Wat is fijn stof? Wat zijn de oorzaken en hoe wordt dit ...
Transcript of Wat is fijn stof? Wat zijn de oorzaken en hoe wordt dit ...
Wat is fijn stof? Wat zijn de oorzaken en hoe
wordt dit gemeten?
Jeroen Staelens
Antwerpen, 4 september 2014
Overzicht
• Wat is fijn stof?
• Omschrijving en impact
• Emissies Vlaanderen
• Hoe wordt fijn stof gemeten? Resultaten?
• Massa
• Samenstelling → bronnen
• Ultrafijn stof
2
Wat is fijn stof?
• Zwevend stof
• Particulate matter (PM)
• Mengsel van vloeibare of vaste deeltjes in lucht
• Uiteenlopende grootte, vorm, samenstelling
• Bronnen
• Natuurlijke oorsprong en menselijke activiteiten
• Naargelang oorsprong
• Primair: rechtstreekse uitstoot in atmosfeer
• Secondair: ontstaan in atmosfeer uit gassen
3
Indeling volgens grootte (equivalente aerodynamische diameter)
4 4
10 µm
2,5 µm
0,1 µm
PM10
PM2.5
Aerodynamische Ø
stofdeeltjes
Bron: EPA (http://www.epa.gov)
Menselijk haar
50-70 µm diameter
PM2,5
< 2,5 µm diameter
PM10
< 10 µm diameter
Fijn strandzand
90 µm diameter
PM0,1 of UFP
Ultrafijne deeltjes
Deeltjesgrootteverdeling Typisch stedelijk aerosol
5 Bron: Seinfield & Pandis (2006)
Aantal
Oppervlak ~ Ø2
Volume of massa ~ Ø3
PM2,5
PM10
UFP
Zwarte koolstof
• Onderdeel van fijn stof
• Vooral in ultrafijne fractie
• Gevormd bij onvolledige verbranding van
• Fossiele brandstoffen
• Biomassa
• Biobrandstof
• Maat voor de roetconcentratie in de lucht
6
Gezondheidseffecten fijn stof
• PM: gezondheidseffecten korte + lange termijn
• WGO: geen veilige drempelwaarde waaronder geen
effecten voorkomen
• Korte episodes (24 u) verergeren bestaande
gezondheidsproblemen (bv. astma)
• Chronische blootstelling: toename chronische
luchtwegaandoeningen, lagere levensverwachting
• WGO: dieselroet is kankerverwekkend
• Zwarte koolstof, ultrafijne deeltjes, …
• Aanwijzingen dat ook andere aspecten dan bulk
massaconcentratie relevant zijn 7
Andere effecten fijn stof
• Hinder
• Verminderde zichtbaarheid
• Bevuiling van blootgestelde oppervlakken
• Klimaatverandering
• Zowel afkoelend als opwarmend effect
• Verzuring en vermesting
• Secondair fijn stof
8
Impactplaats fijn stof
• Afhankelijk van deeltjesgrootte
(aerodynamische Ø)
• > 10 µm → neus-keelholte
• 2,5 - 10 µm → bronchiën
• 2,5µm → longblaasjes
• <0,1 µm → bloedbaan
9
Gezondheidsimpact fijn stof
10 Bron: MIRA / VITO - Buekers et al. (2012)
Emissies PM10 in 2012
11 Bron: VMM (2014) Jaarverslag lozingen in de lucht
Emissies PM2,5 in 2012
12 Bron: VMM (2014) Jaarverslag lozingen in de lucht
Massaconcentratie fijn stof
Hoe wordt fijn stof gemeten?
13
Waarom luchtmetingen?
