Dieselpakokaasupäästöt maanalaisessa kultakaivoksessa

DIESELPAKOKAASUPÄÄSTÖT MAANALAISESSA KULTAKAIVOKSESSA

Kaisu Lukkarinen Pro Gradu –tutkielma Ympäristötiede Itä-Suomen yliopisto, Ympäristö- ja biotieteiden laitos Kesäkuu 2021

Ympäristötiede

Kaisu Lukkarinen: Dieselpakokaasupäästöt maanalaisessa kultakaivoksessa Pro Gradu -tutkielma 66 sivua, 1 liite (4 sivua)

Tutkielman ohjaajat: Pertti Pasanen (dosentti), Jarkko Tissari (FT, dosentti), Teemu Pitkänen (AEF: työsuojelupäällikkö)

Kesäkuu 2021

avainsanat: dieselpakokaasupäästöt, alkuainehiili (EC), typpidioksidi (NO2), altistuminen, maanalainen kaivos

Dieselpakokaasupäästöt maanalaisessa kultakaivoksessa -tutkielman tarkoituksena oli selvittää maanalaisen kultakaivoksen työntekijöiden altistumista dieselpakokaasupäästöille työssään.

Dieselpakokaasut luokitellaan syöpävaarallisiksi luokkaan 1, eli syöpää aiheuttaviksi.

Maanalaisissa kaivoksissa on usein ilmanvaihtoon liittyviä haasteita, jolloin korkeat dieselpakokaasupitoisuudet voivat nostaa työntekijöiden riskiä sairastua syöpään. Tutkielman tarkoituksena oli selvittää, pysyvätkö dieselpakokaasupäästöt Agnico Eagle Finland Oy:n maanalaisessa kultakaivoksessa tulevan dieselpakokaasujen raja-arvon (50 µg/m³, EC) alapuolella tai ylittyvätkö typpidioksidin tulevien HTP-arvotiukennusten pitoisuudet: HTP8h: 0,5 ppm ja HTP15min: 1 ppm.

Tutkielmassa maanalaisen kultakaivoksen työntekijöiden altistumista dieselpakokaasuille arvioitiin mittaamalla työntekijöiden hengitysvyöhykkeeltä dieselpakokaasupäästöjä alkuainehiilenä (EC) hiukkaskeräimien ja pumppujen avulla sekä mittaamalla typpidioksidipitoisuuksia monikaasumittareilla. Mittauksiin osallistui Agnico Eagle Finland Oy:n sekä kaivoksen urakoitsijan Suomen Maa-Autot Oy:n työntekijöistä kiviautonkuljettajia, lastaajia, ruiskubetonoijia sekä rusnareita.

Yleisesti työntekijöiden altistuminen kaivoksessa vaihteli kohtalaisesta merkittävään.

Kiviautonkuljettajilla sekä lastaajilla altistuminen EC-pitoisuuksille oli tutkielmassa mitatuista ammattiryhmistä matalinta (keskimäärin noin 20–30 µg/m³), mutta ruiskubetonoijilla (13–118 µg/m³) ja rusnareilla (21–150 µg/m³) pitoisuusvaihtelut eri mittauskertojen välillä olivat huomattavasti suurempia. Kaikissa ammattiryhmissä mitattiin tulevat raja-arvot ylittäviä pitoisuuksia, mutta erityisesti rusnareilla altistuminen oli liiallista EC- ja NO2-pitoisuuksien ylittäessä raja-arvot jopa 50 %:ssa mittauksista. Typpidioksidipitoisuuksien osalta pitoisuudet vaihtelivat alle 0,10 ppm:stä 0,89 ppm:ään, mutta pitoisuudet pysyivät pääasiassa kohtalaisella (0,20 ppm) tasolla. HTP15min-arvon ylityksiä havaittiin yksittäisissä mittauksissa, joissa ylityksiä oli yleensä useampia kuin kaksi ylitystä peräkkäin samalla mittauskerralla. Tulevien raja-arvojen ylitykset johtuivat pääasiassa työkohteiden puutteellisista tai täysin puuttuvasta ilmanvaihdosta, mikä mahdollisti pitoisuuksien nousemisen korkeiksi. Jatkossa kaivoksella olisi hyvä kiinnittää erityistä huomiota ilmanvaihdon riittävyyteen. Erityishuomiota ilmanvaihdon riittävyyteen olisi hyvä kiinnittää ruiskubetonoijien ja rusnarien työkohteissa. Myös hyttien ilmansuodatusta tehostamalla voisi mahdollisesti vähentää työntekijöiden altistusta. Lisäksi työntekijöiden olisi hyvä käyttää hengityksensuojaimia työkoneiden hyttien ulkopuolella työskenneltäessä.

Kaisu Lukkarinen: Diesel exhaust gas emissions in an underground gold mine Master´s thesis 66 pages, 1 appendix (4 pages)

Supervisors: Pertti Pasanen (Docent), Jarkko Tissari (PhD, Docent), Teemu Pitkänen (AEF:

Occupational Safety and Health Manager) June 2021

Key words: diesel exhaust gas, elemental carbon (EC), nitrogen dioxide (NO2), exposure, underground mine

The purpose of the thesis “Diesel exhaust gas emissions in an underground gold mine” was to determine diesel exhaust gas levels to which workers in an underground gold mine were exposed.

Diesel exhaust gases are classified as class 1 carcinogens which means they are proven to cause cancer in humans. Generally, underground mines have difficulties regarding sufficient ventilation which may increase the workers´ risk to have cancer if exposed to high concentrations of diesel exhaust. The purpose of the study was to find out whether the diesel exhaust levels in the Agnico Eagle Finland Oy mine meet the future exposure limit value of 50 µg/m³ (EC) for diesel exhaust and the future indicative occupational exposure limit values for nitrogen dioxide: IOELV8h: 0,5 ppm and IOELV15min:1 ppm.

The mine workers exposure to diesel exhaust was assessed with personal exposure measurements.

Diesel exhaust concentrations were collected from breathing zone using particle samplers with air pumps. From the sample filters diesel exhaust concentrations were analysed as elemental carbon (EC). The nitrogen dioxide concentrations were measured simultaneously using direct reading multi-gas detectors. The participating workers were either truck drivers, load haul dump drivers, shotcrete operators or scaling operators from Agnico Eagle Finland Oy and Suomen Maa-Autot Oy.

In general, the exposure levels varied from moderate to significant. In case of EC, the least exposed groups were the truck drivers and load haul dump drivers (ca. 20–30 µg/m³) but there was more variation in the shotcrete operators´ (13–118 µg/m³) and scaling operators´ (21–150 µg/m³) exposure levels. In all groups levels exceeding the future limit values were measured but especially the scaling operators were overexposed since 50 % of the measured EC and NO2 concentrations exceeded the future limit values. In the case of nitrogen dioxide, the levels varied from less than 0,10 ppm to 0,89 ppm but in general the exposure levels were moderate (0,20 ppm). In the case of nitrogen dioxide IOELV15min values there were occasionally times when the value was exceeded and usually when this was the case, the value was exceeded multiple times successively. In general, exceeding the future limit values was due lacking in sufficient ventilation and in some cases, there was no ventilation to begin with in the working areas. The lacking in sufficient ventilation enabled the diesel exhaust concentrations to rise past the limit values. In the future, more attention should be paid to sufficient ventilation in the mine. Extreme care should be paid to ventilation at the shotcrete operators´ and scaling operators´ working areas. Exposure levels might also be reduced by improving the cabins´ air filtration. In addition, workers should wear masks with particulate filters when working outside of the cabinet.

Tämän pro gradu -tutkielman tarkoituksena oli selvittää maanalaisen kultakaivoksen työntekijöiden altistumista dieselpakokaasupäästöille alkuainehiilenä sekä typpidioksidina mitattuna. Mittauskohteena oli Agnico Eagle Finland Oy:n maanalainen kultakaivos Kittilässä.

Mittaukset suoritettiin heinä-marraskuun aikana vuonna 2019 ja kirjoitustyö tehtiin vuosien 2019–

2021 aikana. Mittausten analyysit kustansi Agnico Eagle Finland Oy.

Haluan kiittää Agnico Eagle Finland Oy:tä mahdollisuudesta kiinnostavaan graduaiheeseen ja mittausten toteuttamiseen töiden ohessa. Kiitos myös kaikille dieselpakokaasujen altistumismittauksiin osallistuneille kaivoksen sekä Suomen Maa-Autot Oy:n työntekijöille hyvästä yhteistyöstä. Kiitokset myös Mikko Rautaselle, Tuomas Kultalalle sekä Steve Safarille dieselkoneiden teknisistä tiedoista. Haluan kiittää myös ohjaajiani Pertti Pasasta, Jarkko Tissaria sekä Teemu Pitkästä ohjauksesta ja neuvoista gradun tekemisen varrella. Kiitos myös kaivoksen työyhteisölle ja erityisesti HSS-tiimille mukavasta työympäristöstä ja työkavereista. Erityiskiitos työparilleni Jaana Halmeelle hyvistä neuvoista ja tuesta työhygieenisissä mittauksissa!

