Olie en olie-achtige materialen

De MOD heeft in haar bestaan nimmer te maken gehad met ‘zuivere’ oliebranden, maar wel met branden waar olie of olie-achtige materialen betrokken waren, bijvoorbeeld de branden in Drachten (chemisch afval), Alkmaar (stook- en smeerolie en koelmiddelen) en Joure (bitumen, olie en teer).

Olie bestaat vrijwel uitsluitend uit koolwaterstoffen en dan vooral koolwaterstoffen bestaande uit de elementen koolstof (85-87%) en waterstof (10-12%). Daarnaast komen er, afhankelijk van het type olie, andere elementen in voor: zwavel, zuurstof, stikstof en chloor. Ook kan olie kleine sporen metalen bevatten. Bij verbranding van olie ontstaan ruwweg dezelfde verbindingen als bij de verbranding van ‘zuivere’ kunststoffen en rubber: waterdamp, CO2, CO, koolwaterstoffen, roetdeeltjes en, afhankelijk van de

samenstelling van de olie, zwaveldioxide en PAK’s.

Er zijn diverse onderzoeken gedaan naar de emissies en verspreiding van rookpluimen bij oliebranden, in het bijzonder op zee. Ross et al. (1996) verrichtten vanuit een vliegtuig metingen van diverse componenten in de rookpluim van enkele oliebranden op open zee in het kader van de NOBE-studie (Newfoundland Offshore Burn Experiment). Uit de meetgegevens en de koolstofbalans (de som van alle koolstofhoudende componenten die worden geëmitteerd moet gelijk zijn aan de totale hoeveelheid koolstof uit de olie) hebben zij emissiefactoren berekend. Ook Evans et al. (1988) deden simulatie- experimenten met verbranding van olie op water, maar dan op veel kleinere schaal namelijk met olieplassen van ongeveer 1 m doorsnee. De emissiefactoren bleken redelijk goed overeen te komen met die van Ross et al. (1996) en ook met factoren afgeleid uit metingen bij oliebranden in Kuwait (Laursen et al., 1992).

MacGrattan et al. (1997) hebben de verspreiding van rookpluimen bij oliebranden op zee uitgebreid bestudeerd. Zij maten concentraties in de rookpluim op verschillende

afstanden tot de bron en vergeleken de meetwaarden met modelmatig berekende concentraties, waarbij de emissiefactoren van onder andere Ross et al. (1996) werden gebruikt. Gemeten en berekende concentraties kwamen goed overeen. Op 5 tot 15 m benedenwinds van de brand bedroegen de PM10-concentraties 1000 tot 5000 μg m-3. Deze

waarden zijn vergelijkbaar met wat de MOD vond bij branden met veel koolwaterstofhoudende materialen zoals chemisch afval, verf en autobanden. In een overzichtsartikel van Lemieux et al. (2004) zijn emissiedata gegeven van een aantal specifieke koolwaterstoffen die worden gevormd bij branden met olie en

olieproducten. Desmet (2005) trof bij luchtmetingen benedenwinds van een brandende teerfabriek, waarover zo meer, vergelijkbare componenten:

• naftaleen en naftaleenderivaten; • andere PAK’s en bifenylen;

• aromaten, vooral benzeen, maar ook tolueen, ethylbenzeen, xylenen, styreen, enzovoorts;

• aldehyden (onder andere formaldehyde en benzaldehyde), fenol, benzoëzuur en een enkele keton, furan en alcohol;

Pfeiffer et al. (2000) onderzochtten de emissies van dioxinen in rookgassen van onder andere oliekachels. Deze emissies bleken erg laag, wat is te verwachten aangezien olie weinig chloor bevat. De gemeten emissiefactoren varieerden van 0,002 tot 0,14 ng TEQ per kg materiaal en dat is 1000 tot 100.000 maal lager dan voor PVC.

De verbranding van bitumen is onderzocht door Hertzberg et al. (2003). Zij maten de emissies van CO, stofdeeltjes, blauwzuur, aminen en isocyanaten. Voor stof vonden ze een emissiefactor van ongeveer 40 g/kg. De CO-emissie was relatief laag en de andere componenten werden niet of nauwelijks gevonden.

