Oppsummering Miljødelen
Målsetningen Bruke kjemikunnskaper til å: Forstå hva som skjer med miljøet Påvirke miljøet minst mulig Endre prosesser til det beste for miljøet med bakgrunn i kjemikunnskapen
Økologi Samspillet mellom alle organismer i naturen, hvordan de påvirker hverandre og hvordan de blir påvirket av endringer i naturmiljøet Trenger basiskunnskaper om økologi og kjemi for å kunne studere og forstå miljø og miljøpåvirkninger fra kjemiske forbindelser.
Energistrømmer i økosystemet Fotosyntesen 6CO 2 + 6H 2 O + energi (sollys) C 6 H 12 O 6 +6O 2 Respirasjon C 6 H 12 O 6 +6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energi Sollyset gir energi til livet på jorda Næringskjede Hvilke arter som spiser hverandre Næringsnett Flere næringskjeder som er knyttet sammen
Karbonets kretsløp
Strategi for miljøarbeidet Spare ressurser Energi, vann, råstoff Redusere utslipp av forurensninger og miljøgifter Redusere avfallsmengden Produsere produkter renere enn før renere produksjon
Noen virkemidler For private og offentlige virksomheter Tekniske miljøanalyser Livsløpsanalyser Miljømerking (Svanemerket, EU-blomst osv) Miljøstyringssystemer/miljørevisjon For myndighetene Grønne skatter (CO2- avgift, El.avgift, deponiavgift osv) Bonus (Støtte til ENØK-tiltak)
Historiske miljøstrategier 60 årene - Fortynnings- og deponeringsfasen Fortynne gass- og vannutslipp (høye skorsteiner, grave ned avfall) 70 årene - Filtreringsstrategi Renseanlegg. Flytte problemet. Stoffer fjernet ved rensing sluppet ut i vassdrag eller hav eller deponert i fylling. 80 årene - Gjenvinnings- og ombruksstrategi Bruke råstoff om igjen. 90 årene - Forebyggende strategier (renere produksjon) Optimal utnyttelse av ressurser, redusere eller unngå avfall
Renere produksjon er å Redusere utslippene i produksjonen ved å : Endre produkt Endre råvarene (bruke andre utgangsstoffer) Endre prosessen Avfallstoffer bør i størst mulig grad resirkuleres. Hensikten er å utnytte energi og råstoffer best mulig og dermed redusere eller eliminere utslipp og avfallsmengder
Resirkulering Intern/lukket resirkulering Avfall i bedriften kjøres tilbake som råstoff. Ekstern/åpen resirkulering Avfall i bedriften benyttes som råstoff for andre produkter enten i samme bedrift eller andre bedrifter. Råstoff Prosess Produkt Råstoff Prosess Produkt A Avfall Avfall Prosess Produkt B
Teknisk miljøanalyse - Tiltak for å oppnå renere produksjon. Gjennomføring: Definere mål Kartlegge nåsituasjonen Finne muligheter for å oppnå målsetning Analysere mulighetene Gjennomføring Evaluering Forbedring medfører: Lavere forbruk av råvarer, energi og vann Mindre forurensning Mindre avfall Bedre arbeidsmiljø/innemiljø Bedre forhold til naboer og kunder (varene kan oppnå betegnelsen miljøvennlige produkter og bli merket med svanemerket) Myndighetene støtter renere teknologi Øker vår konkurranseevne Oppfylle våre internasjonale forpliktelser
Livsløpsanalyse Vurdere de totale miljøpåvirkningene som er knyttet til et produkt. Analyser av produkt og produktsystemer som tar sikte på å sammenligne miljøprofiler. Melk: Plastflasker (polykarbonat)? Glass? Belagt kartong? Analyserer livsløp for forpakningene. Produktet blir fulgt fra det starter som råvarer, via opparbeiding til materialer, produksjon, bruk og eventuelt gjenbruk/resirkulering eller avfall.
Viktige begreper Miljøprofil: Vurdere miljø- og ressursforhold knyttet til produkter og produktsystemer. Produkt: Dekker en bestemt funksjon for en gruppe brukere. Produktsystem: Alle nødvendige elementer for at et produkt skal kunne produseres, distribueres, forbrukes og avfallsbehandles. Gjennomføring av livsløpsanalyse: Tre hovedgrupper av aktiviteter: Kartlegging av masse- og energistrømmer i produkt-systemet. Vurdering av totale helse-, miljø- og ressurspåvirkning fra produksjons systemet. Kartlegging av mulige forbedringer av produkt systemets miljøprofil. Livsløpsanalyse er av betydning for: Forbrukeren som vil velge miljøvennlig Myndighetene som vil innføre avgifter Industrien som ønsker å gjennomføre tiltak der de gir størst mulig miljøgevinst.