Kuopiossa 3.5.2021 Kaisu Lukkarinen

EC Alkuainehiili (Elemental Carbon)

rEC EC:n alveolijae (< 4 µm) (Respirable Elemental Carbon) EC1 EC:n alle 1 µm:n jae

OC Orgaaninen hiili (Organic Garbon) TC Kokonaishiilipitoisuus (Total Carbon) TC1 TC:n alle 1 µm:n jae

rTC TC:n alveolijae (< 4 µm) (Respirable Total Carbon) NO2 Typpidioksidi (Nitrogen Dioxide)

AEF Agnico Eagle Finland Oy SMA Suomen Maa-Autot Oy

AM Aritmeettinen keskiarvo (Arithmetic Mean) GM Geometrinen keskiarvo (Geometric Mean)

DOC Hapettava katalyyttinen pelkistin (Diesel Oxidative Catalyst)

EGR Pakokaasujen takaisinkierrätysjärjestelmä (Exhaust Gas Recirculation)

urea-SCR Ureaan perustuva selektiivinen katalyyttinen pelkistin (Selective Catalytic Reduction)

BD Biodiesel

DPF Dieselpakokaasuhiukkasten suodatin (Diesel Particulate Filter) HTP8h Haitalliseksi tunnettu pitoisuus 8 tunnille laskettuna

HTP15min Haitalliseksi tunnettu pitoisuus 15 minuutille laskettuna

SISÄLLYSLUETTELO

1. JOHDANTO

2. KIRJALLISUUSKATSAUS

2.1 YLEISTÄ AEROSOLEISTA 11

2.2 DIESELPAKOKAASUJEN MÄÄRITELMÄ 11

2.3 PÄÄSTÖJEN MUODOSTUMISEEN VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ 12

2.3.1 EC- ja OC-päästöt 13

2.3.2. Typenoksidit 16

2.4 MITTAUSTAVAT 17

2.4.1 Hiukkaskeräimet 18

2.4.2 Suoraanosoittavat mittarit 20

2.4.3 Typpidioksidi 22

2.5 PÄÄSTÖNORMIT 23

2.5.1 Stage-päästöluokka työkoneilla 23

2.5.2 EURO-päästöluokka raskaille ajoneuvoille 24

3. TYÖN TAVOITTEET

4. AINEISTO JA MENETELMÄT

4.1 MITTAUSALUE 29

4.2 MITTAUSKOHTEET 29

4.3 MITTALAITTEET 29

4.4 MITTAUSTEN SUORITTAMINEN 30

4.5 NÄYTTEIDEN ANALYSOINTI 31

5. TULOKSET

5.1 AGNICO EAGLE FINLAND OY 32

5.1.1 AEF:n kiviauton kuljettajien altistuminen 32 5.1.2 AEF:n lastauskoneiden kuljettajien altistuminen 33

5.1.3 AEF:n ruiskubetonoijien altistuminen 35

5.1.4 AEF:n rusnareiden altistuminen 35

5.2 SUOMEN MAA-AUTOT OY 36

5.2.1 SMA:n lastauskoneiden kuljettajien altistuminen 36 5.2.2 SMA:n kiviauton kuljettajien altistuminen 37

5.2.3 SMA:n rusnareiden altistuminen 38

5.3 ALTISTUMISTASOT 39

5.4 HTP15MIN-ARVON YLITYKSET AMMATTIRYHMITTÄIN 40 5.5 TUTKIELMAN AM JA GM KESKIARVOPITOISUUDET 40

5.5.1 EC-pitoisuudet 40

5.5.2 NO2-pitoisuudet 41

6. TULOSTEN TARKASTELU

6.1 AGNICO EAGLE FINLAND OY 42

6.1.1.2 Kiviauto HTR17 ja lastauskone CNA05 43

6.2 SUOMEN MAA-AUTOT OY 47

6.3 PÄÄSTÖLUOKITUKSEN VAIKUTUS PITOISUUKSIIN 50

6.4 ALTISTUMISTASOT AMMATTIRYHMITTÄIN 51

6.5 TYPPIDIOKSIDIN HTP15MIN ARVON YLITYKSET 51 6.6 TUTKIELMAN DIESELPAKOKAASUPÄÄSTÖJEN

KESKIARVOPITOISUUDET 52

6.6.1 EC-keskiarvopitoisuudet kaivoksissa 52

6.6.2 Lastaajien EC-pitoisuudet 55

6.6.3 Kiviauton kuljettajien EC-pitoisuudet 56

6.6.4 Ruiskubetonoijien EC-pitoisuudet 56

6.6.5 Rusnarien EC-pitoisuudet 57

6.6.6 NO2-pitoisuudet 57

6.7 YLEISIÄ KAIVOKSEN ILMANLAATUUN VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ 58

6.8 TULOSTEN LUOTETTAVUUS 59

7. JOHTOPÄÄTÖKSET

LÄHDELUETTELO

LIITTEET

Liite 1: Työkoneiden tiedot

1. JOHDANTO

Kaivostyöntekijät altistuvat työssään dieselpakokaasuille, joita vapautuu kaivoksissa käytettävistä dieselkäyttöisistä työkoneista. Dieselpakokaasupäästöt luokitellaan syöpävaarallisiksi luokkaan 1.

Niiden on todettu aiheuttavan ihmisillä muun muassa keuhkosyöpää ja lisäksi dieselpakokaasuilla on havaittu yhteys virtsarakon syöpään. (IARC 2014).

Dieselkäyttöisten työkoneiden etuna on muun muassa niiden kestävyys, vähäinen polttoaineen kulutus sekä pienet häkä- ja hiilivetypäästöt (Majewski ym. 2006). Erityisesti maanalaisissa kaivoksissa, joissa korvausilman saatavuus on rajallista, vähäiset häkäpäästöt ovat eduksi. Koska dieselmoottoreissa palamislämpötila nousee korkeaksi, muodostuu päästöinä kuitenkin muun muassa haitallisia typenoksideja (Majewski ym. 2006).

Työkoneissa käytettävillä päästönrajoitustekniikoilla voidaan vähentää typen oksidien, hiukkasten sekä hiilivetyjen päästöjä. Hiukkaspäästöjen vähentämisessä käytetään muun muassa hiukkassuodattimia ja typen oksidien vähentämisessä katalysaattoreita. (IARC 2014). Kaivoksissa ja tunnelityössä dieselpakokaasupitoisuudet ovat kuitenkin keskimäärin yli 100 µg/m³ (EC) (IARC 2014) ja maanalaiset kaivokset ovatkin suurimpia dieselpakokaasupäästöille altistavia työpaikkoja (Pronk 2009).

Tällä hetkellä EC:nä mitattaville dieselpakokaasupäästöille ei ole voimassa olevaa raja-arvoa tai HTP-arvoa, mutta uuden EU direktiivin (2019/130) mukaan dieselpakokaasujen sitova raja-arvo tulee olemaan 0,05 mg/m³ (eli 50 µg/m³) alkuainehiilenä (EC) mitattuna ja se tulee astumaan voimaan 21.2.2023 direktiivin vaatimusten mukaisesti. Maanalaisiin kaivoksiin sekä tunnelirakentamiseen tulee viiden vuoden siirtymäaika, joten direktiivi tulee voimaan kaivoksissa ja tunnelirakentamisessa viimeistään 21.2.2026, mutta on mahdollista, että Suomen lainsäädännössä aikaistetaan direktiivin noudattamisen aloittamista.

Maanalaisissa kaivoksissa merkittävimpiä typen oksidien päästölähteitä ovat dieselkäyttöiset työkoneet ja räjäytyskaasut. Täten maanalaisissa kaivoksissa tulisi ottaa huomioon myös tulevat typpidioksidin HTP-arvot. Typpidioksidin HTP8h -arvo 0,5 ppm tulee maanalaisissa kaivoksissa sekä tunnelityössä direktiivin 2017/164 mukaisesti voimaan viimeistään 21.8.2023. Lyhytaikaisen altistumisen HTP15min-arvo typpidioksidille tulee olemaan saman direktiivin mukaisesti 1 ppm.

Muissa työtehtävissä kyseiset raja-arvot ovat jo voimassa, mutta maanalaisissa kaivoksissa sekä

tunnelityössä on poikkeuksellisesti tällä hetkellä voimassa vielä HTP8h -arvo 1 ppm ja HTP15min - arvo 2 ppm. Ennen dieselpakokaasupäästöille (EC) asetetun raja-arvon ja typpidioksidin HTP- arvojen voimaantuloa tulee kaivoksissa työntekijöiden altistuminen saada tulevien raja-arvojen alapuolelle.

Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää maanalaisen kultakaivoksen työntekijöiden altistumista dieselpakokaasupäästöille käytännön kokein alkuainehiilenä ja typpidioksidina mitattuna sekä kirjallisuuden avulla. Saatuja tuloksia verrattiin tulevaan dieselpakokaasujen raja-arvoon ja typpidioksidin HTP-arvoihin.

2. KIRJALLISUUSKATSAUS

2.1 YLEISTÄ AEROSOLEISTA

Aerosolit koostuvat kiinteistä hiukkasista ja niitä ympäröivistä kaasufaasin yhdisteistä.

Aerosolihiukkasten koko voi vaihdella 0,002–100 µm välillä. Pakokaasuhiukkaset, jotka lukeutuvat aerosoleihin, ovat muodoltaan erilaisia ja tyypillisesti alle mikrometrin kokoisia.

Pakokaasuissa olevat nokihiukkaset muodostavat agglomeraatteja, jotka ovat hiilipalloista muodostuneita haaroittuneita ketjuja. (Hinds ym. 1999).

Aerosolit luetaan joko primääri- tai sekundääriaerosoleiksi. Primääriaerosoleissa hiukkaset vapautuvat päästökohteesta suoraan ilmaan, eikä niissä ole tapahtunut kemiallisia muutoksia.

Sekundääriaerosoleissa ilmaan vapautuneet hiukkaset ovat käyneet läpi kemiallisia muutoksia ilmassa olevien kaasumaisten yhdisteiden kanssa ja muodostaneet näin uusia tai erilaisia hiukkasia.

(Hinds ym. 1999).

2.2 DIESELPAKOKAASUJEN MÄÄRITELMÄ

Dieselpakokaasut koostuvat kiinteässä- sekä kaasufaasissa olevista epäpuhtauksista. Kaasumaiset päästöt muodostuvat muun muassa typen eri oksideista, haihtuvista orgaanisista yhdisteistä, hiilimonoksidista ja hiilidioksidista. Hiukkasmaiset päästöt koostuvat muun muassa alkuainehiilestä (EC), orgaanisesta hiilestä (OC), tuhkasta sekä voiteluaineiden jäämistä. Joukossa voi olla useita muita polttoainetyypistä riippuvaisia palamistuotteita, kuten rikin yhdisteitä sekä raskasmetalleja, kuten lyijyä ja moottorin kulumisessa irtoavia metallihiukkasia. Epätäydellisessä palamisessa muodostuvista hiilivedyistä osa on terveydelle haitallisia, kuten formaldehydi, bentseeni sekä karsinogeeniset PAH-yhdisteet. (IARC, 2014, NIOSH 2011, EPA 2002).

