2023-11-23

Luftföroreningar Del 2 - Källor till gasformiga ämnen

Luftföroreningar är i praktiken antingen specifika gasfasmolekyler eller små partiklar i fast fas som svävar i luften. De sistnämnda kallas som kollektiv för partiklar. Låt oss titta närmare på de gasformiga föroreningarnas ursprung. Många antropogena aktiviteter ger upphov till gasformiga luftföroreningar, men det finns också ett fåtal naturliga källor.

STATIONÄR OCH MOBIL FÖRBRÄNNING

Luftföroreningar i gasfas genereras genom förbränningsprocesser. I en idealisk (stokiometrisk) förbränningsreaktion blir resultatet av reaktionen mellan bränslet och oxidationsmedlet (vanligtvis syret i luften) vattenånga och koldioxid, CO₂. CO₂ finns naturligt i luften, men den antropogena delen betraktas som en luftförorening och även om denna andel i genomsnitt bara är en bråkdel av de 400+ ppm som finns i luften, är det fortfarande den överlägset vanligaste luftföroreningen på jorden. Ökningen av CO₂-koncentrationerna är mycket oroande eftersom den bidrar till växthuseffekten och de pågående klimatförändringarna.

Idealisk förbränning sker inte i verkligheten. Vid ofullständig förbränning kan kolmonoxid, CO, bildas. Bränslet kan innehålla svavel och/eller klorid, vilket leder till bildning av gasformig svaveldioxid (SO₂), väteklorid (HCl) och andra föreningar som dioxiner. Den höga temperatur som förbränningen ger upphov till kan leda till att kvävet i luften bildar kväveoxider (NO_X), främst NO och NO₂. En del av bränslet kan passera genom förbränningskammaren utan att oxideras, vilket leder till utsläpp av kolväten (”HC”). Ofta är det dess undergrupp flyktiga organiska föreningar (VOC) som är det primära problemet när det gäller luftföroreningar.

Reaktionsvägarna och bildandet av föroreningar är i stort sett desamma både för stationära källor och för förbränningsmotorer i fordon, även om de sker i olika skalor.

INDUSTRIELL PRODUKTION

Många industrier är energiintensiva och har egna förbränningsbaserade kraftverk, vilket ger upphov till utsläpp av gasformiga ämnen som diskuterades i föregående avsnitt. Men även själva produktionsprocessen kan generera gasformiga luftföroreningar, antingen avsiktligt eller genom diffusa läckage.

Raffinaderier har t.ex. många produktionssteg som omfattar en mängd olika kolväten, t.ex. bensen och xylener. Vissa utsläpp av sådana ämnen kan vara avsiktliga, andra uppstår till följd av läckage. I råoljeraffinaderier avlägsnas svavel från bränslet, vilket kan ge upphov till utsläpp av vätesulfid (H₂S) och/eller SO₂. Anläggningar för kemisk produktion kan släppa ut en mängd olika kolväten och andra föroreningar, t.ex. formaldehyd och toluen. I vissa typer av gödselproduktion ingår ammoniak (NH₃) som kan släppas ut genom läckage eller avsedda ventiler. Kopparsmältverk kan bearbeta svavelrik kopparmalm som ger upphov till betydande SO2-utsläpp, medan aluminiumsmältverk använder pooler av fluoridföreningar som kan leda till utsläpp av vätefluorid (HF).

BOSKAPSUPPFÖDNING

Jordbruk kanske inte verkar vara en stor bidragande orsak till luftföroreningar, men alla djur ger upphov till utsläpp av framför allt metan (CH₄) och ammoniak, och boskap som hålls på gårdar kan utgöra stora källor till sådana luftföroreningar.

OZON OCH ANDRA SEKUNDÄRA FÖRORENINGAR

Den mest anmärkningsvärda sekundära föroreningen är ozon. Det kallas sekundärt eftersom det inte finns några större antropogena källor till marknära (troposfäriskt) ozon. Istället bildas ozon genom komplexa kemiska reaktioner som involverar NO_X, VOC och vissa andra ämnen i närvaro av solljus. Där det finns utsläpp av dessa så kallade ozonprekursorer finns det därför också en betydande risk för förhöjda ozonkoncentrationer. Värme och ökad solinstrålning under sommarmånaderna innebär också högre halter av ozon under denna period av året. Ozonprekursorerna genereras vanligtvis i stadsområden genom utsläpp från vägtrafik och industriprocesser. Höga ozonkoncentrationer förekommer dock inte bara i stadsmiljöer. Ozon kan färdas långa sträckor med vindarna, vilket gör det till en viktig luftförorening även i områden där det annars finns mycket låga nivåer av luftföroreningar. Faktum är att ozon också kan förbrukas genom reaktioner med andra luftföroreningar, så de högsta ozonnivåerna kan mycket väl förekomma i landsbygdsområden där det inte finns några förbrukande reaktionsvägar tillgängliga.

Reaktionsvägarna som leder till ozon är komplexa och vissa mellanliggande ämnen är i sig tillräckligt långlivade för att betraktas som luftföroreningar i sig själva. Blandningen av ozonprekursorer, ozon, svaveldioxid och partiklar bildar fotokemisk smog.

NATURLIGA KÄLLOR

En av de mer uppenbara typerna av naturliga källor till luftföroreningar är vulkaner och andra geotermiska aktiviteter, som ofta avger svavelhaltiga föreningar som SO₂ och H₂S. Metanavlagringar under sand eller permafrost kan läcka upp genom marken och till och med bilda lokala hotspots med höga CH₄-koncentrationer.

Fortsätt läsa nästa blogginlägg om luftföroreningar >>