Normer/mål, källor, mätningar & modellering av halter

Transkript

1 Luftföroreningar i omgivningsmiljön Normer/mål, källor, mätningar & modellering av halter Christer Johansson Miljöförvaltningen, SLB analys, Stockholms stad Institutionen för miljövetenskap och analytisk kemi, Stockholms universitet Christer@slb.nu

2 Gränsvärden för 12 luftföroreningar Gaser: NO2, SO2, CO, O3, bensen Partikelfraktioner/partikelbundna ämnen PM10, PM2.5 Benso(a)pyren Arsenik, kadmium, nickel, bly, ozon

3 Gränsvärden EU direktiv 2008/50/EC NO2 40 µg/m3 årsmedel 200 µg/m3 timmedel, max 18 ggr/år 60 µg/m3 dygn, max 7 ggr/år (bara i Sverige) PM10 50 µg/m3 dygnsmedel, max 35 dygn/år 40 µg/m3 årsmedel PM µg/m3 årsmedel Alla gränsvärden mm finns på Naturvårdsverkets hemsida: Ozon 120 µg/m3, 8 h medel, 25 dagar per år under 3 år, börvärde ( bör underskridas )

4 Är det rätt ämnen som regleras? Hälsoeffekter Kontroll på lokala källors bidrag Miljöeffekter inklusive klimat 1. Finns inget enskilt mått som är en bra indikator för alla dessa effekter 2. De som regleras med gränsvärde är inte bästa indikatorerna för effekterna

5 År 2011 Sverige erkänner! Konungariket Sverige har underlåtit att uppfylla sina skyldigheter enligt artikel 5.1i rådets direktiv 1999/30/EG av den 22 april 1999 om gränsvärden för svaveldioxid, kvävedioxid och kväveoxider, partiklar och bly i luften genom att ha överskridit gränsvärdena för PM10 i luften under åren 2005, 2006 och 2007 i zonerna SW 2 och SW 4 samt under åren 2005 och 2006 i zon SW 5.

6 Många städer klarar inte gränsvärdena EU kommissionen har hittills inlett förfaranden mot överträdelser av PM10 och NO2 PM10 16 länder Belgium, Bulgaria, Czech Republic, Germany, Greece, Spain, France, Hungary, Italy, Latvia, Portugal, Poland, Romania, Sweden, Slovakia and Slovenia NO2 12 länder Austria, Belgium, Czech Republic, Germany, Denmark, Spain, France, Hungary, Italy, Poland, Portugal and the UK. Åtgärdsarbetet påskyndas förhoppningsvis

7 Målen för Frisk luft år 2020 lite tuffare än WHO NO2 20 µg/m3 (år), 60 ug/m3 max 175 timmar per år WHO = 40 ug/m3 Svårt klara PM10 15 µg/m3 (år), 30 ug/m3 max 35 dygn per år WHO = 20 ug/m3 Tveksamt om det klaras PM µg/m3 (år), 25 ug/m3 max 3 dygn per år WHO = 10 ug/m3 Klaras Ozon 80 µg/m3 timme, 70 ug/m3 som 8 timmars medelv. WHO = 100 ug/m3 Svårt klara För benso(a)pyren, butadien, formaldehyd och andra indikatorer se

8 Andel av stadsbefolkningen som utsätts för halter över gränsvärden och WHOs riktvärden EEA, 2016

9 Partikelstorlekar

10 Virusagglomerate 0.3 um Quartz 300 nm Asbestos fiber

11 ett knappnålshuvud i GLOBEN!!!! 1 nanometer till 100 mikrometer

12 0.01 µm 0.1 µm 1 µm 10 µm A yta = 4 r 2 V = 4 r 3 /3 1 partikel med d p =10 μm har samma volym (massa) som 10 9 partiklar med d p =0.01 μm

13 Andra mått som diskuterats Antalet partiklar Är reglerat i fordonsutsläpp Ej så bra epidemiologiska studier Sot Finns svenska miljömål Finns signifikanta hälsorisksamband Relevant reglera även ur klimatsynpunkt Andra PAHer än BaP Dibenso(a,l)pyren 100 ggr högre toxicitet jämfört med benso(a)pyren Kinoner Biobränsle toxiska Metaller Finns en del epi studier Blandningar? Starkare tox sb med blandingar