• Rapportering algemene luchtkwaliteit /
luchtverontreiniging
• Toetsen aan regelgeving
• Informeren bevolking (o.a. smogalarm)
• Bronnen en vervuilers identificeren
• Beleid
• Effectiviteit genomen maatregelen
• Beleid bijsturen
14
Fijn stof Massaconcentratie
• Referentiemethode
• EN12341 (PM10) en EN14907 (PM2,5)
• 24-u monsterneming filter en gravimetrische analyse
• Continue metingen noodzakelijk (real time)
• β-straling: absorptie door stofdeeltjes op filter
• Oscillerende microbalans: frequentieverandering door
stofdeeltjes op filter
• Optisch: verstrooiing van licht door stofdeeltjes
15
Referentiemethode
• PM (µg/m3) = (massabeladen – massaonbeladen) / debiet
• Monstername
• Specifieke inlaat (PM10 of PM2,5)
• Luchtdebiet: 2,3 m3/u (huidige norm ook 68 m3/u)
• 24 u bemonstering
• Filter: kwartsvezel, glasvezel, …
• Gravimetrische analyse
• Weegkamer
• Standaardomstandigheden (T, RH)
• Microbalans
• 2 x 2 keer wegen van filter
16
Schema standaard PM
monsternametoestel
17 Bron: Draft document FprEN12341:2013 (CEN/TC264/WG15)
ambient T en P:
omgevingsomstandigheden
Voorbeelden van PM
monsternametoestellen
18
Derenda LVS 3.1
Laagvolume-sampler
Leckel SEQ 47/50
Laagvolume-sampler
Digitel DHA-80
Hoogvolume-sampler
Voor- en nadelen
referentiemethode
• Voordelen
• Standaard referentiemethode
• Diverse toestellen voor verschillende toepassingen
• Fijnstofmonsters beschikbaar voor verder analyse
• Betrouwbaar
• Nadelen
• Bemonsteringsartefacten (semi-vluchtige componenten)
• Filtermanipulatie en -weging
• Arbeidsintensief
• Lage tijdsresolutie
• Geen online gegevens
19
• Principe
• Verzwakking van β-straling door stof op filterband
• Voorbeelden van monitoren
• BAM 1020, ESM, BETA 5014i, …
• Voordelen
• Stabiel
• Kalibratieplaatjes
• Nadelen
• Deels afhankelijk van samenstelling fijn stof
• Filter niet beschikbaar voor chemische analyse
• Radioactieve bron (vergunning)
Absorptie van β-straling
20
Oscillerende microbalans
• Principe
• Frequentieverandering van filter op oscillerend glazen buisje
door toename van de stofbelading op de filter
• Voorbeelden van monitoren
• TEOM 1400ab, TEOM-FDMS 1405-F
• Voordelen
• Onderscheid vluchtige / niet-vluchtige fractie (FDMS)
• Korte responstijd
• Nadelen
• Deels afhankelijk van samenstelling fijn stof
• Filter niet beschikbaar voor chemische analyse
21
Optisch: lichtverstrooiing
• Principe
• Meten van lichtverstrooiing door individuele stofdeeltjes
• Grootte van deeltjes = f(pulshoogte)
• Voorbeelden van monitoren
• EDM 180, FIDAS 200, …
• Voordelen
• Lichte en kleine toestellen mogelijk
• Onderhoudsarm
• Bemonstering van stof op filter is mogelijk
• Nadelen
• Lichtverstrooiing ook afhankelijk van vorm en samenstelling
• Veronderstelde massadichtheid van deeltjes
22
Kalibratiefactoren
• Fijn stof = heterogeen mengsel
• Geen representatieve referentiemonsters beschikbaar
• Equivalentie
• Is ‘kandidaatmethode’ equivalent aan referentiemethode?
• Veldtesten noodzakelijk: voldoende plaatsen, voldoende lang
• Volgens Europese regelgeving “Guide to demonstration of
equivalence”
• Resultaat equivalentietesten
• Equivalent
• Equivalent na kalibratie
→ kalibratiefactoren
• Niet equivalent
23
0
25
50
75
100
125
0 25 50 75 100 125
CM
PM
10 (µg/m
³)RM PM10 (µg/m³)
Orthogonal regression Candidate vs. Reference Method
Fijn stof massaconcentratie
VMM-meetnet 2013
24
Type Meettechniek
PM10 PM2,5 PM10 PM2,5
Leckel Gravimetrisch - 5 N.v.t. N.v.t.
BAM 1020 β-absorptie - 1 - x 0,93
ESM β-absorptie 20 3 x 1,25 x 1,27
TEOM Oscillerende microbalans 5 - Variabel -
TEOM-
FDMS
Oscillerende microbalans
met correctie voor afdamping11 4 x 1,00 x 1,00
Aantal Kalibratiefactor
Massaconcentratie fijn stof
Resultaten?
25
26
Jaargemiddelde PM10 Interpolatiekaart 2011
27
Jaargemiddelde PM10 Interpolatiekaart 2012
28
Jaargemiddelde PM10 Interpolatiekaart 2013
29
Evolutie jaargemiddelden PM10 Virtuele stations 1996-2013
PM10 > daggrenswaarde Aantal meetstations
30
2013: overschrijding in 3 van de 36 meetstations
Jaargemiddelde PM2,5 Interpolatiekaart 2013
31
32
Evolutie jaargemiddelden PM2,5 Virtuele stations 2004-2013
Samenstelling fijn stof
Hoe wordt de samenstelling van fijn stof gemeten? Resultaten?
