Energiantuotannon päästöjen mittaaminen: Näytteenottomenetelmät, mittalaitteet, työtavat ja niiden kenttäkelpoisuus

Tässä tutkimuksessa on koottu tietoja eri maissa käytetyistä energiatuotannon päästöjen näytteenotto- ja mittausmenetelmistä. Tietoja on kerätty lähettamällä kvselylomakkeita mittaajille, haastattelemalla heitä ja käymällä alan laitoksissa Ruotsissa, Norjassa, Tanskassa, Saksan liittotasavallassa, Hollannissa ja Suomessa. Lisäksi menetelmistä on kerätty tietoja kirjallisuudesta. Tietoja mittalaitteiden ominaisuuksista on saatu myös suomalaisille laitemyyjille tehdystä kyselystä. Hiukkaspäästöjen mittaukseen on käytossä hiukkasten erotustavan mukaan kaksi eri menetelmää. Toisessa hiukkaset erotetaan savukaasusta kanavan sisällä olevassa suodatinkotelossa tai syklonissa (ns. in-stack-menetelmä) tai molemmissa ja toisessa menetelmässä hiukkaset erotetaan kanavan ulkopuolella olevassa suodattimessa tai syklonissa tai molemmissa. Molemmissa menetelmissä on huolehdittava siitä, ettei savukaasussa oleva vesihöyry pääse tiivistymään ennen suodatusta tai suodattimeen. Suodatinmateriaalina käytetään kvartsikuitua, jotta rikin sitoutuminen suodattimeen vältetään. Samalla kun mitataan hiukkaspitoisuus, voidaan määrittää hiukkaskokojakauma, mihin käytetään kaskadi-impaktoria, kaskadisentripeteriä tai sykloneita. Kerätystä suodatinnäytteestä voidaan määrittää mm. raskasmetalleja. Raskasmetallipäästöjen mittaaminen sekä hiukkasfaasista että suodattimen läpäisevästä faasista on tärkeää. Rikin ja typen oksidien määrittämiseen käytetään sekä kertanäytteenottoon että jatkuvaan näytteenottoon perustuvia menetelmiä UV- ja IR-absorptioon perustuvia menetelmiä ja sähkökemiallisia antureita käytetään sekä rikkidioksidin että typen oksidien mittaamiseen. Rikkidioksidin mittaamiseen käytetään yleisesti myös fluoresenssimenetelmää. Se soveltuu hyvin rikkidioksidin määrittämiseen muulloin kuin runsaasti polysyklisiä aromaattisia yhdisteitä sisältävää savukaasua analysoitaessa. Typen oksidien (NO, NO2 ja NOx) päästöjen mittaamiseen käytetään yleisimmin kemiluminesenssimenetelmää. Näytteenottomenetelminä käytetään joko menetelmää, jossa hiukkaset ja vesi erotetaan näytekaasusta ja kuiva kaasu johdetaan analysaattoriin, tai laimentavaa menetelmää, jossa näytekaasu laimennetaan ilmalla ja johdetaaan kondensoimatta analysaattoriin. Laimentavassa menetelmässä vältetään rikkidioksidin ja typen oksidien absorptiosta kondenssiveteen aiheutuva virhe. Orgaanisten yhdisteiden näytteenottomenetelmien yhteisenä piirteenä on, että hiukkaset ja vesi erotetaan savukaasusta. Vesi kerätään erillisenä kondensaattina tai absorptioliuokseen. Sen jälkeen tutkittavat yhdisteet kerätään lopullisesti absorptioliuokseen tai adsorptioaineeseen (XAD-2- tai TENAX-hartsiin, polyuretaanivaahtoon jne). Usein kaikki osanäytteet, hiukkaset, kondensaatti, adsorbentti tai absorptioliuos, analysoidaan erikseen. Analysointiin käytetään yhä enemmän kaasukromatografi-massaspektrometria, mutta myös korkeapainenestekromatografia (UV- ja fluoresenssidetektorit) sekä kaasukromatokrafia ja erilaisia detektoreita (FID, EC jne). Orgaanisten yhdisteiden näytteenotto ja analyysi edellyttävät tekijältään suurta harjaantuneisuutta. Useat näytteenottoon käytetyt laitteistot ovat nykyisellään melko monimutkaisia, raskaita ja tilaavieviä. Lisäksi näytteenottoon ja analysointiin kuluu pitkä aika. Viive näytteenoton ja tulosten saannin välillä on viikkoja tai kuukausia. Orgaanisten yhdisteiden jatkuvatoimisen mittaamisen menetelmiä olisi kehitettävä.