Eit nanoproblem i Førdefjorden

Dei siste åra har det vore mykje politisk bråk rundt sjødeponi i Førdefjorden. Selskapet Nordic Mining vil starte gruvedrift i Engebøfjellet, nærare bestemt utvinning av mineralet rutil. Dette vil føre med seg inntekter og arbeidsplassar, men óg store mengder avfall, som etter planen skal bli dumpa i Førdefjorden. Fjorden har status som nasjonal laksefjord, og er gyteområde for dei to raudlista artane blålande og pigghå. I april i år ga Klima- og miljødepartementet utsleppstillating til sjødepoiniet, der ein totalt kan dumpe 250 millionar masse spredt på opptil 4,4 kvadratkilometer over ein periode på 50 år.  Dette har ført til protestar blandt miljøvernorganisasjonar og stor merksemd i både nasjonal og internasjonal presse.

 

Atomstrukturen til rutil. For kvart titanatom (raudt) er det to oksygenatom. (Wikipedia)

Atomstrukturen til rutil. For kvart titanatom (raudt) er det to oksygenatom.

Rutil brukast til å lage rein titandioksid (TiO2), eit oksid som blir brukt i stor skala, houvdsakleg som kvitt fargestoff. Det blir mellom anna brukt i måling, piller, tannkrem og tatoveringsblekk. Noko av avfallet som skal dumpast er veldig finkorna støv (nanopartiklar) av dette mineralet, og det er dette som gjer saka interessant for smallPrint. Nanopartiklar av titandioksid har óg mange spennande bruksområde. Tidlegare har eg skrive om korleis det kan rense lufta for NOx-forureining og at mange solkremar inneheld nanopartiklar av TiO2. Dette er nyttige bruksområder og framtidsretta teknologi, men har desse nanopartiklane noko i ein fjord å gjere? Og gjer det større skade å dumpe bittesmå partiklar i fjorden, samanlikna med større partiklar?

 

Eit lite problem i store mengder
Dersom Nordic Mining får viljen sin, skal det årleg dumpast 6 millionar tonn gruveavfall i Førdefjorden. Omlag 3000 tonn av dette vil vere partiklar med storleik mindre enn 100 nanometer, og omlag 100 tonn av dette vil vere titandioksid (TiO2) på nanoform. Dette er etter utrekningar frå Naturvernforbundet. Å dumpe 6 millionar tonn masse årleg over 50 år gjer at fjordbotnen i området hevar seg 170 meter, og det er utenkjeleg at eit så stort inngrep ikkje har effekt på livet i fjorden, uavhengig av kva type masse ein dumpar. Desse konsekvensane må vurderast og takast alvorleg, og så får ein heller vurdere om dei positive sidene ved gruvedrift veger opp for dei negative. I den saka er det nok mange ulike meiningar, noko som eg ikkje går vidare inn på her. Eg er nemleg meir nysjerrig på korleis ein kan vurdere konsekvensane av utslepp av nanopartiklar i Førdefjorden.

Store og små partiklar
Fyrst og fremst er det viktig å forstå at ein må skilje mellom utslepp av «vanlege» partiklar og nanopartiklar, sjølv om dei består av dei same grunnstoffa. Dette kjem av at når partikkelstorleiken kjem på nanonivå, kan ein få heilt nye eigenskapar. Stoff kan mellom anna skifte farge, elektriske eigenskapar og smeltepunkt. Det er nettopp dette som gjer nanoteknologi så spektakulært og lovande, men det gjer óg at ein må ta forhåndsreglar: Stoff som vanlegvis er trygge, er ikkje nødvendigvis er trygge på nanoform, og omvendt.

Samstundes må ein hugse på at nanopartiklar allerede fins naturleg i miljøet rundt oss. I Miljødirektoratet si anbefaling understrekar dei at nanopartiklar allerede fins naturleg i fjorden og elles i miljøet, der dei skriv «Partiklar på nanostorleik fins overalt i naturen, og kan til dømes oppstå når dødt plantemateriale omdannast til humus eller når berggrunn forvitrar til leiremineraler». Dette åleine er likevel ikkje eit godt nok argument for at det ikkje er ufarleg å tilføre nye nanopartiklar i så stor skala som det er snakk om her. Naturleg forekommande stoff er ikkje nødvendigvis ufarlege, og såkalla kunstige stoff er ikkje nødvendigvis farlege. Til dømes er både tungmetall og cyanid (blåsyre) heilt naturlege stoff, utan at det gjer dei mindre giftige. Kunstig insulin blir dyrka fram på laboratorium og gjer livet lettare for fleire hundre millionar av diabetespasientar.

Så korleis må ein gå fram for å vurdere utslepp av nanopartiklar i ein fjord? Dette kan delast opp i to problemstillingar. Dei kommande to delane er basert på ein tekst frå nettsida Sustainable Nano, med tillating frå dei.

