nødvendig for å løse verdens...
TRANSCRIPT
Kjemikunnskap
Rolf D. VogtKI, UiO
Nødvendig for å løse verdens miljøproblemer
Miljøkjemikernsverdensbilde
Biologi/Fysiologi
Meterologi/Klima
Hydrologi/Limnologi
GeologiOseanografi
Forvaltning/ Tiltak
Målet er å lage kunnskapsbaserte beslutningsverktøy • Kostnadseffektive tiltak
forutsetter at vi kjenner til– Kilder og utslippsenarier– Spredningsmekanismer– Omdanning/nedbrytning– Oppkonsentrering og lagring– Mobilitet og transport– Betydning av endrede
miljøforhold– Interaksjon med andre
forurensinger– Effekter av miljøproblemet– Effekter av tiltak– Sluk
BÆREKRAFTIG
HET
SOSIAL RETTFERD
MILJØVERN
ØKONOMISK PRODUKSJON
Miljøproblemer vi jobber med
• Troposfærisk Ozon– O3 nivåene avhengig av
både NOx og HC
• Sur nedbør– Betydning av støv– Effekt av ammonium – Aluminium utlekking– Effekt på humus
• Humus– Transport av
forurensinger og næringsstoffer– Forstå variasjon i egenskaper
• Eutrofiering– Mekanismer for
transport av P
• Tungmetaller– Hg transport, mobilitet
og opptak– Hg i Kina og Kirgisistan
• Klima– C sekvestrering– Hydrogen samfunnet
& Brenselceller
• Kost-nytte effekter– Se effekter av tiltak
i sammenheng (Co-benefits)
Troposfærisk Ozon
• O3 dannes i troposfæren i en blanding av NOx og VOC NO2 + sollys NO + OO + O2 O3
O3 + NO O2 + NO2
VOC–OO + NO NO2 + VOC–O
• Både NOx og VOC må reduseres for at O3 kons. skal gå ned
Sur nedbør
• Alkalisk støv– Sammen med sure gassoksider
(SO2, NOx) er det alkaliske støvpartikler (CaCO3, CaO) i avgassene fra forbrenningsanlegg
– Disse nøytraliserer den sure nedbøren
CaO + H2SO4 ↔ CaSO4 + H2O
• Filtre for å fjerne tungmetaller fjerner også dette støvet– Tiltak for å redusere
tungmetall utslipp vil føre til øket forsuringspotensial
SO2NOx
CaO
Sur nedbør
• Effekt av ammonium– Intensivt landbruk fører til stort utslipp av NH3– NH3 gir en øket pH i nedbøren
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-
– I jordsmonnet vil NH4+
taes opp av vegetasjon i bytte mot H+
eller nitrifiseres av bakterierNH4
+ + O2 → NO2− + 4H+ + 2e−
NO2− + H2O → NO3
− + 2H+ + 2e−
– Utslipp av ammoniakk har en sterkt surgjørendeeffekt selv om pH i nedbøren økes
– pH er et dårlig mål for sur nedbør
Sur nedbør
• Aluminium utlekking– Sur nedbør består av
syre (H+) og mobile anioner (SO42-)
som sammen klarer å vaske Aluminiumioner ut av sur jord2Al(OH)3(s) + 3H+ + 3SO4
2-
↔ 2Al3+ + 3SO42- + 3H2O
– Al3+ hydrolyserer i vann Al3+ + 3H2O ↔ Al(OH)3(aq) + 3H +
– Ved pH< 5 ødelegger Al3+
saltbalansen til fiskenVed pH> 5 klogger Al(OH)3gjellene på fisk
Gjerstad
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
jan. 83 des.84
jan. 87 jan. 89 jan. 91 jan. 93 jan. 95 jan. 97 jan. 99 jan. 01 jan. 03 jan. 05
Date
pH0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
ug/L
Al
mg/
L TO
C
pHTOCLAL
,
Sur Nedbør
• Effekt på Humus– Humus er nedbrytnings-
produkter av døde planter– Inneholder mange
svake syregrupper (R-COOH, R-OH)– Løseligheten til humus
reduseres av sur nedbør ved at:
• Svake syregrupper protoniseresR-COO- + H+ ↔ R-COOH
• Al kompleksbindesR-(O-)3 + Al3+ ↔ R-(O)3Al
• Ionestyrken reduserer frastøtingen
– Reduksjonen i sur nedbør er en mulig årsak til den store økning i farge og DOC konsentrasjon i tidligere forsurede vassdrag
Humus
• Transport av forurensinger og næringsstoffer– Funksjonelle grupper i
humusstoffer kompleksbinder tungmetaller
– De mer lipofile delene adsorberer organiske forurensinger
– Humus inneholder næringsstoffer som P og N
– Økningen i humus medfører en øket utvaskning av forurensinger fra jord til vann og dermed biotilgjengeligheten
– Hg konsentrasjonen i fisk øker trass i en reduksjon i Hg avsetningen
– Eutrofiering øker trass i tiltak for å redusere næringssalter fra landbruket
Humus
• Forstå variasjon i kjemiske egenskaper– De kjemiske egenskapene til humus
varierer i tid og rom• Humus fra organisk jord er mer lipofilt,
