All posts by Jakke Mäkelä

Physicist, but not ideologically -- it's the methods that matter. Background: PhD in physics, four years in basic research, over a decade in industrial R&D. Interests: anything that can be twisted into numbers; hazards and warnings; invisible risks. Worries: Almost everything, but especially freedom of speech, Internet neutrality, humanitarian problems, IPR, environmental issues. Happiness: family, dry humor, and thinking about things.
Fast1

Fast1 19.3.2012: Modelling peoples’ kitchen lives

Incineration of municipal sold waste works fine, as long as the waste has been correctly recycled at the source. Impurities can harm both the environment and the incinerator. Chlorine, for example, can corrode the incinerator walls as well as producing nasty poisons.

[English translation]. Finnish version: click here.

It is important that recycling at the source is done well. However, since it is a human activity, it is never done well. The question is how badly it is done. Many people do not care. And even for those who do care, the reality is so complicated that mistakes will happen.

PVC plastics are a good concrete example. One needs to remember that it is OK to incinerate plastic bottles, but not plastic dividers, binders, or inflatable toys. One needs to figure this out from small nearly identical icons which, to be honest, mean absolutely nothing unless one has cracked the code and has a good memory.

(The top row can be incinerated. The bottom row cannot).

This being the case, we know there will be some PVC in the incinerator waste. How much? Where does it come from? Does quality control get rid of it? How much improvement is possible, if the recycling is done better at the source — basically, in peoples’ kitchens?

There are other similar substances. Problems are caused by waste which                            a) is harmful when incinerated and                                                                                        b) can easily get put in the wrong trash bin.                                                                       Aluminum (for example the covers of yogurt cups) is another potential substance which should be recycled rather than burned, and it can cause problems in the furnace.

Is the amounts so small that this is completely irrelevant? Perhaps. Hard to say without studying more. Has it been researched? Yes. Several studies on the trash contents have been done in Finland alone.

However, I have not (yet) found research that would answer this exact question. Scientifically, it is incomprehensibly boring: does a typical person wash the caps of his yogurt containers and put them in the metal-recycling bin, and does he not? The physicist in me could not care less.

Yet it might well be worth researching, both for the environment and for the operation of the incinerators.

If mistakes turn out to be common, it would imply that the usability of recycling needs to be improved. Instead of seven identical triangles, would it make more sense to have large colorful icons which say exactly what should be done with the material? Usability is an artform of its own, so I do not know.

More blogs on the subject (Finnish only): here.

“Fast1” ideas have 15 minutes or less of thought behind them. They should be treated accordingly. Errors are possible, even probable.

Jätteet, Päivän heitto, Ympäristö

Päivän heitto 19.3.2012: Miten mallintaa jätekäyttäytymistä?

1 Comment

 

Jätteenpoltto onnistuu hyvin, jos poltettavan jätteen sekaan ei pääse liikaa vääränlaista tavaraa. Huono aines voi sekä lisätä saastepäästöjä että haitata laitoksen toimintaa. Esimerkiksi kloori syövyttää polttokattiloita sen lisäksi, että se voi muodostaa ikäviä myrkky-yhdisteitä.

Syntypaikkalajittelun on siis syytä onnistua. Kuitenkin syntypaikkalajittelu väistämättä epäonnistuu, kuten kaikki inhimillinen toiminta.  Ainoa kysymys on, kuinka paljon. Välinpitämättömyyttä ei pidä aliarvioida. Ja vaikka oletettaisiin paras mahdollinen tahto, ohjeet ovat todellisuudessa niin monimutkaisia että virheitä sattuu.

PVC-muovi on hyvä konkreettinen esimerkki: pitäisi osata muistaa että polttokelpoista ovat esimerkiksi pesuainepullot, mutta taas eivät mapit, muovitaskut, tai puhallettavat lelut ja patjat. Tämä pitäisi viime kädessä päättellä pienistä identtisistä tunnuksista, jotka luvalla sanottuna eivät kerro yhtään mitään.

Kun tilanne on tämä, voidaan lähteä siitä, että poltettavaan jätteeseen menee PVC-muovia. Kuinka paljon sitä menee? Mistä lähteistä sitä tulee eniten? Kuinka paljon siitä saadaan kerättyä pois laaduntarkkailussa? Kuinka paljon sitä saataisiin vähennettyä, jos lähtöpaikkakierrätys saataisiin paremmaksi?