Dieselhiukkaset koostuvat alkuainehiilikeskuksesta, jossa alkuainehiilihiukkaset ovat yleensä muodostaneet agglomeraattirakenteen. Agglomeraattiin on liittynyt orgaanisia hiiliyhdisteitä joko kiinteässä tai nestefaasissa, ja niiden lisäksi agglomeraattiin on liittynyt myös muita epäorgaanisia yhdisteitä, kuten rikin yhdisteitä tai pieniä määriä metalleja (Ålander ym. 2003). Hiukkasilla on suuri pinta-ala, johon voi kiinnittyä erilaisia yhdisteitä esimerkiksi adsorptiolla (EPA 2002).

Kiinteät dieselhiukkaset lukeutuvat hiukkaskooltaan joko pienhiukkasiksi (halkaisija < 2,5 µm) tai vielä pienemmiksi ultrapieniksi hiukkasiksi (halkaisija < 0,1 µm) (EPA 2002). Pienen kokonsa

vuoksi dieselhiukkaset voivat leijua ilmassa pitkään ja näin ollen myös altistaa ilmassa pidempään kuin suuremmat ja raskaammat hiukkaset. Dieselhiukkasten käyttäytyminen ilmassa voikin muistuttaa enemmän kaasumaisten yhdisteiden kuin hiukkasmaisten yhdisteiden käyttäytymisetä.

(NIOSH 2011). Cheng ym. (2015) havaitsivat raskaan ajoneuvon moottorilla erilaisilla biodieseleillä sekä jälkipuhdistustekniikoilla, että suurin osa (70 %) muodostuvista hiukkasmaisista epäpuhtauksista oli pienhiukkasia PM2,5 jotka aiheuttavat jo pienen kokonsa vuoksi terveysongelmia kulkeutumalla syvälle keuhkoihin (EPA 2002).

2.3 PÄÄSTÖJEN MUODOSTUMISEEN VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ

Dieselpakokaasujen koostumukseen vaikuttavat muun muassa koneen moottorityyppi, konetyyppi (raskas ajoneuvo vs. kevyt ajoneuvo), käytetyt päästönrajoitustekniikat, polttoaineen laatu, kuorman suuruus, koneen kunto sekä huolto (IARC 2014, Lutz ym. 2017, EPA 2002). Myös koneen käyttötapa, kuten kiihdyttämiset ja jarruttamiset sekä se, paljonko konetta käytetään tyhjäkäynnillä, vaikuttavat muodostuviin päästöihin (EPA 2002).

Dieselmoottoreissa sopivalla ilmamäärällä on tarkoitus saada polttoaine palamaan mahdollisimman puhtaasti. Suhteeseen vaikuttaa muun muassa polttoaineen ruiskutuksen määrä ja ajoitus. Lisäksi se, kuinka hyvin polttoaine saadaan hajotettua mahdollisimman pieniksi pisaroiksi ja leviämään mahdollisimman tasaisesti sylinterin palotilaan ilman kanssa, vaikuttavat palamisen täydellisyyteen. Ruiskutussuuttimien muoto ja suuntaus sekä palotilan muoto vaikuttavat polttoaineen sekoittumiseen ilman kanssa. Esimerkiksi pienessä palotilassa sekä huonosti suunnattujen suuttimien vuoksi osa polttoaineesta voi kulkeutua palotilan seinille, jolloin polttoaine palaa epätäydellisesti muodostaen hiilivetyjä, nokihiukkasia ja osittain hapettuneita palamistuotteita. (Majewski ym. 2006). Mitä epätäydellisempää palaminen on, sitä enemmän päästöjä syntyy.

Tiukentuneiden päästörajojen vuoksi uusien dieselkoneiden teknologia on kehittynyt, mikä alentaa muodostuvia päästöjä. Khalek ym. (2015) tutkimuksessa verrattiin 2007 ja 2010 vuosien jälkeen tulleiden USA:n EPA:n päästörajoitusten mukaisten koneiden päästöjä keskenään, ja siinä havaittiin, että 2010 vuoden jälkeen hiukkaspäästöt olivat laskeneet noin 62 % vuoden 2007 konetyyppien päästöistä. Samalla myös havaittiin, että päästöjen koostumus oli muuttunut: vuoden 2007 koneiden päästöjä oli dominoinut sulfaatit (noin 53 %), OC (noin 30 %) ja EC (noin 13 %).

2010-luvun koneissa päästöistä suurin osa oli OC:ta (noin 66 %) ja loput olivat pääasiassa EC:tä

(noin 16 %) ja nitraatteja (noin 14 %). Sulfaattipäästöjen voimakas lasku johtui osaltaan siirtymisestä vähärikkisen polttoaineen käyttämiseen.

2.3.1 EC- ja OC-päästöt

Nykyisissä koneissa yleisiä dieselpakokaasupäästöihin vaikuttavia tekniikoita ovat muun muassa erilaiset hiukkassuodattimet ja hapettavat katalyytit (DOC). Cheng ym. (2015) tutkimuksessa raskailla ajoneuvoilla käytettiin kolmea erilaista biodieseliä, joista kahdessa bioöljyn osuus oli 1

% eri rikkipitoisuuksilla ja kolmas oli 10 %:sta biopolttoainetta (BD10). Heidän tutkimuksissansa hapettavan katalyytin ja hiukkassuodattimen yhdistelmällä saatiin paras vähennys EC:n (83 %) ja OC:n (71 %) pitoisuuksiin. Tuloksia verrattiin vähärikkisen dieselin päästöihin ilman päästönrajoitustekniikoita. Pelkällä DOC:lla EC:n pitoisuus väheni vain 36 % ja OC:n pitoisuus väheni 53 %.

Biodieseleiden on havaittu vähentävän dieselkoneiden EC-päästöjä. Bugarski ym. (2010) tekemässä tutkimuksessa dieselkäyttöisellä koneella maanalaisessa laboratoriossa 100 %:lla biodieselillä (BD100), 50 %:lla biodieselillä (BD50) ja vähärikkisellä dieselillä he havaitsivat, että molemmat biodieselit vähensivät päästöjen EC-pitoisuutta verrattuna dieseliin. Suurimat EC- pitoisuuden vähennykset (noin 60 %) havaittiin BD100:lla täyttä kuormaa vastaavissa olosuhteissa sekä matalissa että suurissa nopeuksissa. Lutz ym. (2017) havaitsivat samansuuruisia vähennyksiä lastauskoneen kuljettajilta (DOC, ei DPF) tehdyissä kokeissa, jossa verrattiin BD75:sta dieseliin.

Heidän tutkimuksessaan rEC:n pitoisuudet olivat yli puolet pienempiä biopolttoaineella (mediaani 52,8 µg/m³) kuin tavallisella dieselöljyllä (mediaani 125,1 µg/m³). Tutkimuksessa rOC:n pitoisuuksissa ei ollut merkittäviä eroja eri polttoaineiden välillä.

Sen sijaan Saarikoski ym. (2018) tutkimuksessaan maanalaisessa kaivoksessa eivät havainneet, että dieselöljyn vaihtaminen BD100:een olisi juurikaan laskenut mustan hiilen (vastaa käytännössä EC:tä) pitoisuutta päästöissä verrattuna tavalliseen dieselöljyyn. Syyksi he epäilivät työkoneiden tehokkaita päästönrajoitustekniikoita, joissa hiukkassuodattimet vähentävät tehokkaasti muodostuvia hiukkaspäästöjä (EURO 5 raskasajoneuvo). Tutkijat epäilivät, että hiukkaspitoisuuksien pieneminen BD100:n vuoksi olisi näkynyt tuloksissa paremmin, jos testattavissa dieselkoneissa olisi ollut käytössä huonompaa päästönrajoitustekniikkaa, joka olisi päästänyt läpi enemmän hiukkaspäästöjä.

Biopolttoaineissa on kuitenkin eroja niiden sisältämien bioöljyosuuksien osalta. Ashraful ym.

(2015) tutki biopohjaisen (palmuöljy) polttoöljyn prosenttiosuuden vaikutusta päästöjen muodostumiseen (ei jälkipuhdistustekniikkaa). Käytetyissä biopohjaisissa polttoaineissa palmuöljyn määrä vaihteli 10–40 % (BD10-BD40) välillä. Vähiten EC- ja OC-päästöjä verrattuna dieselöljyyn syntyi BD10- ja BD20-polttoaineilla, joilla EC-pitoisuudet laskivat eri nopeuksilla (1200–2400 rpm) niin, että BD10:lla pitoisuudet laskivat noin 1–18 % ja BD20:lla 10–23 %.

Hitaissa vauhdeissa (1200 rpm) EC-päästöt laskivat eniten (BD10: 18 % ja BD20: 23 %), mutta biopolttoaineen vaikutus EC-päästöjen muodostumiseen laski sitä enemmän mitä suuremmaksi vauhti kasvoi. Cheng ym. (2015) havaitsivat tutkimuksissaan saman suuntaisia vähennyksiä EC:lle BD10:lla (ilman jälkipuhdistustekniikoita), jolloin EC-pitoisuus väheni 7 % ja lisäksi OC:n pitoisuus väheni 21 %. Syy sille, miksi biopolttoaineissa yleensä OC päästöjen määrä vähenee, johtuu siitä, että biopolttoaineissa on enemmän happea, jolloin palaminen on täydellisempää.

Ashraful ym. (2015) havaitsivat kuitenkin, että suuremmilla bioöljyn prosenttiosuuksilla (BD30:lla ja BD40:lla) EC-päästöjä muodostui kaikissa nopeuksissa enemmän kuin tavallisella dieselöljyllä ja BD40:lla päästöjä muodostui eniten (ei jälkipuhdistustekniikkaa). Bugarski ym. (2010) huomasivat BD50:llä myös pitoisuuksia kohottavia vaikutuksia täyttä kuormaa vastaavissa olosuhteissa, jossa DOC:n kanssa BD50:llä EC:n pitoisuus kasvoi noin 24 % verrattuna tilanteeseen, jossa DOC:ia ei käytetty. Vaikka DOC nostatti EC:n pitoisuuksia, pysyivät BD50:n EC-pitoisuudet silti alle dieselillä saatujen pitoisuuksien. Samassa tutkimuksessa täyttä kuormaa vastaavissa olosuhteissa DOC:n kanssa BD100:lla EC:n pitoisuudessa ei kuitenkaan havaittu merkittävää muutosta verrattuna ilman DOC:ia tehtyihin mittauksiin, mutta sen sijaan dieselillä pitoisuus taas laski noin 26 % verrattuna ilman DOC:ia tehtyihin mittauksiin. Suurissa nopeuksissa puolikasta kuormaa vastaavissa olosuhteissa EC:n pitoisuuksien havaittiin kuitenkin vähenevän molemmilla biodieseleillä: DOC:lla BD100:lla 16 % ja BD50:llä noin 21 %. Myös tavallisella dieselillä pitoisuudet laskivat eniten eli noin 32 % verrattuna ilman DOC:ia tehtyihin mittauksiin.