mens humus fra mineraljord er mer hydrofilt• Økningen i humus er i den mer
lipofile fraksjonen– Vannverk sliter med humus
ved at de danner potensielt kreftfremkallende stoffer i desifiseringsprossene
– Humus fraksjonen som øker er den delen vannverk har lettest for å fjerne
Eutrofiering• Mekanismer for
transport av fosfor (P)– Oppblomstring begrenses
vanligvis av P i akvatiske miljøer
• Fosfat er i liten grad mobilt i miljøet
– Vassdrag mottar P i form av • Humus• Adsorbert til leire og som • Fosfat fra landbruket og
kloakk
– Ved å bestemme i hvilken form P foreligger (fraksjonere) kan vi vite kilden og iverksette målrettede tiltak
Tungmetaller
• Kvikksølv (Hg) transport, mobilitet og opptak– Hg akkumuleres i kaldere
strøk pga destillasjon– Hg binder seg sterkt
til organisk materiale• Det er bygd opp et lager
av Hg i skogbunnen i nordområder
– Hg mobiliseres ved øket utlekking av humus– Hg + humus + reduserende forhold gir S reduserende
bakterier muligheten til å danne Metyl-Hg
– Det er en klar sammenheng mellom Metyl-Hgkonsentrasjonen i vann og Hg konsentrasjonen i fisk
Master oppgave i Kirgisistan
• Kristine Solberg
Miljøkjemi
Kirgisistan
• Ble eget land etter frigjørelsen fra Sovjetunionen i 1991
• Et land med store økonomiske problemer
• Miljøutfordringer– Ueffektiv bruk av vannressurser– Nedbrytning av landområder p.g.a.
overgressing – Overforbruk av sårbar skog– Fare for nedgang i biodiversitet– Utslipp av tungmetaller fra gruvedrift
Tungmetaller
• Foreligger som forskjellige spesier i naturen• Hvilket spesie vi har sier noe om
– Mobilitet og transport– Tilgjengelighet for opptak i planter og organismer
• Spesieringsanalyse– Sekvensiell ekstraksjon på jord
• Utbyttbare• Bundet til karbonater• Bundet til Jern og manganoksider• Bundet til organisk materiale• Som mineral
Klima• Drivhuseffekten
– Adsorbsjon av langbølget stråling
Strålingsspektra av jorden
Klima• C sekvestrering
– 20 – 28 % av C utslippene kan fjernes– Kull eller naturgass omdannes til H2 og CO2
Kull + H2O 2H2 + CH4 + CO
– CO2 kan bli fanget vha aminerCO2 + R-NH2 + H2O ↔ RNH3
+ + HCO3-
for så å gjendannes før den deponeres i gamle oljereservoarer
CH4 + H2O ↔CO + 3H2 + energiCH4 + O2 CO + 2H2 + energi2CO + 2H2O ↔ 2CO2 + 2H2 + energi= 2CH4 + O2 + 3H2O 2CO2 + 7H2 + energi
Klima
• Hydrogen samfunnet & brenselceller– Hydrogen brukes som en
energibærer • Lagres enten i
(nedkjølte) tanker eller som hydrider
• Energi frigjøres som varme ved forbrenning eller som strøm ved kjemisk reaksjon i brenselcelle
membran
Kost-Nytte effekter
• Se effekter av tiltak i sammenheng (Co-benefits)
• Utslipp av NOx bidrar til– Ozon– Sur nedbør– Eutrofiering
– Kostnader knyttet til tiltak bør sees i sammenheng med den totale miljø-effekten, lokalt – regionalt og globalt
C hemical fate m odel
Exposure assessment
D ose-response assessm ent
V aluation of effects
effect1
effect2
effectn... ...
C ontrol options
Cost of controloptions
W eightingof costs and
benefits
1
2
3
5
6
N on-em issioneffects4
Implem entation
Kjemikunnskaper – løsningen på verdens problemer!
• Vi trenger kunnskap i kjemi for å:– Forstå hvor forurensingen kommer fra
og hva som skjer med dem– Måle nivåene av forurensing i miljøet – Forutsi effektene – Vite hvordan vi kan løse miljøproblemet
Aktuelle jobberUtdannelse i Miljøkjemi gir deg muligheten til å skilte med en allsidig erfaring i kjemisk analyse og kompetanse i tolking av data og forstå sammenhenger
Spesielt egnet forKommunale MiljøvernkontorFylkesmannens MiljøvernavdelingSFTForskningsinstitutterMiljøkonsulenter i større bedrifterMiljørådgivningsfirma
Brukes til det mesteForvaltning
MiljøverndepartementetStatistisk sentralbyråNæringsmiddeltilsynSFT
VannlaboratorierForskningsinstituttene
NILUNIVA BioForskFFI ByggforskSINTEF
UniversitetUiOUMBNTNU
NæringslivetIndustrien
ShellStatoil
KriposNOAH
