Utvärdering av miljökvalitetsnormer för

NO

och PM

2.2.1 Grundförutsättningar

Belastningen av en luftförorening på en viss plats vid en viss tidpunkt utgörs av en bakgrundsbelastning till vilken ett eller flera lokala bidrag läggs (figur 1). Bak- grundsbelastningen varierar i viss mån i tid och rum, t ex beroende på vindriktning och luftomblandning, men är i princip inte påverkbar genom helt lokala åtgärder (t ex genom begränsning av trafiken på en viss gata).

I landsbygdsmiljö är bakgrundbelastningen lägre än i urban miljö. Den förhöjning av bakgrunden som man finner i någon del av en stad kan ses som summan av bakgrunden i landsbygdsmiljö (som varierar på en stor, regional geografisk skala) och ett mer eller mindre diffust tillägg från en rad olika aktiviteter i det urbana rummet. Detta tillägg är naturligtvis beroende av de samlade emissionerna i staden och är i den mening lokalt påverkbart. Åtgärder vid en enskild gata har ändå ringa effekt på den urbana bakgrunden.

Figur 1. Olika påverkansskikt. Belastningen i en viss punkt utgörs av summan av bakgrundbelast- ning (som har en storregional komponent och i förekommande fall ett tillskott från den urbana miljön i stort) och ett (oftast trafiken) eller flera (t ex kan hamnverksamhet och småskalig vedeld- ning bidra) lokala bidrag.

12

Figur 2. Faktorer som påverkar luftkvaliteten. Inte bara emissionerna är av betydelse utan belast- ningen i en viss situation utgör en kombination av utsläpp och olika haltmodifierande faktorer. Det är alltså summan av den storregionala bakgrunden plus urban bakgrund plus det lokala bidraget (t ex vid en viss gata) som avgör om en viss koncentration av en luftförorening, t ex en miljökvalitetsnorm, skall överskridas eller inte. Över-

skridanden av miljökvalitetsnormen för kvävedioxid sker framförallt i situationer med svag luftomblandning särskilt om denna sammanfaller med stora utsläpp från t ex trafik vid rusningstid på morgonen (figur 2). I dessa situationer, då temperatur- inversion ofta råder, är såväl den urbana bakgrunden som det lokala bidraget starkt förhöjda. Mätningar i takhöjd, som representerar en mer storskalig aspekt på urban förorening, visar i dessa situationer också en klar förhöjning och indikerar att den urbana bakgrundsnivån är förhöjd. I gaturummet sker ett lokalt bidrag som ofta är avgörande för om ett överskridande skall ske, men bakgrundsnivån är också av betydelse.

Bedömningen av vilka åtgärder som kan minska risken för överskridanden av mil- jökvalitetsnormer kan kompliceras av olika faktorer, t ex att det ämne man beaktar ingår i snabba kemiska reaktioner (figur 2) som kan minska eller öka dess koncent- ration. Detta gäller t ex kväveoxider och ozon. För kväveoxider torde trafik oftast vara den helt dominerande källan till överskridande av miljökvalitetsnormen. På vissa platser kan dock bidrag från sjöfart även vara kvantitativt viktiga. En annan komplikation är om en förorening har flera källor som är delvis oberoende av var- andra. Detta gäller t ex partiklar uttryckta som PM10, som kan komma från fordons

slitage mot vägbanan, från fordons avgasemissioner, men även t ex från småskalig vedeldning. För PM10 är kopplingen mellan överskridanden av en miljökvalitets-

norm och inversionstillfällen inte lika tydligt som för kväveoxider och andra gas- formiga föroreningar. Istället är faktorer som gynnar uppvirvling av partiklar från vägbanan av stor betydelse.

