ORGAANINEN MATERIAALI
Taulukko 6. Reseptorimallin antama tulos West Los Angelesin PM2-massan lähteistä vuonna 1982 (Shauer ym, 1996)
12. Olomuodon suhteen erittelemätöntä tietoa orgaanis- orgaanis-ten yhdisteiden päästöistä
12.5 EPA:n ilmansaasteiden päästöfaktorit
EPA on tehnyt kokoomateoksen ilmansaasteiden päästöfaktoreista (US EPA:
AP-42, osa 1: http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42.html). Teoksen viidennessä painoksessa on tietoa yli kahdestasadasta stationaarisesta päästölähdeluokasta.
Lähteistä esitetään lyhyt kuvaus käytetyistä prosesseista sekä niiden päästöläh-teistä. Useista aloista on lisäksi kerrottu alalla yleisesti käytetyistä ilmansuoje-lumenetelmistä. Ilmansaasteiden päästömäärien arviointiin on esitetty alakohtai-sia päästöfaktoreita, jos niitä on ollut saatavilla.
AP-42 käsittelee neljäätoista tärkeää lähderyhmää, joita ovat ulkoiset polttopro-sessit, kiinteän jätteen hävittäminen, sisäiset polttopropolttopro-sessit, haihtuminen, öl-jynjalostus, orgaaninen kemianteollisuus, nesteiden säilytysastiat, epäorgaaninen kemianteollisuus, elintarviketeollisuus ja maatalous, puutuoteteollisuus, mine-raalituoteteollisuus, metalliteollisuus, sekalaiset lähteet sekä kasvihuonekaasujen biogeeniset lähteet.
Hajapäästöjen osuus
Yhdiste ilmapäästöistä
n-Heksaani 51 %
Etyleeni 44 %
Trikloorietyleeni 43 %
1,1,1-Trikloorietaani 41 %
Dikloorimetaani 40 %
Metanoli 36 %
Tolueeni 35 %
Metyyli etyyli ketoni 34 %
Styreeni 30 %
Ksyleeni (isomeerien seos) 28 %
Hiilidisulfidi 25 %
n-Butyyli alkoholi 19 %
Päästöfaktorit luokitellaan viiteen luokkaan (A - E) sen mukaan, miten hyvin ne soveltuvat kuvaamaan useiden samantyyppisten lähteiden päästöjä. Luokituksen tekevät asiantuntijat ja arvostelijat. Luokitus voi vaihdella suuresti, sillä faktorit voivat perustua mittauksiin, mallitukseen, massatasapainolaskuihin tai muuhun informaatioon. Luokitus on kaksivaiheinen. Ensin määritetään faktoreiden muo-dostamisessa käytettävien päästötietojen luotettavuus. Seuraavaksi arvioidaan faktorin käyttökelpoisuus arvioitaessa kyseisen lähdetyypin vuotuista kansallista keskiarvopäästöä (AP-42: Emission Ratings: http://www.epa.gov/oar/oaqps/
efactors.html #ratings).
Päästötiedot luokitellaan neljään laatuluokkaan (A - D), jotka ovat:
A. Testit perustuvat luotettavaan menetelmään ja ne on raportoitu riittävän tar-kasti
B. Testit perustuvat yleisesti ottaen luotettavaan menetelmään, mutta niitä ei ole raportoitu riittävän tarkasti
C. Testit perustuvat menetelmään, jonka luotettavuutta ei ole testattu tai uuteen menetelmään tai taustatiedot ovat liian puutteelliset.
D. Testit perustuvat menetelmään, jota ei pidetä luotettavana, mutta jolla saa-daan arvio päästön suuruusluokasta
Päästöfaktoreiden luokat ovat:
A. Erinomainen. Faktori perustuu A- tai B-luokan lähdeaineistoon, joka on pe-räisin useasta satunnaisesti valitusta laitoksesta. Lähdetyyppi on riittävän suppea, jotta päästöjen vaihtelu on minimoitu.
B. Keskiarvoa parempi. Faktori perustuu A- tai B-luokan lähdeaineistoon, joka on peräisin riittävän monesta laitoksesta. Vaikka mitään spesifistä virhettä ei näyttäisi olevan, ei ole varmaa, edustavatko testatut laitokset satunnaisotosta kyseisestä teollisuuden alasta. Lähdetyyppi on riittävän suppea, jotta päästöjen vaihtelu on minimoitu.
