IVL Swedish Environmental Research Institute

Under år 2015 och vinterhalvåret 2015/16 deltog 21 kommuner, i varierande omfattning, med mätningar av luftföroreningar inom Urbanmätnätet. Totalt 16 kommuner valde att mäta hela året 2015. Mätningarna innefattade dygnsmedelvärden av kvävedioxid (NO2), svaveldioxid (SO2), och partiklar (PM10, PM2.5 och sot) samt månads-/veckomedelvärden av partiklar, NO2, SO2, ozon (O3) och lättflyktiga kolväten (VOC). I en kommun utfördes timvisa mätningar av kväveoxider (NOx, NO+NO2).

Samtliga uppmätta årsmedelvärden för NO2 underskred såväl miljökvalitetsnormen (MKN) (40 μg/m3) som övre och nedre utvärderingströskeln (ÖUT, NUT) (32 μg/m3 respektive 26 μg/m3) för årsmedelvärde, undantaget Örnsköldsvik där ÖUT tangerades. I Örnsköldsvik överträddes även MKN för dygnsmedelvärde (60 μg/m3) med 24 dygn jämfört med tillåtna 7 under ett kalenderår, och MKN för timmedelvärde (90 μg/m3), under 318 timmar jämfört med tillåtna 175 timmar under ett kalenderår.

Under år 2015 uppvisade samtliga kommuner halter under MKN för PM10 som årsmedelvärde (40 μg/m3) i såväl urban bakgrund som gaturum. MKN för dygnsmedelvärden av PM10 (> 50 μg/m3 under fler än 35 dygn) överträddes under 2015 i Visby och ÖUT (> 35 μg/m3 under fler än 35 dygn) överskreds i Örnsköldsvik. De flesta tillfällena med överskridande av MKN för dygnsmedelvärden (50 μg/m3) inträffade under perioden februari - april. För PM2.5 låg samtliga årsmedelvärden långt under NUT (12 μg/m3), och endast i Tingsryd överskreds miljökvalitetsmålets precisering för PM2.5 (10 μg/m3) för kalenderåret 2015. Halterna av bensen, i gaturum såväl som i urban bakgrund, låg klart under MKN (5 μg/m3), ÖUT (3.5 μg/m3) och NUT (2 μg/m3) för kalenderår 2015. Miljökvalitetsmålets precisering (1 μg/m3) tangerades i Karlstad och Örnsköldsvik.

De första luftkvalitetsmätningarna i svenska tätorter gjordes i slutet av 1950-talet i Göteborg av Cyrill Brosset på Svenska Silikatforskningsinstitutet, och sedermera IVL. Intresset för luftfrågor hade då vuxit, inte minst som en följd av den omfattande smogen i London 1952, då flera tusentals människor dog i förtid. Luftföroreningsproblemen var vid denna tid främst kopplade till svaveldioxid och sot, som därmed ansågs mest intressant att kartlägga. De främsta källorna till problemen avseende dessa föroreningar var energiproduktionens vanligen små anläggningar med låga skorstenar samt att bränslena hade högt svavelinnehåll.

En enormt omfattande databas av resultat från dessa mätningar har skapats och tillgången till dessa mätdata har varit av mycket stor betydelse som underlag för beslutsfattare i utvecklingen av regelverk och emissionsbegränsande åtgärder i Sverige. Urbanmätnätet har från början varit starkt kopplat till metodutveckling, men även till forskning kring förståelsen av uppkomsten av luftföroreningar, källors betydelse, vilka processer som styr, samt vilken betydelse de har för människors hälsa. Sedan energiproduktionen mer och mer gått över till fjärrvärme, bergvärme med mera och svavelinnehållet i bränslen har minskat kraftigt, har halterna av svaveldioxid i tätorter minskat och ligger i dag generellt långt under miljökvalitetsnormen. Avseende utsläpp av svavel har därmed fokus numera flyttats från landbaserade källor till sjöfart, där omfattande utsläppsbegränsande åtgärder vidtas.

