T1.4 Røg, støv og miljø

NoteDet skal du kunne
  • forklare, hvad røgen fra fyrværkeri består af
  • forklare, hvad PM10 og PM2,5 betyder
  • regne en masse af partikler om til en koncentration i µg/m3
  • give eksempler på stoffer i fyrværkeri, som belaster miljøet
  • vurdere forslag til fyrværkeri, der forurener mindre

Nytårsnat hænger røgen tungt mellem husene. Den første time af året er ofte den time, hvor luften i byerne indeholder flest partikler. Kemien fra de tre første sider kan forklare, hvor røgen kommer fra, og hvad man kan gøre ved den.

Siden bygger på T1.1 Krudt og T1.3 Farver på himlen.

Det består røgen af

Når krudt brænder, bliver en stor del af massen til fast stof. Det viste reaktionsskemaet i T1.1.

Figur 1: Efter reaktionsskemaet bliver 100 g krudt til 59 g gas og 41 g fast stof.

Det faste stof bliver til bittesmå korn, som svæver i luften. Røgen fra fyrværkeri indeholder også rester fra farvesaltene og metalpulveret.

Kommer fra Stoffer i røgen
krudtet partikler af kaliumsulfid, kaliumcarbonat og kaliumsulfat og gasserne carbondioxid, carbonmonoxid og svovldioxid
farvesaltene partikler med strontium, barium og kobber
metalpulveret partikler af aluminiumoxid, magnesiumoxid og jernoxid
hylstrene sod og rester af pap

Partikler i luften

Partikler, der er små nok til at svæve i luften, deles op efter størrelse. Størrelsen måles i mikrometer, µm. 1 µm er en tusindedel af en millimeter.

  • PM10 er alle partikler, som er mindre end 10 µm.
  • PM2,5 er de partikler, som er mindre end 2,5 µm.

Bogstaverne PM står for de engelske ord particulate matter, som betyder stof i form af partikler.

Figur 2: Partiklerne i røg er meget mindre, end et hår er tykt.

Jo mindre en partikel er, jo længere når den ned i lungerne. De største partikler bliver fanget i næsen og svælget. De mindste når helt ud i de fineste dele af lungerne. Meget af røgen fra fyrværkeri er så små partikler.

Mange partikler i luften giver flere tilfælde af sygdomme i luftvejene, hjertet og blodårerne. Mennesker med astma mærker det først.

Mængden af partikler angives som en koncentration: massen af partikler i én kubikmeter luft. Enheden er mikrogram pr. kubikmeter, µg/m3. 1 µg er 10−6 g.

Nytårsnat i tal

På en almindelig dag er der omkring 20 µg/m3 PM10 i luften i en dansk by. EU’s grænse er 50 µg/m3 som gennemsnit over et døgn.

Figur 3: PM10 i luften i en by nytårsnat. Kurven er et tegnet eksempel.

Kort efter midnat kan målestationerne i byerne vise flere hundrede µg/m3. I løbet af natten bliver røgen fortyndet, og tallet falder igen. Det går hurtigst, når det blæser. Er det koldt og vindstille, bliver røgen hængende mellem husene i mange timer.

NoteEksempel: fra kilogram til µg/m3

I et villakvarter bliver der nytårsaften brændt satser af med en samlet masse på 5,0 kg. Vi regner med, at 40 % af massen bliver til partikler. Røgen fordeler sig i luften over kvarteret, som er 500 m langt og 200 m bredt, op til 40 meters højde. Hvor stor bliver koncentrationen af partikler?

Trin 1: massen af partikler

\[ m = 0{,}40 \cdot 5{,}0\ \mathrm{kg} = 2{,}0\ \mathrm{kg} = 2{,}0 \cdot 10^{3}\ \mathrm{g} = 2{,}0 \cdot 10^{9}\ \text{µg} \]

Trin 2: luftens volumen

\[ V = 500\ \mathrm{m} \cdot 200\ \mathrm{m} \cdot 40\ \mathrm{m} = 4{,}0 \cdot 10^{6}\ \mathrm{m^3} \]

Trin 3: koncentrationen

\[ \frac{m}{V} = \frac{2{,}0 \cdot 10^{9}\ \text{µg}}{4{,}0 \cdot 10^{6}\ \mathrm{m^3}} = 500\ \dfrac{\text{µg}}{\mathrm{m^3}} \]

Konklusion

Koncentrationen bliver 500 µg/m3. Det er ti gange så meget som EU’s grænse for et døgns gennemsnit. Tallet gælder kun, så længe røgen bliver hængende. Så snart vinden blander den op med ren luft, falder koncentrationen.

Metaller, perchlorat og svovldioxid

Farvesaltene forsvinder ikke, når de har lyst. Metallerne ender i røgen og falder ned på jorden og i vandet.

  • Barium giver den grønne farve. Bariumforbindelser, der kan opløses i vand, er giftige.
  • Kobber giver den blå farve. Kobberioner er giftige for fisk og alger.
  • Bly blev tidligere brugt i satser, der knitrer. Det er nu forbudt i fyrværkeri i EU.

Mange farvede stjerner har kaliumperchlorat, KClO4, som oxidationsmiddel i stedet for kaliumnitrat. Det giver en varmere flamme og klarere farver. Chlor har oxidationstallet +VII i perchlorationen, ClO4−, og bliver reduceret til −I i chlorid.

KClO4(s) + 2 C(s) → KCl(s) + 2 CO2(g)

Kaliumchlorid er ufarligt. Men lidt af perchloratet når ikke at reagere, og det kan ende i søer og grundvand. I kroppen forstyrrer perchlorat skjoldbruskkirtlen, fordi det tager pladsen fra de iodidioner, kirtlen skal bruge.

Noget af svovlet i krudtet bliver til svovldioxid, SO2. Det er en gas, som irriterer luftvejene og er med til at give syreregn. Syreregn kan du læse om på siden Tema: Klima i bogen til C-niveau.

Kan fyrværkeri blive grønnere?

Kemikere arbejder på fyrværkeri, der forurener mindre. Tabellen viser nogle af idéerne.

Problem Idé
røg fra krudtet brændsler med meget nitrogen, som mest bliver til nitrogengas og næsten ikke giver røg
perchlorat andre oxidationsmidler, fx nitrater
barium grøn farve fra forbindelser med bor i stedet for barium
røg fra løfteladningen trykluft, der skyder bomberne op i stedet for krudt
røg og affald i det hele taget lysshow med droner eller laser

Når der er mindre røg, kan man også nøjes med mindre farvesalt, fordi farverne ikke skal lyse gennem en sky af røg.

Ingen af løsningerne er gratis. De nye brændsler er dyrere end trækul og svovl. Droner giver hverken røg eller knald, men mange synes, at knaldet hører med. Man kan også begrænse, hvornår og hvor der må fyres af. I Danmark må fyrværkeri kun fyres af fra den 27. december til den 1. januar.

NoteKort sagt
  • Røgen fra fyrværkeri er partikler af kaliumsalte, metaloxider og sod og gasser som carbondioxid og svovldioxid.
  • PM10 er partikler under 10 µm, og PM2,5 er partikler under 2,5 µm. De mindste når længst ned i lungerne.
  • Koncentrationen af partikler måles i µg/m3. EU’s grænse for PM10 er 50 µg/m3 som gennemsnit over et døgn.
  • Barium, kobber og perchlorat fra fyrværkeri belaster miljøet.
  • Brændsler med meget nitrogen, andre oxidationsmidler og lysshow med droner kan give mindre forurening.