Luchtverontreinigende stoffen worden grofweg onderverdeeld in deeltjesvormige en gasvormige stoffen. Bij deeltjesvormige stoffen wordt, op basis van de grootte of samenstelling van de deeltjes, onderscheid gemaakt in verschillende fracties: grof stof, fijn stof, ultrafijn stof en roet. Verder worden hier gasvormige stoffen beschreven die bijdragen aan luchtverontreiniging: stikstofoxiden, ammoniak, ozon, koolmonoxide, zwaveldioxide en vluchtige verbindingen zoals benzeen. Daarnaast wordt een beschrijving gegeven van atmosferische processen, waaronder de vorming van secundair fijn stof.

Luchtverontreinigende stoffen - deeltjesvormig

Deeltjesvormige luchtverontreiniging bestaat uit grof en fijn stof. Grof stof kun je vaak zien met het blote oog. Fijn stof is een verzamelnaam voor deeltjesvormige luchtverontreiniging die klein genoeg is om ingeademd te worden. Er wordt daarbij onderscheid gemaakt in verschillende fracties: PM10fijnstof (‘particulate matter’, kleiner dan 10 µm), PM2,5fijnstof (kleiner dan 2,5 µm), PMcoarse (een grootte tussen 2,5 en 10 µm), ultrafijn stof (UFPultrafine particles (ultrafijne deeltjes), kleiner dan 0,1 µm) en roet (onderscheidend door kleur en chemische samenstelling, qua deeltjesgrootte kleiner dan 0,3 µm).

Grootteverdeling van fijn stof

Figuur: Grootteverdeling van verschillende vormen van deeltjesvormige luchtverontreiniging in verhouding tot een menselijke haar en zandkorrels. 

De concentratie grof stof wordt meestal weergegeven in milligrammen of microgrammen per kubieke meter lucht (notatie: mg/m3 of µg/m3). Normaal gesproken wordt grof stof niet beschouwd als deel van het luchtverontreinigingsmengsel en niet meegenomen bij de risicobeoordeling van de luchtkwaliteit.

Deeltjes of ‘particulate matter’ met een (aerodynamische) diameter kleiner dan 10 µm heten PM10fijnstof en worden ook wel aangeduid met de term ‘fijn stof’. De deeltjes zijn zo klein dat ze met het blote oog niet meer gezien kunnen worden. Ter vergelijking; de diameter van een menselijke haar is 50 tot 70 µm (zie figuur). De deeltjes variëren sterk in herkomst. Een deel ontstaat ten gevolge van menselijk handelen, zoals verbrandingsprocessen in de industrie en het verkeer, het overslaan van bulkgoederen, in de veehouderij en door houtkachels en sigarettenrook. Een ander deel ontstaat van nature, denk hierbij aan opwaaiend (zand-)stof en zeezout. De chemische samenstelling kan sterk variëren en is afhankelijk van de aanwezige bronnen. Hier wordt uitgebreider op ingegaan op de pagina Bronnen per component van luchtverontreiniging in het onderdeel Stikstofoxiden – immissie. 
Deeltjes met een diameter kleiner dan 10 µm kunnen in de luchtwegen terecht komen). PM10 wordt uitgedrukt in gewicht per volume lucht, de gebruikelijke eenheid is µg/m3.

PM2,5fijnstof beschrijft de deeltjes met een (aerodynamische) diameter kleiner dan 2,5 µm (zie figuur). Deze fijnere fractie van het fijn stof maakt dus ook deel uit van PM10fijnstof, zie Reacties en atmosferische processen van luchtverontreinigende stoffen. Primair PM2,5 is vooral afkomstig van verbrandingsprocessen en daarnaast bevat het een groter aandeel secundair gevormde deeltjes dan PM10. De chemische samenstelling en bron(nen) van herkomst van PM2,5 kunnen sterk variëren (zie pagina Bronnen per component, onderdeel Stikstofoxiden). Gemiddeld is de concentratie PM2,5 in de buitenlucht ongeveer twee derde van de concentratie PM10 (Cyrys et al. 2003), lokaal kan deze verhouding (onder invloed van bronnen) heel anders zijn. PM2,5 kan doordringen tot in de lagere luchtwegen. De eenheid van PM2,5 is µg/m3

De deeltjes in de grootteklasse 2,5 tot 10 µm, het grovere deel van het fijn stof, worden ook wel aangeduid door de term PMcoarse. Andere noteringen die wel worden gebruikt zijn PM10fijnstof-2.5 of PM2,5fijnstof-10. De eenheid is ook µg/m3kubieke meter, en wordt over het algemeen bepaald door de concentratie PM2,5 van de concentratie PM10 af te trekken. Deze deeltjes komen bij inademing terecht in de bovenste luchtwegen. Deze deeltjes zijn vooral afkomstig van mechanische processen (zoals slijtage en opwaaiend bodemstof). Nabij drukke wegen bevat dit stof veel deeltjes afkomstig van banden, asfalt en remvoeringen. Ook fijn stof van biologische herkomst (pollen, stof uit stallen) kan in de grootteklasse tussen 2,5 en 10 µm vallen. Het meeste stof van biologische herkomst valt overigens in de grootteklasse grof stof.