Mätmetoderna för svaveldioxid och sot var till en början endast manuella, det vill säga provtagning och analys görs var för sig. I samband med att det europeiska samarbetsprojektet OECD-, sedermera EMEP-projektet1, startade uppstod ett behov av att harmonisera och göra metoderna mer robusta. Ett omfattande metodutvecklings- och kvalitetssäkringsarbete drog igång i samarbete mellan de nordiska länderna och standardmetodik för provtagning och analys togs fram. Den mätmetod för dygnsmedelvärden av svaveldioxid och sot, som använts inom Urbanmätnätet sedan starten.

This report is only available in Swedish.

Facing the problems with global warming and the diminishing supplies of oil, alternative fuels are becoming more and more important for road traffic. One fuel that has been used for several years is ethanol (E85). The main discussion points regarding the environmental performance for ethanol as a fuel are related to the production. However, there are also some notable differences in the emissions between E85 and petrol fuelled vehicles. This relates to some extent to the emissions of nitrogen oxides (NOX) and particulate matter (PM) but mainly to the composition of the emitted organic compounds.These differences in emissions will potentially give different impacts on health and on the environment. This can be both through risks linked to the primary emissions and to secondary products formed in the atmosphere. In order to assess the health risks it is necessary to calculate the emissions in space and time, describe the dispersion and chemical reactions taking place in the atmosphere and to calculate the exposure to humans.In the present study two fuel scenarios for passenger cars are studied; one where the cars with Otto engines run on petrol and one where they run on E85. Two emission scenarios for 2020 are constructed and dispersion modelling is applied to obtain the human exposure to key pollutants. The dispersion modelling is performed with the EMEP model for extended Europe and the data obtained are used as boundary conditions for the model for the Västra Götaland Region. In the latter, detailed traffic and emissions scenarios are used together with the TAPM model to obtain concentration levels and population exposure. The differences in health impacts are then assessed.The differences in emission factors reflect in differences in emissions. The emission calculations for all Swedish road traffic show a decrease for the E85 scenario relative to the petrol scenario of 6.5% for NOX, 3.4% for PM2.5, 67% for benzene. For acetaldehyde there is an increase of 770%. The differences obtained from the TAPM modelling show decreased levels of NOX, ozone and benzene with E85 and increased levels of acetaldehyde. For the latter the increase may be up to 80%, while NOX and ozone show decreases of up to a few per cent and a few tenths of per cent, respectively. The health risk assessment shows decreased health risks in the E85 scenario relative the all-petrol scenario, due to the decreased NOX exposure, correlated with both preterm deaths and asthma. However, NOX may be mainly an indicator of unmeasured causal exhaust components in the epidemiological studies and thus the exposure-response functions for NOX may not be applicable in the present case where there is a difference in NOX exposure but not necessarily a difference in exposure to other exhaust components normally associated with NOX.  Smaller effects are expected from the changes in ozone, acetaldehyde, PM2.5 and benzene exposure. The overall difference is about 1.6 preterm deaths per year for the Västra Götaland Region, with lower values for the E85 scenario, when the uncertain differences due to the differences in NOX exposure are not considered.

IVL and the Department of Public Health and Clinical Medicine at Umeå University have, on behalf of the Swedish EPA, performed a health impact assessment (HIA) for the year 2015. The population exposure to annual mean concentrations of NO2, PM10 and PM2.5 in ambient air has been quantified, and the health and associated economic consequences have been calculated based on these results.

To allow application of known exposure-response functions for assessment of health effects this study exclusively focus on regional and urban background concentrations. Roadside concentrations are not addressed here. The results from this study show that background concentrations of the examined pollutants in 2015 were overall low, well below the environmental standards in most parts of the country. The background concentrations were also below the environmental objective for all examined pollutants, with the exception of a small stretch along the Swedish west coast and Skåne, where the particle concentrations were of the same magnitude as the environmental objective. It should be noted that a slight over-estimation of PM2.5 may occur in coastal regions due to the presence of sea salt which may affect the PM2.5/PM10 ratio used to calculate PM2.5 in this study.

Nearly the entire Swedish population was exposed to concentrations below the environmental standards, and 97%, 78% and 77% was exposed to concentrations below the respective specifications of the environmental objective for NO2, PM10 and PM2.5. Exposure to the highest concentrations was found in the most polluted central parts of our largest cities.