14 SOT gammat mått som fått ny aktualitet Hälsa Klimat Samband mellan ohälsa och sotpartiklar mer robusta än samband mellan ohälsa och PM2.5 Sotpartiklar är efter CO2 den viktigaste luftföroreningen som ökar temperaturen på jorden

15 Antalet partiklar bättre indikator på lokala avgaser jftr med PM10 PM10: 40 ug/m ca 100 Miljoner på Hornsgatan PM10 är knappt 3 gånger så hög på Hornsgatan jämfört med i Teliatornet (bakgrundsluft) några Miljoner uppe i tornet PM10: 15 ug/m3 Antalet partiklar är nästan 100 gånger Högre på Hornsgatan jämfört med i Teliatornet (bakgrundsluft)

16 Källor till luftföroreningar

17 Europe's Top 11 sources of PM0.95 (tonnes) Viktigaste källorna till partiklar i Europa Residential combustion, wood and wood waste Road transport, exhaust diesel Other transport, exhaust diesel Power plants, coal Agricultural waste burning Industrial combustion, heavy oil Iron and steel works (<1 µm) Road transport, exhaust gasoline Food preparation Open hearth furnaces Industrial combustion, coal Visschedijk et al, 2004

18 Sverige: Vedeldning > Trafik Stor geografisk variation av PM- emissioner Mycket olika exponeringsmönster! Trafik avgas Small scale heating % of max ton/år ton/år

19 PM-emissioner i tätorter - Slitagepartiklar står för 89-93% av trafik-pm. - Stor variation i sjöfart och övrigt (de betyder inte mycket för exponeringen) Utsläpp per tätort (ton/år) PM10 Vänersborg Gävle Gnosjö Älvkarleby Lund Göteborg Växjö Stockholm Sundsvall Lycksele

20 Mycket viktigt kontrollera effekten av avgasdirektiv! Avgas-PM regleras inte i luften - Sot bästa alternativet! NOx regleras inte i luften, men NO2 - Nox mäts oftast ändå. NO 2 utsläppen regleras inte

21 Vägtrafikens olika partiklar Förbränningspartiklar Ultrafina, <0,1µm (antal) eller 0,1-0,3 µm (massa) Sot 0,04-0,5 µm Bildas vid förbränningen Kondensationspartiklar 0,01-0,1 µm Bildas vid kylning och utspädning EGR, SCR, Ox.kat., CRT Däcks- 0,01-0,1 µm Bildas med dubbar >10 µm? Slitage Däck- och slitagepartiklar Nano, < 0,1 µm Grova, >1 µm Broms- 0,1-5 µm Slitage Beläggnings- >0,5 µm Slitage Suspensions- >0,5 µm Suspension Vägbana Avgaser Bränsle Motorolja Bromsar Däck

22 Kväveoxidutsläpp, NOx = NO + NO2 Mest NO Andelen NO2 beror på bränsle och efterrening EGR exhaust gas recirculation gives less NO 2 SCR selective catalytic redction less NO 2 (urea) Ox.kat oxidation catalyst - more NO 2 CRT continuously regenerating trap more NO 2 NO oxideras snabbt i luften av ozon NO + O3 -> NO2 + O2 Andelen NO2 i luften beror främst på ozonoxidationen. Nära trafik t ex i trånga gaturum, kan NO2 utsläppen vara viktiga för NO2 halterna.

23 Laboratoriemätningar som baseras på olika körcykler MOTORWAY URBAN RURAL

24 Emissioner av NOx underskattas ofta Personbilar bensin Lätta lastbilar Diesel Röda: Laboratoriemätningar (dynamometer) Gröna: Mätningar i verklig trafik Personbilar diesel Tunga lastbilar Diesel

25 Speciellt nyare dieselbilar har höga utsläpp i verklig trafik EEA rapporten 2017

26 VTI:s provvägsmaskin för studier av vägbaneslitage 4 däck med elmotorer driver maskinen utbytbar vägbeläggning

27 Inverkan av olika däcktyper på partikelhalten vid provvägsmaskinen km/h 50 km/h 70 km/h WearEm 4000 PM 10 [µg/m 3 ] 2000 Sommardäck Summer tyre 0 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