33
Samenstelling fijn stof
Waarom meten?
• Waarom?
• Bronidentificatie
• Inschatting gezondheidsimpact
• VMM
• PM2,5 op 1 achtergrondlocatie (richtlijn 2008/50/EG)
• PM10 in 5 ‘ChemKar’ campagnes sinds 2006 (met
telkens 6-12 meetplaatsen)
34
Samenstelling fijn stof
Hoe meten?
• Bemonstering fijn stof
• Referentiemethode: 1 staal per dag
• Chemische karakterisering om de 4-6 dagen
• Filter verdelen en evt. staalvoorbereiding
• Chemische analyse
• Elementaire en organische koolstof (TOT-NIOSH)
• Verschillende thermische protocollen mogelijk
• Wateroplosbare ionen (IC en IC-OES)
• NO3-, SO4
2-, NH4+, Cl-, Na+, K+, Mg2+ en Ca2+
• Elementen (ICP-MS, ICP-OES)
• Al, As, Ba, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, K, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Ti, V en Zn
• Levoglucosan (GC-MS na derivatisatie)
• Merker voor houtverbranding (pyrolose van cellulose)
35
Hoofdcomponenten fijn stof
• Elementaire en organische koolstof
• Elementaire koolstof (EC): verbranding van fossiele brandstoffen
• Organische massa (1,4 x OC): primair en secondair fijn stof
• Wateroplosbare ionen
• Zeezout spray: Na+ en Cl-
• Secondaire anorganische ionen (NO3-, NH4
+, niet-zeezout-SO42-)
• Elementen
• Mineraal stof (bodemstof)
• Specifieke bronnen (bv. Cu-emissie door slijtage remmen)
• Levoglucosan
• Organische massa door houtverbranding (9,1 x levoglucosan)
• Fijn stof “ “ (10,7 x levoglucosan)
36
Samenstelling PM10 Vlaanderen 6 meetplaatsen, 2006-2007
37
Secundaire anorganische ionen (41%)
Bron: VMM (2009)
Samenstelling PM2,5 Retie Landelijke achtergrond, 2009-2013
38
0,46 0,37 0,38 0,37 0,32
3,63,1
3,53,0 3,0
1,1
0,8 0,30,3 0,3
3,5
3,13,7
3,6 3,5
1,8
1,7
1,9
1,7 1,7
2,6
2,7
2,5
2,1 2,3
0,6
0,4
1,0
0,6 0,2
2,5
2,6
3,0
2,6 2,8
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
2009 2010 2011 2012 2013
PM
2,5
(µg
/m3)
andere
mineraal stof
niet-zeezout-sulfaat
ammonium
nitraat
zeezout
organische massa
elementair koolstof
Bron: VMM (in voorbereiding)
ChemKar meetcampagnes
• 2006-2007
• Verschillende types meetplaatsen (n = 6)
• 2008-2009
• Achtergrondstations (n = 3) vs. ‘hotspots’ (n = 6)
• 2010-2011
• Houtverbranding (n = 7)
• Variatie in provincie Antwerpen (n = 4)
• 2011-2012: achtergrond, invalsweg en street canyon
• Oostende, Brugge, Gent, Antwerpen (n = 12)
• 2013-2014: veel vs. weinig verkeer in centrumsteden
• Leuven, Aalst, Hasselt, Kortrijk , Mechelen (n = 10) + A’pen
39
Gemiddelde bijdrage
houtverbranding aan PM10 7 meetplaatsen, 2010-2011
Bron: VMM (2011) 40
Gemiddelde bijdrage = 1,8 µg/m3
= 7% tot PM10
Bijdrage houtverbranding aan
organisch materiaal in PM10 7 meetplaatsen, 2010-2011
2.06
3.85
3.273.51 3.54
2.99 2.95
0.78
1.35
3.20
1.261.50
1.411.20
0
1
2
3
4
5
6
7
Houtem Gent Hamme Borgerhout Mechelen Lier Retie
µg/m
3
OM(andere) OM(hout)
41 Bron: VMM (2011)
PM10 aan invalswegen,
achtergrond en street canyons 12 meetplaatsen, 2011-2012
42
0
5
10
15
20
25
30
35
40
invals
weg
achte
rgro
nd
canyon
invals
weg
achte
rgro
nd
canyon
invals
weg
achte
rgro
nd
canyon
invals
weg
achte
rgro
nd
canyon
Antwerpen Brugge Gent Oostende
PM10 (µg/m3)
EC OM zeezout NO3 NH4 nssSO4 mineraal stof andere
Bron: VMM (2013)
Ultrafijn stof
Hoe wordt ultrafijn stof gemeten?