Comparing the results from this study to the 2010 assessment shows a slight increase in mean population exposure to NO2 and PM. For NO2, we also find a slight increase in the percentage of the population exposed to concentrations above the environmental objective. For PM, exposure to concentrations above the environmental objective was instead found to have decreased with up to 5%. Particle concentrations show a decreasing trend in Sweden, resulting in reduced exposure to the highest PM concentrations and an increased exposure to concentrations just below the environmental objectives. The slight increase in mean population exposure to PM can be explained by a growing population and ongoing urbanization, resulting in more people exposed to relatively high PM concentrations in the urban centres. While the contribution of local sources is minor for the smallest PM, it makes up the major part of NO2 concentrations in urban areas. The slight increase indicated for NO2 exposure is thus primarily connected to increased local emissions of NO2, due to, for example, increasing traffic and use of diesel vehicles. This, in combination with the ongoing urbanization, results in a growing number of people living in areas with higher concentrations.

Excess mortality is usually the main health indicator. We estimate approximately 3600 deaths per year associated with exposure to regional background (long-distance transported) concentrations of PM2.5. On average each premature death represents over 11 years of life lost. The total exposure to PM2.5 was recently in an EU report estimated to cause just over 3700 deaths per year in Sweden when no differences between sources and no threshold for effects were assumed. We assume that locally emitted particles (road dust, wood smoke and exhaust particles) have different effects on mortality, but face problems to find specific exposure-response functions. This is even more striking regarding effects on morbidity. Acknowledging the uncertainty, we estimate particles from local wood burning to cause more than 900 deaths per year, but here the exposure estimate is very uncertain. For road dust we calculate 215 deaths per year based on the exposure-response function from a Swedish study. We believe that the impact on mortality from locally emitted vehicle exhaust including particles is best indicated by exposure-response functions for within city gradients in NO2, which also could include effects of NO2 itself. We estimate approximately 2850 deaths per year from vehicle exhaust, but using alternative risk functions would result in 15-30% reduced estimates.

The total number of excess deaths due to air pollution exposure was estimated up to 7600 in 2015. The increase in comparison to the 2010 estimate is not due to changes in estimated exposure, but resulting from a revision of assumed exposure-response relations. If we for 2010 had assumed the urban NO2 contribution to increase mortality without any cutoff, we would have estimated almost the same impact on mortality associated with NO2 as in 2015. Finally, the health impacts from exposure to NO2 and PM2.5 can be conservatively estimated to cause socio-economic costs of ~56 billion Krona in 2015. Just absence from work and studies can be estimated to cause socio-economic costs of ~0.4% of GDP in Sweden.

Det är idag känt att hästverksamheter alstrar s.k. hästallergen (som sitter partikulärt bundet på mjäll, hud- och hårflagor från hästar), vilket i sin tur ökar risken för allergenspridning och därmed risken för en negativ påverkan på människors hälsa. I såväl Sverige som i övriga Europa finns konflikter mellan hästnäringen och boende i närheten av hästanläggningar till följd av den ökande andelen hästar som lokaliseras allt närmare tättbebyggda områden. Det finns därför en stor efterfrågan på metodik för att på ett realistiskt sätt erhålla relevanta emissioner för bedömning av och rekommendationer för hur miljöbelastningen i olika områden ska hanteras. Syftet med föreliggande studie var att vidareutveckla tidigare framtagna emissionsfaktorer för hästallergen avseende både direktemission från hästar i stall och travbana och från passiv damning från hagar och travbana utan hästar. Då både den passiva emissionen (uppvirvling) och depositionen är beroende av väderleken har lokala meteorologiska förhållanden inkluderats i beräkningarna i syfte att visa det lokala haltmönstret. För att kunna bestämma emissionsfaktorer, och därmed halter i luft, vid olika typer av aktiviteter genomfördes mätningar av hästallergen. För att studera om det förelåg någon kontinuerlig passiv belastning mättes också kring hagen utan hästar närvarande. Det finns idag inga gränsvärden för mängden pälsdjursallergen i luften och risk för utveckling av allergiska symtom. Undersökningar har dock visat att vid halter <0,1-2 U/m3 upplevde inte personer med hästallergi några besvär. Ovanstående resultat visar att haltnivåer upp till 8-12 U/m3 förekommer vid de närmast belägna husen norr om Solvalla, under 0,1 procent av årets timmar (8 timmar/år), vilket representerar tillfällen med mycket dålig omblandning av luften i kombination med höga utsläpp. Vid 1 procent av årets timmar (87 timmar/år) förekommer vid samma platser som ovan, haltnivåer på mellan 4-6 U/m3. Resultatet från percentilberäkningarna antas representera extremsituationer, det vill säga då tillfällen med de högsta emissionerna sammanfaller med de sämsta spridningsförutsättningarna. Högre haltnivåer men för ett mycket mindre område erhålls söder om Solvalla på baksidan läktarna innan de planerade husen. I den här genomförda studien var överenstämmelsen god mellan uppmätta och beräknade halter av hästallergen varför uppskattningen av de lokala emissionsfaktorerna för Solvalla även antas kunna användas för att beskriva framtida förhållanden.