 

For det fyrste, korleis oppfører nanopartiklar seg i fjordvatn?

Dette spørsmålet er ikkje så lett å svare på. Fjorden er stor og påverka av mellom anna straumar og saltinnhald. Nanopartiklane blir transportert med vatnstraumar samanlikna med tungt avfall som vil synke rett til bunns. Dette gjer at dei kan spre seg over større avstandar. I fylgje målingar og berekningar kan partiklane bli transportert mellom 14 og 58 km før dei legg seg på botnen. Meir om dette kan lesast i ein kronikk frå Havforskningsinstituttet. Denne transporten forutset at nanopartiklane ikkje klumpar seg saman til større einingar, noko som blir dikustert i dei neste avsnitta.

Salt er søtt
Det at vatnet er salt har stor innverknad på korleis partiklar oppfører seg. Saltvatn består av vatn og oppløyst salt, mellom anna natriumklord. Natrium er positivt lada og klor er negativt lada. Desse elektrisk ladde partiklane (ionar) påverkar andre ladde partiklar. Titandioksid har metalliske eigenskapar, det vil seie at overflata er negativt lada, med mange elektron som lett kan omfordelast.

For at nanopartiklane skal bli minst mogleg påverka av dei ladde partiklane i vatnet, svarar det seg for partiklane å klumpe seg saman til større einingar. Kor stor denne effekten er, avheng av pH i vatnet, det vil seie kor surt eller basisk vatnet er. Surare vatn betyr at det er overvekt av posititvt lada partiklar, noko som forsterkar tendensen til samanklumping.

Dersom nanopartiklane klumpar seg saman i stor grad, er ikkje partiklane på nanoform lengre, og ein må vurdere problemet deretter. I beste fall synk dei større partiklane ned på botn og blir der, i staden for å bli ført avgarde av straumar i vatnet. Dette er den mest oversiktlege situasjonen. Det må óg nemnast at det etter planen skal tilsettjast såkalla flokkuleringskjemikal saman med gruveavfallet, for å få nanopartiklane til å klumpe seg lettare saman.

Organisk masse
Fjorden består ikkje av berre vatn og salt, men óg ei blanding av organisk masse. Det inneber alt frå jordrestar til naturleg nedbrotne dyr og planar. Thio et al. har studert korleis dette oppfører seg i nærleik av nano-TiO2, og funne ut at den organiske massen festar seg på overflata til nanopartiklane, og gjere desse endå meir negativt lada. Som diskutert med pH, vil større negativ ladning på overflata føre til at nanopartiklane i mindre grad klumpar seg saman. Denne effekten kan vere så stor at til tross for at vatnet er salt og surt, vil titandioksid forbli på nanoform.

For å oppsummere svaret på den fyrste problemstillinga: Ynskjesituasjonen for nanopartiklane er at dei klumpar seg saman, og dermed oppfører seg meir som vanleg titandioksid, som me har meir kjennskap til korleis oppfører seg. Om nanopartiklane klumpar seg saman eller ei, avheng mellom anna av saltinnhald, pH og organisk masse i vatnet. Høgare saltinnhald og lågare pH (surt vatn) fører til meir klumping, medan organisk masse motvirkar denne effekten.

Det andre spørsmålet som er relevant å spørje seg, er kva konsekevensar utslepp av nanopartiklar har på livet i fjorden.

Det er umogleg å attskape eit så stort og komplekst biosystem i eit laboratorium, men ved å studere nøkkelorganismar i isolerte forsøk, kjem ein eit stykkje på veg. Planteplankton er ein slik organisme, den ligg i botn av så godt som alle marine næringskjeder og er såleis viktig for alt liv i havet. Planteplankton hentar energi frå sola via fotosyntese og tek opp næringsstoff frå vatnet for å vekse. Denne næringa finn seinare vegen oppover næringskjeda. I likheit med plankton, reagerer nanopartiklar av titandioksid med sollys. Ikkje via fotosyntese, men ein reaksjon som gir frie radikalar. Det er denne mekanismen som gjer at titandioksid blir brukt i produkt som sjølvrensande glas og coating som rensar NOx frå lufta.

 

Surirelasublinearis

Diatoméar, ein av dei vanlegaste formane for planteplankton.

Hemmar vekst
Så kva skjer med planteplankton i vatn som har nano-TiO2 i seg? Miller et al. har publisert forsøk med  låg TiO2-konsentrasjon i saltvatn som viser at mesteparten av partiklane klumpa seg saman grunna saltinnhaldet, men ein del av det danna frie radikalar som hemma veksten av planteplankton. Frie radikalar «manglar» eit elektron, noko som gjer dei svært reaktive. Desse forbindelsane er skadeleg for alle typar celler, og kan derfor gjere stor skade på livet i fjorden. Her er  det viktig å påpeike at denne type reaksjon kun skjer når nanopartiklane er eksponert for sollys. Gruveavfallet skal etter planen bli dumpa på 300 meter djubde, der sollyset er sterkt redusert. Kor store konsekvensar dette får, avheng derfor av om nanopartiklane blir transportere av straumar eller flyt opp til grunnare vatn der meir sollys slipp til.