Ashraful ym. (2015) havaitsivat, että muilla polttoaineilla (BD10–BD30) OC-päästöjä muodostui tavalliseen dieseliin verrattuna vähemmän, mutta OC-päästöjen osalta BD40:lla muodostui enemmän päästöjä kuin dieselöljyllä. Eniten OC-pitoisuudet vähenivät BD20:lla, jolla suurin vähennys oli 49 % (nopeudessa 1800 rpm). Päästöjen muiden epäpuhtauksien, kuten rikin, pitoisuudet nousivat pakokaasuissa mitä suuremmaksi nopeus kasvoi.

Shah ym. (2004) huomasivat tutkimuksissaan raskailla ajoneuvoilla, että koneiden käyttöolosuhteilla ja mahdollisesti myös huollolla on merkitystä EC:n ja OC:n muodostukseen, sillä saman valmistajan samaa vuosimallia olevat koneet saattoivat heidän tutkimuksissaan tuottaa eri suhteissa ja eri määriä EC- ja OC-päästöjä samalla ajomatkalla. Samoin Cheng ym. (2015) havaitsivat tutkimuksessaan, että dieselkoneiden käyttöolosuhteilla oli suuri merkitys muodostuviin päästöihin. Heidän kokeessaan tyhjäkäynnillä tehdyissä kokeissa 1 % biodieselillä (ilman jälkipuhdistustekniikkaa) havaittiin, että kone ilman kuormaa saattoi tuottaa 2–10 kertaa suuremmat EC- ja OC-päästöt kuin vastaavassa tilanteessa oleva kone kuorman kanssa. EC:n osuus pakokaasupäästöissä kasvoi, mitä suurempi kuorma koneessa oli ja OC:n pitoisuus sen sijaan väheni. Pienellä kuormalla EC-päästöt vähenivät 79 %, kun taas suurella kuormalla päästöt laskivat vain 54 % verrattuna tilanteeseen, jossa ei ollut ollenkaan kuormaa.

Selityksenä sille, miksi ilman kuormaa muodostuivat suurimmat päästöt, Cheng ym. (2015) esittävät, että tyhjäkäynnillä käyvässä koneessa palamislämpötila on matalampi, koska ilman ja polttoaineen suhde on korkeimmillaan. Tällöin palaminen on epätäydellisempää, mikä edistää hiukkasmaisten epäpuhtauksien syntymistä. OC:n kohdalla tyhjäkäynnillä ja pienellä kuormalla muodostui eniten päästöjä, mutta päästöt vähenivät, kun kuormaa lisättiin. Päästöjen väheneminen suuremmalla kuormalla selittyy Cheng ym. (2015) mukaan sillä, että suuremmalla kuormalla palaa enemmän polttoainetta, jolloin palamislämpötila nousee ja tällöin palaminen on tehokkaampaa ja näin ollen puhtaampaa.

Myös Shah ym. (2014) havaitsivat että, käyttöolosuhteilla on merkitystä muodostuviin päästöihin, sillä nopeuden vaihteluilla havaittiin olevan vaikutusta muodostuviin hiukkaspäästöihin. Heidän tutkimuksessaan hitaissa nopeuksissa muodostuvat hiukkaspäätöt olivat pääasiassa OC:ta kun taas nopeissa vauhdeissa muodostui enemmän EC:tä. Ryömintävauhdilla syntyneiden OC-päästöjen määrä saattoi heidän mukaansa olla noin kahdeksankertainen maantieajoon verrattuna ja EC:n kohdalla noin kaksinkertainen. He epäilivät, että koneiden käyttöolosuhteilla ja tavalla voi olla vaikutusta dieselpäästöjen terveysvaikutuksiin. Virtanen ym. (2004) havaitsivat tutkimuksessaan, että nokihiukkasten määrä kasvoi suhteessa nopeuteen niin, että mitä suurempi vauhti oli, sitä suurempia hiukkaspitoisuuksia muodostui. Samassa kokeessa havaittiin, että mitä suurempi kuorma ajoneuvoissa oli, sitä pienempiä olivat muodostuvat hiukkaset, mikä johtui todennäköisesti siitä, että suurella kuormalla syntyy primäärinokihiukkasia agglomeraattien sijaan. Virtanen ym.

(2004) mukaan suurella kuormalla ilman ja polttoaineen suhde on pienempi ja polttoaineen syöttö on suurempaa, mikä edesauttaa nokihiukkasten syntymistä.

Lim ym. (2008) huomasivat laboratoriotutkimuksessaan, että tehokas tapa vähentää pakokaasujen EC:n ja OC:n (< 1 µm hiukkaset) päästöjä oli vähentää kuljetettavaa kuormaa nopeuden laskemisen sijaan. Tutkimuksessa EC:n pitoisuuksia saatiin vähennettyä noin 3-kertaisesti ja OC:n pitoisuuksia noin 2-kertaisesti laskemalla kuorman kokoa 100 %:sta 60 %:iin.

Cheng ym. 2015 epäilivät, että ongelmia päästönormien vaatimusten täyttämisessä voi tuottaa, jos koneita ylläpidetään huonosti. Mutta myös dieselmoottoreiden rakenteellakin voi olla vaikutusta päästöjen muodostumiseen. Erilaisissa dieselmoottoreissa päästöjen muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa polttoaineen syöttönopeus sekä koostumus, polttoaineen sytyttämiseen tarkoitetun ilman kuumuus ja paine sekä erilaiset ilmamäärän ja polttoaineen syöttösuhteet.

(Majewski ym. 2006) 2.3.2. Typenoksidit

Jälkipuhdistustekniikoilla on havaittu olevan vaikutusta myös muodostuviin typenoksidien päästöihin. Hiukkasmaisten ja kaasumaisten yhdisteiden poistamisessa käytettävällä hapettavan katalyytin (DOC) ja hiukkassuodattimien (DPF) yhdistelmällä pakokaasujen typen oksidit hapetetaan suurelta osin typpidioksidiksi, jota hyödynnetään pakokaasujen hiukkasmaisten yhdisteiden hapettamisessa (Shorter ym. 2005). Muodostuva NO2 johtaa dieselkäyttöisten koneiden NO2-päästöjen kohoamiseen. DOC:n ja DPF:n yhdistelmän jälkeen käytettävillä jälkipuhdistustekniikoilla typen oksidien muodostumista päästöihin voidaan myös vähentää.

Esimerkiksi pakokaasujen takaisin kierrätysjärjestelmässä (EGR) polttokammioon takaisin johdetut pakokaasut laskevat polttokammion lämpötilaa, mikä vähentää typenoksidien päästöjä, jotka vaativat muodostuakseen korkean lämpötilan. Toinen yleinen tapa on selektiivisen katalyyttisen pelkistimen (SCR) käyttäminen, joka nimensä mukaisesti pelkistää typen oksideja alkuainetypeksi. (Majewski 2006)

Cheng ym. (2015) tutkimuksessa hapettavaa katalyyttiä käytettäessä yhdessä hiukkassuodattimien kanssa typen oksidien päästöjen havaittiin lisääntyvän 24 %. Sen sijaan kyseisessä tutkimuksessa tutkijoiden yllätykseksi pelkällä DOC:lla typen oksidit eivät lisääntyneet.

Bugarski ym. (2010) mittauksissa laboratorio-olosuhteissa, jossa tarkasteltiin DOC:n ja kuorman vaikutusta typpidioksidin päästöihin, havaittiin, että ilman DOC:ia pitoisuudet olivat noin kaksi kertaa suurempia puolikkaalla kuormalla kuin täyttä kuormaa vastaavissa olosuhteissa nopeudesta riippumatta. DOC:ia käytettäessä oli päinvastoin eli pitoisuudet olivat noin kaksi kertaa suurempia täyttä kuormaa vastaavissa olosuhteissa kuin puolikkaalla kuormalla. Lisäksi puolikkaalla kuormalla kovassa vauhdissa DOC:lla muodostui enemmän typpimonoksidin päästöjä ja NO2:n päästöt taas vähenivät. Sen sijaan täydellä kuormalla kovassa vauhdissa DOC:lla typpimonoksidin päästöissä ei havaittu juurikaan eroja, kun taas NO2:n pitoisuudet olivat lähes kolme kertaa suurempia. Se, miksi täydellä kuormalla ja DOC:ia käytettäessä muodostui enemmän NO2:n päästöjä, voi selittyä sillä, että NO2-päästöjä muodostuu enemmän suurissa lämpötiloissa ja tutkimuksessa täydellä kuormalla pakokaasujen lämpötilat olivat korkeampia kuin puolikkaalla kuormalla. Tutkijat myös esittävät syyksi sitä, että puolikkaalla kuormalla matalissa lämpötiloissa vanhat DOC:t kuluttavat tehokkaasti NO2:sta silloin kun pakokaasuissa on paljon häkää ja hiilivetyjä. Sen sijaan Cheng ym. (2015) tutkimuksessa (ei jälkipuhdistustekniikkaa) typenoksidien pitoisuudet kasvoivat aina nopeuden tai kuorman kasvaessa.

Lutz ym. (2017) havaitsivat lastauskoneen kuljettajilta (DOC, ei DPF) tehdyissä kokeissa, jossa verrattiin BD75:sta dieseliin (polttoaineiden ominaisuuksia ei esitetty), että typpidioksidipitoisuudet olivat merkittävästi pienempiä biodieselillä (1,19 ppm) kuin dieselillä (1,58 ppm). Sen sijaan Cheng ym. (2015) mittauksessa (ilman jälkipuhdistustekniikoita) BD10:lla typen oksidien päästöt kasvoivat peräti 49 % verrattuna dieseliin.

