Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden eli VOC-yhdisteiden mittaaminen on noussut keskeiseksi osaksi ympäristömme turvallisuuden ja ilman laadun arviointia. VOC-yhdisteitä vapautuu kaikkialta, ja ne voivat vaikuttaa merkittävästi sekä ihmisten terveyteen että ympäristöön. VOC-yhdisteet voivat aiheuttaa terveyshaittoja, kuten hengitystieoireita, päänsärkyä ja pitkäaikaisessa altistuksessa vakavampia vaikutuksia. Siksi niiden mittaaminen auttaa tunnistamaan riskit ajoissa ja parantamaan tuotteiden laatua ja oikeaa käyttöä. Lisäksi mittaukset tukevat viranomaisvalvontaa ja auttavat yrityksiä täyttämään erilaiset ympäristö- ja tuotevaatimukset.
Tutkimuksessa oli mukana erilaisia koivu- ja hamppupohjaisia biohiiliä. Biohiilet oli tuotettu panos- tai jatkuvatoimisella hidaspyrolyysiprosessilla. Heti hidaspyrolyysiprosessin jälkeen biohiilet suljettiin lasiastioihin, jotta yhdisteitä ei päässyt haihtumaan ennen mittauksia. Varsinaiset VOC-mittaukset suoritettiin µCTE-laitteistolla hallituissa olosuhteissa. Mittauksissa käytetyt lämpötilat olivat 60, 140 ja 220 °C. Biohiilistä emittoituvat yhdisteet kerättiin Tenax TA-putkiin, jotka soveltuvat hyvin VOC näytteiden talteenottoon. Kerätyt näytteet analysoitiin laboratoriossa kaasugromatografia-massaspektrometria (GS-MS)-laitteistolla, joka mahdollistaa yhdisteiden tarkan tunnistamisen ja kvantitoinnin. Näytteille tehtiin lisäksi koostumusanalyysit ICP-OES-laitteistolla ja Vario MICRO elemental analyzer -laitteistolla, joita varten biohiilinäytteet oli myös jauhettu ja seulottu <100 µm. Koostumusanalyysissä määritettiin alkuainepitoisuudet sekä pääkomponenteille että tärkeimmille epäpuhtauksille. Näytteille määritetyt aktiiviset pinta-alat vaihtelivat välillä 140–300 m2/g, mikä osoittaa, että pienikin määrä biohiiltä pystyy adsorboimaan paljon epäpuhtauksia.
Tulokset osoittavat, että erilaisten biohiilien emissioiden välillä on merkittäviä eroja. Havaittiin, että kokonais-VOC emissiot kasvavat useita kertaluokkia lämpötilan noustessa, kun taas alle 60°C:ssa ne jäävät hyvin pieneksi eli alle mittausrajan. Havaittiin myös, että biohiilien jälkiprosessoinneilla voidaan pienentää merkittävästi vapautuvia emissioita. Verrattaessa tuloksiamme kirjallisuuteen, havaitsimme myös meidän mittaamistamme biohiilistä potentiaalisia toksisia yhdisteitä, kuten erilaiset fenolit, furaanit ja bentseeni, joiden määrät ovat onneksi pieniä oikein prosessoiduissa biohiilissä.
VOC-mittauksien merkitys kasvaa tulevaisuudessa entisestään. Samalla tietoisuus VOC-yhdisteiden vaikutuksista lisääntyy, mikä ohjaa biohiilien ja muiden biopohjaisten materiaalien valmistusta ja käyttöä niin, että ne tukevat Suomen vihreää siirtymää ja ovat myös turvallisia ihmiselle ja ympäristölle.
Kirjoittajat:
Isa Lyijynen, Reijo Lappalainen
Itä-Suomen yliopisto, Teknillinen fysiikka