Kjemikunnskap Middelet for å løse verdens miljøproblemer

Transkript

1 Kjemikunnskap Middelet for å løse verdens miljøproblemer Rolf D. Vogt Kjemisk Institutt, UiO

2 Miljøkjemikerens verdensbilde Meterologi/Klima Biologi/ Fysiologi Hydrologi/Limnologi Geologi Forvaltning/ Tiltak Oseanografi

3 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 MILJØVERN ØKONOMISK PRODUKSJON BÆRE KRAFTIG HET SOSIAL RETTFERD

4 Miljøproblemer vi jobber med Troposfærisk Ozon O 3 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 CCS Hydrogen samfunnet & Brenselceller Kost-nytte effekter Se effekter av tiltak i sammenheng (Co-benefits)

5 Troposfærisk Ozon O 3 dannes i troposfæren i en blanding av NOx og VOC NO 2 + sollys NO + O O + O 2 O 3 O 3 + NO O 2 + NO 2 VOC OO + NO NO 2 + VOC O Både NOx og VOC må reduseres for at O 3 kons. skal gå ned

6 Sur nedbør Aluminium utlekking Sur nedbør består av syre (H + ) og mobile anioner (SO 4 2- ) som sammen klarer å vaske Aluminiumioner ut av sur jord 2Al(OH) 3(s) + 3H + + 3SO 4 2-2Al SO H 2 O Al 3+ hydrolyserer i vann Al H 2 O Al(OH) 3(aq) + 3H + Ved ph< 5 ødelegger Al 3+ saltbalansen til fisken Ved ph> 5 klogger Al(OH) 3 gjellene på fisk

7 Sur nedbør CaO SO 2NOx Alkalisk støv Sammen med sure gassoksider (SO 2, NOx) er det alkaliske støvpartikler (CaCO 3, CaO) i avgassene fra forbrenningsanlegg Disse nøytraliserer den sure nedbøren CaO + H 2 SO 4 CaSO 4 + H 2 O Filtre for å fjerne tungmetaller fjerner også dette støvet Tiltak for å redusere tungmetall utslipp vil føre til øket forsuringspotensial

8 Sur nedbør Effekt av ammonium Intensivt landbruk fører til stort utslipp av NH 3 NH 3 gir en øket ph i nedbøren NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - I jordsmonnet vil imidlertid NH 4 + taes opp av vegetasjon i bytte mot H + eller nitrifiseres av bakterier: NH 4+ + O 2 NO 2 + 4H + + 2e NO 2 + H 2 O NO 3 + 2H + + 2e Utslipp av ammoniakk har en sterkt surgjørende effekt selv om ph i nedbøren økes ph er et dårlig mål for sur nedbør

9 Sur Nedbør Effekt på Humus Humus er nedbrytningsprodukter av døde planter Inneholder mange svake syregrupper (R-COOH, R-OH) 10 Løseligheten til humus 9 8 reduseres av sur nedbør 7 ved at: 6 5 Svake syregrupper 4 protoniseres 3 2 R-COO - + H + R-COOH 0 Al kompleksbindes jan. 83 des. 84 3R-OO - + Al3+ R-(O) 3 Al Ionestyrken reduserer frastøtingen ph 1 ph TOC LAL Gjerstad, jan. 87 jan. 89 jan. 91 jan. 93 jan. 95 jan. 97 jan. 99 jan. 01 jan. 03 jan. 05 Date Reduksjonen i sur nedbør er en mulig årsak til den store økning i farge og DOC konsentrasjon i tidligere forsurede vassdrag ug/l Al mg/l TOC

10 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

11 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 Lake Taihu, Wuxi, China Ved å bestemme i hvilken form P foreligger (fraksjonere) kan vi vite kilden og iverksette målrettede tiltak Tianjin, China

12 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-Hg konsentrasjonen i vann og Hg konsentrasjonen i fisk

13 Klima Kortbølget stråling Langbølget stråling Drivhuseffekten Adsorbsjon av langbølget stråling Langbølget Strålingsspektra av jorden

14 Klima CCS Carbon capture and sequestration % av C utslippene kan fjernes Kull eller naturgass omdannes til CO 2 og H 2 Kull + H 2 O 2H 2 + CH 4 + CO CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 + energi CH 4 + O 2 CO + 2H 2 + energi 2CO + 2H 2 O 2CO 2 + 2H 2 + energi = 2CH 4 + O 2 + 3H 2 O 2CO 2 + 7H 2 + energi CO 2 kan bli fanget vha aminer CO 2 + R-NH 2 + H 2 O RNH 3+ + HCO 3 - for så å gjendannes før den deponeres i gamle oljereservoarer

15 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

16 Kost-Nytte effekter Se effekter av tiltak i sammenheng (Co-benefits) Utslipp av NOx bidrar til Ozon Sur nedbør Eutrofiering effect 1 Chemical fate model Exposure assessment Dose-response assessment effect Control options effect n 4 6 Non-emission effects Cost of control options Implementation 5 Valuation of effects Weighting of costs and benefits Kostnader knyttet til tiltak bør sees i sammenheng med den totale miljø-effekten, lokalt regionalt og globalt

17 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

18 Aktuelle jobber Utdannelse 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 for Kommunale Miljøvernkontor Fylkesmannens Miljøvernavdeling SFT Forskningsinstitutter Miljøkonsulenter i større bedrifter Miljørådgivningsfirma Brukes til det meste Forvaltning Miljøverndepartementet Statistisk sentralbyrå Næringsmiddeltilsyn SFT Vannlaboratorier Forskningsinstituttene NILU NIVA BioForsk FFI Byggforsk SINTEF Universitet UiO UMB NTNU Næringslivet Industrien Shell Statoil Kripos NOAH

19 For mer info og Kontakt meg