Twijfel over wondermiddel 24 Artikel Momenteel worden veel coatings aangeboden waarin TiO2 is verwerkt. Deze worden onder meer ingezet om ? door afbraak van stikstofoxiden afkomstig uit het verkeer ? de luchtkwaliteit te verbeteren. Over het effect van deze TiO2 bestond geen eenduidig beeld. Dit was de reden dat VKO het onderzoeksbureau M+P opdracht gaf tot een breed bureauonderzoek naar het effect van TiO2 op de luchtkwaliteit en andere milieueffecten. De opdracht van VKO past in de aanpak van de sector wat betreft duurzame innovatie, streven naar productverbetering en oplossing van knelpunten. TiO2 wordt gewonnen uit het in de natuur voorkomende titaanerts, en wordt veel toegepast in de verf-, plastic- en papierindustrie. In buitenverf wordt het gebruikt als helderwit pigment (het zogenaamde titaanwit), ook als bescherming tegen schadelijke gevolgen van UV-straling. Verder wordt TiO2 toegepast in vulstoffen voor wanden en gevels, in papier, plastics en tandpasta's. Door de fotokatalyserende eigenschappen van TiO2 wordt bij sterke ultraviolette belichting van een oppervlak stikstofdioxide afgebroken en omgezet in onder andere water en nitraten. Vijf onderzoeken Het onderzoek van M+P belicht vijf recente studies naar de effecten van TiO2 op de verbetering van de luchtkwaliteit en het milieu. Bestudeerd is Duits laboratoriumonderzoek naar het luchtzuiverend effect van dakpannen waarin TiO2 is verwerkt, en een Nederlands literatuuronderzoek naar de ri- sico's van het gebruik van zeer kleine deeltjes TiO2 (nanotechnologie) en de uitspoeling daarvan. Ook is een Europese literatuurstudie naar de toepas- singen van nanotechnologie en de luchtzuiverende werking van met TiO2 behandelde straatstenen, tunnelwanden en asfalt is bestudeerd. De onder- zoekers van M+P analyseerden als vierde Fins onderzoek naar de milieube- lasting in de levenscyclus van verfstoffen, waaronder TiO2-coatings. Het vijfde onderzoek betrof RWS-TNO-M+P laboratoriumproeven met achttien TiO2-coatings en praktijkproeven met TiO2-gecoate geluidsschermen. Onderzoeksbureau M+P stelt op basis van de bestudering vijf hoofdlijnen vast. 1) Er is momenteel internationaal breed aandacht voor de mogelijk- heden om met TiO2 de luchtkwaliteit te verbeteren. 2) Inmiddels is een aantal producten met TiO2 op de markt verschenen. 3) In laboratorium- condities is aangetoond dat TiO2 een behoorlijk effect kan hebben op de verlaging van de concentratie stifstofdioxide. 4) De bewezen effecten in de buitenpraktijk zijn minimaal, volgens M+P. En 5) de geringe praktijkwerking van TiO2 wordt veroorzaakt door een groot aantal factoren: de soort coa- ting, het beperkte aantal zonuren (UV-licht), sterke wind, hoge luchtvoch- tigheid, lage temperatuur en de te beperkte contacttijd van de verontrei- nigde lucht met het met TiO2-coating behandelde oppervlak. M+P verwacht om deze redenen voor de Nederlandse praktijksituatie weinig mogelijkheden om de luchtkwaliteit met TiO2 te verbeteren. Vraagtekens Over de effecten in laboratoriumcondities bestaan weinig twijfels. Het Duit- se onderzoek naar de TiO2 betondakpannen toont bijvoorbeeld duidelijk aan dat een concentratie NOx afneemt als het in een ideale laboratorium- situatie door UV-licht wordt beschenen. Echter: de door de fabrikant van de dakpannen genoemde percentages neutralisering van de schadelijke uitstoot met 70 procent (zonder zon) tot 90 procent (bij daglicht) leiden tot vraagtekens. De percentages zijn niet onderbouwd met praktijkervaringen. De vertaling van sommige producenten van laboratoriumresultaten naar effectiviteit in de buitenpraktijk is ?berhaupt soms discutabel, stelt M+P vast. Tot op heden zijn er in feite geen voldoende onderbouwde onder- zoeksresultaten gevonden die aantonen dat de genoemde effecten ook in de praktijk leiden tot duidelijke verbetering van de luchtkwaliteit. Vrijwel alle experimenten concluderen een zeer klein, in feite verwaarloosbaar, effect (minder dan 1 procent). Bij een enkele praktijkproef was er een hoopvol resultaat, maar is een uitgebreide onderbouwing niet openbaar. Twijfel over wondermiddel Arie Mooiman Adviseur techniek en duurzaamheid, VKO Titaniumdioxide toegepast in bouwproducten kan ? toegepast in een laboratoriumsituatie ? bepaalde luchtvervuilende stoffen goed afbreken. Bij praktijkproeven in Nederland vallen de resultaten echter tegen. Het aanbrengen van titaniumdioxide (TiO2) op asfalt, straatsteen, dakbedekking en geluidsschermen leidt niet tot noemenswaardige verbetering van de luchtkwaliteit. Het beperkte aantal zonuren in Nederland, de hoge luchtvochtigheid en de wind spelen daarbij een belangrijke rol. Verder is er onduidelijkheid over mogelijke risico's voor mens en milieu. Dit concludeert het in luchtmetingen gespecialiseerde onderzoeks bureau M+P raadgevende ingenieurs op basis van een onderzoek in opdracht van de Verenigde Keramische Organisaties (VKO). Reacties van mensen uit het vakgebied op dit artikel zijn in de kaders te lezen. Bijschrift Twijfel over wondermiddel 25 Artikel Effect TiO2 onduidelijk Aanvullende maatregelen lijken nodig om in Neder- land in 2015 aan de grenswaarden voor stikstofdi- oxide (NO2) te gaan voldoen. De inzet van katalyti- sche conversie met bijvoorbeeld titaandioxide (TiO2) wordt in dat kader soms genoemd. Zowel vanuit gezondheidsoverwegingen als vanuit de praktische werking zijn hier echter enkele opmerkingen bij te plaatsen. NO2 is op zichzelf schadelijk voor de gezondheid. Zo kunnen de oxiderende eigenschappen van NO2 effecten in de luchtwegen en longen veroorzaken in de vorm van vermindering van de longfunctie en afname van de weerstand tegen infecties van het longweefsel. De WHO geeft echter aan dat de relatie tussen NO2-concentraties en gezondheids- klachten ook kan worden toegeschreven aan an- dere verbrandingsproducten uit het verkeersgerela- teerde mengsel, zoals (ultra) fijn stof1). NO2 wordt dan ook vooral gebruikt als indicator voor het gehele mengsel van schadelijke componenten die door wegverkeer worden uitgestoten. Maatregelen die zich beperken tot de reductie van alleen NO2, zoals absorberende tegels, zijn volgens de GGD-richtlijn dan ook minder effici?nt in termen van gezond- heidswinst. Door alleen de indicator aan te pakken, lijkt de luchtkwaliteit verbeterd, terwijl juist de ove- rige (en meest schadelijke) verkeersgerelateerde componenten van het mengsel van luchtverontreini- ging niet zijn afgenomen. Inzet van dit soort maatre- gelen leidt op papier wellicht tot lagere concentra- ties en dus minder normoverschrijdingen, maar het leidt veel minder of geheel niet tot gezondheids- winst. Nader onderzoek op dit punt is dan ook wenselijk alvorens TiO2 wordt ingezet om knelpun- ten op te lossen. Brits onderzoek In 2010 is in Groot-Brittanni? een rapport2) van Air Quality Consultants (AQC) verschenen met een overzicht van resultaten van verschillende praktijk- proeven. In aanvulling op de resultaten van het Ne- derlandse Innovatieprogramma Luchtkwaliteit wor- den gedetailleerde metingen beschreven van de effecten van een met TiO2 bekleed geluidsscherm langs de M60 bij Swinton (GB). Hieruit kon worden geconcludeerd dat het effect van de TiO2 op de luchtkwaliteit achter het scherm zeer onduidelijk was. Onder zeer specifieke omstandigheden was een effect van het TiO2 meetbaar. Deze omstandig- heden kwamen echter slechts in 0,4 procent van de tijd voor. Een langetermijneffect van de TiO2 kon niet goed worden bepaald. Toepassing van TiO2 in een street canyon-achtige situatie leidde volgens een andere studie in Congleton (GB) tot een significant effect op de NO2-concentraties. Een beschrijving van de methode en metingen ontbreekt echter, zodat de waarde van de melding niet is vast te stel- len. AQC concludeert in het algemeen dan ook dat "verschillende studies suggereren dat er geen signifi- cant effect van TiO2 is, terwijl een incomplete studie dat wel doet". Verder wijst het rapport ook op poten- ti?le gezondheidseffecten bij het gebruik van TiO2. Gegeven de aanpak van een indicatorstof en de twijfels over de praktische effecten van TiO2 op luchtkwaliteit en gezondheid, is het aan te bevelen om vooralsnog terughoudend te zijn met de inzet van TiO2 om aan de luchtkwaliteitsnormen te gaan voldoen. Dr. Joost Wesseling Senior onderzoeker RIVM 1) S.C. van der Zee, I.C. Walda, `GGD-richtlijn medische milieukunde. Luchtkwaliteit en gezondheid', RIVM rapport 609330008, 2008. 