Deeltjes kleiner dan 0,1 µm worden ook wel ultrafijn stof genoemd, afgekort tot UFPultrafine particles (ultrafijne deeltjes) (Ultra Fine Particles) (zie figuur). Ultrafijn stof komt vrij bij verbrandingsprocessen, zoals bij het stoken van hout, afvalverbranding, uitstoot van auto’s of het opstijgen en landen van vliegtuigen. Ook kan het worden gevormd door chemische reacties uit gassen. 
Ultrafijn stof komt bij inademing diep in de longen terecht en kan de longblaasjes (alveoli) bereiken en direct in de bloedbaan terechtkomen. Ultrafijne stofdeeltjes zijn zo klein dat hun gewicht nihil is, de concentratie wordt daarom uitgedrukt in aantal deeltjes per kubieke centimeter.

Roetdeeltjes maken deel uit van de fijnere fractie van het fijn stof en hebben typisch een afmeting kleiner dan 0,3 µm (Reche et al. 2014; Riddle et al. 2008). Een groot deel van de roetdeeltjes zit in de ultrafijne fractie, de zeer kleine deeltjes wegen weinig en dragen maar weinig bij aan de massaconcentratie PM10fijnstof of PM2,5fijnstof.

monsters fijn stof met verschillende roetconcentraties

Figuur: Monsters fijn stof (de meest linkse betreft een niet-bemonsterd filter) met verschillende roetconcentraties .

Roetdeeltjes onderscheiden zich door hun zwarte kleur en zijn daarom optisch waar te nemen in fijn stofmonsters (zie Figuur). Roetdeeltjes bestaan uit koolstof met hieraan gehechte verbindingen zoals metalen en organische stoffen. Roet komt vrij bij verbranding. Er komt meer roet vrij bij onvolledige verbranding en bij het gebruik van zwaardere brandstoffen (kolen, hout, stookolie, diesel ten opzichte van benzine of gas). Belangrijke bronnen zijn wegverkeer (voornamelijk dieselmotoren), scheepvaartverkeer en houtkachels. 
Roet kun je in verschillende maten uitdrukken. Welke maat gebruikt wordt, hangt af van de manier van meten. Iedere methode geeft een andere benaming (en eenheid). De ene methode is niet per definitie beter of slechter dan de andere, maar de absolute getallen zijn niet met elkaar te vergelijken. Er zijn twee methoden die de mate van zwartheid van fijn stof uitdrukken, dat kan als Black Smoke (BS, ouderwetse methode, wordt niet meer toegepast) of Black Carbon (BC, moderne methode). Bij de BC methode wordt een telkens zwarter wordend filter “doorschenen” met een of meer soorten (laser)licht, hier is de verzwakking van de lichtbundel (de lichtabsorptie) de maat voor het gehalte roet. Zowel de BC als de BS methode wordt uitgedrukt in de eenheid m-1. Een derde methode is het analyseren van de hoeveelheid koolstof in fijn stof door middel van pyrolyse. Hierbij worden de fracties Elemental Carbon (ECEuropean Commission) en Organic Carbon (OC) bepaald. De eenheid van EC en OC is µg/m3kubieke meter. Het elementaire koolstof, EC, is roet. OC is organisch gebonden koolstof (moleculen zoals Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen (PAK) en nitro-PAK’s) en kan zowel direct worden uitgestoten als in de lucht worden gevormd door reacties van organische verbindingen (zie Reacties en atmosferische processen van luchtverontreinigende stoffen) (Saarikoski et al. 2008).

Luchtverontreinigende stoffen - gasvormig

De belangrijkste gasvormige luchtverontreinigende stoffen zijn stikstofoxiden (NOx) waaronder stikstofdioxide (NO2), en verder ammoniak (NH3), ozon (O3), koolmonoxide (CO), zwaveldioxide ( SO2) en vluchtige verbindingen zoals benzeen. 

