Foto: Francisco Periales

Saken er hentet fra NILUs årsrapport 2019: Veistøv og vedfyring er kjente kilder til svevestøv i norske byer, men industri og byggeplasser er også steder der særlig de ansatte kan være utsatt for til dels høye svevestøvnivåer i arbeidshverdagen. I et nytt prosjekt har Kjeller Innovasjon og NILU utviklet tjenester som kan gi mer detaljert informasjon om forurensningsnivåer i sanntid på industrielle arbeidsplasser. Det kan gi NILU nye muligheter for tjenester mot industrien.

Det kan være skadelig å puste inn for mye svevestøv – men hvordan vet man når grensen er nådd? For å svare på dette igangsatte Kjeller Innovasjon prosjektet «Leopard», der NILU – Norsk institutt for luftforskning bidro betydelig. Målet med prosjektet var å utvikle en liten, bærbar sensor som måler svevestøvpartikler i ulike størrelser i sanntid med høy nøyaktighet, og varsler om for høye svevestøvkonsentrasjoner i lufta.

En svevestøvsensor blir til

– Det har vært et meget spennende prosjekt, som resulterte i nye produkter og tjenester som NILU kan tilby i framtiden, forteller seniorforsker Matthias Vogt.

– I første steg benyttet vi oss av såkalt DAK-tegning (dataassistert konstruksjon, på engelsk «CAD-drawing»). Tegningen ble utgangspunktet for en liten og lett sensor som skulle kunne måle svevestøvpartikler i ulike størrelser og med høy nøyaktighet, utdyper han.

– Samtidig måtte den kunne kalibrere seg selv, automatisk og i sanntid, for å tilpasse seg svevestøvkonsentrasjonene i luften den er omgitt av.

For å få best mulig resultat, ansatte NILU seniorforsker Tuan-Vu Cao, som har en doktorgrad innen elektroteknikk. Som hoveddesigner og teknisk koordinator jobbet han med utviklingen av sensoren i Leopard-prosjektet. Hans kunnskap om lysspredning, mekanikk, luftstrømmer og kalibrering av sensorer var avgjørende for å kunne lage svevestøvsensoren for prosjektet – men også som del av NILUs produkter og tjenester i fremtiden.

En komplementær tilnærming …

Som en komplementær tilnærming til design av sensoren brukte forsker Islen Vallejo og ingeniør Torbjørn Heltne fra NILU en iterativ metodikk mellom mekanisk design og eksperimenter på datamaskin, for å bedre forstå hva som foregår på innsiden av sensoren før den produseres.

Numerisk fluiddynamikk (engelsk computational fluid dynamics – forkortet CFD) gjør det mulig å simulere hvordan geometrien påvirker luftstrømmen med ulike nivåer av forurensningskomponenter når den beveger seg gjennom sensoren.

Samtidig kan man observere hvordan forurensningskomponentene forholder seg i sensorens innerste. Beveger for eksempel partikler i ulike størrelser seg gjennom sensoren i samme hastighet, eller vil noen partikler legge seg på sensorveggen? CFD kan brukes både for gass- og partikkelsensorer.

… som åpner for nye muligheter

– På denne måten kan vi finne ut ganske nøyaktig hvordan sensoren kommer til å forholde seg i reelle situasjoner og under ulike meteorologiske betingelser, forklarer Vallejo. – Det kan spare oss for mange måneder med felt-testing.

Det samme prinsippet kan også brukes for å teste rimelige luftmålere, som vanligvis ikke leverer måledata i bra nok kvalitet.

– Vi kan bruke og tilpasse disse algoritmene for å forbedre datakvaliteten fra de rimelige måleinstrumentene, fortsetter Vallejo. – Det vil også gjøre det mulig å installere store nettverk av rimelige luftmålere over en hel by for å måle luftkvalitet på ulike steder i byen i sanntid. Dette er en viktig tjeneste NILU nå kan levere til for eksempel kommuner og andre interessenter.

Testing under reelle forhold

En stor metallprodusent var veldig interessert i Leopard-prosjektet, og stilte sine produksjonshaller til rådighet for å teste sensoren under reelle forhold.

– Det viste seg at kunnskapen om svevestøvforurensning var begrenset hos både arbeidsgiver og de ansatte, forteller Vogt. – Selvfølgelig gjennomførte de undersøkelser av inneluft i tråd med arbeidsmiljøloven, og så lenge forurensningsnivået var innenfor den lovlige grenseverdien antok de at alt er i orden. Men det er jo ikke nødvendigvis det, fordi selv svevestøvnivåer som er innenfor grenseverdiene kan føre til helseskader pga de ultrafine partiklene som pustes dypt inn i lungene, forklarer han.

Da den involverte produsenten fikk mer informasjon rundt sammensetningen av svevestøv og hvordan de ulike svevestøvpartikler kan skade helsen til tross for lave nivåer, ble de svært interesserte.

Fra før kjente de ikke til at forurensningsnivåene kunne variere i de forskjellige fabrikkområdene, fordi nivåene henger sammen med ulike utslippskilder, arbeidsprosesser og byggetiltak på hvert enkelt sted. Det ønsket de som arbeidsgiver også ytterlige informasjon om fra Leopard-prosjektet.

Skaper løsninger

– Med vår metode kunne vi kartlegge forurensningsnivåer i hele arbeidsområdet i sanntid, forteller Vogt. – På denne måten kunne vi identifisere ulike forurensningskilder. I dialog med oss forskere ble arbeidsgiveren mer bevisst på problematikken, og de fikk mye informasjon som førte til større eierskap på arbeidsgiversiden.

– Basert på prosjektets resultater har metallprodusenten nå satt i gang med byggetiltak for å redusere svevestøvnivået i en av de hallene som vi undersøkte, for å beskytte arbeiderne mot helseskader fra svevestøv. Dette er kjempebra, forteller en fornøyd Vogt.

Leopard-prosjektet har dermed åpnet veien for nye tjenester NILU kan tilby til industri og andre kunder.