Poluição de verão

Como o smog de verão (também smog , smog de ozônio ou LA -Smog ) é definido como a exposição do ar a altas concentrações de ozônio e outros oxidantes fotoquímicos . O smog de verão é causado pela oxidação fotoquímica de monóxido de carbono (CO), metano (CH 4 ) e hidrocarbonetos voláteis ( VOC ) na presença de óxidos de nitrogênio e vapor de água como catalisadores , ou seja, não muito alto em tempo ensolarado que não seja muito frio. O mecanismo de formação foi identificado como a causa da chamada poluição atmosférica de Los Angeles por volta de 1950, em particular por um grupo de pesquisa liderado por Arie Jan Haagen-Smit do Caltech . A poluição atmosférica de LA foi reconhecida como um fenômeno especial em 1943. Naquela época, a produção industrial aumentou particularmente rapidamente devido à guerra. Em contraste, mera poluição , de fumaça (fumaça) e nevoeiro (névoa), um fenômeno mais antigo e bastante invernal.

A poluição local de ozônio é determinada por estações de medição do ar e regularmente exibida e publicada em mapas de poluição. O ozônio ataca os órgãos respiratórios e danifica plantas e animais. Visto que mesmo baixas concentrações de óxidos de nitrogênio são suficientes, apenas áreas de ar extremamente limpas não são afetadas. O aumento global do ozônio no nível do solo está contribuindo para as mudanças climáticas - diretamente como um gás de efeito estufa e indiretamente por meio da capacidade reduzida de fotossíntese das plantas.

características

O principal componente da poluição fotoquímica é o ozônio, um dos agentes oxidantes mais poderosos de todos. É responsável por até 90 por cento dos fotooxidantes. Além disso, há uma mistura complexa de vários irritantes, incluindo peroxiacetyl nitrato , peroxibenzoyl nitrato , a acroleína e o formaldeído . Além dos radicais altamente reativos de vida curta, também existem produtos estáveis ​​da degradação oxidativa de compostos orgânicos. No entanto, eles estão em concentrações significativamente mais baixas do que o ozônio e, portanto, são de menor importância.

Geração de ozônio

Tanto na camada de ozônio estratosférico quanto na névoa de verão, o ozônio (O 3 ) é criado pela adição de um átomo de oxigênio (O) a uma molécula de oxigênio (O 2 ), por meio do qual um terceiro parceiro de colisão (M) deve estar presente para dissipar a energia de ligação:

O + O 2 + M → O 3 + M (1)

No entanto, os átomos de O vêm de fontes diferentes. Na estratosfera, é a fotólise do O 2 pela radiação UV-C, mas não atinge a troposfera . No smog de verão é (2) a fotólise de ozônio por UV-B ( , além de cerca de 308 nm) ou (3) de dióxido de nitrogênio (NO 2 ) por luz violeta ( <420 nm):

O 3 + → O 2 + O ( 1 D) (2)
NO 2 + → NO + O (3)

À primeira vista, (2) e (3) não parecem alterar o equilíbrio de O 3 , porque em (2) um O 3 é perdido, assim como a reação (4) que geralmente segue (3):

NO + O 3 → NO 2 + O 2   (4)

Porém, além de (4) existem outras fontes de NO 2 , sobretudo

ROO + NO → RO + NO 2   (5)

Nesse caso, R representa um átomo de hidrogênio (H) ou um radical orgânico como CH 3 .

A formação de ROO começa com a reação (2). O produto O ( 1 D), um átomo de oxigênio eletronicamente excitado, geralmente já está desexcitado ao estado fundamental O ( 3 P) na próxima colisão , seguido por (1), mas O ( 1 D) pode ser uma alternativa , especialmente em ar úmido e quente encontrar uma molécula de água (H 2 O):

O ( 1 D) + H 2 O 2 OH →

O radical hidroxila reativo (OH, também denominado HO) é considerado um detergente na atmosfera, pois a reação com OH é o sumidouro dominante de muitas substâncias residuais (predominantemente compostos orgânicos voláteis ). Aqui, por exemplo, a cadeia de reação para a oxidação do metano (CH 4 ) por meio dos produtos intermediários formaldeído (HCHO) e monóxido de carbono (CO):