C. Keskimääräinen. Faktori perustuu A-, B- tai C-luokan lähdeaineistoon, joka on peräisin riittävän monesta laitoksesta. Vaikka mitään spesifistä virhettä ei näyttäisi olevan, ei ole varmaa, edustavatko testatut laitokset satunnaisotosta
kyseisestä teollisuuden alasta. Lähdetyyppi on riittävän suppea, jotta päästöjen vaihtelu on minimoitu.
D. Keskimääräistä huonompi. Faktori perustuu A-, B- tai C-luokan lähdeaineis-toon, joka on peräisin muutamasta laitoksesta. On syytä olettaa, etteivät laitokset edusta satunnaisotosta kyseisestä teollisuuden alasta. Lähdetyypin sisällä saattaa esiintyä vaihtelua.
E. Heikko. Faktori perustuu C-tai D-luokan lähdeaineistoon. Voi olla syytä olettaa, etteivät laitokset edusta satunnaisotosta kyseisestä teollisuuden alasta.
Lähdetyypin sisällä saattaa esiintyä vaihtelua.
Päästöfaktoreita on seuraaville orgaanisen aineen komponenteille: kokonais OC (TOC), kokonais OC metaania lukuunottamatta (TNMOC), haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC), polysyklinen orgaaninen aines (POM) sekä aldehydit. Näistä faktoreista on taulukossa ilmoitettu laatuluokka. Yhdistetasolla ilmoitetuista orgaanisista yhdisteistä sekä metallien päästöfaktoreista on laatuluokan lisäksi ilmoitettu, kuinka monen yhdisteen tai metallin tiedot faktoriin sisältyy. Joillain aloilla polyaromaattisten hiilivetyjen (PAH) faktorit on ilmoitettu erikseen. Li-säksi taulukossa on kooste lähteiden hiukkaspäästöfaktoreista. Hiukkasmaisen orgaanisen aineen osuutta ei näiden faktoreiden avulla pysty määrittämään.
Useimmilla aloilla päästöt vaihtelevat laitoksittain niin suuresti, ettei yleistä päästöfaktoria voida määrittää. Esitetyistäkin faktoreista suurin osa kuuluu laatu-luokkiin D tai E eli ovat tasoltaan suhteellisen huonoja.
13. Yhteenveto
Orgaaniset yhdisteet jakautuvat ilmassa kaasu- ja hiukkasfaasin kesken. Orgaa-niset hiukkasyhdisteet muodostavat noin 30 % kaupunki-ilman PM2.5-massasta.
Orgaaniset aerosolit ovat tärkeitä terveysvaikutusten, alailmakehän otsonin, nä-kyvyyden ja maapallon säteilytasapainon kannalta. Orgaanisesta hiukkaskom-ponentista, sen lähteistä ja koostumuksesta, tiedetään kuitenkin varsin vähän.
Hiukkasiin sitoutuneita orgaanisia yhdisteitä vapautuu ilmakehään sekä luonnos-ta että ihmistoiminnan seurauksena useisluonnos-ta kymmenistä lähdetyypeistä. Suorien hiukkaspäästöjen lisäksi ilmakehässä muodostuu merkittäviä määriä
sekundaari-sia hiukkasekundaari-sia orgaanisista kaasuista ja höyryistä kemiallisten reaktioiden ja kon-densaation kautta.
Laajin orgaanisia hiukkaspäästöjä koskeva selvitys on tehty Los Angelesissa.
Päästöjen koostumusta on tutkittu sekä PM10- että PM2-hiukkasista. PM2-hiuk-kasiin sitoutuneiden orgaanisten yhdisteiden päästölähteitä on arvioitu myös re-septorimallin avulla. Suurimmiksi päästölähteiksi havaittiin liikenne, lihan kyp-sentäminen sekä puun poltto takoissa.
Suomessa orgaanisten yhdisteiden hiukkasfaasipäästöjä ei ole selvitetty lain-kaan. Suomen ympäristökeskus arvioi tosin vuosittain haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) ja vaikeasti hajoavien orgaanisten yhdisteiden (POP) päästöt Suomessa kaikista päästölähteistä. Tulokset raportoidaan vuosittain Euroopan Ympäristökeskuksen CORINAIR-tietokantaan.
Yhdysvalloissa suurten päästölähteiden VOC-päästöt raportoidaan AIRS-tieto-kantaan. EPA velvoittaa teollisuuden raportoimaan myös toksisten orgaanisten (ja epäorgaanisten) yhdisteiden päästöt. Tulokset ovat nähtävillä TRI-tietokan-nassa. Tietokannassa ei ole mainintaa yhdisteiden olomuodosta.