43
Ultrafijn stof
Waarom meten?
• Huidige regelgeving fijn stof
• Gericht op massaconcentratie (µg/m3)
• Aanwijzingen dat ook andere aspecten belangrijk zijn vanuit
gezondheidsstandpunt
• PM0,1 = UFP
• Kleine bijdrage aan massaconcentratie
• Groot aantal ultrafijne deeltjes (UFP)
→ aantalconcentratie (deeltjes/cm3)
• Nog geen regelgeving UFP
• Geen systematische monitoring
• Recente ontwikkeling van meettoestellen
44
PM2,5
PM10
UFP
Ultrafijn stof
Hoe meten?
• Deeltjesaantal
• Totaal aantal
• Aantal per grootteklasse → deeltjesgrootteverdeling
45
0
2 000
4 000
6 000
8 000
10 000
12 000
14 000
16 000
10 100 1000
dN
/dlo
gDp
(p
arti
cle
s cm
-3)
Particle Diameter (nm)
Totaal aantal deeltjes
• Optische deeltjesteller?
• Lichtverstrooiing door afzonderlijke deeltjes
• Maar: UFP te klein voor detectie
• Condensatiedeeltjesteller (CPC)
• Deeltje vergroot via condensatie van damp
op afzonderlijk deeltje
• Toestellen
• CPC op basis van water of butanol
46
(www.machinerylubrication.com)
> 1 µm
TSI 3783 EPC
Deeltjesgrootteverdeling
1. Charger (neutralizer)
• Deeltjes in gekende ladingsverdeling
2. Elektrostatische classificatie
• Indeling in grootteklassen op basis
van elektrische mobiliteit (~ diameter
en lading van deeltje)
3. Deeltjesteller
• Deeltjesaantal per grootteklasse
• Toestel
• SMPS (scanning mobility particle
sizer)
47
Recent onderzoek VMM
ultrafijn stof
• Europees project Joaquin
• Joint Air Quality Initiative
• Met de steun van INTERREG IVB NWE
• (Ultra)fijn stof
• Samenstelling en oxidatief potentiaal van PM10
• Continue metingen van UPF, zwarte koolstof en NO2
• Relaties tussen verschillende luchtkwaliteitsparameters
• Intensieve UFP-meetcampagnes in Antwerpen in 2013
48
Dagverloop deeltjesaantal 3 meetplaatsen in Antwerpen
Februari en oktober 2013
49
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
To
taa
l d
ee
ltje
sa
an
tal (d
ele
tje
sl/cm
3)
Tijdstip van de dag (lokale tijd)
Stedelijke achtergrond - feb
Stedelijke achtergrond - okt
Stadspark - feb
Stadspark - okt
Voorstedelijk - feb
Voorstedelijk - okt
Bron: VMM (in voorbereiding)
Deeltjesaantal vs. zwarte koolstof 4 meetplaatsen in Antwerpen
Oktober 2013
50
R² = 0.8659
R² = 0.7089
R² = 0.5444
R² = 0.737
0
2000
4000
6000
8000
0 5 10 15
Deeltje
saanta
l 100
-200 n
m (
deeltje
s/c
m3)
Zwarte koolstof (µg/m3)
Stedelijke achtergrond
Stadspark
Voorstedelijk
Ring
Bron: VMM (in voorbereiding)
Deeltjesaantal vs. verkeer Bv. stedelijke achtergrond Antwerpen
Februari en oktober 2013
51 Bron: VMM (in voorbereiding)
R² = 0.1763
R² = 0.2634
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 500 1000 1500 2000
De
eltje
sa
an
tal 1
0-2
0 n
m (
part
icle
s/c
m3)
Verkeersintensiteit (voertuigen/30 min)
Stedelijke achtergrond -februari
Stedelijke achtergrond -oktober
Meer informatie?
• www.vmm.be > lucht
• Actuele luchtkwaliteit
• Gemiddelde luchtkwaliteitsindex
• Geoloket lucht
52
Meer informatie?
• www.joaquin.eu
• atmosysys.eu
53