[ ][ ]

[

]

k

J

NO

O

NO

₌

För föroreningar med en given dominerande källa och som inte ingår i snabba ke- miska reaktioner, t ex kolmonoxid och svaveldioxid, är analysen av vilka åtgärder som ger vilka effekter relativt enkel. Det är dock för koncentrationen av kvävedi- oxid (som tim-, dygns- eller årsmedelvärde) och partikelmåttet PM10 (massan av

partiklar < 10 μm per kubikmeter luft; som dygns- eller årsmedelvärde) som vikti- ga överskridanden av miljökvalitetsnormer sker. Man måste därför beakta de speci- fika förutsättningarna för dessa båda föroreningar.

2.2.2 Kvävedioxid

Utsläppen av kväveoxider (NOx = NO + NO2) domineras vanligen starkt av NO.

Fram till 1990-talet uppgavs andelen NO2 av NOx i avgaser ofta till ca 5 % (Natur-

vårdsverket 2005; Air Quality Expert Group, 2007). Resterande 95 % utgjordes alltså av NO som kan omvandlas till NO2 i en relativt snabb kemisk reaktion med

ozon (O3):

NO + O3 → NO2+ O2 reaktion 1

Denna reaktion gynnas av en hög koncentration av ozon. I motsatt riktning verkar en annan reaktion där UV-strålning i solljuset sönderdelar NO2:

NO2 + ljus → NO + O reaktion 2

Den fria syreatom som bildas i reaktion 2 reagerar snabbt med luftens syrgas (O2)

och bildar ozon:

O + O2 → O3 reaktion 3

Dagtid leder reaktionerna 1-3 till en jämvikt:

ekvation 1

där J är ett mått på ljusintensiteten, och därför på hastigheten hos reaktion 2, och k avspeglar hastigheten hos reaktion 1 som är svagt temperaturberoende. Denna jämvikt inställer sig på några minuter. Helt nära föroreningskällorna, t ex invid en start trafikerad väg kan man inte vänta sig att denna jämvikt uppnåtts. Där råder istället ett överskott av NO i förhållande till vad jämvikten innebär. Mätningar i takhöjd kan däremot ofta representera jämvikt enligt ekvation 1. Nattetid upphör reaktion 2, men om det finns ozon närvarande kommer det att enligt reaktion 1 fortsätta att omvandla NO till NO2. Ozon är en regionalt uppträdande förorening.

Nivån på ozonhalten är viktig för hur snabbt NO omvandlas till NO2. Det finns

starka indikationer på att den storregionala bakgrundsnivån av ozon ökar, vilket kan leda till en snabbare omvandling av NO till NO2 och därför motverka an-

strängningar att minska NO2 i starkt förorenade miljöer. Eftersom ozon bildas stor-

Väsentligt för utvärdering av miljökvalitetsnormen för NO2 är vara medveten om

att en åtgärd som minskar utsläppen av NOx med X% kommer detta i de flesta

situationer att leda till en minskning i NO2-belastningen som är mindre än X%. Om

NO minskar kommer det att finnas proportionsvis mer ozon kvar som kan oxidera resterande NO till NO2. En större andel NO blir då snabbare omvandlad till NO2.

Att minska NO2 är alltså svårare än att minska NOx.

Ytterligare en faktor som bör vägas in är att andelen NO2 i själva avgaserna haft en

tydligt ökande trend från de 5 % som gällde på 1990-talet. I Göteborg finns t ex indikationer på att andelen primär NO2 i avgaserna är ca 15 % och även högre

värden än så har rapporterats från stora städer i Europa (Air Pollution Expert Group 2007; Carslaw, 2005; Carslaw et al., 2007). Det beror på flera faktorer. Dieselfor- don har större andel NO2 jämfört med bensindrivna fordon och dieselfordonens

andel i fordonsparken har ökat. Dessutom leder vissa typer av reningsteknik hos fordon till att andelen NO2 i utsläppen ökar. Bland annat förekommer partikelfilter

på bussar där en hög andel NO2 i avgaserna gör att partklarna i filtren oxideras och

