do I Request Access to the EIS Gateway?  How Do I Update My Password?  How Do I Submit a Support Request?  How Do I View and Respond to Support Requests?  How Do I View a List of Facilities?  How Do I Use the EIS Bridge?  How Do I Download My Facility Inventory Data?  How Do I Submit to EIS Using the Web Client?  What Checks are Run Against my EIS CERS XML File?  How Do I Retrieve my Quality Assurance Feedback?  EIS Flow Configuration Document?  How Do I Generate an Emissions snapshot?

http://www.epa.gov/ttn/chief/eis/index.html

 Troubleshooting the EIS Bridge Installation

 Contacts  Overall NEI Issues (team lead): Madeleine Strum ‐ (919) 541‐2383 or Madeleine Strum  Facility Inventory and Point Emissions: Ron Ryan ‐ (919) 541‐4330 or Ron Ryan  Nonpoint Emissions: Roy Huntley ‐ (919) 541‐1060 or Roy Huntley  Onroad and Nonroad Activity and Emissions: Laurel Driver ‐ (919) 541‐2859 or Laurel Driver

Emissions Inventory Resources  Emissions Inventory Improvement Program  NEI User's Group Listeserv  Training  Software and Tools  Local‐Scale Emission Inventory Development

Emissions Modeling  Clearinghouse (EMCH)  Designed to support and promote emission modeling 

activities both internal and external to EPA  Contains  Particular Matter (PM) NAAQS; Mercury and Air Toxics 

Standards Final Rule; Heavy Duty Greenhouse Gas Rule ‐ Emission Data; Cross‐State Air Pollution Rule Final; 2008  Based Modeling Platform; 2005 Based Modeling Platform;  2002 Based Modeling Platform; 2001 Based Modeling  Platform; Emissions Modeling Software Tools; Emissions  Modeling Ancillary Data (Non‐inventory data); Related Links  to Emissions Modeling Resources

EPA Emissions Models and Tools  EPA Emissions Models   Biogenic Emissions Inventory System (BEIS)   Emissions Modeling System for Hazardous Pollutants (EMS‐ HAP)   NONROAD Vehicle & Engine Emission Modeling    MOVES Emissions Model   EPA Emissions Tool  Spatial Surrogate Tool 

To create spatial surrogates from shapefiles without the need for GIS.  The scriptable tool is provided with the MIMS Spatial Allocator, which  is available from the CMAS Center website 26

Additional Emission Software (Non‐EPA)  Sparse Matrix Operator Kernel Emissions (SMOKE)   UNC Institute for the Environment, Environmental Modeling  for Policy Development, University of North Carolina  Consolidated Community Emissions Processing Tool 

(CONCEPT)   Emissions processing software with particular emphasis on 

using travel demand models for onroad mobile sources and a  process‐based ammonia model

 International Vehicle Emissions (IVE) Model   A computer model designed to estimate emissions from motor  vehicles that different from the U.S. and European models  27

Related Inventory Links  AIR Data Web site  Annual Air Quality Trends Report  National‐Scale Air Toxics Assessment (NATA)  Greenhouse Gas Emissions  PM2.5 Emission Inventory Resource Center  Source of Air Emissions http://www.epa.gov/ttn/chief/eiinformation.html

th The 20

International Emission  Inventory Conference   Theme  "Emission Inventories ‐ Meeting the  Challenges Posed by Emerging  Global, National, Regional and Local  Air Quality Issues"   Tampa, Florida – August 13 ‐ 16, 2012  The papers, presentations, posters 

and training materials have been  uploaded from EIC2012 in: http://www.epa.gov/ttn/chief/conference/ei20/index.html

 More EIC Conferences in: 

http://www.epa.gov/ttn/chief/conferences.html 29

Emission Testing at TSU  Equipment  Portable Emission Monitoring System (PEMS)  to measure and evaluate vehicle turning impacts to air quality  including vehicle emissions and fuel consumption and   to investigate the significance of the change of emissions and  fuel consumption by using different traffic control strategies 

 GPS

 On‐road testing  Since 2004  Large amount of data collected  More will be on‐going  Database – On‐going (incorporating with VT’s) 30

PEMS GPS

31

Emission Models Based on  Vehicle Activities and Emission Inventory Wireless  Communication Traffic Detectors and GPS

Real Time Traffic  Activity Data

Regional Air  Quality  Modeling Center

Emission Models

Modeling

Traffic Control  Strategies

Vehicle  Emissions

Calibration

Emission Inventory from PEMS

VSP is a bridge to link traffic activity data to vehicle emissions32

VSP Calculation  Vehicle Specific Power (VSP) is currently used as a 

media to estimate vehicle emissions 

 VSP  1.1 v  a  9.81 grade(%)  0.132v 0.000302  v 3

Operating Mode ID

Operating Mode ID Used  to Estimate Emissions  Operation Mode is 

Classified Based on the  Values of Speed,  Acceleration and VSP  Operation Mode is  Accepted for Use by EPA  (Environmental Protection  Agency) in Using the New  Emission Estimation  Model MOVES

Operating Mode Name

0

Braking: Acceleration