Muitakin vastaavia aineita löytynee miettimisellä. Ongelma ovat nimenomaan aineet, joista
a) on poltolle haittaa, ja
b) jotka helposti menevät väärään paikkaan kun kotitaloudet lajittelevat jätteitään.
Alumiini (mm jugurttipurkkien kannet) on toinen mahdollinen esimerkki — alumiini tuottaa kuonaa kattilaan, ja toisaalta jää kierrättämättä mikäli se menee poistotuhkaan.

Onko tämä täysin lillukanvarsia? Ehkä. Tutkimatta on vaikea sanoa. Onko sitä tutkittu? On;  esimerkiksi Nina Teirasvuon kandidaatin tutkinnon lopputyöstä löytyy viitteitä useisiinkin tutkimuksiin.

Aivan tällä kysymyksenasettelulla en kuitenkaan ole materiaalia (vielä) löytänyt.  Asia on tieteellisesti mahdollisimman mielenkiinnoton: viitsiikö todellinen ihminen pestä jugurttipurkkiensa kannet ja laittaa ne metallijätteisiin, vai menevätkö ne poltettaviin? Fyysikkona sanon plääh.

Silti se voisi olla tutkimisen arvoista, sekä ympäristön että polttolaitoksen toiminnan kannalta.

Ja jos osoittautuisi että virheitä tapahtuu paljon, se tarkoittaisi että kierrätysohjeiden käytettävyydessä on parantamisen varaa. Seitsemän identtisen muovikolmion sijaan tarvitaan värillisiä logoja jotka suoraan kertovat miten on toimittava. Käytettävyys on kuitenkin oma taiteenlajinsa, johon en osaa ottaa kantaa.

Jätteisiin liittyviä muita kirjoituksia: Jätteet

“Päivän heitot” ovat ideoita, joiden miettimiseen on kulutettu korkeintaan vartti. Ne tulee ottaa sellaisina.

Avoin seuranta, Päivän heitto, Security

Päivän heitto 15.3.2012: Hyötykäyttöä kansalaisfyysikoille

Voisiko fyysikoista olla hyötyä kansalaisliikkeissä?

Jätteenpolttoasioita tonkiessani (ks täältä) törmään jatkuvasti siihen, että laskelmien lähtöoletuksia on vaikea löytää. Niissä on usein heikkouksia.

  • Leviämismalleja tehdään vain yhdellä piipunkorkeudella
  • Käytetään optimistinta oletusta omalle puolelle, ja pessimististä vastapuolelle
  • Kaasuonnettomuuksissa selvitetään kunkin kaasun vaikutus erikseen, mutta ei yhteisvaikutuksia mikäli useita kaasuja vapautuu yhdellä kertaa.
  • Jne jne.

Puutteet ovat usein melko ilmeisiä, ilman massiivista erityisosaamistakin. Kohtuullinen luonnontieteellinen tai tekninen koulutus riittää. Käytän fyysikkoja esimerkkinä koska itse olen sellainen, mutta muut voivat olla jopa pätevämpiä.

Tiedon kaivaminen esiin on kuitenkin ainakin 90% työstä. Väitän, että mikäli materiaali vain olisi kasassa, Suomessa riittää osaajia analysoimaan sitä läpi jopa harrastuspohjalta. Tekeminen ei vaadi erityistä ideologista taustaa (vaikka itse olenkin Suomen Luonnonsuojeluliiton rivijäsen). Pätevä tutkijatyyppi osaa suhtautua harrastukseensakin kylmän analyyttisesti, oli oma mielipide mikä tahansa.

Perustan väitteeni kertaluokka-arvioihin, joita löytyy mm saa Tilastokeskuksen työntekijätilastoista sekä Akavan 2009 tilastoista. Akavan mukaan kategoriassa Fyysikko/Matemaatikko/Tietojenkäsittelytietelijä on 13,000 ihmistä, ja erilaisia kemistejä 14,000.  Tilastokeskuksen luvuista löytyy mm 7500 maankäytön ja yhdyskuntarakentamisen asiantuntijaa.

Esimerkiksi näiden alojen pohjakoulutus auttaa pääsemään nopeasti kärryille. Huonon tutkimuksen tunnistaa jo kaukaa. Perheellinen (tai perheetönkään) ei pysty kuluttamaan kuin muutaman tunnin silloin tällöin, mutta se voi jo riittää.

Vaikka sopivista ihmisistä saataisiin “analyysitalkoisiin” alle prosentti, tämäkin tarkoittaa kymmeniä ihmisiä. Puolikyynisesti sanottuna nykyinen työttömyystilannekin on otollinen; kortistosta alkaa löytyä koulutettua työvoimaa jolla on aikaa käytettävissä.