därmed bryts ned, vilket är avsikten. I vissa situationer då ozonhalten är mycket låg, och reaktion 1 därför helt eller nästan helt sätts ur spel, är den primära andelen NO2 i avgaserna mycket viktig eller helt avgörande för NO2-nivån. Detta sker när

luftomblandningen är mycket svag (ozon blandas då inte ner från högre liggande luftlager) och föroreningsnivåerna därför höga. Dessa situationer är alltså viktiga för överskridanden av miljökvalitetsnormerna (främst tim- och dygnsvärdena) för NO2. Helt nära utsläppskällorna har som nämnts inte jämvikt mellan NO, NO2 och

O3 uppnåtts. Detta innebär att den primära andelen NO2 i avgaserna är viktigare

närmare emissionskällorna, där risken för överskridanden av miljökvalitetsnormen är störst. Exemplet med partikelfiltren visar att vissa åtgärder för att minska utsläpp av partiklar från fordonen kan leda till högre halter av NO2. Det uppstår därmed en

konflikt mellan åtgärder mot partiklar och mot NO2.

Det är ett problem att man i vissa sammanhang där avgasutsläpp diskuteras endast ser till NOx-nivåerna (t ex ofta när man presenterar fordonens prestanda) men inte

beaktar förhållandet mellan NO2 och NO i avgaserna.

I många urbana miljöer i Europa har man under de senaste 10-15 åren observerat att nivåerna av kväveoxider (NOx) gått ner medan nivåerna av NO2 är mer eller

mindre konstanta, eller i vissa fall till och med ökat. Ökande nivåer av ozon på storregional skala och ökad andel NO2 i avgasernas NOx är troligen viktiga faktorer

bakom denna utveckling som motverkar många av de åtgärder som vidtas för att minska överskridanden av miljökvalitetsnormer för NO2, t ex de som föreslås i

åtgärdsprogrammen. 2.2.3 PM10

Det finns flera olika sätt att uttrycka halten av partiklar. PM10 (massan av partiklar

< 10 μm per kubikmeter luft) har använts länge och har därför etablerats i olika typer av riktvärden och normer. PM10 inkluderar förhållandevis stora partiklar som

i Sverige, Norge och Finland till inte ringa del kommer från slitage från fordon mot vägbanan. Det betyder att faktorer som vägbanans renhet och egenskaper liksom användningen av dubbdäck spelar stor roll för nivåerna på PM10. Emission av små

partiklar från t ex dieselavgaser, som möjligen är betydligt farligare än slitage- partiklarna, bidrar i och för sig till PM10. De utgör dock i de flesta situationer en

liten andel av PM10.

Andra viktiga partikelmått är PM2.5 (massan av partiklar mindre än 2,5 μm per kubikmeter) och antalet partiklar per kubikmeter luft (som vanligen domineras av mycket små, ultrafina, partiklar). PM2.5 anses ofta ha en stor andel partiklar som beror av långväga transport av luftföroreningar (och delvis naturliga emissioner), medan partikelantalet har ett nära samband med de lokala emissionerna från fordon av små partiklar. Möjligen är dessa många små partiklar ett större hot mot männi- skors hälsa än slitagepartiklar som har mycket större massa men är betydligt färre till antalet, och partiklar som har sin grund i långväga transporterade föroreningar, men miljökvalitetsnormen är för närvarande baserade på PM10, varför vi primärt

måste se till detta mått.

Det väsentliga i perspektivet av denna rapport är att åtgärder som minskar avgasut- släppen inte nödvändigtvis minskar PM10 lika mycket. Detta har beaktats i de åt-

gärdsprogram som är riktade mot både NO2 och PM10. Vissa åtgärder kan vara

viktiga för att minska PM10 (dubbdäck, hastighet, vägbana, gaturenhållning mm)

men av liten eller ingen betydelse för NO2. Men man kan fråga sig om dessa åtgär-

der är de effektivaste för att minska hälsofarorna från små partiklar.