2) Stephen Moorcroft, Ian McCrae, Paul Boulter and Duncan Laxen, `Local Measures for NO2 Hotspots in London', Air Quality Consultants Ltd, 2010. Titaniumdioxide 26 ArtikelTwijfel over wondermiddel Meetopstelling nabij Terschuur. Te zien zijn de gecoate panelen met daaronder de opvangflessen in aluminium kisten, en achteraan een regenvanger. FOTOTNO 27 Artikel Praktische werking aangetoond M+P is blijkbaar niet op de hoogte van de nieuwste resultaten, gemeten met luchtzuiverende betonste- nen in de Castorweg in Hengelo. Drie jaar geleden is ? na uitgebreid laboratoriumonderzoek ? de stap gezet om luchtzuiverende betonstenen in de praktijk te testen. Hiervoor heeft de provincie Overijssel subsidie verstrekt. Ten behoeve van deze testen heeft gemeente Hengelo de locatie Castorweg beschikbaar gesteld. Deze locatie is gekozen van- wege de hoeveelheid voertuigen, de gesloten be- bouwing aan weerszijden, en het feit dat de weg gereconstrueerd zou worden. Daarom konden er ook metingen worden verricht voorafgaand aan de reconstructie. De straat is in twee vakken verdeeld, die in elkaars verlengde liggen. E?n vak is voorzien van de ge- bruikelijke straatstenen en ??n van de luchtzuive- rende stenen, over de volle breedte van de straat. Elk vak is ongeveer 1000 m2. Door in beide weg- vakken de luchtkwaliteit zorgvuldig te meten is de praktische werking aangetoond. Gedurende drie verschillende dagen in het voorjaar van 2010 is bijvoorbeeld een verlaging van 25 tot 45 procent in NOx-concentratie gemeten. Aanvullende metingen in de rest van het jaar hebben de eerste bevindin- gen bevestigd. Werking In de toplaag bevatten de stenen titaandioxide (TiO2), die zich dichtbij de uitlaten van motorvoer- tuigen bevinden, veruit de belangrijkste bron van NOx (stikstofoxiden) in steden. TiO2 behoort tot de tien meest voorkomende mineralen in de aard- korst. De toegepaste TiO2 is ongeveer van de- zelfde korrelgrootte als cement, kan als slurry worden gedoceerd, en wordt door de cementma- trix gebonden. Cement en beton bevatten zelf ook TiO2. De extra TiO2 staat recycling van de beton- steen niet in de weg. Door de TiO2 worden de NOx in de lucht fotokata- lytisch omgezet naar nitraatzouten op de steen, welke door regen worden weggespoeld (een Ja- panse vinding). De concentraties in dit regenwater zijn veel lager dan de maximaal toelaatbare, terwijl dit voor de NOx-concentraties in de lucht niet het geval hoeft te zijn. De inzet van de stenen is het meest doelmatig in een bebouwde omgeving met voldoende verkeer, waar verwaaiing van geproduceerde NOx nauwe- lijks plaatsvindt, en waar daardoor de maximum- concentratie in de lucht regelmatig wordt over- schreden. De luchtreiniging hangt sterk af van het weer, met name zonnestraling en luchtvochtigheid. De stenen werken niet als het regent of als er sneeuw op ligt, maar dan zijn ook de NOx-concen- traties minder snel een probleem. Een uitgebreide rapportage is in de maak, welke onder meer zal ingaan op de locatie, de gevolgde meetprocedures en de verkregen meetresultaten. Internationaal bestaat grote belangstelling voor het project. Prof.dr.ir. Jos Brouwers Hoogleraar Bouwmaterialen, TU Eindhoven Opstelling waarmee de omzetting van stikstofoxiden op het laboratorium is onderzocht. FOTOTNO Twijfel over wondermiddel 28 Artikel Nederland Uit de laboratoriumproeven in opdracht van Rijkswaterstaat blijkt dat slechts enkele van de beproefde achttien coatings ook echt actief zijn. Vastgesteld is ook dat bij een wegscherm de hoeveelheid lucht die in de praktijk met de coating in aanraking komt maximaal 11 procent is. De praktijkmetingen langs de weg laten verwaarloosbare effecten zien (maxi- maal 0,04 procent reductie van de verkeersemissies van de nabijgelegen snelweg). Het advies van Rijkswaterstaat is daarom TiO2 voor deze doel- einden niet toe te passen. Uit eerder praktijkonderzoek in opdracht van de Europese koepels van bouworganisaties, bleek wel dat onder optimale condities de reducties van NOx-concentraties soms veelbelovend kunnen zijn (tot 60 procent), maar vastgesteld is dat het effect sterk afhankelijk is van het lokale klimaat. Er zijn andere bevindingen gedaan. Zo zijn bouwmaterialen met TiO2 duur- der. Voor toepassing in tunnels zou een coating ontwikkeld moeten wor- den die ook bij kunstlicht