2.4 MITTAUSTAVAT

Dieselpakokaasupitoisuuksia mitataan alkuainehiilipitoisuutena (EC) ja kokonaishiilipitoisuutena (TC) (IARC 2014). USA:ssa ja Kanadassa kokonaishiilipitoisuus on mittaamisessa käytettävä virallinen parametri. Kokonaishiilipitoisuudessa huomioidaan sekä alkuainehiili- että orgaaninen hiilipitoisuus. Suomessa ja muualla Euroopassa dieselpakokaasujen mittaaminen perustuu alkuainehiilen mittaamiseen (EU direktiivi 2019/130). Suomessa mittaukset tulee suorittaa alveolijakeen eli keuhkorakkuloihin asti päätyvien EC-hiukkasten mittaamisena (STM 2020).

Alveolijakeiset hiukkaset käsittävät 4 µm ja sitä pienemmät hiukkaset (TTL 2016).

2.4.1 Hiukkaskeräimet

Yleisesti kirjallisuudessa EC- ja TC-päästöjen mittauksessa käytetty menetelmä on USA:n National Institute of Occupational Safety and Health -instituutin NIOSH 5040 menetelmä, joka perustuu termisoptiseen analyysiin. Termisoptisessa analyysissä näyteuunin lämpötila nostetaan ≥ 850 ᵒC:een, jota ennen alemmissa lämpötiloissa heliumkaasussa näytteestä saadaan eroteltua ensin orgaanisen hiilen fraktio. Kun lämpötila on noussut maksimilämpötilaan (≥ 850 ᵒC), kaikki näytteessä oleva orgaaninen aines on hiiltynyt, mikä havaitaan suodattimen heijastuksen laskuna optisesti mittaamalla. Kun kaikki OC on saatu poistettua, näyteuuniin johdetaan heliumin lisäksi happea, jolloin näytteestä saadaan erotettua alkuainehiilen fraktio. Näyteuuniin johdettu happi saa EC:n hapettumaan, mikä kasvattaa suodattimen heijastusta. Heijastuksen muutos havaitaan optisesti mittaamalla ja tätä muutosta käytetään erottamaan OC EC:stä. EC ja OC poistuvat näytteestä siis eri aikaan, jolloin ne voidaan erottaa toisistaan. Palanut EC ja OC muutetaan hiilidioksidiksi ja siitä metaaniksi, jonka pitoisuus määritetään liekki-ionisaatiodetektorilla, jolloin voidaan laskea EC:n ja OC:n pitoisuudet. Näytteessä muodostuva hiiltynyt orgaaninen aines korjataan optisesti mittaamalla näytteen keräyksessä käytetyn kvartsisuodattimen heijastuksen muuttumista laserin sekä valokennon avulla. (NIOSH 2017).

NIOSH 5040 menetelmää käytettäessä tulee kohteissa, joissa voi esiintyä myös muita hiilen lähteitä, kuten öljysumua tai kivihiiltä, käyttää sellaisia keräimiä tai sykloneita, joissa hiukkaskokorajaus on ≤ 1 µm. Näin saadaan rajattua kyseiset virhelähteet minimiin (NIOSH 2016).

Vaikka menetelmällä voidaan mitata sekä OC:ta että EC:tä ja näistä laskea TC-pitoisuus, työpaikoilla mitattavaksi parametriksi kuitenkin suositellaan EC:tä, koska TC:ssä OC:n pitoisuuksiin voivat mahdollisesti vaikuttaa myös muut orgaaniset hiilen lähteet työpaikalla (NIOSH 2016).

Eri tutkimuksissa EC:n pitoisuudet voidaan mitata hieman eri tavalla, vaikka käytetty menetelmä olisi sama. Tutkimuksissa EC:tä on mitattu joko EC:n alveolijakeena (≤ 4µm) (rEC:nä) tai alle mikrometrin kokoisena jakeena (EC1:nä) ja joistakin tutkimuksista ei välttämättä selviä, että kumpaa menetelmää on käytetty (Ädelroth ym. 2006, Debia ym. 2017, Fleck ym. 2019). Fleck ym.

(2019) tutki maanalaisessa kaivoksessa mitattujen dieselpakokaasupitoisuuksien eroja, kun näytteet kerättiin rEC:nä ja EC1:nä sekä TC:n hengittyvänä jakeena (rTC:nä) ja alle mikrometrin kokoisena jakeena (TC1:nä). He havaitsivat, että mittaustavoista rEC:n ja EC1:n välillä ei ollut

merkittävää eroa pitoisuuksissa toisin kuin rTC:n ja TC1:n välillä, joista rTC:n arvot olivat selvästi suurempia kuin TC1:nä mitatut pitoisuudet. He esittivät syyksi EC1:n ja TC1:n keräyksessä käytettäviä keräimiä, jotka rajasivat pois yli mikrometrin kokoiset hiukkaset. Koska Fleck ym.

(2019) mukaan EC-hiukkaset ovat pääasiassa (93 %) alle mikrometrin kokoisia hiukkasia, erot EC1:n ja rEC:n välillä eivät olleet niin suuria kuin TC:n osalta, josta tutkimuksen mukaan vain 73

% oli < 1 µm:n kokoisia hiukkasia, jolloin rTC:n pitoisuuksissa on huomattavasti enemmän myös

< 4 µm:n kokoisia hiukkasia, jotka kasvattavat rTC:n pitoisuutta suuremmaksi verrattuna TC1:n pitoisuuteen.

USA:ssa ja Kanadassa käytetään TC:tä dieselpakokaasujen määrityksessä, joten eri tutkimuksissa (Fleck ym. 2018, Noll ym. 2015) on yritetty löytää sopivaa muuntokerrointa, jolla voidaan muuttaa EC:n pitoisuus vastaamaan TC:tä, koska näin voitaisiin välttää muista lähteistä kuin dieselpakokaasuista tulevan OC:n vaikutus mitattuun todelliseen TC:n pitoisuuteen.

Kokonaishiilipitoisuudessa mittauksen tarkkuutta voi heikentää muista lähteistä (esim. tupakka) peräisin oleva orgaaninen hiili, koska keräimet keräävät myös kaasufaasissa esiintyviä hiilivetyjä (tupakan savu, öljysumu) (NIOSH 2011). Esimerkiksi tupakansavun vaikutus EC:n tuloksiin on huomattavasti pienempi kuin TC:nä mitattuna, koska tupakansavusta kokonaishiilimäärästä alkuainehiilenmäärä on muutaman prosentin luokkaa. (Birch, 1996)

Fleck ym. (2018) huomasivat tutkimuksessaan, että maanalaisen kaivoksen työntekijöillä oli huomattavia eroja TC:EC suhteissa eri työnkuvissa, mikä johtui heidän mukaansa muista lähteistä (tupakka, öljysumu) peräisin olevan OC:n vaikutuksesta mittaustuloksiin. Heidän tutkimuksessaan EC:n muuntokertoimeksi laskettiin 1,8 kun taas Noll ym. 2015 tutkimuksissa kertoimeksi saatiin vain 1,27. Noll ym. (2015) tutkimuksessa muuntokertoimella laskettuna 95 % tuloksista oli ± 18

% mitatuista TC:n pitoisuuksista, mutta heidän tutkimuksessaan todettiin, että hiilikaivoksissa EC- pitoisuuden tulisi olla vähintään 50 µg/m³, jotta kerrointa voisi käyttää luotettavasti muuttamaan EC-pitoisuus vastaamaan TC:tä.

Noll ym. (2007) kaivoksista tekemässä tutkimuksessa EC arvioitiin hyväksi dieselhiukkasten ja TC:n pitoisuuksien arvioimisessa erityisesti suurissa pitoisuuksissa. Alle 160 µm/m³ pitoisuuksissa EC:n suhde dieselhiukkasiin ja TC:hen oli heikompi, mikä saattaa osaltaan selittyä sillä, että pienissä pitoisuuksissa OC:n pitoisuudet voivat helpommin ottaa virhettä muista OC:n lähteistä, kuten tupakasta, mikä näkyy muutoksena dieselhiukkasten ja TC:n pitoisuuksissa. Myös

hiukkassuodattimien havaittiin muuttavan dieselhiukkasten ja EC:n suhdetta, minkä arvioitiin johtuvan siitä, että hiukkassuodattimet vähentävät enemmän EC:n pitoisuutta kuin muiden dieselhiukkasten yhdisteiden pitoisuutta.

Nykyisissä tai tulevissa työkoneissa EC:n tai TC:n käyttämisessä dieselpakokaasupitoisuuksien arvioinnissa voi olla ongelmia, koska tehokkaammat päästönrajoitustekniikat voivat jatkuvasti muuttaa OC-EC suhdetta. Esimerkiksi noin 20 vuotta sitten EC:n osuus TC:stä oli arviolta noin puolet (Birch 1996). Raskailla ajoneuvoilla EC:n osuus dieselhiukkasista oli jopa 75 ± 10 % ja OC:n osuus oli vain 19 ± 8 % (EPA 2002). Kuitenkin Khalek ym. tutkimuksissa vuonna 2011 raskaan ajoneuvon dieselhiukkasista EC:n osuus oli enää vain 13 % ja OC:n osuus 30 %. Hedmer ym. (2017) esittävätkin, että typpidioksidi voisi olla parempi dieselpakokaasujen määrityksessä, koska uudet päästönrajoitustekniikat muuttavat jatkuvasti dieselpakokaasujen koostumusta niin, että EC:n määrä vähenee ja typpidioksidin määrä kasvaa. Heidän arvionsa mukaan typpidioksidia voitaisiin tosin käyttää dieselpakokaasujen määrityksessä vain kohteissa, joissa ei esiinny muita typpidioksidin päästölähteitä.

Hedmer ym. (2017) ja Berlinger ym. (2019) olivat tutkimuksissaan typpidioksidin käyttämisestä dieselpakokaasupäästöjen määrityksessä kuitenkin eri linjoilla. Hedmer ym. (2017) esittivät, että NO2:sta voitaisiin käyttää dieselpakokaasujen määrittämisessä, jos työpaikalla NO2:n ja EC:n suhde tiedetään, jotta voidaan määrittää työpaikkakohtainen muuntokerroin typpidioksidille.