Slik kan vi få renere produksjon Gjennomføre teknisk miljøanalyse Gjennomføre livsløpsanalyser for produktene Resirkulere avfall Renere produksjon har som resultat: Lavere forbruk av råvarer, energi og vann Mindre forurensning og av avfall Bedre arbeidsmiljø/innemiljø
Hva er grønn kjemi? Grønn kjemi er å utvikle miljøvennlige og bærekraftige måter til å skaffe kjemikalier som vi er avhengige av Det er å Designe nye metoder til å produsere kjemikalier med mindre forbruk av resurser og mindre avfall Produsere alternative og mer bærekraftige kjemikalier som skal erstatte mindre miljøvennlige kjemikalier og produkter
Motsatsen - svart kjemi I Mexico produseres HKFK-22, men biprodukt HFK-23 er 12.000 ganger verre enn CO 2 Når HFK-23 brennes kan bedriften selge 12.000 klimakvoter pr. tonn som brennes Salg av klimakvoter er mer lønnsomt enn produksjon av HKFK-22 Resultatet er overproduksjon av HKFK-22 for å kunne selge flere klimakvoter, fremfor å endre produksjon av HKFK-22
Luftforurensing er Forekomst av gasser, dråper eller partikler i atmosfæren i så store mengder eller med så lang varighet at de skader menneskers helse eller trivsel plante- og dyreliv naturmiljøet eller materialer Både støy og radioaktiv stråling kan betraktes som luftforurensing
Forurensning på 3 nivåer Globalt Utslipp med global virkning, drivhuseffekten, nedbryting av ozonlaget Regionalt Utslipp som spres over større områder, flere land. Utslipp av SO 2, NO X Lokalt Utslipp i nærmiljøet, industri- og byområder.
Klimautfordringen Globale utslipp må reduseres med 50-80 % i løpet av de neste 50 årene for å begrense temperaturstigningen til 2 ºC (IPCC) Kyotoavtalen krever at Norges utslipp ikke øker mer enn 1 % fra 1990 til perioden 2008-2012. Deler av Norges forpliktelse kan dekkes ved kjøp av kvoter i andre land
Drivhuseffekten 1. Kortbølget stråling fra sola absorberes av jordorverflaten som varmes opp og sender ut langbølget infrarød (IR) stråling. 2. Drivhusgassene i atmosfæren absorberer og reflekterer IR-stålingen.
Drivhusgasser H 2 O - Vanndamp, skyer CO 2 - Sluttprodukt etter forbrenning. KFK- Klor Fluor Karbonforbindelser (Freon) - kjølegasser CH 4 - metan. Biologisk produkt. Fra husdyrhold og søppelfyllinger N 2 O - Fra nedbrytning av organisk stoff. Bryter ned O 3. O 3 Ozon Økning i konsentrasjon Økning i temperatur CO 2 mest viktig for global oppvarming pga. stor utslippsmengde. Partikler - Fra utslipp av SO 2 som danner sulfat (SO 4 2- ). Reflekterer sollys
Konsekvens av utslippene Temperaturen vil stige Økt vannstand i havet Endrede vind- og nedbørsmønster og endrede havstrømmer Påvirkning av matproduksjon Økt fare for ekstremt vær Helseskader Fare for tap av biodiversitet
Tiltak for å redusere skadene Inngå internasjonale avtaler Pålegge avgifter Plante trær Utnytte energien bedre Øke bruk av alternative energikilder Vind- og bølgekraft. Hydrogen, biodiesel og bioethanol Kvotehandel
Brenning av metan Drivhusegenskaper til metan Produseres i myrer, ved husdyrhold og risdyrking Globalt oppvarmingspotensial - 21 Brenning av metan reduserer det til 5% av det opprinnelige CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
Fakta om Ozonlaget Oksygen kan foreligge som ozon (O 3 ), i alle høydenivåer, men mest i stratosfæren Reaksjoner: O 2 + UV-stråling O + O O + O 2 O 3 Totalt: 3 O 2 + UV-stråling 2 O 3 Også motsatt reaksjon O 3 + UV-stråling O 2 + O
Nedbrytning av ozonlaget Nedbrytning KFK: CCl 3 F CCl 2 F +Cl Cl +O 3 O 2 + ClO ClO + O Cl + O 2 Total: O 3 + O 2 O 2 Med nitrogen: NO x : NO + O 3 NO 2 NO 2 +O NO + O 2 Totalt: O 3 + O 2O 2 Alle reaksjonen er katalysert av UV-lys!