Jonkun muun olisi kuitenkin tehtävä varsinainen raakatiedon kaivaminen. Se on hermoja raastavaa ja vaatii omaa erityisosaamista, erityisesti hallinnosta ja virkamieskielestä. Tieto pitäisi paketoida sellaiseen muotoon, että vain “mielenkiintoinen” osuus on tekemättä (fyysikolle “mielenkiintoinen” tarkoittaa jotain aivan muuta kuin normaalille ihmiselle).

Rohkaisenkin erilaisia kansalaisjärjestöjä panostamaan teknisen tiedon kaivamiseen ja dokumentointiin, vaikka tällä hetkellä tuntuisikin että tiedolla ei tee mitään. Jos kysymykset vain saa muokattua tarpeeksi kiinnostavan näköisiksi, analyytikkoja kyllä löytyy. Näin väitän.

Muita aihetta sivuavia kirjoituksia: täällä.

“Päivän heitot” ovat ideoita, joiden miettimiseen on kulutettu korkeintaan vartti. Ne tulee ottaa sellaisina. 

 

Jätteet, Ympäristö

Kun jäte palaa väärin, Osa 2: Elohopeakatastrofit?

1 Comment

Voiko jätteenpoltossa syntyä katastrofaalista elohopeapäästöä? Julkisen tiedon perusteella voi yrittää tehdä karkeita arvioita. Päädyn siihen, että tällainen suurpäästö olisi realistinen vain, jos laitoksen operaattori syyllistyisi tahalliseen rikokseen.

[English summary: Could waste incineration result in a catastrophic mercury emission? Publicly available information is sufficient for a rough analysis. I come to the conclusion that such a catastrophe is realistic only if the operator engages in criminal activity].

Jätteisiin liittyviä muita kirjoituksia: Jätteet

Riskianalyysillä ennakoidaan onnettomuustilanteita. Siinä tunnistetaan mahdolliset riskit, arvioidaan niiden todennäköisyys, ja arvioidaan kuinka paljon tuhoa ne tapahtuessaan aiheuttaisivat. Riski tiivistyy periaatteessa yhteen lukuun eli impaktiin: todennäköisyys kertaa vaikutus.

Olen pohtinut Turkuun suunnitellun jätteenpolttolaitoksen onnettomuusriskeja (ks aiempi kirjoitus).  Mietin, voisiko riskianalyysiä hiukan muokata.  Polttolaitosten päästöillehän on jo etukäteen määritelty maksimi-impakti: viranomaisten laatimat päästöjen ohje- ja raja-arvot.

Kun ohjearvot summataan yli tehtaan elinkaaren, se kertoo kuinka paljon vahinkoa yhteiskunta on valmis hyväksymään. Kokonaisvahinko on numero: tonneja hiilidioksidia, grammoja dioksiinia.  Katastrofiksi katsoisin tällöin tilanteen, jossa merkittävä osa kokonaisvahingosta toteutuu yhden ainoan tapahtuman aikana. Tällöin ei tarvitse erikseen analysoida, mitä vaikutuksia katastrofilla lopulta oli.

Mitä sitten tarkoittaa “merkittävä osa”? Neuvottelu- ja määrittelykysymys. Periaatteessa 100% olisi selkeä raja. Jos kaikki laitokselle sallitut vauriot tapahtuvat yhdessä iskussa, voidaan tietyssä mielessä katsoa, että kaikki suojelutyö on mennyt hukkaan, kaikkien osapuolten kannalta.  30 vuoden elinkaarella tilanne olisi siis katastrofi, jos päästö ylittää vuorokauden ajan raja-arvon yli 10,000-kertaisesti.

Tämä ajattelutapa voisi helpottaa kansalaisseurantaa, josta olen aiemmin kirjoittanut.  Absoluuttisten päästömäärien mittaaminen on vaikeaa, suhteellisten muutosten helpompaa. Tällöin voitaisiin käyttää huomattavasti nykyistä halvempia mittausmenetelmiä.

Ajatus ei ole täydellinen, koska viranomainen voi aina muuttaa päästörajoja.  Laitoksen elinaikakaan ei välttämättä ole tunnettu. Esimerkiksi kaivos saatetaan sulkea lyhyellä varoitusajalla, muu teollisuuslaitos taas saada toistuvasti lisäaikaa.  Tarkasteluvälin kannattaisi siksi olla lyhyempi, esimerkiksi vuosi. Tällöin jo 300-kertainen raja-arvon ylitys olisi katastrofi. Tämänkääntasoisia ylityksiä ei missään teollisessa toiminnassa pitäisi hyväksyä.