werkzaam is. Er is nog onvoldoende bekend van de mogelijke invloed van TiO2 op de levensduur en technische eigen- schappen van materialen (gladheid, slijtage, brandbaarheid). Bijvoorbeeld asfalt ge?mpregneerd met TiO2-houdend cement heeft mogelijk een nega- tief effect op geluidsreductie en stroefheid van het wegoppervlak. Discussie De onderzoekers stellen dat er nog veel meer onbekend is; over veel as- pecten bestaat discussie. Zo is de duurzaamheid van de productie een punt. Uit het Finse onderzoek naar de levenscyclus van verven bleek bij- voorbeeld dat de winning van TiO2 uit de ruwe delfstof veel energie en transport vergt en dat er tot vijf kg afval per geproduceerde kg TiO2 vrij- komt. Bij de afbraak van NO2 (stikstofdioxide) gaat het slechts om een deel van de verontreinigingen, andere verontreinigingen in de lucht blijven be- staan. Daarnaast wordt de onduidelijkheid van de risico's voor mens en milieu genoemd. Bij droge cementproductie, sloop, verwering, slijtage of uitloging kunnen deeltjes TiO2 in afval, oppervlaktewater of in de lucht te- rechtkomen, waar ze kunnen worden ingeademd. Door TiO2 in nitraten omgezette verkeersemissies kunnen bij regen in het oppervlaktewater ko- men, met als gevolg meer algengroei en zuurstofafname. Dialoog BouwIQ wil graag een open dialoog starten over dit onderwerp. Reacties van derden, visies op de proble- matiek, aanvullende informatie of andere ervaringen met de toepassing van TiO2 in bouwproducten om de luchtkwaliteit te verbeteren zijn welkom. Meld u aan bij bouwIQ op LinkedIn (via www.bouwiqonline. nl), of mail uw reactie naar (bouwiq@aeneas.nl). Marginale effecten Het artikel van `Twijfel over wondermiddel' geeft een redelijk, zij het een incompleet, overzicht van onderzoek naar toepassingen van titaniumdioxidehoudende (TiO2) coatings om luchtverontreiniging door stikstofoxiden (NOx) te verminderen. TNO was betrokken bij een aantal van de besproken onderzoeken. Dit betreft onder andere laboratorium- en veldonderzoek. Het laboratoriumonderzoek gaf voor sommige coatings een zeer positief resultaat. Deze coatings bleken in staat onder invloed van UV-licht zeer effici?nt NOx te kun- nen omzetten. Voor veel coatings was het resultaat echter niet erg positief. De oor- zaak hiervan is niet onderzocht. Wellicht wordt door het opnemen van de TiO2 in een drager de toegankelijkheid van TiO2-moleculen voor de NOx in de lucht ver- kleind. De TiO2 zit als het ware opgesloten in de andere materialen die in de coating zitten. Berekeningen met geavanceerde modellen op basis van de labexperimenten laten zien dat het aanbrengen van een goedwerkende coating op geluidschermen langs een snelweg, zou kunnen leiden tot een afname van de concentratie van NOx van wel 20 procent. Allemaal zeer hoopgevende resultaten. De resultaten van de veldexperimenten vielen echter tegen. Een mogelijke verklaring hiervoor is dat de berekeningen en de labexperimenten werden uitgevoerd bij opti- male condities (zonlicht, vochtigheid, wind enzovoort), die lang niet altijd tegelijk aanwezig zijn. Waarschijnlijk komt slechts weinig lucht, en slechts voor een korte periode, in aanraking met de coating. Althans, minder dan op basis van de model- berekeningen werd geschat. Enkele andere verklaringen worden ook gegeven in `Twijfel over wondermiddel'. Niet eenvoudig De volgende conclusies kunnen getrokken worden: TiO2 kan, onder invloed van UV, heel goed NOx omzetten. In de praktijk van de geluidsschermen bleek het effect echter marginaal. Een oplossing van de hierboven genoemde zwakke plekken in het ontwerp ? meer contact met de lucht, minder afscherming van de TiO2 door de drager en voldoende UV-licht op de coating ? zou de situatie kunnen verbeteren. De eerlijkheid gebied te zeggen dat dit geen eenvoudige opgaven zijn. Daardoor lijkt de toepassing langs snelwegen vooralsnog minder kansrijk. Wellicht is het gebruik van TiO2-coatings op een andere plek, bijvoorbeeld binnens- huis, wel zinvol om concentraties van (andere) schadelijke stoffen te verminderen. Ook daar geldt echter een aantal van de genoemde bezwaren. Want het is ook daar waar- schijnlijk erg lastig om voldoende lucht in contact te brengen met de coating en de TiO2. Dr. Jan Duyzer Senior onderzoeker TNO