Schadelijke stoffen - stikstofoxiden

Stikstofoxiden ontstaan door verbranding van fossiele brandstoffen in verkeer en industrie. Ze worden gevormd als stikstof uit lucht en uit brandstoffen reageert met zuurstof tijdens de verbranding. Wanneer stikstofoxiden worden uitgestoten reageren deze met zonlicht in de atmosfeer, waardoor fotochemische verontreinigingen ontstaan. Dit zijn secundaire verontreinigingen die een aantal milieuproblemen veroorzaken.

Stikstofoxiden kunnen smog veroorzaken in stedelijke gebieden. Dit is een tijdelijke ophoping van luchtverontreinigingen, die merkbaar is door een deken van donkere mist in de lucht. Verder veroorzaken de stoffen een derde deel van de zure regen op aarde, doordat deze worden omgezet in salpeterzuur (HNO₃). Het overige deel van de zure regen wordt veroorzaakt door zwavelzuur (H₂SO₄), dat ontstaat uit zwaveldioxide (SO₂).

Stikstofoxiden zijn gassen die in hoge concentraties een verstikkende werking kunnen hebben. Mensen die worden blootgesteld aan stikstofoxiden krijgen symptomen als oogirritatie, longziekten en slijmvlies afwijkingen. De plantengroei kan worden verminderd, waardoor gewassen afsterven. Dit levert een behoorlijk nadeel op voor de landbouw.

De uitstoot van stikstofoxiden kan worden verminderd door veranderingen aan te brengen in verbrandingsprocessen. Met name de verbranding van kool levert een grote bijdrage aan de NO_x uitstoot. Overstappen op alternatieve brandstoffen is daarvoor een oplossing. Ook kan men de hoeveelheid zuurstof aanwezig bij het verbrandingsproces verminderen. Wanneer de zuurstofconcentratie laag is, komt stikstof niet vrij als stikstofoxide, maar als N₂. Dit is de vorm waarin stikstof normaal gesproken in de atmosfeer voorkomt. Deze methode kan de stikstofoxiden uitstoot bij koolverbranding tot 50% reduceren. De uitstoot van stikstofoxiden is tussen 1990 en 2003 al gereduceerd van bijna 600 miljoen kilogram naar minder dan 400 miljoen kilogram.

In het verkeer is de reductie van stikstofoxiden uitstoot heel moeilijk. De concentraties van de stoffen nemen namelijk toe tijdens reductie van andere stoffen, zoals VOC (Vluchtige Organische Componenten). Hierdoor kunnen autofabrikanten de wettelijke normen voor stikstofoxiden vaak niet halen. De enige oplossing lijkt vermindering van de gas concentraties na uitstoot uit de uitlaat.

Behalve industrie en verkeer levert ook de landbouw een bijdrage aan de uitstoot van stikstofoxiden. Denitrificatie processen in de bodem veroorzaken namelijk lachgas (N₂O) uitstoot. Lachgas is een broeikasgas dat bijdraagt aan klimaatverandering. De precieze bijdrage van het denitrificatie proces aan de uitstoot is moeilijk te bepalen, vanwege de natuurlijke aard van het proces. Het daardoor is ook moeilijk om de uitstoot te beperken. De enige voor de hand liggende oplossing is de beperking van stikstoftoevoeging aan de bodem door bemesting. Hiervoor heeft de Europese Unie het mestbeleid opgesteld.

Meten van concentraties en bepalen van emissies

Om aan te tonen dat aan de wettelijke normen wordt voldaan, ten behoeve van milieujaarverslagen en om aan vergunningen te voldoen meten bedrijven uit de proces- en stookindustrie de NO_x productie. Er bestaan een aantal methoden om dat te doen, waarin onderscheid wordt gemaakt tussen extractieve metingen, en directe metingen aan gasstromen.

- Chemieluminescentie. Een reactie tussen NO en ozon wordt opgewekt door toevoeging van ozon. Bij de reactie komt infrarood straling vrij, en deze wordt gemeten. Na correctie voor aanwezigheid van CO₂ en H₂ kent deze methode een grote nauwkeurigheid.
- IR/ UV. Adsorptietechniek die gebruik maakt van infrarood of UV.
- Elektrochemische cellen. De concentratie wordt gemeten na omzetting aan de meetelektrode van de cel. Door lange responstijd is de methode minder geschikt voor continue metingen. De onnauwkeurigheid is groter dan bij de twee voorgenoemde methodes.

Het goed meten van NO_x met deze apparatuur is ingewikkeld en vergt veel kennis en aandacht. Indirecte bepalingen uit andere parameters zijn ook mogelijk. Voorbeelden zijn luchtvoorverwarming en samenstelling van de brandstof. De al bestaande meetapparatuur die hiervoor kan worden gebruikt vergt vaak minder kennis dan genoemde directe meetmethoden.

Emissies worden bepaald uit de concentratie, door middel van het afgasdebiet. Emissies worden gegeven in kg per ton product, of in gigajoule of ton per jaar. Nauwkeurigheid van emissiebepalingen heeft een nieuwe betekenis gekregen door de invoer van het emissierechtensysteem.

HNO₃