Detta projekt är en del av en större studie med övergripande syftet att ta fram en metod för beräkning av emissioner från bränder samt användande av dessa till spridningsberäkningar både till luft och vatten. Resultat från luftemissionsdelen har använts som indata till de beräkningar genomförda i detta delprojekt vars syfte varit att testa hur dispersion och haltnivåer kan skilja sig beroende på val av modell, definiera styrande brand- och meteorologiska parametrarna, för deposition och halt i luft och att utveckla och testa en metod för generaliserade spridningsberäknigar för bränder genom statistiskt bearbetade resultat från ett års beräkningar för olika meteorologiska klasser. Det har hittills varit svårt att spridningsberäkna bränder med avancerade spridningsmodeller eftersom nödvändiga indata inte funnits. Fokus har istället legat på att återge brandförloppet bra medan meteorologi, och därmed dispersionen, varit förenklad. Vi har inte funnit utred-ningar som visar om enklare modeller eller generaliseringar av befintliga brandmodeller utgör ett tillräckligt bra underlag för snabb bedömning av miljö- och hälsoeffekter från bränder. Beräkningarna i detta projekt är genomförda med TAPM-modellen under olika årstider som medel- och maximala dygnsvärden samt av dygnsdeposition av PM10 för respektive plymriktning. Medelvärdena används för bedömning av miljöpåverkan och maximala dygnshalter för mer akuta hälsoeffekter för att utforma och förebyggande åtgärder, både akut och långsiktigt (t.ex. stadsplanering). Förhållandet mellan max- och medelhalter varierar beroende på säsong och spridningsförutsättningar, med maxhalten ca 50 ggr högre och med stor variation. Haltnivåerna i centrum- respektive kransplymerna är båda ca 200 µg/m3 även om emissionen är ca 5 ggr högre i cen-trumplymen jämfört med de sammanlagda emissionerna från kransplymerna. Skälet är att den högre centrumplymen sprids mer effektivt till följd av den dubbelt så höga vindhastigheten på hög nivå. Validering av beräknade haltnivåer och plymlyft har visat att med brandindata från en brandmodell har spridningen av PM10 återgets väl med TAPM -modellen. Beräkningarna är även tänkta att vara bas för utveckling av en modell anpassad för användande under fältmässiga förhållanden för att snabbt få fram beslutsunderlag för åtgärder vid olyckor (som evakuering) och därmed förebygga och minimera skador på t.ex. miljön och människors hälsa.