Olosuhteiden pitäisi tällöin olla suhteellisen vakiot eikä alueilla saisi olla muita NO2:n päästölähteitä. Tutkimuksessa todetaan, että maanalaisissa kaivoksissa ongelmia määritykseen voisivat aiheuttaa räjähdysaineista syntyvät typen oksidit, jotka voisivat häiritä määritystä. Sen sijaan Berlinger ym. (2019) tutkivat EC:n ja NO2:n pitoisuuksia ja yhdisteiden korrelaatiota toisiinsa eri aloilla ja havaitsivat, että maanalaisissa kaivoksissa EC:n ja NO2:n esiintyvyydessä oli kyllä positiivinen korrelaatio eli yhdisteet esiintyivät yhtä aikaa, mutta NO2:n pitoisuuksien perusteella ei voinut päätellä paljonko EC:tä oli ilmassa tai toisinpäin. Lisäksi heidän mielestään muiden typen oksidien taipumus herkästi hapettua typpidioksidiksi otsonin läsnä ollessa lisäsi NO2:n kyseenalaisuutta EC-pitoisuuksien arvioinnissa.

2.4.2 Suoraanosoittavat mittarit

Khan ym. (2020) mukaan NIOSH 5040 menetelmän puutteena on se, että keräimillä tehtyjen mittausten tulokset saadaan viiveellä. Myöskään mittauksen aikana tapahtuvaa pitoisuusvaihtelua

ei saada selville, jolloin tulosten viivästyminen voi johtaa työntekijöiden altistumiseen liian suurille dieselpakokaasupitoisuuksille. Suoraan osoittavilla dieselpakokaasujen mittareilla vallitsevat pitoisuudet saataisiin heti selville ja samoin voitaisiin tarkastella pitoisuusvaihteluita eri alueilla.

Suoraanosoittavia dieselpakokaasumittareita on ollut tarjolla vasta viimeisimmän vuosikymmen ajan. Katsausartikkelissaan Khan ym. (2020) toteavat, että suoraanosoittavien mittareiden ongelmina tällä hetkellä ovat niitä koskevien standardien ja yhtenäisen kalibrointiohjeistuksen puutteet sekä mittareiden herkkyydet kaivosolosuhteiden vaihteluille, kuten kaivoksen ilmassa esiintyvälle kosteudelle, öljysumulle ja kivipölylle. Mittauksissa on käytetty esimerkiksi gravimetrisiin analyyseihin, valon absorptioon, sirontaan tai fotoakustisiin mittauksiin perustuvia mittareita, mutta tällä hetkellä suoraanosoittavia mittalaitteita ei ole hyväksytty virallisiksi mittausmenetelmiksi dieselpakokaasupäästöjen selvityksessä. Khan ym. (2020) nostavat katsausartikkelissaan valon absorption ja hajonnan yhdistävän mittausmenetelmän (light extinction) kuitenkin potentiaaliseksi tulevaisuudessa hyväksyttäväksi suoraanosoittavaksi mittausmenetelmäksi, koska sen voi kalibroida soveltumaan monenlaisiin kaivosolosuhteisiin.

Katsausartikkelissa Khan ym. nostavat myös Airtecin suoraanosoittavan mittalaitteen hyväksi vaihtoehdoksi suoraanosoittavaksi mittalaitteeksi.

Noll ym. (2013) ja Gaillard ym. (2016) testasivat tutkimuksissaan Airtecin (Flir) suoraanosoittavaa dieselpakokaasupitoisuusmittaria, joka on kehitetty kaivosolosuhteita varten (Fleck ym. 2018).

Noll ym. (2013) tekemissä laboratoriokokeissa havaittiin, että reaaliajassa EC1:tä mittaava laseriin (laser extinction) perustuva Airtecin kannettava mittalaite täytti NIOSH 5040 menetelmän kriteerit.

Kuitenkin tutkimuksissa havaittiin, että kaivosten kivipöly saattoi vaikuttaa mittausten luotettavuuteen, jos mittausten yhteydessä ei käytetty esisuodattimia suodattamaan kivipölyä. Sen sijaan Gaillard ym. (2016) totesivat kokeissaan maanalaisessa kivikaivoksessa, että Airtecin kannettavalla dieselhiukkasmittalaitteella voitiin selvittää dieselhiukkaspitoisuuden vaihtelua kaivosolosuhteissa sekä tehdä luotettavia melkein reaaliaikaisia mittauksia (mittalaite ilmoittaa pitoisuuden viiden minuutin keskiarvona).

Noll ym. (2013) havaitsivat myös Airtecin mittalaitteen eduiksi sen, etteivät öljysumu tai kosteus vaikuttaneet menetelmän tarkkuuteen. Mittaukset tehtiin laboratorio-olosuhteissa mittauskammioissa rinnakkain SKC:n hiukkaskeräimien kanssa kammion olosuhteita muuttaen eri altisteilla eri pitoisuuksissa. Tupakansavun havaittiin kuitenkin vaikuttavan merkittävästi

mittaustuloksen luotettavuuteen, sillä tupakansavupitoisuuden vaihdellessa 50–250 µg/m³ (TC) välillä dieselhiukkaspitoisuuden ollessa 120 µg/m³ (EC), todellinen dieselhiukkaspitoisuus kasvoi 7–81 %. Alle 50 µg/m³ tupakansavupitoisuudessa samalla dieselhiukkaspitoisuudella tupakansavun vaikutus oli enää alle 7 %. Tutkimuksessa tupakansavun ei oletettu haittaavan suoraanosoittavalla mittalaitteelle mittaamista, jos työntekijät eivät polta työkoneiden hyteissä, jolloin pitoisuus ei pääsisi nousemaan suljetussa tilassa.

Muita dieselpakokaasujen mittauksissa käytettäviä suoraanosoittavia mittareita ovat esimerkiksi hiukkasten massapitoisuutta mittaavat TSI:n DustTrak 8520-mittalaitteet. Laserfotometrian perustuva laite havaittiin hyväksi hengittyvien hiukkasten mittaamiseen, mutta sillä ei saatu määritettyä EC-pitoisuuksia luotettavasti koska mittalaite mittasi kaikki aerosolihiukkaset eikä osannut erotella EC-hiukkasia erilleen. (Fleck ym. 2018)

Suoraanosoittavissa mittauksissa on myös käytetty etalometria (perustuu valon absorptioon).

Esimerkiksi Pritchard ym. (2017) tutkimuksissa (ei altistumismittaus) mustan hiilen pitoisuuden avulla dieselpakokaasupitoisuuksia määritettäessä suoraanosoittavissa mittauksissa etalometri (Magee Scientific Model AE33) näytti suurempia pitoisuuksia kuin suodatinmenetelmä. Khan ym.

(2020) toteavat katsausartikkelissaan, että etalometrit voisivat olla hyviä pitkäkestoisten mittausten (yli vuorokausi) tekemiseen, vaikka kalibroinnin yhteneväisyydessä on vielä ongelmia.

Khan ym. (2020) pohtivat artikkelissaan, että dieselpakokaasupitoisuuksien mittausten merkitys korostuu tulevaisuudessa, koska työntekijöiden vakavat altistumiset dieselpakokaasuille ja muille altisteille voivat olla mahdollisia kaivosolosuhteiden muuttuessa haastavimmiksi muun muassa kaivosten syvyyden ja ilmanvaihdon haasteiden kasvaessa.

2.4.3 Typpidioksidi

Typpidioksidin mittaamisessa voidaan käyttää passiivisia diffuusioon perustuvia keräimiä, jossa näyte kerätään suodattimelle ja pitoisuus analysoidaan suodattimelta spektrofotometrisellä analyysillä (Hedmer ym. 2017, Ferm ym. 1998). Typpidioksidia voidaan kerätä myös aktiivisesti pumppujen avulla, jolloin voidaan kerätä lyhempiä keräysaikoja. Esimerkiksi NIOSH:in NMAM 6014 menetelmässä näytteet kerätään aktiivisesti pumppujen avulla. Keräimet sisältävät reagensseina trietanoliamiinia sekä hapettajan. Menetelmällä määrityksen alaraja typpidioksidille

on kuitenkin 0,5 ppm eli sitä matalampia pitoisuuksia menetelmällä ei saada luotettavasti selville (NIOSH 1994).

Typpidioksidia mitataan myös kaasumittareiden avulla, mutta niiden käytöstä työhygieenisissä mittauksissa ei kirjallisuudessa ole vielä juurikaan tietoa, vaan kirjallisuus keskittyy enemmän ympäristön NO2-pitoisuuksien mittaamiseen. Monikaasumittareissa NO2:n mittaamisessa käytetään esimerkiksi infrapunavaloon perustuvia antureita (Chen ym. 2019) ja elektrokemiallisia antureita (Spinelle ym. 2017). Qin ym. (2020) tutkivat monikaasumittaustekniikkaa, jossa optiseen kuvantamiseen perustuen saatiin yhdistettyä kaksi eri kaasusensoria. Mittarissa kolorimetriaa hyödyntäen saatiin mitattua NO2:n pitoisuuksia ja elektrokemiaan perustuen happikaasua.

Menetelmän etuna oli, että siinä muiden kaasujen (hiilidioksidi, formaldehydi, rikkidioksidi) ei havaittu merkittävästi vaikuttavan sensoreiden mittaustarkkuuteen, kuten monikaasumittareissa on mahdollista.

