Overheads brukt i forelesninger i TEP4225 Energi og Miljø Luftforurensing. Del B

Transkript

1 Overheads brukt i forelesninger i TEP4225 Energi og Miljø Luftforurensing Del B B-1 Atmosfærekjemi (1) - svovel B-2

2 Atmosfærekjemi (2) - svovel svoveldioksid (SO2): 1) oksidasjon til sulfat 2) overgang fra gassfase til væskefase Oksidasjon av SO 2 til H 2 SO 4 i gassfase ved Hydroksyl OH (viktigst) og Hydroperoksyl: HO 2 Oksidasjon i væskefase: SO 2 er lett løselig i vann, og danner SO 3 2-, HSO 3-,SO 2 aq. F.eks. regn, skyer, dis, tåke Følgende stoffer fremmer oksidasjon i væskefase: løst ozon (mest viktig ved ph>5.5) løst hydrogen peroksid (mest viktig ved ph<5.5) løst oksygen (Fe, Mn eller Fe/Mn-katalyse) løst karbon B-3 Atmosfærekjemi (3) S-avsetning B-4

3 Svovelutslipp i Norge Utslipp av svovel i Europa ble redusert med nær 60 prosent fra 1980 til 1999 Konsentrasjonane av svovel i nedbør i Noreg har minka med 52 til 74 prosent frå 1980 til 2001 Konsentrasjonane av svoveldioksid i luft er reduserte med 72 til 97 prosent. Dette har ført til at vasskvaliteten i innsjøar og elvar stadig blir betre, men tilførslane over store delar av Sør-Noreg er framleis større enn kva naturen toler. Dette vil gjelde særleg i Agder-fylka og Rogaland også etter B-5 Atmosfærekjemi (4) - NO X B-6

4 NO x -utslipp i Norge Totalt Norge Petroleumssektoren Gøteborg-prot B-7 NO X -utslipp fra petroleumsvirksomheten Kildefordeling i 1999: Landterminaler 1 % Flyttbare borerigger 20 % Kraftgenerering 60 % Fakkel 19 % B-8

5 Atmosfærekjemi (5) - NO X NO oksideres raskt av O 3 til NO 2 NO 2 oksideres videre til HNO 3 (salpetersyre) ved OH-radikaler NO 2 og HNO 3 kan avsettes direkte som gasser NO 2 kan reagere med ozon og danne NO 3 * -> N 2 O 5 N 2 O 5 kan videre reagere med H 2 O og danne HNO 3 HNO 3 kan reagere med f.eks NH 3 og danne partikler (NH 4 NO 3 ) som utvaskes eller tørravsettes HNO 3 er både svært vannløselig og reaktivt og avsettes effektivt B-9 Atmosfærekjemi (6) - fotokjemiske oksidanter Ozon (viktigst), hydrogenperoksid og peroksyacetylnitrat (PAN) "fotokjemisk smog" - Nedsatt sikt (disdannelse) - Karakteristisk lukt - Irritasjon av slimhinner - Skader på vegetasjon og materialer (gummi) Opptrer typisk ved sterk solstråling, høy temperatur og dårlige spredningsforhold Følgende forhold må til for å danne smog: Sollys Tilstedevære av nitrøse gasser (NO X ) Tilstedeværelse av VOC (Volatile Organic Compounds) Temperatur høyere enn 18 Celsius B-10

6 Ozon produseres naturlig i atmosfæren, og brytes ned av NO O 3 + NO NO 2 + O 2 Atmosfærekjemi (7) - fotokjemiske oksidanter Sollys kan bryte ned nitrogendioksid (NO 2 ) til nitrogenoksid (NO) NO 2 + sollys NO + O atomært oksygen (O) reagerer med molekylært oxygen (O) og danner ozon (O 3 ). O + O 2 O 3 Nitrogendioksid (NO 2 ) reagerer også til et giftig stoff som peroksyacetylnitrat (PAN) NO + VOC-O 2 NO 2 + andre produkter NO 2 + VOC PAN ++ Hvis VOC (Volatile Organic Compounds) finnes, så reagerer NO og NO 2 med disse i stedet for ozon, noe som gir større konsentrasjon av ozon. B-11 Atmosfærekjemi (8) - Svevestøv PM 10 er partikler med aerodynamisk diameter under 10 µm (mikrometer) Pustes inn i de øvre luftveiene. Kilde: stasjobære forbrenningsanlegg piggdekkslitasje (mest PM 10, noe PM 2.5 ) PM 2,5 har aerodynamisk diameter under 2,5 µm. Følger med luftstrømmen helt ned i lungene. Kilde: Stasjonære forbrennningsanlegg, f.eks. vedfyring gir hovedsakelig finstøv eksospartikler (f.eks. typisk fra dieselmotorer) langtransporterte partikler B-12

7 Svovelrensing kalk CaO + H 2 O Ca(OH) 2 kalkstein Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O Ca(OH) 2 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 Flue gas Rotating heat exchanger Stack Ca(HCO 3 ) 2 + SO 2 + H 2 O CaSO 3 2H 2 O + 2CO 2 Filling water CaSO 3 2H 2 O + ½ O 2 CaSO 4 2H 2 O Limestone demister Water to water treatment gips Grinder Sludge tank Spray tower Swamp Filling water Air sentrifuge Gypsum calcium sulphate CaSO 4 limestone CaCO 3 (kalkstein) calcium sulphite (CaSO 3 ) Figure a) Principal drawing on a wet FGD (Grønli, B-13 Gassrenseutstyr - partikler Scrubber/våsketårn syklon posefilter elektrofilter Control Technology Total mass emission reduction % Mass emission reduction for particles 3µm Multicyclone Electrostatic precipitator Fabric filter B-14