Det er mykje som gjenstår å skrive angåande moglege konsekvensar nanopartiklar har på livet i fjorden. Det har mellom anna blitt forska på korleis nano-TiO2 påverkar regnbogeaure og at karpe aukar opptak av det skadelege metallet kadmium når det er utsett for nanopartiklar av TiO2. Felles for publiseringane er at dei understrekar at dette er eit felt det har blitt lite forska på, og at meir kunnskap er nødvendig. I Miljødepartementet er dei meir sikre enn forskarane, då dei i anbefalinga for gruvedepodi i Førdefjorden vurderer konsekvensane av nanopartiklar, og konkluderer med fylgjande: Basert på den informasjon som føreligg per i dag har me i utgangspunktet ikkje grunn til å tru at det vil oppså vesentlege, negative miljøeffekter som følgje av danning av nanopartiklar i produksjonen.

Tverrfagleg problem
Denne saka skil seg ut for ein nanoteknolog fordi at sjølv om partiklane i seg sjølv fortsatt er veldig små, er det snakk om ekstremt store mengder av det. 3000 tonn nanopartiklar i året, eller 8,3 tonn kvar dag om det er lettare å ta inn over seg. Totalt er det snakk om 6 millionar tonn avfall i året. Sånn sett er ikkje dette berre eit nanoproblem, men eit problem knytta til dei utruleg store mengdene som skal lagrast i fjorden. For å vurdere konsekvensane, trengst det mykje fagkunnskap frå ulike fagfelt. Geologar, nanoteknologar, marinbiologar og hydrologar har alle mykje dei skulle sagt, og problemet kan ikkje berre vurderast frå ein ståstad.

I ein så viktig og vanskeleg debatt, er det viktig å halde seg til fakta så langt som råd, og elles innsjå at det er områder der ein rett og slett veit for lite om konsekvensane. Avfallet er ikkje nødvendigvis farleg fordi det er på nanostorleik. På den andre sida er det heller ikkje nødvendigvis trygt sjølv om titandioksid er eit naturleg forekommande mineral, eller fordi det allerede fins naturlege nanopartiklar i vatnet.

Illustrasjonsfoto: Simo Räsänen


Vidare lesing og dokumentasjon:

Brev frå Naturvernforbundet til Klima- og miljødepartementet angåande risiko ved utslepp av gruveavfall i Førdefjorden. 14.1.14

Miljødirektoratet si anbefaling for behandling av Nordic Mining si søknad om tillating til gruvevirksomheit frå 13.2.15. På side 56 blir effekten av nanopartiklar diskutert.

Utsleppstillating til gruvevirksomheit i Engebøfjellet frå Klima- og miljødirektoratet frå 17.5.15

Om sjødeponi vs landdeponi og moglege konsekvensar frå Gemini, 20.5.15

Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedinmailby feather
 


Marit Kjærvik

Om

Eg synes linken mellom teori og anvendelse er veldig spennande, og ser på det som ein god utfordring å formidle dette. For smallPrint skriv eg gjerne om samfunnsrelevante og aktuelle tema knytta til nanoteknologi. Elles syns eg det er spesielt motiverande å skrive om teknologi som allerede er testa ut og som fungerer. Eg er utdanna nanoteknolog, og det kommande året er eg ansatt av GenØk- senter for biosikkerheit, der eg skal jobbe som forskar ved North West University i Sør-Afrika.


'Eit nanoproblem i Førdefjorden' har 2 ckommentarer

  1. 5. februar 2016 @ 13:54 smallPrint / Antibakterielle klede: Ei sveitt sanning

    […] tema som ikkje blir tatt vidare opp her. Tidlegare har eg skrive om dette i samanheng med gruvedrift og sjødeponi i Førdefjorden. Det er ikkje heilt det same, men tek opp korleis ein går fram for å vurdere nanopartiklar i […]

    Svar

  2. 18. februar 2016 @ 09:06 smallPrint / Ni spørsmål med Marit

    […] Twitter eller i samtale med venner. Noko av det mest spennande eg har skrive om i det siste er om dumping av nanopartiklar i forbindelse smed gruvedrift i Førdefjorden, og det er nettopp slike saker eg håpar å skrive meir om i […]

    Svar


Del dine tanker

Your email address will not be published.

© smallPrint A.S. All right reserved. Page based on Old Paper by ThunderThemes.net