28 Inverkan av olika däcktyper på partikelhalten vid provvägsmaskinen km/h 50 km/h 70 km/h WearEm 4000 PM 10 [µg/m 3 ] 2000 Friktionsdäck Friction tyre Sommardäck Summer tyre 0 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

29 Inverkan av olika däcktyper på partikelhalten vid provvägsmaskinen km/h 50 km/h 70 km/h WearEm Dubbdäck Studded tyre 4000 PM 10 [µg/m 3 ] 2000 Friktionsdäck Friction tyre Sommardäck Summer tyre tyre 0 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

30 dm/dlogdp [mg m -3 ] Vägbaneslitage med dubbdäck Påverkan på olika partikelstorlekar dn/dlogdp [# cm -3 ] Bridegstone Noranza Michelin X-Ice North Nokian Hakkapeliitta 4 70 km h km h km h ? Storleksfördelning (µm) Nanopartiklar Grova partiklar 0

31 Icke avgaspartiklar Komplex blandning av ämnen Brake material -heavy metals -Carcinogenic antimony -lead sulphide -phenol formaldehyde resins, -polycyclic aromatic hydrocarbons, -aluminium, -calcium carbonate, -Barium sulphate, -kaolinite clays, -graphite, -silica, -magnesium and chromium oxides, -zirconium, Ziron, Molyddenite, carbon black, cashew dust, rubber, glass, Kevlar, ceramic, potassium titanate fibres, chromite -other metal powders Road dust PM Brake and Tyre material along with stone minerals and other organic compounds, bacteria, mould spores, animal dander, pollen and pollen fragments. Tyres Organic compounds found within tyre material include: polycyclic aromatic hydrocarbons, benzothiazoles, toluene, styrene, methylethenylbenzenes, methyloctene, butadiene polymers, ethylbenzene, limonene, xylenes, ethylmethylbenzenes and dimethylcyclohexenes Zinc, copper, cadmium, magnesium, sodium, calcium, iron and antimony. Around 20% of the total zinc concentrations within aerosol samples in inner cities are thought to originate from tyre particles

32 Emissionsfaktor Svårt skatta utsläppen från vedeldning! Beror på hur man mäter utsläpp (olika länder har olika standarder!) Många faktorer påverkar: 1. Typ av bränsle (helved, pellets etc) 2. Eldningsvanor (Hur man eldar? Hur ofta?) 3. Anläggning (Miljögodk., ackumulatortank) 4. Vedens fuktighet Varma rökgaser Utspädda (kalla) rökgaser

33 Mätningar av föroreningshalter

34 Realtidsdata finns att tillgå online/views/up-todateairqualitydata/uptodateairqualitydata? :embed=y&:showshareoptions=true&:displa y_count=no&:showvizhome=no Sverige Europa Världen

35 VARNING för missvisande information!! Snabbt växande marknad för billiga sensorer Många IT företag som inte har kunskap om luftföroreningar Finns ingen sensor som ger reproducerbara tillförlitliga värden! Men samtidigt sker mycket utveckling o förhoppningsvis Kommer det sensorer som kan användas

36 Sot (black smoke) Gtbrg & urbanmätn vinter

37 BS & SO2 i Stockholm %

38 Sot gradienter över Sverige högst halter i städer i norra Sverige

39 PM10 urban bakgrund - Endast de större städerna ger betydande bidrag över de regionala bakgrundshalterna! Stockholm Göteborg Malmö

40 PM10 gatunivå - Säsongsvisa skillnader p g a slitagepartklar!

41 PM10/NOx (mg/g) Vägfuktighet PM10/NOx (mg/g) Vägfuktighet PM10/NOx (mg/g) Vägfuktighet PM10 Vägfuktighet Vägbanans fuktighet avgörande för PM10 bidraget jan-01 jan-21 feb-10 mar-02 mar-22 apr-11 maj-01 maj PM10 Vägfuktighet jan-01 jan-21 feb-10 mar-02 mar-22 apr-11 maj-01 maj PM10 Vägfuktighet jan-01 jan-21 feb-10 mar-02 mar-22 apr-11 maj-01 maj-21 0