8 B-15 Scrubber/våsketårn rensning av partikler, vannløselige stoffer, f.eks. salter, NH 3 B-16

9 Elektrofilter - prinsipp kv B-17 How to reduce NO X emissions from Gas Turbines commercially available technologies Dry Low-NO X Combustion Lean pre-mix of fuel and combustion air Offered for most Gas Turbines on natural gas ppmv achievable on gas fuel Is becoming available also for liquid fuels Water (liquid or steam) Injection into the GT combustor Water/fuel-ratio Below 25 ppmv (natural gas) or 42 ppmv (dist. oil) Selective Catalytic Reduction (SCR) Use of NH 3 to react with NO 2 (to N 2 and H 2 O) 6NO + 4 NH 3 5 N H 2 O 6NO NH 3 7N H 2 O Catalyst at appr. 350 C in the steam boiler Typically used in oil fired units Below 10 ppmv achievable B-18

10 How to reduce NO X emissions from Gas Turbines new technologies Catalytic Combustion Catalyst in the combustor Tests carried out in a small Gas Turbine, but not commercially available Temperature limitation, life-time limited 3 ppmv demonstrated in test, single-digit emissions achievable Catalytic absorption (SCONOX) Catalyst the exhaust gas system ( C) Use of a solid dry catalyst, Potassium Carbonate, to reduce NO 2 (to N 2 and H 2 O) The catalyst is first converted Potassium Nitrites and the regenerated by a CO 2 /H 2 -containing gas Below 3 ppmv NO X achievable B-19 Drivhuseffekt B-20

11 Global energibalanse B-21 Karbonkretsløpet milliarder tonn C per år B-22

12 Variations of the Earth's surface temperature for the past 140 years B-23 Variations of the Earth's surface temperature for the past 1000 years B-24

13 + Sulphate aerosols deposited in Greenland ice Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases B-25 Utvikling av mengden KFK-12 i ppt (parts per trillion) og årlig økning i % B-26

14 Konsentrasjon av drivhusgasser og økning siden pre-industriell tid B-27 Strålingspådriv for forskjellige gasser, relatert til CO 2 - watt per kvadratmeter (W/m 2 ) B-28

15 The global mean radiative forcing of the climate system for the year 2000, relative to 1750 Level of Scientific Understanding Radiative Forcing (Watts per square meter) B-29 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) - 1 Formed in 1988 by: World Meteorological Organization (WMO) United Nations Environment Programme (UNEP) The role of the IPCC is to assess the scientific, technical and socio-economic information relevant for the understanding of the risk of human-induced climate change. It does not carry out new research nor does it monitor climate related data. It bases its assessment mainly on published and peer reviewed scientific technical literature. Main contributors are: Max-Planck Institut für Meteorologie, Hamburg National Centre for Atmospheric Research, Boulder, USA Hadley Centre, Bracknell, London Geophysical Fluid Dynamics, Princeton, USA Climate Diagnostic Laboratory, National Oceanic and Atmospheric Administration, Boulder, USA B-30

16 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) - 2 The IPCC has three working groups and a Task Force Working Group I: The science of climate change Working Group II: Impacts, adaptation and vulnerability Working Group III: Mitigation of climate change Task Force on Greenhouse Gas Inventories B-31 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) - 3 The Panel meets in plenary sessions about once a year. accepts/approves IPCC reports decides on the mandates and work plans of the working groups the structure and outlines of reports the IPCC Principles and Procedures the budget elects the IPCC Chairman and the Bureau. First Assessment Report in Second Assessment Report, Climate Change 1995, key input to Kyoto Protocol Third Assessment Report, 2001 "Climate Change 2001: The Scientific Basis, In total 122 Co-ordinating Lead Authors and Lead Authors, 516 Contributing Authors, 21 Review Editors and 337 Expert Reviewers. Fourth Assessment Report, 2007 National Greenhouse Gas Inventories Special reports: example: : Special Report on CO 2 capture and Storage B-32

17 Climate Change 2001: The Scientific Basis - what does it say? The global average surface temperature has increased over the 20th century by about 0.6 C. There is new and stronger evidence that most of the warming observed over the last 50 years is attributable to human activities. Temperatures have risen during the past four decades in the lowest 8 kilometres of the atmosphere. Snow cover and ice extent have decreased. Global average sea level has risen and ocean heat content has increased. Changes have also occurred in other important aspects of climate. precipitation has increased increase in the frequency of heavy precipitation events in the Northern Hemisphere warm episodes of the El Niño-Southern Oscillation phenomenon more frequent B-33 Climate Change 2001: The Scientific Basis - what does it say? Some important aspects of climate appear not to have changed A few areas have not warmed, mainly Southern Hemisphere oceans and Antarctica. No significant trends of Antarctic sea-ice extent are apparent No definitive conclusions about changes in storm activity No systematic changes in the frequency of tornadoes, thunder days, or hail events ? Global average temperature and sea level are projected to rise under all IPCC scenarios The globally averaged surface temperature is projected to increase by 1.4 to 5.8 C (Second Assessment Report from 1995: 1.0 to 3.5 C) Nearly all land areas will warm more rapidly than the global average, particularly those at northern high latitudes in the cold season. B-34

18 Climate Change 2001: The Scientific Basis - what does it say? B-35 Climate Change 2001: The Scientific Basis - what does it say? SRES = Special Report on Emission Scenarios B-36

19 Climate Change 2001: The Scientific Basis - summary of effects B-37 Hva må til av reduksjoner for å stabilisere konsentrasjon av drivhusgasser i atmosfæren B-38

20 Internett Miljøstatus i Norge Statens Forurensningstilsyn Miljøverndepartementet European Environment Agency B-39