Stikstofoxiden (NOx) ontstaan bij verbrandingsprocessen door oxidatie van stikstof uit de lucht. Er wordt uitgebreider ingegaan op de bijdrage van verschillende bronnen op emissie en immissie van stikstofoxiden op de pagina  Bronnen per component van luchtverontreiniging . Een deel van de NOx komen in de vorm van stikstofmonoxide (NO) vrij, dat in de atmosfeer wordt omgezet in het meer stabiele stikstofdioxide (NO2). Een ander deel komt meteen als NO2 vrij. Stikstofoxiden zijn bruin, maar bij de concentraties waarin zij in de buitenlucht voorkomen zijn zij (normaal gesproken) geur- en kleurloos. 
Behalve dat stikstofoxiden invloed kunnen hebben op de menselijke gezondheid  wordt NO2 gezien als belangrijke indicator voor de uitstoot van het wegverkeer. Daarnaast worden ze in het milieubeleid ook gezien als belangrijke vermestende stof die schade aan de natuur kan aanbrengen, hierbij is dan vooral aandacht voor de depositie van stikstof.

Ammoniak (NH3) is een gas met een karakteristieke, sterk prikkelende geur. Ammoniak ontstaat voornamelijk doordat enzymen in mest het ureum in urine afbreken. De veehouderij is de belangrijkste bron van ammoniak in het milieu. 
Ammoniak speelt bij de huidige concentraties in de lucht geen rol van betekenis voor het optreden van directe gezondheidseffecten. Wel is ammoniak een belangrijke indicator voor de uitstoot van de veehouderij. Daarnaast vormt ammoniak samen met andere luchtverontreinigende stoffen het gezondheidskundig relevante fijn stof. Ammoniak is een belangrijke vermestende stof en draagt bij aan verzuring. Het is daarom een belangrijke stof in milieubeleid.

Ozon (O3) is een gas dat niet direct wordt uitgestoten, maar dat onder invloed van energie in het zonlicht wordt gevormd uit andere luchtverontreiniging (stikstofoxiden en/of vluchtige organische stoffen). Ozon op leefniveau heeft een negatief effect op de gezondheid (zie Richtlijn Smog en Gezondheid). Ozon in de ozonlaag (op 30 kmkilometer hoogte) beschermt de mens tegen harde UVultraviolet stralen.

Koolmonoxide (CO) is een geurloos en kleurloos gas dat vrijkomt bij onvolledige verbranding van onder andere benzine of diesel in een motorvoertuig. Koolmonoxide is bekend als dodelijk gas in slecht geventileerde ruimten, in de buitenlucht is het vooral een indicator van verbrandingsemissies en zijn de concentraties normaal gesproken zo laag dat ze niet schadelijk zijn voor de gezondheid. In (werk)situaties waar mensen aan zeer veel verkeer blootgesteld worden kan dit anders zijn (denk aan verkeersagenten of tolpoortbeambten).

Zwaveldioxide komt vrij bij de verbranding van zwavelhoudende brandstoffen (olie en kolen). Zwavelverbindingen zijn erg schadelijk voor de gezondheid en kunnen in het milieu leiden tot verzuring. De concentraties in de lucht in Nederland zijn tegenwoordig erg laag omdat zwavelhoudende brandstoffen voor het wegverkeer niet meer toegelaten zijn, de zwavelgehaltes van specifieke brandstoffen (zoals stookolie) beperkt zijn en door emissiebeperkende maatregelen in de industrie in binnen- en buitenland. Gezien de lage concentraties speelt SO2 in Nederland momenteel geen rol van betekenis meer bij het veroorzaken van verkeersgerelateerde gezondheidseffecten. Wel vormt SO2 in reactie met andere luchtverontreinigende stoffen het gezondheidskundig relevante fijn.

Vluchtige Organische Stoffen (VOSvluchtige organische stoffen, of in het Engels VOC, Volatile Organic Compounds) komen vrij bij verdamping van organische stoffen en bij onvolledige verbranding. VOS zijn koolwaterstoffen, waarvan sommige niet of nauwelijks schadelijk en andere bijzonder schadelijk kunnen zijn. Benzeen is bijvoorbeeld een kankerverwekkende VOS die onder meer door verkeer wordt uitgestoten. 
Vluchtige organische stoffen kunnen onder invloed van zonlicht reageren en zo bijdragen aan de vorming van ozon (O3).

Referenties

  • Cyrys J, Heinrich J, Hoek G, et al. (2003) Comparison between different traffic-related particle indicators: elemental carbon (ECEuropean Commission), PM2.5 mass, and absorbance. J Expo Anal Environ Epidemiol 13(2):134-43.
  • Reche C., Viana M., Rivas I., et al. (2014) Outdoor and indoor UFPultrafine particles (ultrafijne deeltjes) in primary schools across Barcelona. Sci Total Environ 493:943-53.
  • Riddle S.G., Robert M.A., Jakober C.A., Hannigan M.P., Kleeman M.J. (2008) Size-resolved source apportionment of airborne particle mass in a roadside environment. Environ Sci Technol 42(17):6580-6.  
  • Saarikoski S., Timonen H., Saarnio K., et al. (2008) Sources of organic carbon in fine particulate matter in northern European urban air. Atmospheric Chemistry and Physics 8:6281-6295.