42 PM10 rural bakgrund - Långtidsmedelvärden: Avtagande gradient - Kortidsmedelvärden: Stor variabilitet överallt! Vavihill Aspvreten Vindeln

43 Avgashalterna avtar snabbt med avståndet från vägen! Öppen väg: halvering av NOx vid ca 50 meter

44 De högsta PM10 och NOx halterna längs gatorna kommer främst från den lokala trafiken

45 Halterna avtar ung linjärt med höjden över marken i gaturum

46 Antal partiklar / cc dn/dlogdp Antal partiklar och PM10 Hornsgatan, Stockholm Antal PM City Diesel- street & number bensinavgaser Street Lokalt mass väg slitage Bakgrund Icke-lokalt PM 40 0,01 0,10 1,00 10,00 Particle diameter (um)

47 Kraftig ökning av andelen dieselpersonbilar Fordon per dygn på Hornsgatan - Dubbdäcksförbud 2010 Andel dieselfordon 2006 = 18% 2013 = 48% Krecl et al., 2017

48 Avgaspartikelhalterna sjunker snabbare än NOx o NO 2 Avgasbidrag från trafiken på Hornsgatan Större andel dieselbilar NOx NO 2 Antal partiklar NOx o NO2-12% från 2008 PM-antal -67% från 2008

49 PM10 Stockholm

50

51 Många faktorer som kan påverka vilket gör att modeller måste användas Fordonshastigheten påverkar Vägbaneslitaget Suspensionen Vägdammförrådet Vägbaneförförhållandena Spray and splash Turbulens (utspädning) (beroende på andel tung trafik)

52 /FULLTEXT02.pdf

53 Concentration (µg m -3 ) Trajektorieanalys: vilka källområden ger störst bidrag NW SW NE SE via intransporten a) b) BC SW SE NW NE Sydostlig sektor Nordvästlig sektor Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Vinterhalvåret: Sydost ~ 10 ggr högre än nordväst Jönsson et al., 2013

54 BC Kraftigt förhöjda BC halter p g a BS PM10, OC, EC Ryska bränder 2006 Targino et al, 2012

55 Mer info /air-quality-in-europe-2016 Europeiska miljöbyråns årsrapport 2016 Halter, trender, källor

56 Modellering av föroreningshalter

57 Modellberäkningar ger väldigt betydelsefull information! Källors bidrag Åtgärders effekter på luft o hälsa Information om hälsorisker av exponering Underlag för exponering-hälso analsyer - epidemiologi

58 Beräkningarnas rumsliga upplösning viktig i städer m rutor: Medel = 0,14 Max = 0,81 Min = 0,05 ID 6 conc km ruta: 0,26 ID 9 conc m rutor: Medel = 0,051 Max = 0,31 Min = 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, m rutor: Medel = 0,66 Max = 2,38 Min = 0,26 ID 31 conc km ruta: 0,076 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21 0,23 0,25 0,27 0,29 0,31 0, km ruta: 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4

59 Befolkningens exponering Halt x antal inv. i varje gridruta (ingen befolkning) > (ingen befolkning) >

60 Källbidrag PARTIKLAR Källbidrag NOx

61 Luftvårdsdagen, Göteborg Exempel, bidrag från vedeldning, Umeå

62 Ibland måste avancerade turbulensmodell er användas Viktigt med validering av beräkningarna.

63 Befolkningsviktade haltbidrag från olika källor, 2011 Långdistansbidraget utgör störst andel för PM 10 & PM 2.5 För BC är de lokala utsläppen större än långdistansbidraget ad/18.4a88670a e782c41/ /Forskning+f %C3%B6r+renare+lu ft+-+scac.pdf

64 LEAP Long-term exposure to air pollution and myocardial infarction Relation mellan hjärtinfarkt och exponering för luftföroreningar under 30 år Fall-kontrollstudie baserad på 2246 fall, (45-70 år) 3206 kontroller Mats Rosenlund, Niklas Berglind, Göran Pershagen, Johan Hallqvist, Tom Bellander

65 l NOx

66 l NOx

67 NOx

68 b NOx

69 NOx

70 Storleken viktig för vilka partklar som tar sig in inomhus