EPA on myös koonnut tietoa ilmansaasteiden päästöfaktoreista yli kahdestasa-dasta stationaarisesta päästölähdeluokasta. Tietoa orgaanisten yhdisteiden pääs-töistä on kuitenkin vain muutamista lähdetyypeistä. Useimmilta aloilta ei ole tehty tarpeeksi luotettavia mittauksia ja usein päästöt vaihtelevat laitoksittain niin suuresti, ettei yleistä päästöfaktoria ole voitu määrittää.
Orgaanisten hiukkaspäästöjen karkea arviointi Suomessa voidaan tällä hetkellä perustaa vain Suomen orgaanisten yhdisteiden kokonaispäästöjen ja Euroopan sekä Yhdysvaltojen tietokantojen vertailuun ja arvioon hiukkasosuudesta Yhdys-valloissa tehtyjen mittausten pohjalta. Haihtuvien yhdisteiden päästöjen lisäksi on tällöin luotava arvio puolihaihtuvien ja tiivistyvien yhdisteiden osuuksille, mikä tarkoittaa tutkimuspanostusta selvitystyöhön näillä alueilla. Käyttämällä hyväksi teoreettisia laskelmia orgaanisten kaasujen adsorptiosta ja absorptiosta hiukkasiin voidaan yhdisteiden sitoutumisen astetta ja määrää hiukkasmuotoon sekä orgaanisten hiukkaspäästöjen määrää pyrkiä laskennallisesti estimoimaan Suomen sääoloissa. Tulosten varmentamisessa on kuitenkin käytettävä hyväksi ulkomailla tehtyjä orgaanisten yhdisteiden hiukkaspäästöjen yksityiskohtaisia
mittaustuloksia. Sellaisilla toiminnan alueilla, joissa tiedot kaasumaisistakin päästöistä kokonaan puuttuvat Suomessa, kuten turvevoimaloiden tai selluteolli-suuden orgaanisista hiukkaspäästöistä, tarvitaan omia selvityksiä. Suomessa on myös selkeästi panostettava päästöjen kokeellisiin määrityksiin.
Orgaanisten yhdisteiden hiukkaspäästöjen suora mittaus on vaikea johtuen sekä hankalista havaintomenetelmistä että yhdisteiden kemiallisesta ja fysikaalisesta reaktiivisuudesta päästön aikana ja sen jälkeen. Näitä suoria mittauksia pitää te-hostetusti kehittää ja ottaa käyttöön. Orgaanisia hiukkaspäästöjä voidaan tosin tutkia epäsuorasti analysoimalla orgaaninen aines kokonaisuutena tai tutkimalla päästön kemiallinen koostumus kerätystä hiukkasnäytteestä jälkikäteen. Kemial-listen analyysien tekoa hiukkasfaasista haittaa kuitenkin yhdisteiden huono erot-tuvuus ja usein vain alle kymmenesosa orgaanisista komponenteista voidaan tun-nistaa.
Taajamissa ja tausta-alueilla tehdyt kokeelliset havainnot hiukkasmassan koostu-muksesta viittaavat vahvasti siihen, että orgaanisten yhdisteiden osuus hiukka-sissa voi yltää aina 40-50 prosenttiin pienhiukkasmassasta. Yhdisteiden keskitty-minen erityisesti pienhiukkasiin merkitsee, että nämä biologisesti aktiiviset yh-disteet kulkeutuvat kauas päästölähteistä hengitysilmaan, yläilmakehään ja valta-merien ylle.
Lähteet
Appel, B. R. 1993. Atmospheric Sample Analysis and Sampling Artifacts.
Kirjassa: Willeke K. & Baron P. A. (toim. Aerosol measurement - principles, techniques, and applications. S. 233 - 259. New York: Van Nostrand Reinhold.
Barthelmie, R. J. & Pryor, S. C. 1997. Secondary organic aerosols: formation potential and ambient data. Science of the Total Environment. s. 205, 167 - 178.
Cadle, S. H. & Groblicki, P. J. 1982. An evaluation of methods for the determination of organic and elemental carbon in particulate samples. Kirjassa:
Wolff, G. T. & Klimisch, R. L. (toim.) Particulate carbon: Atmospheric life cycle. New York: Plenum Press. S. 89 - 109.