I länder med varmt och torrt klimat har damning varit ett viktigt forskningsområde under många år. I Sverige har det uppmärksammats under senare år, till på grund av större infrastukturprojekt i urbana områden samtidigt som miljökvalitetsnormerna (MKN) för partiklar i luft överskrids. Partiklar har visats vara en bidragande orsak till ökad sjuklighet och dödlighet och kostar det svenska samhället cirka 26 miljarder kronor/år. Emissionerna från anläggningar och fordonsavgaser är relativt kända däremot är diffus damning bristfällig. Det finns därför behov av att utveckla metodik för uppskattning av emissionsfaktorer, och därmed kunna beräkna emission och spridning av partiklar. Syftet med studien är att utveckla emissionsfaktorer (EF) för partiklar från diffus damning genom att kombinera mätningar med inverterad spridningsmodellering. Mätningarna gjordes med passiv (fluxmätningar) och aktiv mätmeto-dik (pumpat på filter). Baserat på detta har emissionsfaktorer för olika meteorologiska förutsättningar beräknats. Vid jämförelse mellan uppmätta halter och frekvensen av olika delaktiviteter inom industriområdet framgick ingen någon synbar effekt från enskilda aktiviteter på uppmätt halt. Däremot framgick tydligt att den samlade effekten av aktiviteter gav en haltökning genom att helghalterna generellt var lägre än vardagshalterna. Emissionsfaktorer för Nordkalk är definierade för det material som finns i lagringshögarna idag samt för lokala spridningsförutsättningar. Om fraktionen i lagringshögarna ändras bör fluxmätningar räcka för beräkning av nya EF0 vilka kan ligga till grund för beräkningar av spridningen efter förändrad aktivitet. Baserat på beräknade emissionsfaktorer, lokal meteorologi, veckodag, markförutsättningar (snö/is/ blött) har spridningsberäkningar av både halter och deposition gjorts på årsbas. Jämförelser mellan uppmätt och beräknad PM10-halt gjordes cirka 1.5 km från anläggningen för mätperioden dels på två-veckorsbas (± 5%) dels på dygnsbas (± 8%). Motsvarande för deposition visar dock på en generell underskattning av modellerad deposition med 30 procent, sannolikt till följd av både osäkerheter i mät-metodik för deposition och/eller depositionshastigheter.

Den starka förtätningstrenden i svenska städer motiveras av möjligheter till ökad energieffektivisering, minskade utsläpp av växthusgaser, mer samtransport och ökad kollektiv resursfördelning. Förtätning kan också medföra kraftigt försämrad luftkvalitet, till exempel om den ökade aktivitet som förtätningen innebär tillåts öka utsläpp av luftföroreningar, och om bebyggelse och vegetation placeras så att det hindrar ventilation och utspädning av luftföroreningarna. Genom noggrann stadsplanering kan dock dessa negativa effekter begränsas eller till och med undvikas helt. Det är därmed av största vikt att skapa både medvetenhet om vikten av och möjligheter till att inkludera luftkvalitetsaspekten i planering av framtidens hållbara och täta städer.

Trots en kraftig förtätning under senare år har luftkvaliteten generellt förbättrats från det att mätningar påbörjades för drygt 50 år sedan och fram till idag, vilket i huvudsak kopplas till minskade utsläpp av föroreningar till följd av kontinuerligt skärpta emissionskrav. I många av Sveriges städer överskrids dock fortfarande de tillåtna halterna av föroreningar, och prognoser indikerar att miljökvalitetsmålets preciseringar, och i vissa fall även miljökvalitetsnormerna, fortfarande kommer att överskridas i gatumiljö i större städer år 2030. I detta framtidsscenario beaktas inte eventuell förtätning. Nyligen sänkta bullerkrav skapar dessutom idag ökade möjligheter att bygga på redan förorenade platser, vilket, i kombination med en fortsatt kraftig förtätning, ger starka argument för att luftkvalitet bör hanteras som en viktig del i framtidens hållbara stadsutveckling.

För att förhindra dålig luftkvalitet i förtätade städer kan man i planeringsstadiet använda datormodeller för att utvärdera effekten av de planerade förändringarna på luftkvaliteten. Genom simulering av olika scenarier kan effekten av olika trafikåtgärder på utsläpp, och därmed luftkvalitet, undersökas. Med modellberäkningar kan också effekten av olika utformning av bebyggelse och vegetation på vindflödet genom det aktuella området utvärderas för att gynna utspädning och borttransport av förorenad luft. Här kan till exempel varierad höjd på byggnader, vinkel på huskropp mot huvudsaklig vindriktning, strategisk placering av huskropp eller vegetation som barriär mellan utsläppskälla och platser där människor vistas, vara gynnsamt. För att ge bästa möjliga luftkvalitet efter färdigställande krävs dock att luftutredningen genomförs med relevanta metoder, att den inkluderas tidigt i planeringsprocessen, att anpassning av planer utifrån resultaten tillåts, samt att kontinuerlig återkoppling sker.

