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 Sur nedbør Aluminium utlekking Betydning av støv Effekt av ammonium Effekt på humus Effekter av klimaendringer Økt nedbør Varmere 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 Troposfærisk Ozon O 3 nivåene avhengig av både NOx og HC Klima tiltak CCS Hydrogen samfunnet & Brenselceller Kost-nytte vurderinger Se effekter av tiltak i sammenheng (Co-benefits)
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 CaO CaSO 4 SO 2 NO x Støv Sammen med sure gassoksider (SO 2, NOx) er det basiske støvpartikler (CaCO 3, CaO) i røyken fra forbrenningsanlegg Disse motvirker 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 + =
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 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 i jord selv om ph i nedbøren økes ph er et dårlig mål for sur nedbør
Sur Nedbør/Humus Effekt på Humus Humus er nedbrytningsprodukter av døde planter Inneholder mange svake syregrupper (R-COOH, R-OH) 10 Løseligheten til humus 9 reduseres av den sure nedbøren 8 7 ved at: 6 5 Al bindes 4 3R-OO - + Al 3+ R-(O) 3 Al 3 ph ph TOC LAL Gjerstad, 200 180 160 140 120 100 80 60 ug/l Al mg/l TOC 2 40 1 20 0 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 0 Reduksjonen i sur nedbør er en mulig årsak til den økning i mengde humus i tidligere forsurede vassdrag
Endring i klima - Årsakssammenheng mellom avrenning og mengde humus Mer nedbør fører til mer avrenning fra øvre jordlag Rike i organisk materiale Mye forurensinger
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 Eutrofiering øker trass i tiltak for å redusere næringssalter fra landbruket Økningen i humus fører til en øket utvaskning av forurensinger & næringssalter fra jord til vann og dermed øket biotilgjengelighet
Eutrofiering - algeoppblomstring Mekanismer for transport av fosfor (P) Oppblomstring begrenses vanligvis av tilgang på P i akvatiske miljøer Fosfat (PO 3-4 ) er i liten grad mobilt i miljøet Vassdrag mottar P i form av: Humus Adsorbert til leire fra erosjon Fosfat fra landbruket og kloakk Ved å bestemme i hvilken form P foreligger (fraksjonere) kan vi vite kilden og iverksette målrettede tiltak Lake Taihu, Wuxi, China Tianjin, China
Problemet Bare i Morsa bassenget er 1 milliard kroner brukt på tiltak de siste 25 årene Ingen bedring Prosessene som styrer P flukser påvirkes av flere miljøforhold Vansjø
Avrenning fra skogsfelt DOC mg C/L Al i μg/l ph Tot-P μg/l 5 μm Al i 25 μg tot-p
Minkingen i sur nedbør fører til økt eutrofiering I sør Norge er sur nedbør redusert med > 60% Al utlekking er redusert betraktelig og fisken har kommet tilbake Aluminium er et sterkt fellingsreagens for fosfat [Al]x[PO 4 ] = Ksp = 10-20 Fører til redusert utfelling av AlPO 4 Mengden av humus har økt kraftig i områder tidligere rammet av sur nedbør Fører til økt naturlig tilsig av næringssalter
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
Klima Kortbølget stråling Langbølget stråling Drivhuseffekten Adsorbsjon av langbølget varmestråling Langbølget Strålingsspektra av jorden
Klima CCS Carbon capture and sequestration 20 28 % av C utslippene kan fjernes 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 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
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 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 Forvaltning Kommunale Miljøvernkontor Fylkesmannens Miljøvernavdeling KLIF DN Forskning Forskningsinstitutter Konsulentfirmaer 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
For mer info http://www.kjemi.uio.no/studier/livet_etter/hvor/ og http://www.kjemi.uio.no/envir/index_no.html Kontakt meg rolf.vogt@kjemi.uio.no