Cass, G. R., Boone, P. M. & Macias, E. S. 1982. Emissions and air quality relationships for atmospheric carbon particles in Los Angeles. Kirjassa: Wolff, G. T. & Klimisch, R. L. (toim.) Particulate carbon: Atmospheric life cycle. New York: Plenum Press. S. 207 - 240.
CORINAIR. European Environmental Agency. Databases and Information Resources. Air Emissions.: http://www.eea.dk/frdb.htm.
CORINAIR 1996. Joint EMEP/CORINAIR Atmospheric Emission Inventory Guidebook, First Edition. Copenhagen: European Environment Agency, (http://www.eea.dk/aegb/indice.htm).
Eldred R.A., Cahill T.A., Flocchini R.G. 1997. Composition on PM2.5 and PM10 Aerosols in the IMPROVE Network. Journal of the Air & Waste Management Association, 47, 194-203.
Fessenden R.J ja Fessenden J.S. 1990. Organic Chemistry. 4th Edition.
Brooks/Cole, 1137 sivua.
Freeman D.J. and Cattell C.R. 1990. Woodburning as a source of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons. Environmental Science and Technology, 24, 1581-1585.
Harrison, R.M., Smith D.J.T, Luhana L. 1996. Source apportionment of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons collected from an urban location in Birmingham, U.K. Environmental Science and Technology, 30, 825-832.
Hildemann L.M., Markowski G.R., Cass G.R 1991. Chemical composition of emissions from urban sources of fine organic aerosol. Environmental Science and Technology, 25, 744-759.
Jenkins B.M., Jones A.D., Turn S.Q., Williams R.B. 1996. Particle concentrations, gas-particle partitioning, and species intercorrelations for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) emitted during biomass burning.
Atmospheric Environment, 30, 3825-3835.
Junge, C .E. 1977. Basic considerations about trace contstituents in the atmosphere as related to the fate of global pollutants. Kirjassa: Suffett, I. H.
(toim.). Fate of pollutants in air and water environments. Part I. New York:.
Wiley. S. 7 - 26.
Juntto, S. 1994. Monimuuttujamenetelmien käyttö ilmansaasteiden lähdeanalyysissä. Lisensiaattitutkielma. Helsinki: Helsingin yliopisto, kemian laitos, analyyttisen kemian osasto. 164 s.
Malm, W .C., Sisler, J. F., Huffman, D., Eldred, R. A., Cahill, T. A. 1994.
Spatial and seasonal trends in particle concentration and optical extinction in the United Stations. Journal of Geophysical Research, Vol 99, (D1), s. 1347 - 1370.
McDow, S. R. & Huntzicker, J. J 1990. Vapor adsorption artifact in the sampling of organic aerosol: face velocity effects. Atmospheric Environment, Vol 24A, no. 10, s. 2563 - 2571.
Miguel, A. H. & de Andrade, J. B. 1986. Reactivity of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) during aerosol sampling: effects of face velocities. Kirjassa Aerosols: Formation and reactivity, Proc. 2nd International Aerosol Conference, Berlin. London: Pergamon Press. S. 519 - 522.
Melanen, M. & Ekqvist, M. 1997. Suomen ilmapäästöt ja niiden skenaariot (SIPS-projekti). Tietojärjestelmän tietopohja ja alustavia tuloksia. Suomen ympäristö 131. Helsinki: Suomen ympäristökeskus.
Miranda, J., Cahill, T. A., Morales, R. J., Aldape, F., Flores, M. J. & Díaz, R.V.
1994. Determination of rlemental voncentrations in stmospheric serosols in Mexico City using proton induced X-ray rmission, proton rlastic dcattering, and laser absorption. Atmospheric Environment, vol. 28, s. 2299 - 2306.
Pryor, S. C., Simpsons R., Guise-Bagley, L., Hoff, R. & Sakiyama S. 1997.
Visibility and aerosol composition in the Fraser Valley during REVEAL. Journal of the Air & Waste Management Association, vol. 47, s. 147 - 156.
Raunemaa, T. & Yli-Tuomi, T. 1997. The composite variables of fine aerosol reconstructed mass at Rautavaara IMPROVE site in Finland. Journal of Aerosol Science, vol. 28, no. S1, s. 235 - 236.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R. & Simoneit, B. R.
T. 1991. Sources of fine organic aerosol. 1. Charbroilers and meat cooking operations. Environmental Science and Technology, vol. 25, s. 1112 - 1125.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R. & Simoneit, B. R.