OH + CH 4 → CH 3 + H 2 O
CH 3 + O 2 → CH 3 OO
CH 3 OO + NO → CH 3 O + NO 2   (5.1)
CH 3 O + O 2 → HCHO + HO 2 ,
HO 2 + NO → OH + NO 2   (5.2)
OH + HCHO → HCO + H 2 S
HCO + O 2 → HO 2 + CO
HO 2 + NO → OH + NO 2   (5.3)
OH + CO, + O 2 → HO 2 + CO 2
HO 2 + NO → OH + NO 2   (5.4)

Os três radicais OH usados ​​foram regenerados (5,2 a 5,4). Um total de quatro NOs foram oxidados. Após a fotólise (3), o NO está novamente disponível. (3) é seguido pela formação de ozônio (1). O aumento da concentração de ozônio acelera a formação de mais radicais OH. A reação em cadeia não leva a uma explosão, porque a oxidação de VOC não pode se tornar muito mais rápida do que o NO é reproduzido por (3), caso contrário, reações concorrentes do tipo que consomem ozônio ocorrem com (5)

ROO + R'OO → ROOR '+ O 2

overhand. Uma vez que os óxidos de nitrogênio são predominantemente de origem antropogênica nas áreas metropolitanas, a concentração de óxido de nitrogênio é a alavanca apropriada para limitar a poluição do verão - uma das razões para valores limites de óxido de nitrogênio muito mais baixos no ambiente do que em locais de trabalho expostos ( MAK ). Como resultado, a oxidação do VOC é retardada, a poluição por ozônio diminui na conurbação e aumenta na área circundante. Para distribuição horizontal em grande escala, consulte. Apenas em áreas de ar extremamente limpo a convecção da estratosfera dá uma contribuição significativa para a concentração de ozônio na baixa troposfera. Para perfis verticais, consulte.

Potencial de formação de ozônio

As principais fontes de óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos formadores de ozônio são o tráfego (motores de combustão interna), a indústria (usinas de energia), as residências (sistemas de aquecimento) e os produtos que contêm solventes (tintas).

Os gases de escape emitidos, por exemplo, por um veículo com motor de combustão contribuem para a formação de ozônio na troposfera próximo ao solo com as diferentes reatividades de seus constituintes ( VOC ). Os hidrocarbonetos não queimados, em particular, têm uma alta reatividade com radicais HO e, portanto, um alto potencial de formação de ozônio. O Federal Immission Control Act chama essas substâncias de "precursores de ozônio" e recomenda o monitoramento de 27 compostos químicos, incluindo alcanos, alquenos, compostos de benzeno substituídos e formaldeído (39º BImschV, Parte 8, Anexo 10, (B)). O critério para avaliar o potencial de formação de ozônio é um método desenvolvido nos EUA no início de 1990, no qual os componentes dos gases de escape são registrados e avaliados individualmente como parte do teste de ciclo de condução legalmente prescrito (por exemplo, US FTP). Na Califórnia, esse procedimento passou a ser utilizado para a certificação de veículos novos cadastrados no mercado - principalmente aqueles com combustíveis reformulados e alternativos. Isso é feito com o auxílio da escala MIR (reatividade incremental máxima), que permite a consideração dos potenciais relativos de formação de ozônio sob certas condições atmosféricas. Os fatores MIR, entretanto, foram determinados empiricamente para cerca de 200 componentes dos gases de escape. Os componentes com as reatividades mais altas são algumas olefinas (MIR = 8–11 gO 3 / g VOC ), alguns aromáticos (7–9 gO 3 / g VOC ) e alguns oxigenados (aldeídos com 5–7 gO 3 / g VOC ); O metano tem a reatividade mais baixa com 0,015 gO 3 / g VOC .

Os testes de veículos mostraram o seguinte:

  • O potencial de formação de ozônio é reduzido em 80-95% em comparação com um veículo sem catalisador
  • O saldo para um veículo movido a gás natural (GNV) é muito favorável
  • Em contraste, existem apenas pequenas diferenças entre os diferentes combustíveis (gasolina, diesel, álcool, combustíveis M85 / E85)
  • Na operação a gasolina, 50% do potencial de formação de ozônio é formado por apenas quatro componentes do gás de exaustão, enquanto outros 40% são formados por 16 outros componentes
  • Na operação a gás (GNV) e diesel, 50% do potencial de formação de ozônio é formado por apenas dois componentes
  • Da mesma forma, na operação com álcool (M85 / E85) 50% do potencial de formação de ozônio é formado por apenas dois componentes (formaldeído ou acetaldeído, álcool não queimado), enquanto outros 40% são formados por outros 18 componentes.