2.5 PÄÄSTÖNORMIT

2.5.1 Stage-päästöluokka työkoneilla

Työkoneista lähteviä päästöjä säädellään EU tasolla lainsäädännön avulla. Päästörajoituksissa määrätään päästökohtaisesti enimmäispitoisuudet, joita työkoneista saa vapautua. Ensimmäinen päästöluokka työkoneille määriteltiin EU direktiivillä 97/68/EY, jolla Stage I tuli Euroopassa voimaan vuonna 1999 (taulukko 1). Stage II tuli porrastetusti voimaan vuosina 2001–2004 ja Stage III porrastetusti niin, että Stage A tuli voimaan vuosina 2006–2008 ja Stage III B vuosina 2011–

2013. (dieselnet 5)

Taulukko 1: Työkoneiden Stage-päästöluokat, voimaantulo vuodet sekä päästönrajoitustekniikat Päästöluokka Vuosi Päästönrajoitustekniikka

Stage I 1999 ei välttämätön

Stage II 2001–2004 ei välttämätön Stage III A 2006–2008 ei välttämätön Stage III B 2011–2013 urea-SCR, DOC (EGR)

Stage IV 2014 urea-SCR, DOC (EGR), (DPF) Stage V 2019–2020 urea-SCR, DOC (EGR), DPF

Ensimmäiset jälkipuhdistustekniikat tulivat vakituiseen käyttöön Stage III B:n myötä vuonna 2011 (taulukko 1). Työkoneissa alettiin käyttää ureaan perustuvaa selektiivistä katalyyttistä pelkistintä (urea-SCR) tai DOC:ia. Urea-SCR:ää käytetään vähentämään typen oksidien päästöjä ja DOC:ia pääasiassa vähentämään häkä- ja hiilivetypäästöjä. Jos työkoneessa oli käytössä DOC, niin silloin moottoritekniikassa hyödynnettiin yleensä myös pakokaasujen takaisinkierrätysjärjestelmää (EGR), jolla myös vähennetään typen oksidien päästöjä. Stage IV (2014) ja Stage V (porrastetusti 2019–2020) hyödynsivät aika lailla samaa jälkipuhdistustekniikkaa kuin Stage III B:ssä. Kaikissa Stage V koneissa on kuitenkin käytössä lisäksi hiukkassuodattimet (DPF) vähentämään hiukkaspäästöjä. Yleisesti uuden päästöluokan voimaantultua parannuksia päästöihin tehtiin aina myös moottoritekniikan avulla parantamalla siinä muun muassa lämpötilan kontrollointia tai polttoaineen syöttämistä, esimerkiksi tarkentamalla syöttämisen painetta ja ajoitusta. (DieselNet 1, -2, -3, -5)

Tällä hetkellä voimassa oleva Stage V tuli Suomen lainsäädännössä voimaan 1.1.2021 Euroopan unionin asetuksella (2016/1628). Stage V on tiukin päästörajoitusluokka, mitä työkoneille on tähän mennessä säädetty. Säädeltäviä päästöjä työkoneiden osalta ovat typen oksidit (NOx, g/kWh), hiilimonoksidi (CO, g/kWh), hiilivedyt (HC, g/kWh), hiukkasten massa (PM, g/kWh) ja hiukkasten lukumäärä (PN, #/kWh). Hiukkasten lukumääränmittaus on uusi mittasuure työkoneiden päästörajavaatimuksissa, joka tuli käyttöön päästöluokka Stage V:n mukana.

2.5.2 EURO-päästöluokka raskaille ajoneuvoille

Raskaiden ajoneuvojen (mm. kuorma-autot) päästöjä alettiin säätelemään direktiivillä 88/77/ETY.

Ensimmäisenä voimaan tullut päästöluokka EURO I tuli Euroopassa voimaan vuonna 1992 (taulukko 2). EURO II:n tuli voimaan 1996 ja EURO III:n vuonna 2000. Ensimmäisissä päästöluokissa ei päästöjen kontrolloinnissa vielä hyödynnetty juurikaan jälkipuhdistustekniikkaa (Majewski 2006) vaan parannuksia tehtiin moottoritekniikan avulla muun muassa parantamalla moottoreiden palotilojen muotoa tai polttoaineen syöttämistä. (DieselNet 4)

Taulukko 2: Raskaiden ajoneuvojen EURO-päästöluokat, voimaantulo vuodet sekä päästönrajoitustekniikat

Raskaiden ajoneuvojen osalta jälkipuhdistustekniikkaa alettiin yleisesti käyttämään EURO IV:n myötä vuonna 2005, jolloin koneissa alettiin käyttämään jälkipuhdistustekniikkana urea-SCR:ää sekä hiukkassuodattimia (DPF) (taulukko 2). Joissain tapauksissa hyödynnettiin myös DOC:ia, mutta tällöin koneessa tuli olla myös EGR käytössä. Vuonna 2008 EURO V:n tullessa voimaan käytettiin samoja jälkipuhdistustekniikoita kuin EURO IV:n kohdalla. EURO VI:n myötä vuonna 2013 käytettiin yleisesti EGR:n ja urea-SCR:n yhdistelmää tai pelkkää urea-SCR:ää hiukkassuodattimien lisäksi. Myös EURO-päästöluokissa uusien päästöluokkien myötä jälkipuhdistustekniikan lisäksi parannettiin myös moottoritekniikkaa päästörajoihin pääsemiseksi.

(DieselNet 1, -2, -3, -4)

Raskaiden ajoneuvojen tiukin päästörajaluokka on EURO VI, jossa päästörajat on annettu hiilimonoksidille (CO, mg/kWh), kokonaishiilivetypitoisuudelle (THC, mg/kWh), hiilivedyille (pois lukien metaani (NMHC, mg/kWh)), metaanille (CH3, mg/kWh), typen oksideille (NOx, mg/kWh), ammoniakille (NH3, ppm) sekä hiukkasmassalle (mg/kWh) ja -määrälle (#/kWh).

Raskaiden ajoneuvojen päästörajaluokkien muuttumista vuoden 1992 ensimmäisestä päästörajaluokituksesta EURO I:stä nykyiseen vuonna 2013 voimaan tulleeseen EURO VI luokkaan on tarkastellut Taxell ym. (2016) raportissaan. He havaitsivat, että dieselhiukkasten osalta EURO VI -luokan sallitut pitoisuudet olivat 36-kertaa pienempiä (kuva 1) kuin alkuperäisessä EURO I päästöluokassa ja työkoneilla sallitut pitoisuudet vähenivät alkuperäisestä sallitusta 0,54-0,85 g/kWh nykyiseen 0,025 g/kWh (teho ≥ 37 kW). Alle 37 kW tehoisille koneille sallittu raja on kuitenkin 0,6 g/kWh.

Päästöluokka Vuosi Jälkipuhdistustekniikka

EURO I 1992 ei välttämätön

EURO II 1996 ei välttämätön EUTO III 2000 ei välttämätön EURO IV 2005 urea-SCR + DPF, (DOC)

EUTO V 2008 urea-SCR + DPF, (DOC) EURO VI 2013 urea-SCR + EGR+ DPF, (DOC)

Samoin kuvasta 2 on nähtävissä, että erityisesti typen oksidien sallittu pitoisuus on laskenut merkittävästi ollen nykyään noin 20 kertaa pienempi (8,0 g/kWh →0,4 g/kWh) kuin EURO I standardin aikaan. Samoin nykyään hiilivetypitoisuus on noin 8,5 kertaa (1,1 g/kWh → 0,13 g/kWh) ja häkäpitoisuus noin 3 kertaa (4,5 g/kWh → 1,5 g/kWh pienempi (kuva 2).

Kuva 1: Raskaiden ajoneuvojen (teho ≥ 85 kW) päästörajojen kehitys vuosien 1992–2013 välillä päästörajaluokista EURO I - EURO VI diesel pakokaasuhiukkasten (DEP) osalta (Taxell ym.

2016).

Kuva 2: Raskaiden ajoneuvojen (teho ≥ 85 kW) päästörajojen kehitys vuosien 1992–2013 välillä päästörajaluokista EURO I - EURO VI typen oksidien (NOx), hiilimonoksidin (CO) ja hiilivetyjen (HC) osalta (Taxell ym. 2016).

3. TYÖN TAVOITTEET

Tutkielman tarkoituksena oli selvittää maanalaisen kultakaivoksen työntekijöiden altistumista dieselpakokaasuille eri työkoneita käytettäessä. Aiemmin kaivoksessa tehtyjen mittausten perusteella eniten työntekijöitä altistavia päästöjä tuottivat paikallaan pysyvät dieselkäyttöiset työkoneet ja yleisesti vanhat työkoneet, joissa käytetään vanhoja moottori- ja päästöjen vähentämisteknologioita.

Tutkielmassa altistumismittauksiin valittiin lastaus-, ruiskubetonointi- ja rusnauskoneiden sekä kiviautojen kuljettajia. Tutkielmassa tarkastellaan, ovatko dieselhiukkasten ja typpidioksidin pitoisuudet jo tulevien raja- ja HTP-arvojen alapuolella, ja mitä toimenpiteitä mahdollisesti tulee tehdä, jotta raja-arvot eivät ylittyisi.

4. AINEISTO JA MENETELMÄT

4.1 MITTAUSALUE

Mittauspaikkana oli Kittilän kultakaivoksena tunnettu Agnico Eagle Finland Oy:n (AEF) maanalainen kultakaivos. Kaivos on tuottanut kultaa vuodesta 2009 lähtien ensin avolouhoksena, josta se on siirtynyt maanalaiseen toimintaan. Tällä hetkellä kaivostoiminnan arvioidaan kestävän vuoteen 2034 asti. Kaivos työllistää noin 500 henkilöä ja lisäksi alueella työskentelee noin 500 urakoitsijan työntekijää. Kaivoksen maksimisyvyys mittausten aikana oli hieman reilu 1 kilometri.

4.2 MITTAUSKOHTEET

Mittauksiin valittiin aiempien dieselhiukkaspitoisuusmittausten perusteella kaivoksessa suurimpia päästöjä aiheuttavien työkoneiden kuljettajia, joilla oli suurin todennäköisyys altistua dieselpakokaasuille. Yhtiön työkoneista mittauksia tehtiin rusnauskoneiden (2 kpl), ruiskubetonointikoneiden (2 kpl) ja lastauskoneiden (5 kpl) sekä kiviautojen (9 kpl) kuljettajilta.

Urakoitsijan (Suomen Maa-Autot Oy, SMA) työkoneista mittauksia tehtiin lastauskoneiden (4 kpl), kiviautojen (5 kpl) sekä rusnauskoneiden (2 kpl) kuljettajilta. SMA:lla ei ole käytössään ruiskubetonointikoneita, joten niistä ei ole mittaustuloksia. Tarkoituksena oli saada mittauksiin niin monta eri työkonetta kuin oli mahdollista. Mitattujen työkoneiden tiedot on esitetty liitteessä 1.