T. 1993a. Sources of fine organic aerosol. 2. Noncatalyst and catalys-equipped automobiles and heavy-duty diesel trucks. Environmental Science and Technology, vol. 27, s. 636 - 651.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R. & Simoneit, B. R.
T. 1993b. Sources of fine organic aerosol. 3. Road dust, tire depris, and organometallig Brake lining dust: roads as sources and sinks. Environmental Science and Technology, vol. 27, s. 1892 - 1904.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R. & Simoneit, B. R.
T. 1993c. Sources of fine aerosol. 4. Particulate abrasion products from leaf surfaces of urban plants. Environmental Science and Technology, vol. 27, s.
2700 - 2711.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R. & Simoneit, B. R.
T. 1993d. Sources of fine organic aerosol. 5. Natural Gas Home Appliances.
Environmental Science and Technology, vol. 27, s. 2736 - 2744.
Rogge, W. F., Mazurek, M. A., Hildemann, L. M., Cass, G. R. & Simoneit, B.
R.T. 1993e. Quantification of urban organic aerosols at a molecular levell:
Identification, abundance and seasonal variation. Atmospheric Environment, vol.
27A, s. 1309 - 1330.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R., Simoneit, B. R.
T. 1994. Sources of fine organic aerosol. 6. Cigarette smoke in the urban atmosphere. Environmental Science and Technology, vol.28, no. 7, s. 1375 -1388.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R., Simoneit, B. R.
T. 1997a. Sources of fine organic aerosol. 7. Hot asphalt roofing tar pot fumes.
Environmental Science and Technology, vol. 31, no. 10, s. 2726 - 2730.
Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R. & Simoneit, B. R.
T. 1997b. Sources of fine organic aerosol. 8. Boilers burning No. 2 distillate fuel oil. Environmental Science and Technology, vol. 31, no. 10, s. 2731 - 2737.
Shah, J. J., Johnson, R. L., Heyerdahl, E. K. & Huntzicker, J. J. 1986. Journal of the Air Pollution Control Association,. vol. 36, s. 254 - 257.
Shauer, J. J., Rogge, W. F., Hildemann, L. M., Mazurek, M. A., Cass, G. R. &
Simoneit, B. R. T. 1996. Source apportionment of airborne particulate matter using organic compounds as tracers. Atmospheric Environment, vol. 22, s. 3837 -3 855.
Sander, R. 1996. http://www.science.yorku.ca/cac/people/sander/res/henry.html.
Solomon, P. A., Fall, T., Cass, G. R., Gray, H. A. & Davidson, A. 1989.
Chemical characteristics of PM10 aerosols collected in the Los Angeles Area.
Journal of the Air Pollution Control Association, vol. 39, s. 154 - 163.
Standard Industrial Codes - Categories: http://www.ebgi.com/SIC/index.htm.
US EPA 1997. National ambient air quality standards (NAAQS) http://www.
epa.gov/airs/criteria.html.
US EPA. AIRS-tietokanta: http://www.epa.gov/airsweb/.
US EPA: AP-42: Compilation of air pollutant emission factors. Emission factor ratings: http://www.epa.gov/oar/oaqps/efactors.html#ratings.
US EPA: AP-42: Compilation of air pollutant emission factors. Vol. 1:
Stationary point and area sources. 5.painos:
http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42.html.
US EPA: Toxics release inventory: http://www.rtk.net/www/data/tri_gen.html.
Yamasaki, H., Kuwata, K. & Miyamoto, H. 1982. Effects of ambient temperature on aspects of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons.
Environmental Science & Technology, vol. 16, no. 4, s. 189 - 194.
Zelenski, S. G., Hunt, G. T. & Pangaro, N. 1979. Comparison of SIM GC/MS and HPLC for the detection of polynuclear aromatic hydrocarbons in fly ash collected from stationary combustion sources. Julkaisussa: Bjørseth, A. &
Dennis, A. J. (toim.). Polynuclear aromatic hydrocarbons: Chemistry and biological effects. 4th International Symposium on Polynuclear Aromatic Hydrocarbons. Battelle: Battelle Columbus Laboratories. S. 589 - 597.
Ålander, T. & Raunemaa, T. 1997. Thermal.optical method in automotive particle emission carbon analysis. Journal of Aerosol Science, vol 28, suppl. 1, s.
S543 - S544.