Efeitos em humanos

O ozônio penetra profundamente nos pulmões como um gás irritante e pode causar inflamação . Dependendo da duração da exposição e da concentração, existem efeitos para a saúde, como tosse, irritação nos olhos, dor de cabeça ou disfunção pulmonar. De acordo com as recomendações dos médicos, o esforço físico deve ser evitado quando os níveis de ozônio estão elevados.

Valores-limite legais

De acordo com a 3ª Diretiva da UE 2002/3 / EC para "valores-limite para a proteção da saúde" (substituída pela nova Diretiva de Qualidade do Ar 2008/50 / EC em 11 de junho de 2010 ):

  • Concentração de 1 hora> 180 μg / m 3 : Informações para a população
  • Concentração de 1 hora> 240 μg / m 3 : alertando o público
  • Exposição máxima diária (valor de 8 horas): 120 μg / m 3

Possíveis contramedidas

A evitação individual (de curto prazo) é ir para salas fechadas ou deixar áreas poluídas. Uma redução de longo prazo só pode ser alcançada em um nível coletivo. Visto que o clima é visto como um dos gatilhos que não podem ser influenciados em grande medida, as medidas para reduzir a poluição do verão têm como objetivo reduzir os óxidos de nitrogênio e os hidrocarbonetos voláteis. Uma vez que estes são causados ​​pelo tráfego, sistemas de disparo privados e indústria / comércio, desligamentos e ajuda para evitar o tráfego (curto prazo). A longo prazo, equipamentos e veículos devem ser adaptados e / ou substituídos.

Após o pôr do sol, a formação de novo ozônio pára. Em regiões com tráfego intenso, o ozônio existente reage com o monóxido de nitrogênio e a concentração de ozônio cai rapidamente. Nas áreas rurais, o conteúdo de ozônio do ar cai apenas ligeiramente à noite. Em geral, as concentrações de ozônio são mais baixas pela manhã.

literatura

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  • Johannes Staehelin, Christoph Hüglin, Stefan Brönnimann, Nino Künzli: Ozon e poluição de verão , Academias Suíças de Artes e Ciências , 2016.
  • Química hoje - nível secundário superior, Schrödel Verlag
  • CE Mortimer, U. Müller: Chemie, 8ª edição, Thieme, Stuttgart, 2003
  • B. Höhlein, P. Biedermann et al.: Traffic emissões and summer smog , Monographs from Forschungszentrum Jülich, Volume 26/1996, ISBN 3-89336-188-X
  • G. Decker, J. Beyersdorf et al.: O potencial de formação de ozônio de diferentes veículos e conceitos de combustível , ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 98 (1996) 5

Evidência individual

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  2. ^ John M. Wallace, Peter V. Hobbs: Ciência atmosférica: Uma avaliação introdutória. Elsevier, 2006, ISBN 9780080499536 , visualização limitada na Pesquisa de Livros do Google.
  3. ^ História da poluição atmosférica. LA Weekly, 22 de setembro de 2005.
  4. ^ Departamento militar da Califórnia : Califórnia e a segunda guerra mundial - área metropolitana de Los Angeles durante a segunda guerra mundial História militar da Califórnia em linha, 2019.
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  6. ↑ a b Ozônio ao nível do solo - folheto informativo da Agência Ambiental do Estado da Baviera
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  9. ^ KB Moiseenko e outros: Fontes fotoquímicas regionais de superfície-ozônio em Europa e na Sibéria ocidental. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics 54, 2018, doi: 10.1134 / S0001433818060105 ( texto completo gratuito ).
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  11. ^ Informações sobre o ozônio - folheto informativo da Agência Ambiental do Estado da Baviera
  12. ↑ 39. BImschV, Parte 8, Anexo 10
  13. ↑ NRW Landtag 1985
  14. ^ Ozônio - Medidas contra a poluição do verão ( lembrança de 3 de novembro de 2012 no arquivo da Internet )

Links da web