Sur nedbør Sur nedbør er regnvann med ph < 5 som skyldes svovelsyre og salpetersyre dannet fra utslipp av SO 2 og NO Fra svovel SO 2 + 1/2 H 2 O SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 (svovelsyre) SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 2 H 2 SO 3 + O 2 2 H 2 SO 4 (svovelsyre) Fra Nitrogen NO + O 3 NO 2 + O 2 NO 2 + H 2 O + O 2 HNO 3 (salpetersyre) Sur nedbør H 2 SO 4 + H 2 O H 3 O + + HSO - 4 HNO 3 + H 2 O H 3 O + + NO - 3
Gassrensing Fjerning av partikler og dråper Fjerning av luktstoffer Fjerning av svovel- og nitrogenforbindelser Katalytisk rensing av avgasser fra bilmotorer
Fjerning av partikler og dråper Sykloner Partikler større enn 5µm For-rensing Billige
Fjerning av partikler Posefilter Partikler ned til 0,1 µm Effektive Elektrostatiske filtre Stort spekter av partikkelstørrelser Effektive Kostbare
Fjerning av gasser og luktstoffer Gassvaskere Leder gass gjennom væske Fjerner både partikler og gasser/luktstoffer Vannet bør renses før utslipp Adsorpsjon Forurensingene blir bundet til en overflate. Aktivt karbon (aktivt kull) har stor overflate per masseenhet og er mye brukt
Fjerning av svovel- og nitrogenforbindelser SO 2 -fjerning ved hjelp av kalk SO 2 -holdig gass ledes gjennom kalkvann CaCO 3 + SO 2 CaSO 3 + CO 2 CaSO 3 + ½ O 2 CaSO 4 Det dannes gips (industrigips). Kan inneholde giftige stoffer som er kommet med avgassen. Fjerning av nitrogenoksider Tilsetter ammoniakk: NO x + NH 3 N 2 + H 2 O
Katalytisk rensing av avgasser fra bilmotorer Katalysator: NO x + CO N 2 + CO 2 CO + ½ O 2 CO 2 CH + O 2 CO 2 + H 2 O
Tilgjengelighet av vann Havvann - 97% Vann i isbre - 2% (is i antarktis) Elver og innsjøer - 0.01% Grunnvann - 0.6% Tilgjengelig for oss - 0,003% Rent vann finnes bare i laboratorier H 2 + O 2 (2:1) - Produksjon fra knallgass Destillasjon Ionebytting
Vannets kretsløpet Transport med vinden 40 Fordamping 70 Nedbør 110 Fordamping 430 Nedbør 390 Land Elver Grunnvann Hav Tallene er i 10 12 m 3 /år
Ferskvann en knapphetsressurs Jordbruk - 2/3 av forbruket. Industri og husholdning resten Elver og innsjøre har estetisk verdi, er leveområder Overforbruk av ferskvann: Grunnspeilet synker Utnyttelse av overflatevann elver tørker ut, (Coloradoelven, Den gule flod), Innsjøers volum avtar (Aralsjøen) 6000 4000 Kommunal bruk Reservoartap 2000 Industri Jordbruk 0 1900 1920 1940 1940 1980 2000
Forurensing av vann Organiske stoffer Næringssalter Sure gasser Miljøgifter Partikler Binder næringsstoffer, plantevernmidler Nedbørsavhengig avrenning fra jorbruksarealer Sykdomsfremkallende mikroorganismer Tilføres via ekskrementer fra mennesker og dyr
Forurensing av innsjøer Tilførsel av næringssalter (NO 3-, NH 4 + og PO 4 3- ) fører til algeoppblomstring. (primær algeproduksjon). Organisk stoff og alger brytes ned i vann og forbruker O 2 Frigitt energi brukes til vekst, ånding og andre livsprosesser Organisk stoff + O 2 CO 2 + H 2 O + næringssalter + energi Nedbrytning av organisk stoff frigjør næringsalter som fører til sekundær algeproduksjon. Sure gasser sur nedbør Luftforurensninger SO 2, NO 2 Miljøgifter Doksiner, PAH, PCB, Tinnorganiske forbindelser Pb, Cd, HG, Cu Fluor
Kilder til utslipp Kommunal kloakk Landbruk Industri Fiskeoppdrett Petreoleumsvirksomhet på land og i Nordsjøen
Behov for vannrensing Helse er nært knyttet til vannkvalitet Smitte overføres via drikkevannet Hepatitt (Gulsott) Kolera (London 1854) E-coli bakterier i badevann Legionellautbruddet i Østfold 2005 I utviklingsland er dårlig drikkevann årsak til ca 80% av alle sykdomstilfeller EU-direktiv for vannressurser