4.3 MITTALAITTEET

Mittauksissa käytettiin SKC:n AirChek Touch 220-5000TC -pumppuja (tilavuusvirta 1,7 l/min) ja keräiminä SKC:n dieselhiukkaskeräimiä (DPM cassette with impactor) kahdella 37 mm lämpökäsitellyllä kvartsisuodattimella. Suodattimista ensimmäiseen kerätään hiukkasmaiset dieselpakokaasuhiukkaset ja toinen toimii nollanäytteenä (dynamic blank), jolla voidaan korjata kaasumaisen absorboituneen OC:n pitoisuudet pois. Keräimet täyttävät NIOSH 5040-menetelmän vaatimukset ja keräimessä olevan impaktorin avulla ne keräävät vain < 1 µm hiukkasia. Keräinten kanssa yhdessä käytettiin SKC:n GS-1 sykloneita, joilla rajattiin suuremmat (> 4 µm) hiukkaset pois. Menetelmän määrityksen alaraja oli 4 µg (EC) ja havaitsemisraja 1 µg (EC). Pumppujen kalibraattoreina käytettiin SKC:n chek-mate 375–0550 -kalibraattoria ja Bios DryCal Defender 510-M -kalibraattoria. Kalibroinneissa ja tilavuusvirtojen tarkistuksessa käytettiin lisäksi SKC:n Multi-Purpose Calibration Chamber -kalibrointiastiaa.

Typpidioksidipitoisuuksien määrittämisessä käytettiin suoraanosoittavia Dräger X-am 5600 sekä 5000 monikaasumittareita tulosten tallennusominaisuudella, joissa kaasujen mittaaminen perustuu sähkökemiallisiin antureihin. Monikaasumittarit ilmoittivat typpidioksidipitoisuuden 10 sekunnin välein. Mittalaitteen 5000 määritysalue typpidioksidille oli 0–50 ppm ja tarkkuus 0,1 ppm. 5600- mittareissa oli käytössä tarkempi LC-sensori, jolla saatiin tarkempia pitoisuuksia 0,02 ppm:n tarkkuudella. Typpidioksidipitoisuudet purettiin mittalaitteista tietokoneelle käyttäen Dräger CC- Vision Basic V 7.2.4 -ohjelmaa.

4.4 MITTAUSTEN SUORITTAMINEN

Mittaukset tehtiin työkoneiden käyttäjien hengitysvyöhykkeeltä. Työntekijöille annettiin dieselhiukkaskeräimet sekä monikaasumittarit aamulla ennen tunneliin menoa. Lisäksi työntekijöille annettiin lomakkeet, joihin he omin sanoin kertoivat työkohteittain, että 1) oliko alueelle johdettu tuuletus, 2) millainen ilmanlaatu oli, 3) oliko alueella muita dieselkäyttöisiä ajoneuvoja ja montako niitä oli, 4) oliko alueella räjäytyskaasuja ja 5) kauanko työntekijät olivat työkoneen hytin ulkopuolella maan alla. Lisäksi pyydettiin käytetyn työkoneen numero sekä pyydettiin merkitsemään koneiden siirtoajoajat ylös. Työntekijöiden työskentelyalueet kaivoksessa valikoituivat sattumanvaraisesti päiväkohtaisesti sen mukaan, mihin työkohteet oli suunniteltu.

Näytteiden keräysaika oli koko työpäivän pituus, joka vaihteli noin 10–12 tunnin välillä.

Dieselhiukkaspumppujen tilavuusvirrat tarkistettiin ennen mittauksia ja niiden jälkeen.

Huomioitavaa on, että työntekijöiden arviot alueille johdetun ilman laadusta ja sen riittävyydestä päästöjen laimentamiseen, ovat täysin työntekijöiden subjektiivisia arvioita, joten käsitteet hyvä, kohtalainen ja huono ilmanlaatu voivat vaihdella huomattavasti eri henkilöiden välillä. Lisäksi hajuaisti myös tottuu nopeasti hajuihin, joten jos ilmanlaatu heikkenee työkohteessa pikkuhiljaa, ei työntekijä tätä välttämättä itse huomaa. Jos työntekijä oli arvioinut ilmanlaadun ”ilmanlaatu ok”, niin tutkielmassa ilmanlaatu on tulkittu vastaamaan kohtalaista ilmanlaatua.

Pääasiassa kaikkien mitattujen työkoneiden kuljettajilta tehtiin vain yhdet mittaukset, mutta mittauksissa oli muutamia poikkeuksia. AEF:n kiviauto HTR18 ja lastauskone CNA05 mitattiin kaksi kertaa, koska ensimmäisellä mittauskerralla dieselhiukkaspumppu sammui oltuaan päällä vain vajaat neljä tuntia, eikä mittaustulos ollut tällöin luotettava. SMA:n rusnauskoneet 43 ja 46 mitattiin kaksi kertaa tarkoituksella, koska ensimmäisissä mittauksissa pitoisuudet olivat korkeita.

Samoin SMA:n lastauskone 45 mitattiin kaksi kertaa. Lisäksi AEF:n koneista kolmella

mittauskerralla mitattiin kahden työkoneen yhdistelmätulokset (HTR15 ja -09, CNA07 ja -04, SHO01 ja -03), koska työntekijä vaihtoi työkonetta kesken päivän.

4.5 NÄYTTEIDEN ANALYSOINTI

Dieselhiukkaspitoisuudet mitattiin alkuainehiilenä (EC) NIOSH 5040 menetelmällä termisoptisella analyysillä. Dieselhiukkasnäytteet lähetettiin analysoitavaksi SGS Galsonin laboratorioon USA:han kahdessa osiossa. Jokaiseen osioon lisättiin myös yksi nollanäyte.

Saaduista tuloksista laskettiin kahdeksalle tunnille korjatut pitoisuudet (µg/m³) (STM 2020), jotta tuloksia voitiin verrata dieselpakokaasujen tulevaan raja-arvoon. Tuloksista laskettiin myös altistustasot ammattiryhmittäin sekä EC:lle ja NO2:lle. Lisäksi laskettiin molempien yhtiöiden työkoneista aritmeettiset keskiarvot (AM) ja geometriset keskiarvot (GM) työkonetyypeittäin (esim. kiviauton kuljettajat), yhtiöiden työkonetyyppien yhteiset AM- ja GM-pitoisuudet sekä kaikkien mitattujen koneiden yhteiset AM- ja GM-pitoisuudet sekä EC:lle ja NO2:lle.

Typpidioksidipitoisuudet purettiin monikaasumittareista itse tietokoneelle ja tuloksista laskettiin kahdeksalle tunnille painotettu keskiarvo (ppm) (STM 2020), jota verrattiin nykyiseen ja tulevaan HTP8h -arvoon. Jos mittaustuloksissa havaittiin yli 1 ppm:n ylittäviä pitoisuuksia, laskettiin näiltä pätkiltä lisäksi 15 minuutin pitoisuuksien keskiarvoja, jotta voitiin selvittää, ylittivätkö typpidioksidin pitoisuudet nykyisen (2 ppm) ja tulevan (1 ppm) HTP15min -arvon. Lisäksi katsottiin pitoisuuksien vaihteluvälit työpäivän aikana ja laskettiin HTP15min-arvon ylitykset ammattiryhmittäin

Mahdollisena virhelähteenä kultakaivoksessa EC-mittauksessa voi olla tupakansavu, mutta NIOSH 5040 menetelmän mukaan tupakansavussa on alle 1 % EC:tä, joten mahdolliset tupakansavun aiheuttamat mittavirheet ovat hyvin vähäisiä. Menetelmän mukaan karbonaattipitoisten yhdisteidenkään ei pitäisi vaikuttaa mittauksen tarkkuuteen. Typpidioksidin osalta mittausvirhettä voivat aiheuttaa mahdolliset kaivoksessa esiintyneet räjäytyskaasut, joissa on typen oksideja. Monikaasumittarissa myös muiden kaasujen ristikkäismittaus saattaa aiheuttaa jonkin verran virhettä tuloksiin, jos alueella on esiintynyt muita kaasuja.

5. TULOKSET

5.1 AGNICO EAGLE FINLAND OY

5.1.1 AEF:n kiviauton kuljettajien altistuminen

AEF:n kiviautokuskien hengitysvyöhykkeellä dieselhiukkaspitoisuuksien tuleva kahdeksan tunnin raja-arvo 0,05 mg/m³ eli 50 µg/m³ ylittyi kahdessa mittaustuloksessa hieman (HTR17: 53 µg/m³ ja HTR15: 56 µg/m³) (taulukko 3). Suurin kahdeksalle tunnille korjattu pitoisuus oli 56 µg/m³ (HTR15), mutta muuten pitoisuudet pysyivät pääasiassa noin 20–30 µg/m³ pitoisuuksissa.

Typpidioksidin tuleva HTP8h -arvo 0,5 ppm ylittyi lievästi (0,51 ppm) yhdellä kiviautonkuljettajalla (HTR16) ja oli lähellä ylittyä (0,48 ppm) kiviautolla HTR17. Nykyinen HTP8h-arvo (1 ppm) eli ylittynyt kertaakaan. Muuten 8 tunnin pitoisuudet vaihtelivat 0,04–0,33 ppm välillä ja mitattujen hetkellisten pitoisuuksien (vaihteluvälit) korkeimmat pitoisuudet vaihtelivat 0,58–3,26 ppm välillä. Typpidioksidin tuleva HTP15min -arvo (1 ppm) ylittyi kahden kiviauton, HTR17 ja -16 kohdalla useita kertoja, joista suurimmat ylitykset olivat HTR17: 1,41 ppm ja HTR16: 1,62 ppm. Myös muiden kiviautojen kuljettajilla mitattiin hetkellisiä korkeita NO2- pitoisuuksia (yli 1–3 ppm) hengitysvyöhykkeellä, kuten NO2:n vaihteluväleistä näkyy. Kiviauton HTR18 osalta on esitetty kaksi tulosta, koska ensimmäisellä mittauskerralla (2.9.2019) dieselpakokaasumittausten pumppu oli päällä vain noin 3h 40 minuuttia.