Kjemikunnskap Nødvendig for å løse verdens miljøproblemer Rolf D. Vogt KI, UiO
Miljøkjemikerns verdensbilde Meterologi/Klima Biologi/ Fysiologi Hydrologi/Limnologi Geologi Forvaltning/ Tiltak Oseanografi
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
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 C sekvestrering Hydrogen samfunnet & Brenselceller Kost-nytte effekter Se effekter av tiltak i sammenheng (Co-benefits)
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
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
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 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
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 Al 3+ hydrolyserer i vann Al 3+ + 3H 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
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 R-(O - ) 3 + 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 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ug/l Al mg/l TOC
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
Humus Forstå variasjon i kjemiske egenskaper De kjemiske egenskapene til humus varierer i tid og rom Humus fra organisk jord er mer lipofilt, mens humus fra mineraljord er mer hydrofilt Økningen i humus er i den mer lipofile fraksjonen Vannverk sliter med humus ved at de danner potensielt kreftfremkallende stoffer i desifiseringsprossene Humus fraksjonen som øker er den delen vannverk har lettest for å fjerne
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 Ved å bestemme i hvilken form P foreligger (fraksjonere) kan vi vite kilden og iverksette målrettede tiltak
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
Master oppgave i Kirgisistan Kristine Solberg
Miljøkjemi
Kirgisistan Ble eget land etter frigjørelsen fra Sovjetunionen i 1991 Et land med store økonomiske problemer Miljøutfordringer Ueffektiv bruk av vannressurser Nedbrytning av landområder p.g.a. overgressing Overforbruk av sårbar skog Fare for nedgang i biodiversitet Utslipp av tungmetaller fra gruvedrift
Tungmetaller Foreligger som forskjellige spesier i naturen Hvilket spesie vi har sier noe om Mobilitet og transport Tilgjengelighet for opptak i planter og organismer Spesieringsanalyse Sekvensiell ekstraksjon på jord Utbyttbare Bundet til karbonater Bundet til Jern og manganoksider Bundet til organisk materiale Som mineral
Klima Drivhuseffekten Adsorbsjon av langbølget stråling Strålingsspektra av jorden
Klima C sekvestrering 20 28 % av C utslippene kan fjernes Kull eller naturgass omdannes til H 2 og CO 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
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
Kost-Nytte effekter Se effekter av tiltak i sammenheng (Co-benefits) Utslipp av NOx bidrar til Ozon Sur nedbør Eutrofiering 1 2 3 effect 1 Chemical fate model Exposure assessment Dose-response assessment effect 2...... 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
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 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
For mer info http://www.kjemi.uio.no/studier/livet_etter/hvor/ Kontakt meg Rolf.vogt@kjemi.uio.no