Drikkevann Krav Klart Uten framtredende lukt, smak eller farge Hygienisk forsvarlig, uten bakterier eller virus Fysisk-kjemiske parametere Konkrete grenseverdier for mange kjemiske forbindelser Råvannskilder Overflatevann ca. 85%, Herav innsjøer og tjern (60%) Grunnvann ca. 15% Elver. Mer brukt i andre land men i Østfold Glomma
Behandling av drikkevann Siling, filtrering - passere finmaskede silduker Alkalisering - Øke ph til helst ph 8,0 8,5 ved å tilsette: Kaustisk soda (NaOH) eller soda (Na 2 CO 3 ) Kalsiumhydroksid (Ca(OH) 2 ) Kalsiumhydroksid og karbondioksid (Ca(OH) 2 + CO 2 ) Desinfisering - Drepe bakterier og virus ved å behandle med Klor (Cl 2 ) Ultrafiolett stråling (UV-stråling) Ozon (O 3 ) Bløtgjøre hard vann Fjerning av ioner, spesielt Ca 2+, feller med soda (Na 2 CO 3 ) eller natriumfosfat (Na 3 PO 4 ) som gir henholdsvis CaCO 3 (s) og Ca 3 (PO 4 ) 2 (s). Ionebytting for å bytte ut Na + Kjemisk felling Aluminiumssalter danner positivt ladede hydroksider som binder negativt ladede kolloider, virus og bakterier Adsorpsjon Aktivt karbon (aktivt kull) fjerner blant annet klororganiske stoffer og stoffer som gir vannet farge og smak
Kommunale kloakkrenseanlegg
Strategi for å håndtere avfall 1. Hindre at avfall oppstår, og redusere mengden skadelige stoffer i avfallet 2. Fremme ombruk, materialgjenvinning og energiutnytting 3. Sikre en miljømessig forsvarlig sluttbehandling av restavfallet
Forskjellige typer avfall Husholdningsavfall husholdninger, butikker, kontorer etc Næringsavfall Næringsvirksomhet, industriforetak (bygg og anlegg, industri, gruver og fiskerier) Farlig avfall avfall som ikke kan behandles sammen med annet avfall fordi det kan medføre forurensing eller skade på mennesker og dyr
Behandling av avfallet Deponering forbudt nå Gjenvinning Energigjenvinning Materialgjenvinning og ombruk Håndtering av farlig avfall
Behandling av ufarlig avfall Gjenvinning - ombruk, material- eller energigjenvinning Ombruk - ta vare på material- og energiinnholdet Forbrenning - energi taes ut i form av varme. Utslipp gir luftforurensing. Aske må behandles som farlig avfall Sluttbehandling - forbrenning uten gjenvinning av energi eller deponering Deponering - avfallet legges i en fylling med tett bunn Kompostering - omdanne organisk avfall til et jordlignende produkt
Deponi for avfall forbudt nå
Hva skjer i deponiet? Nedbrytning med (aerob) og uten (anaerob) oksygen Nedbrytning av sukker: 1) C 6 H 12 O 6 2 CO 2 + 2 CH 3 CH 2 OH 2) 2 CH 3 CH 2 OH + 2 H 2 O 2 CH 3 COOH + 4 H 2 3) CO 2 + 4 H 2 CH 4 + 2 H 2 O 4) 2 CH 3 COOH 2 CH 4 + 2 CO 2 Sum C 6 H 12 O 6 3 CH 4 + 3 CO 2
Energigjenvinning - Forbrenning 950 1000 C. Gir slagg og aske som hovedsakelig er glass og metalloksider. Etterbrenning av CO og VOC til CO 2 Tilfører mer oksygen i sekundært brennkammer. Varmen produserer damp. Støv fjernes ved elektrofilter og gassen renses i skrubbere (gassvaskere)
Hovedstrategier for Materialgjenvinning og ombruk 1) Redusere avfallsmengde 2) Fremme ombruk og materialgjenvinning 3) Gi restavfallet en miljøriktig behandling
Håndtering av farlig avfall Avfall som inneholder miljøgifter eller andre helse- og miljøfarlige stoffer. Organisk - brennes i semetovn: Oljerester, organiske løsningsmidler, maling,lakk og lim, tjære avfall, kreosot, KFK, Bromerte flammehemmere Uorganisk - deponeres på Langøya: Tungmetaller i kjemiske forbindelser eller i løst form. Etsende stoffer som sterke syrer og baser.