Kjemikunnskap Verktøyet for å forstå verdens miljøproblemer Rolf D. Vogt Kjemisk Institutt, UiO
Miljøkjemikerens verdensbilde Meterologi/Klima Biologi/ Fysiologi Hydrologi/Limnologi Forvaltning/ Tiltak Geologi Oseanografi
Målet er å lage kunnskapsbaserte beslutningsverktøy til myndighetene Gode tiltak forutsetter at vi kjenner til: Kilder Spredning Omdanning/nedbrytning Oppkonsentrering og lagring Mobilitet og transport Sluk ØKONOMISK PRODUKSJON Betydning av endrede miljøforhold Interaksjon med andre forurensinger MILJØVERN BÆRE KRAFTIG HET SOSIAL RETTFERD Effekter av miljøproblemet Effekter av tiltak
Miljøproblemer vi jobber med på UiO Sur nedbør Aluminium utlekking Betydning av støv Effekt av ammonium Effekt på humus Humus Transport av forurensinger og næringsstoffer Forstå variasjon i egenskaper Eutrofiering Mekanismer for transport av næringssalter Tungmetaller Hg transport, mobilitet og opptak Hg i Kina og Kirgisistan Problemer med CCS Fukushima reaktoren
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 3+ + 3SO 4 2- + 3H 2 O Ved ph< 5 ødelegger Al 3+ saltbalansen til fisken Al 3+ reagerer med vann: Al 3+ + 3H 2 O Al(OH) 3(s) + 3H + Ved ph> 5 klogger Al(OH) 3 gjellene på fisk
Sur nedbør Effekt av ammoniakk Moderne landbruk fører til stort utslipp av ammoniakk (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 omdannes 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 i jord selv om ph i nedbøren økes ph er et dårlig mål for sur nedbør
Nedgang i sur nedbør I sør Norge er sur nedbør redusert med > 80% Al utlekking er redusert og fisken har kommet tilbake
Effekt av Sur Nedbør på Humus Humus er nedbrytningsprodukter av døde planter Inneholder mange svake syregrupper (R-COOH, R-OH) Løseligheten til humus ble redusert av den sure nedbøren ved at: Al bindes 3R-OO - + Al 3+ R-(O) 3 Al Reduksjonen i sur nedbør er en mulig årsak til den økning i mengde humus i tidligere forsurede vassdrag ph 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 jan. 83 des. 84 ph TOC LAL Colour, mg Pt/l 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1975 1980 Gjerstad, jan. 87 jan. 89 jan. 91 jan. 93 jan. 95 jan. 97 jan. 99 jan. 01 jan. 03 jan. 05 Date 1985 1990 1995 2000 2005 2010 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ug/l Al mg/l TOC
Betydningen av Humus Transport av forurensinger og næringsstoffer Kvikksølv (Hg) konsentrasjonen i fisk øker trass i en reduksjon i Hg avsetningen Øker utvasking av organiske mikroforurensinger Humus inneholder næringsstoffer som P og N Medvirkende årsak til økt eutrofiering Økningen i humus fører til en øket utvaskning av forurensinger & næringssalter fra jord til vann og dermed øket biotilgjengelighet
Eutrofiering - algeoppblomstring Oppblomstring begrenses vanligvis av tilgang på fosfor (P) i ferskvann Humus-P Fosfat (PO 4 3- ) er i liten grad mobilt Vassdrag mottar P i form av: Humus Avrenning fra landbruk Lekkasje fra kloakk Ved å bestemme i hvilken form P foreligger (fraksjonere) kan vi vite kilden og iverksette målrettede tiltak Lake Taihu, Wuxi, China Partikler-P PO 4 3- Tianjin, China
EUTROPIA prosjektet 1 milliard kroner er brukt på tiltak for å redusere total P konsentrasjonen i Vansjø vassdraget Ingen bedring Prosessene som styrer P avrenning påvirkes av flere miljøforhold Vansjø
Utfelling av fosfor med Aluminium Aluminium som lekker ut med avrenningen fra sure skogområder renner ned gjennom landbruksområder der det blandes med fosfat rik avrenning med høyere ph Al(OH) 3 felles ut og drar med seg fosfat fra løsningen Al 3+ OH - PO 4 3- Al(OH) 3 Al(OH) 3 PO 4
Minkingen i sur nedbør fører til økt eutrofiering! I sør Norge er sur nedbør redusert med > 80% Al utlekking er redusert og fisken har kommet tilbake Aluminium er et sterkt fellingsreagens for fosfat [Al]x[PO 4 ] = Ksp = 10-20 Fører til minket utfelling av PO 4 3- Mengden av humus har økt kraftig i områder tidligere rammet av sur nedbør Fører til økt naturlig tilsig av næringssalter
Tungmetaller Kvikksølv (Hg) Hg akkumuleres i kaldere strøk pga mindre flyktighet 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
CCS Karbonfangst og lagring Kull eller naturgass omdannes til CO 2 og H 2 Kull og CH 4 + H 2 O 2CH 4 + O 2 + 3H 2 O 2CO 2 + 7H 2 + energi CO 2 blir 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 o.a.
Hva er problemet? y Under nedbrytningen av aminer i miljøet kan det dannes kreftfremkallende nitrosamin og nitramin
Atomreaktorene i Japan Reaktorene må avkjøles selv etter at den er avstengt Temperaturen stiger til 1200ºC Uranbrenselstavene smelter pga mangel på kjøling Vann spaltes til bl.a. O 2 og H 2 når det kommer i kontakt med zirkonium (brukes til innkapsling av brenselet) Denne gassen eksploderer Stor fare for utslipp av radioaktivt materiale Korttidseffekter: Kort-levede isotoper Langtids effekter: Akkumulering av 90 Sr og 137 Cs
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 miljøutfordringer
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 Brukes til det meste Forvaltning Miljøverndepartementet Statistisk sentralbyrå Næringsmiddeltilsyn KLIF DN Undervisning Forskningsinstituttene NILU NIVA BioForsk FFI Byggforsk SINTEF Universitet UiO UMB NTNU Næringslivet Industrien Shell Statoil Konsulentfirmaer Kripos Vannlaboratorier NGO
Universitetet i Oslo Norges største utdanningsinstitusjon 34 000 studenter og ansatte Stor faglig bredde Stor aktivitet innen Miljø
For mer info http://www.uio.no http://www.uio.no/forskning/tema/miljo/ http://www.kjemi.uio.no Kontakt meg rolf.vogt@kjemi.uio.no