Hoe gedragen fijne deeltjes zich in het milieu?

Fijnstof is een verzamelnaam voor luchtverontreiniging met een diameter kleiner dan 10 micrometer. Omdat dit een continuüm is zijn er veel deeltjesgrootten en daarom ook verschillende eigenschappen.

Oorsprong

De oorsprong van fijnstof in Nederland (in 2005) is voor 52% van natuurlijke aard. Natuurlijke bronnen van fijnstof zijn bijvoorbeeld zeezout, bodemstof en waterdamp. Bodemstof en andere deeltjes nemen het grootste deel voor hun rekening, gevolgd door respectievelijk zeezout en de hemisferische achtergrond (stoffen in de atmosfeer). De andere 48% is van antropocentrische afkomst, ofwel door de mens gemaakt/veroorzaakt. Ongeveer 17% van de fijnstofconcentratie vindt zijn oorsprong in Nederland. De grootste bron van fijnstof in Nederland is het wegtransport gevolgd door landbouw, huishoudens en industrie. De laatste 31% van de concentratie fijnstof is afkomstig uit het buitenland. Hier neemt de industrie het grootste deel voor zijn rekening. Wegverkeer en de internationale scheepvaart hebben ook een grote bijdrage aan de fijnstofconcentratie. Lokaal kunnen er echter verschillen in deze waarden optreden. Op een plek waar weinig verkeer en veel landbouw is, kan de concentratie fijnstof uitgestoten door de landbouw relatief hoger zijn dan het percentage fijnstof uitgestoten door het wegverkeer.

Stoffen

Nu we weten waar het fijnstof vandaan komt, is het belangrijk om te weten wat voor soort deeltjes het zijn. We kunnen twee fracties onderscheiden. Ten eerste is er een primaire fractie. Dit is de fractie die direct door menselijk handelen (antropogene bronnen) of door natuurlijke processen in de lucht komt. Voorbeelden van antropogene bronnen zijn deeltjes die vrijkomen bij verbrandingsreacties van bijvoorbeeld motorvoertuigen, elektriciteitscentrales en houtverbranding. Voorbeelden van natuurlijke bronnen zijn, zoals we al eerder zagen, bodemdeeltjes, zeezoutaërosolen en waterdruppeltjes.

Ten tweede is er een secundaire fractie. Dit zijn de deeltjes die zijn gevormd na chemische reacties in de lucht. Stoffen die hierbij een rol spelen zijn ammoniak, stikstofdioxide, zwaveldioxide en vluchtige organische koolwaterstoffen.
Zo kunnen primair geëmitteerde deeltjes van (antropogene)verbrandingen reageren met primaire deeltjes de landbouw (ammoniak) en zo fijnstof vormen. Ook vervalproducten van radon behoren tot de secundaire fractie.

Tussen de fijnstof deeltjes kan ook nog onderscheid gemaakt worden. Alles in de ordegrootte van PM2,5 tot PM10 bestaat voornamelijk uit mechanisch gevormde deeltjes, zoals opwervelend stof en erosieproducten. De fractie kleiner dan PM2,5 vindt vooral zijn oorsprong in condensatie van verbrandingsproducten en door reacties van gasvormige luchtverontreiniging PM0,1 wordt grootschalig uitgestoten door het verkeer.

Eliminatie

We hebben nu gezien hoe de fijnstofdeeltjes in de lucht komen, hier gaan we kijken naar de eliminatie van fijnstofdeeltjes uit de lucht. Er zijn diverse factoren die de eliminatie van fijnstof beïnvloeden. Ten eerste is er depositie. Depositie is het neerslaan van fijnstof op een vaste ondergrond. Depositie gaat makkelijker naarmate de deeltjes een grotere massa hebben. PM10 zal dus relatief het makkelijkst uit de lucht verdwijnen door depositie. Kleinere deeltjes hebben dus een langere verblijftijd in de lucht.

Ten tweede is de wind een belangrijke factor. Door de wind kunnen de concentraties makkelijk verdunnen. De verblijftijd in de lucht is hier ook belangrijk. Omdat de verblijftijd in de lucht van fijnstof enkele dagen tot weken kan bedragen is het fijnstofvraagstuk dus een internationale kwestie geworden.

Ten derde is regen een belangrijke factor. Door regen kan het fijnstof als het ware uit de lucht worden gespoeld. Ook hier geldt dat grotere deeltjes makkelijker uit de lucht te spoelen zijn, omdat de trefkans van een regendruppel bij een groot deeltje groter zal zijn dan bij een klein deeltje.

Luchtvochtigheid is de laatste belangrijke factor. Als de luchtvochtigheid hoog is dan kunnen de fijnstof deeltjes door wateropname groter worden en daardoor makkelijker neerslaan dan voorheen.

Aantallen en massa

Naast de oorsprong van de verschillende stoffen te weten en hoe fijnstof kan worden geëlimineerd is het belangrijk om te weten in welke aantallen de stoffen voorkomen en wat de (totale) massa van deze stoffen is. Zoals we al hebben gezien wordt er onderscheidt gemaakt tussen PM10, PM2,5 en PM0,1. Deze deeltjes zijn niet allemaal in dezelfde hoeveelheid aanwezig in de lucht. Om te vergelijken: één deeltje PM10 heeft dezelfde massa als één miljoen deeltjes PM0,1. Ultrafijne deeltjes zijn dus in veel grotere getallen aanwezig, maar het volume van de ultrafijne deeltjes is daarentegen wel veel kleiner dan de fijne deeltjes.