Jätteenpolttolaitosten päästöille on direktiivein määritelty raja-arvot (Taulukko 1). Taulukko kertoo vasta osatotuuden, koska pitoisuudet on määritelty kuutiometriä kohden. Vuosittainen päästömäärä riippuu siis siitä, kuinka paljon piipusta kaasua lähtee. Tätä tietoa ei ole helppo löytää, ja  Turussa selvitys on vielä kesken.

Päästökomponentti Pitoisuus savukaasussa, mg/m³
Rikkidioksidi, SO2 50
Typen oksidit NOx 200
Hiukkaspäästöt 10
Kloorivery, HCl 10
Fluorivety, HF 1
Dioksiinit ja furaanit 0.1×10^⁻6
Raskasmetallit Cd, Tl 0.05
Elohopea Hg 0.05
Raskasmetallit Sb, As, Pb,… 0.5
Kaasumaiset orgaaniset aineet, TOC 10

Taulukko 1: Jätteenpolttolaitosten pitoisuuksien maksimipäästörajat. Käytännössä normaalitoiminnassa luvut ovat merkittävästi pienempiä.

 

Otan yksinkertaisuuden vuoksi käsittelyyn tässä vain elohopean. Käytän suuntaa-antavana Seinäjoen polttolaitoksen YVA-selvitystä (laitosta ei lopulta toteutettu).  Laskelmien mukaan elohopeaa olisi Seinäjoella vapautunut ilmaan noin 30 kiloa vuodessa. Tämä oletuksella että päästöt ovat vain 1% raja-arvosta. (Luvuista pystyy taaksepäin arvioimaan, että kokonaisvirtaus olisi 180,000 kuutiometriä päivässä. Tämä lienee Turunkin tapauksessa oikea kertaluokka).

Määrä voi tuntua suurelta, mutta esimerkiksi VTT:n tutkimus antaa perspektiiviä.  Koko Euroopan elohopeapäästöt ovat arviolta 250 tonnia/vuosi, joten 30 kg on lähinnä pisara meressä.  Saman tutkimuksen mukaan tavallisessa sekajätteessäkin tyypillinen elohopeamäärä on noin 2 mg/kg.

Turun tulevassa laitoksessa poltettaisiin YVA-selvityksen mukaisesti noin 400 tonnia jätettä per vuorokausi. Tällöin jätteen mukana tulisi normaalistikin n 300 kg elohopeaa vuodessa (800 grammaa/päivä). Elohopealle puhdistusteho vaihtelee 10-90% välillä (lähde: MassDep), mutta voitaneen olettaa että Turussa teho olisi hyvä eli ainakin 90%. Ilmaan pääsevä määrä olisi tällöin samaa suuruusluokkaa kuin Seinäjoella, eli 30 kg vuodessa.

Avainkysymys: Löytyykö täysjärkistä skenaariota, jossa vuorokauden aikana polttolaitokselta pääsisi ilmaan 30 kg elohopeaa?

Vaikuttaisi siltä, että ei löydy.

Jätettä varastoidaan 7-10 päivän tarpeiksi, joten periaatteessa täydessä varastosiilossa on normaalioloissakin jokunen kilo elohopeaa. Vaikka koko varaston sisältö palaisi täydellisesti, tämä on paljon alle katastrofitason.

Elohopea on lähes poistettu normaaliympäristöstä, mutta vanhoissa laitteissa sitä voi vielä olla. Vanhoissa loisteputkissa voi olla elohopeaa noin 2 grammaa, elohopealämpömittareissa 1-3 grammaa.  Näitä pitäisi siis joutua jätteen sekaan tuhansia, jotta päästäisiin edes elohopeakiloon.   Elohopeapattereissa saa olla korkeintaan 25 mg elohopeaa per patteri, ja kilo vaatisi siis 40,000 patteria.  Tällaisia määriä ei vahingossa jätteen sekaan pääse, ja laaduntarkkailu huomaisi ne heti.

Toki voidaan kuvitella tilanne jossa ongelmajätelaitokselle tarkoitettu lasti päätyykin polttolaitokselle, ja asiaa ei laaduntarkkailussa huomata tai haluta huomata. Suomen oloissa näin massiivinen rikos tuntuu epätodennäköiseltä, mutta mahdoton se ei ole (vrt Ylen uutinen). Tällaista toimintaa vastaan on vaikea suojautua.

Ainoat muut skenaariot ovat sabotaasi tai ympäristörikos.  Elohopea on 13 kertaa tiheämpää kuin vesi, joten 30 kg vie tilaa vain kaksi litraa. Näin pieni määrä olisi mahdollista ujuttaa muun jätteen sekaan vaikkapa muovipulloissa, ja se saattaisi mennä läpi mikäli linjalla ei ole tarpeeksi tarkkaa elohopeamittausta.

