Brake wear particle emissions from heavy-duty vehicles and their environmental implication

Abstract

Today, non-exhaust emissions from brake wear are one of the biggest sources of air polluting PM10 in urban areas. To limit toxic effects, the recent Euro 7 regulations include non-exhaust emissions limit values for passenger cars. However, regulatory standards for heavy-duty vehicles (HDVs) do not yet exist and the effects of brake wear particles from HDVs are underexplored. The aim of this thesis is therefore to improve the understanding on HDV brake wear particles and their environmental implications. Using a Pin on Disc tribometer, brake wear from three different HDV brake pads were generated and collected for analysis of elemental composition and cell toxicity. Also, online measurements of particle emissions were made. The results demonstrate the brake wear particles to mainly be in the fine particles size range, and no formation of ultrafine particles were found. Moreover, the brake pads with the lowest brake emissions showed sign of high toxicity, which was linked to the high copper content found in these brake wear particles. Additionally, non-airborne particles were found to contain less aluminium and more heavy metals compared to airborne particles. In conclusion, brake particles from HDVs pose an environmental risk, as the fine particles are subject to high dispersion and have more severe health effects. At the same time, the depositing particles pose a risk of contaminating aquatic environments and soil. This questions the use of only PM10 regulations to limit negative effects, since it does not take elemental toxicity into consideration. Further research is needed to understand the toxic effects and formation of brake wear particles from HDVs.

Popular Abstract (Swedish)

I takt med att avgasutsläpp från förbränningsmotorer minskar blir bidraget från icke-avgasemissioner till luftföroreningar allt mer betydande. En av de viktigaste källorna till dessa emissioner är slitage från bromsar. Trots att störst mängd bromsslitage kommer från tunga fordon är detta ett relativt outforskat ämne. Denna studie syftar därför till att fylla kunskapsluckorna som finns gällande bromslitagepartiklar från just tunga fordon.

Om du någonsin bytt bromsbelägg på din bil så vet du att de nöts ned efter ett tag. Detta slitage släpps ut i miljön i form av partiklar och bidrar till luftföroreningar. Denna typ av utsläpp, som inte kommer från förbränning, kallas icke-avgasemissioner. Därför har gränsvärden för bromspartiklar i form av PM-koncentrationer inkluderats i den kommande Euro 7-förordningen. Dock gäller detta endast för personbilar, då tunga fordon inte täcks av liknande lagstiftning förrän 2030.
Som förberedelse inför de nya gränsvärdena genomfördes en screeningstudie av bromspartiklar från tunga fordon. I denna studie jämfördes tre olika bromsbelägg för att analysera hur deras slitagepartiklar kan påverka miljö och hälsa. Eftersom bromspartiklarna antingen sedimenterar snabbt eller blir luftburna när de bildas så undersöktes både icke-luftburna och luftburna partiklar. För att analysera partiklarnas miljöpåverkan genomfördes följande undersökningar för slitage från varje bromsbelägg: partiklarnas storleksfördelning, utsläppt koncentration (PM10 och partikelantal), analys av grundämnessammansättning samt påverkan på cellviabilitet och cellproduktion av reaktiva syreföreningar (ROS). Luftburna partiklar analyserades med samtliga metoder, medan icke-luftburna endast analyserades för grundämnessammansättning.
Resultaten visade att partiklarna huvudsakligen tillhörde den fina och respirabla fraktionen, vilket innebär att de utgör en hälsorisk framförallt i tätorter, där befolkningsmängd och exponering är högre. Utöver detta visade sig de icke-luftburna proverna innehålla en mindre andel lättare grundämnen, medan sammansättningen av tyngre grundämnen var likartad den för de luftburna partiklarna. Det mest intressanta var dock att bromsbelägget med de lägsta utsläppen också uppvisade högst toxicitet. Motsatsen gällde för bromsbelägget med de högsta utsläppen, som visade sig vara minst giftig. Detta kan förklaras med att det förstnämnda bromsbelägget innehöll större mängd koppar än det sistnämnda. Koppar används i bromsbelägg för att stabilisera och förbättra materialets prestanda, och har visats kunna minska utsläppen. Dock är koppar även giftigt. Resultaten visar därför på en kontrast mellan grundämnenas toxicitet och den utsläppta partikelmängden, vilket väcker frågan om vilken av dessa faktorer som har störst miljöpåverkan.
Sammanfattningsvis beror miljöeffekten både på utsläppskoncentrationerna och på partiklarnas ämnessammansättning. Eftersom partiklarnas toxicitet främst verkar orsakas av koppar kan bromsslitage från tunga fordon potentiellt vara mer giftigt än det från lätta fordon, eftersom de innehåller större mängder metaller. Idealt sett bör andra ämnen användas för att förstärka bromsbeläggen och samtidigt minska utsläppen. Resultaten tyder därför på att det inte är tillräckligt att enbart reglera PM-koncentrationer för att begränsa de negativa hälsoeffekterna.

• author: Schubert, Olga and Wirén, Freja
• supervisor: Yezhe Lyu
• organization: Ergonomics and Aerosol Technology
• course: MAMM05 20261
• year: 2026
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• language: English
• id: 9238473
• date added to LUP: 2026-06-16 09:24:18
• date last changed: 2026-06-16 09:24:18