Concentraties

De Europese norm voor de gemiddelde jaarconcentratie van PM10 is gesteld op 40 µg/m3. Omdat maar 17% van de concentratie fijnstof in Nederland van binnenlandse afkomst is, kan de overheid ook maar 17% beïnvloeden. Om de normen te halen is het dus belangrijk dat er internationaal draagvlak is om de fijnstof concentraties terug te dringen.

De gemiddelde jaarconcentratie van fijnstof in Nederland vertoont de afgelopen jaren een aflopende trend. In de periode van 1994-2007 laten de metingen een aanname zien van PM10 van 0,6 tot 0,9 µg/m3 per jaar. In de stedelijke gebieden neemt de concentratie PM10 nauwelijks meer af.

De norm voor de gemiddelde jaarconcentratie PM10 wordt in Nederland op bijna alle locaties gehaald. Alleen op zeer locale schaal wordt dit overschreden. Dit is voornamelijk in de buurt van grote havens met op- en overslag en in de buurt van grote stallen.

Opbouw van concentratie

De concentratie van fijnstof in de lucht is op een bepaalde manier opgebouwd. Op de eerste plaats hebben we altijd te maken met een achtergrondconcentratie. Dit is een concentratie aan fijne deeltjes die altijd in de lucht aanwezig is. Dit kan wel enigszins variëren per locatie. De achtergrond concentratie is opgebouwd uit natuurlijke bronnen als zeezout en stof, maar ook uit antropogene bronnen. De antropogene bronnen zijn voornamelijk de bronnen uit het buitenland.

In landelijke gebieden heb je vaak alleen te maken met de achtergrondconcentraties. In stedelijke gebieden komt bovenop de achtergrondconcentratie ook nog de stedelijke achtergrondconcentratie. Dit wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door emissies van de industrie en transport. Naast de stedelijke achtergrond zijn er ook nog bepaalde ‘hotspots’ waardoor de concentratie op die punten nog hoger is. Vaak is dit bij grote wegen (inclusief snelwegen), waar veel uitstoot van transport plaatsvindt. Andere hotspots liggen bijvoorbeeld in de buurt van grote op- en overslag bedrijven en bij grote stallen.

Een visualisatie van het voorafgaande is te zien in nevenstaande figuur. We zien hier de regionale achtergrondconcentraties onder de groene lijn. Daarbovenop komt de stedelijke achtergrond tot de blauwe lijn. En als laatste zien wij de ‘hotspots’. Die zijn weergegeven in de rode en gele punten.

Vaak is de achtergrondconcentratie lager dan de normstelling. De jaargemiddelde achtergrondconcentratie in 2007 was 25 µg/m3. Om boven de jaarnorm te komen is er nog een bijdrage van de stad en eventueel de ‘hotspots’ nodig van 15 µg/m3. Vaak wordt de norm alleen overschreden op de ‘hotspots’. Alle concentraties die hierboven zijn behandeld hebben betrekking op de PM10 metingen. Het is echter van belang om PM2,5 ook goed in de gaten te houden. Volgens de laatste inzichten is PM2,5 namelijk gevaarlijker voor de gezondheid dan PM10. De wereldgezondheidsorganisatie (WHO) geeft aan dat PM2,5 dieper kan doordringen in de longen dan PM10, omdat het een kleinere diameter heeft.

Omdat er pas richtlijnen zijn opgesteld voor PM2,5 in juni 2008, zijn er nog veel onzekerheden over de meetgegevens. De richtlijn stelt dat de jaargemiddelde concentratie PM2,5 niet hoger mag zijn dan 25µg/m3. Volgens de huidige berekeningen zit de landelijke achtergrondconcentratie PM2,5 tussen de 13 en 16 µg/m3. De stedelijke concentraties liggen tussen de 15 en de 19 µg/m3. En op drukke wegen kunnen waarden tussen de 19 en 35 µg/m3 worden waargenomen.

In de nevenstaande grafiek zien we de concentratiegradiënt van PM10. Op de x-as staat de afstand tot de wegrand en op de y-as staat de concentratie PM10 en NO2. We zien hier, net als bij ultra fijnstof, dat de concentratie PM10 sterk afneemt naarmate je verder van de weg verwijderd bent. Echter wordt de PM10 fractie tot verder van de weg waargenomen, wat dus duidt op een langere ‘aanwezigheid’ in de lucht dan bij PM0,1.

Uit het bovenstaande kunnen wij dus concluderen dat de concentratie fijnstof daalt naarmate de afstand tussen de weg en de meetlocatie groter is. Dit geldt zowel voor PM10 en PM0,1. PM10 kan wel verder door de wind worden gedragen. Dit hangt onder andere af van de windsnelheid en de windrichting. Als de windsnelheid hoger ligt zal er een kleinere concentratie fijnstof in de lucht zijn dan bij lagere snelheden. Als de windrichting loodrecht op de weg staat is de afstand van de weg tot het meetpunt namelijk kleiner dan bij een situatie waarbij de wind schuin staat ten opzichte van de weg. Ook moet er rekening worden gehouden met de verkeersintensiteit. Bij een hogere verkeersintensiteit zal de concentratie fijnstof in de lucht ook hoger worden. Let wel dat een piek in verkeersintensiteit niet onherroepelijk leidt tot een piek in de fijnstof concentraties.

De verwachting is dat eliminatie van fijnstof bij andere hotspots, dus grote stallen en op- en overslag bedrijven, ongeveer op dezelfde manier gaat. Het zou echter wat kunnen verschillen door een verschillende samenstelling van het fijnstof, maar de factoren die de verspreiding van fijnstof beïnvloeden zijn ongeveer hetzelfde.