Sabotaasi elohopealla ei kuulosta järkevältä, vaikka massiivinen vuoto saattaisikin pysäyttää laitoksen toiminnan pitkän puhdistuksen ajaksi. On paljon helpompi hahmottaa ympäristörikos (tahallinen tai tuottamuksellinen). Pienehköjä elohopeapäästöjä jätteen sekaan tapahtuu silloin tällöin (vrt Ylen uutinen). Kymmenien kilojen piilottamiseen on kuitenkin helpompiakin menetelmiä kuin polttolaitoksen käyttö — esimerkiksi mereen dumppaaminen.

Koska tämä analyysi on tehty hyvin puutteellisin tiedoin, se on korkeintaan suuntaa antava. Tällä perusteella katastrofaalinen elohopeapäästö olisi realistinen vain, jos laitoksen operaattori itse syyllistyy tietoiseen ympäristörikokseen. Muunlaisia katastrofaalisia päästöjä ei tässä ole käsitelty.

 

Avoin seuranta, Päivän heitto, Ympäristö

Päivän Heitto, 7.3.2012: Kansalaissertifiointi

6 Comments

Voisivatko viranomaiset “sertifioida” harrastajia tekemään saastepäästömittauksia?

Saastepäästöjen seurannassa yksi ongelmista on sensorijärjestelmien hinta.  Teollisuus voi (tällä hetkellä perustellustikin) väittää, että luotettavan seurantaverkon luominen on liian kallista.

Fair enough. Toisaalta jo nyt saa muutamalla satasella oman sääaseman ja mittaukset reaaliaikaisesti nettiin. Asemat vain eivät ole kalibroituja, ja varsinkin tuulen mittaus voi olla mitä sattuu. Eräs ukkostutkia harrastava tiivisti asian suunnilleen näin: “Tämä touhu on vähän kuin mopopoikien virittelyä. Jos yhden osan saa toimimaan, niin sitten pettää jokin muu”.  Tämä ei ollut ilkeyttä; se oli yksinkertaisesti hyväntuulista realismia.

Käytännössä seuraavien vuosien aikana myös erilaisten “kaasusensoreiden” hinnat laskevat niin alas, että amatööriverkkoja alkaa syntyä. Lainausmerkit tahallisia; kaasujen mittaus on kertaluokkaa vaikeampaa kuin vaikkapa lämpötilan (joka muuten sekin on huomattavan vaikeaa).  Mutta vaikka sensorit olisivat mitä huuhaata, kansalaiset alkavat tuottaa itse omaa reaaliaikaista seurantadataansa elleivät viranomaiset ja yritykset sitä tee.

Kansalaisjournalismi on jo tätä päivää, kansalaismittaukset voivat olla ensi vuotta. Mutta jos tehtaan päästöjä yritetään seurata mopopoika-menetelmällä, jälki voi olla rumaa. Varsinkaan vääristä hälytyksistä ei hyödy kukaan, eivät kansalaiset eivätkä pelastusviranomaiset.

Voisiko kompromissi olla, että viranomaiset “sertifioisivat” tarpeeksi luotettavia kansalaisia toimimaan mittaajina? Tämäntapainen käytäntö on esimerkiksi Ursan myrskybongareilla. Ilmatieteen laitos voi koulutuksen perusteella sertifioida harrastajia, joille annetaan lisädataa ja heidän havaintojaan vastaavasti käytetään esim tutkajärjestelmien verifiointiin.

Päästöt ovat vakavampi asia, eikä sertifioidulle havainnoitsijoille  voi antaa esimerkiksi mitään virallista neuvontaoikeutta.  Mahdollisesti heidän mittauksensa voitaisiin kuitenkin esim tilannekuvan muodostuksessa vakavammin kuin muut.

Ajatus voi olla juridisesti mahdoton. Ennen muuta on vaikea määritellä, mikä tällaisten  tarkkailijoiden todellinen vastuu olisi. Käytännössä olisi ehkä toimittava jollakin tavalla samoilla periaatteilla kuin vapaaehtoinen pelastuspalvelu tai SPR. Joka tapauksessa kehitys on nähdäkseni väistämätön, ja siihen kannattaisi alkaa varautua jo nyt.

Muita aihetta sivuavia kirjoituksia: täällä.

“Päivän heitto” on Zygomatican versio twiittauksesta. Joidenkin
kysymysten miettimiseen kannattaa kuluttaa vartti, ei enempää eikä
vähempää.