Arbetet med luftkvalitet skulle gynnas av bland annat tydligare riktlinjer för när och hur luftkvalitetsaspekten bör inkluderas i planeringsarbete, hur effekterna av den planerade bebyggelsen ska utvärderas, samt hur man kan säkerställa att planerade åtgärder genomförs så att den förväntade effekten på luftkvaliteten i området uppfylls. Vidare skulle till exempel en framtida skärpning av miljözon 2 och 3, utökade möjligheter för gröna transportplaner och vägledning om flexibla parkeringstal underlätta för sänkta emissioner i framtidens täta städer.

Sammantaget finns goda grunder för att inkludera luftkvalitet i planeringsprocessen för att nå en hållbar stadsutveckling, speciellt i områden som ska förtätas. Genom optimerad utformning av bebyggelse och vegetation, tillsammans med effektiva trafikåtgärder för att minska utsläpp, kan risken för dålig luft i framtidens täta och gröna städer minimeras.

Facing the problems with global warming and the diminishing supplies of oil, alternative fuels are becoming more and more important for road traffic. Several alternative fuels are being tested such as biogas, alcohols and dimethyl ether (DME).

The study includes the following fuels: replacement of petrol with diesel for light duty vehicles (LDV); natural gas for LDVs; natural gas for heavy duty vehicles (HDV); ethanol for HDVs; biodiesel for HDVs; dimethyl ether (DME) for HDVs. The analysis and modelling are done in four steps: 1) Creating an emission model. This is done for Europe and in more detail for Västra Götaland. 2) Dispersion modelling using EMEP (the European Monitoring and Evaluation Programme) for Europe and TAPM (The Air Pollution Model) for the Västra Götaland Region. 3) Calculation of population exposure to different air pollutants in the Västra Götaland Region and 4) health risk assessments.

The emission scenarios for 2020 are constructed for all listed fuels and dispersion modelling is applied to some of them to obtain the human exposure to key air pollutants in the region. The dispersion modelling is performed with the EMEP model for extended Europe and the data obtained are used as boundary conditions for the model for the Västra Götaland region. In the latter, detailed traffic and emissions scenarios are used together with the TAPM model to obtain concentration levels and population exposure. The differences in health impacts are then assessed.

Projektets mål var att genom spridningsberäkningar utvärdera hur en ökad spannmålseldning kan inverka på luftkvaliteten i Västra Götalandsregionen och därmed kunna bedöma risker för överskridande av miljökvalitetsnormer och miljömål.

The population exposure to NO2 in ambient air for the year 2005 has been quantified (annual and daily mean concentrations) and the health and associated economical consequences have been calculated based on these results. Almost 50% of the population were exposed to annual mean NO2 concentrations of less than 5 µg/m3. A further 30% were exposed to concentration levels between 5-10 µg NO2/m3, and only about 5% of the Swedish inhabitants experienced exposure levels above 15 NO2 µg/m3. Using 10 µg/m3 as a lower cut off for long-term exposure we estimate that concentations of NO2 in urban air resulted in more than 3200 excess deaths per year. Almost 600 of these could have been avoided if annual mean concentrations above the environmental goal 20 µg/m3 did not exist. Most excess deaths are estimated to occur due to annual levels in the range of 10-15 µg/m3. In addition we estimated more than 300 excess hospital admissions for all respiratory disease and almost 300 excess hospital admissions for cardiovascular disease due to the short-term effect of levels above 10 µg/m3. The results suggest that the health effects related to annual mean levels of NO2 higher than 10 µg/m3 can be valued to annual socio-economic costs of 18.5 billion Swedish crowns. These 18.5 billion Swedish crowns are to be considered as welfare losses. However, only 18 % of these costs are related to exceedance of the Swedish long term environmental objectives for NO2. The other 82 % of the costs are taken by the larger part of the Swedish population that are exposed to medium levels of NO2. This displacement in the distribution of the social costs indicates that the most cost effective abatement strategy for Sweden might be to reduce medium annual levels of NO2 rather than only focusing on abatement measures directed towards the highest annual mean levels.

This report is only available in Swedish.