Naast resultaten van simulaties zijn er meetgegevens verzameld bij ‘echte’ branden. In december 1995 ontstond er na een reeks explosies een grote brand in een opslagdepot voor olieproducten, voornamelijk allerlei brandstoffen, in Buncefield, Engeland. Deze brand duurde enkele dagen. In die tijd zijn is er naar schatting 800.000 ton brandstoffen verbrand. Targa et al. (2006) hebben uitgebreid onderzoek gedaan naar concentraties schadelijke stoffen in de omgeving van deze brand. Daartoe hebben zij data geanalyseerd van verschillende luchtmeetnetten in Zuidoost Engeland. Ook hebben zij aanvullende metingen gedaan op leefniveau in de directe omgeving van de ramplocatie. Tot slot zijn er met een vliegtuig enkele metingen verricht in de rookpluim. Door de enorme hitte steeg deze pluim in de beginfase tot 3000 m hoogte, waardoor ze door de grenslaag heen brak en zich in de vrije troposfeer verspreidde in horizontale richting. Als gevolg daarvan waren er op leefniveau niet of nauwelijks verhoogde concentraties waar te nemen. In een later stadium, toen er nog enkele kleinere brandhaarden actief waren, was de

pluimstijging veel minder. Niettemin zijn ook toen, op een enkele uitzondering na, geen verhoogde concentraties van verbrandingsproducten gemeten op één van de meetstations. In de directe omgeving van de brandhaard zijn wel hoge concentraties van diverse

koolwaterstoffen gevonden, maar die zijn gelet op het patroon aan componenten eerder het gevolg van verdamping uit de opslag dan van verbranding. Uit de met het vliegtuig gemeten deeltjesgrootteverdelingen en zwarte rook concentraties is de concentratie PM2,5

in de rookpluim berekend. Deze bedroeg 300 tot 500 μg m-3

in de rookpluim op 500 tot 700 m boven de brandhaard. Opvallend was dat het stof nagenoeg geen PAK’s bevatte. De verzamelde meetgegevens waren onvoldoende bruikbaar om emissiefactoren te bepalen.

Een andere grote brand met koolstofhoudende materialen was die in Marly bij Brussel, eind 2003. Deze brand in een in afbouw zijnde teerfabriek duurde bij elkaar ruim 8 dagen en leidde tot veel stank- en gezondheidsklachten in de omgeving. De stank was soms zelfs tot in Nederland en Duitsland (op meer dan 80 km van de bron) waarneembaar. Desmet (2005) voerde op enkele dagen metingen uit benedenwinds van deze brandende teerfabriek. Die metingen waren vooral gericht op het identificeren van vrijkomende componenten en niet op het bepalen van de concentraties en emissies.

De emissiefactoren, voornamelijk afgeleid uit de verschillende laboratoriumstudies, zijn samengevat in Tabel 4.3. We merken op dat de factoren enigszins overeenkomen met die voor verbranding van rubber en sommige kunststoffen. Dat is niet verwonderlijk omdat al

deze materialen voornamelijk bestaan uit koolstofcomponenten. Er zijn echter ook verschillen, die deels zijn te verklaren doordat olie en olieachtige producten vrijwel geen toevoegingen bevatten en zij ook gemiddeld genomen beter branden. Opvallend is dat bij oliebranden meestal hogere emissiefactoren voor fijn stof worden gevonden. In alle gevallen bestaat het grootste deel (80-95%) van de vrijkomende stofdeeltjes uit fijn stof.

Tabel 4.3. Emissiefactoren van relevante stoffen die vrijkomen bij de verbranding van olie

Component Emissiefactor

(g/kg)

Component Emissiefactor

(g/kg)

Kooldioxide 2800 PAK’s (som) ∼ 0,1

Koolmonoxide 3 – 30 Zwaveldioxide 1) 3 – 25

Koolwaterstoffen (som) 5 Stikstofoxiden ∼ 1

Benzeen 0,3 – 1 Fijn stof (PM10) 40 – 130

Aldehyden 0,2 – 0,5 Totaal stof 150

1) _{Afhankelijk van het zwavelgehalte van de olie.}

Een aparte categorie vormen de PCB-houdende oliën. Deze werden vroeger toegepast in transformatoren en andere systemen. Hoewel het gebruik van PCB-houdende oliën inmiddels sterk is teruggedrongen, komen deze componenten soms nog voor in oude transformatoren, zoals die bij de brand in Beverwijk (zie Tabel 2.1). Ook in het afvalbedrijf in Drachten lagen PCB’s opgeslagen.

PCB’s bevatten naast koolstof en waterstof vooral veel chloor, net als PVC. Het is

daarom te verwachten dat bij verbranding globaal dezelfde typen verbindingen vrijkomen als bij PVC-branden, zoals zoutzuur, dioxinen en andere gechloreerde koolwaterstoffen. Omdat PCB’s qua chemische structuur verwant zijn aan dioxinen en moeilijker

afbreekbaar zijn dan PVC, zal de emissie aan dioxinen waarschijnlijk hoger zijn dan bij PVC-branden en de emissie aan zoutzuur lager. Ook zijn er hoge emissies aan PAK’s en daaraan gerelateerde (complexe) organische verbindingen te verwachten.

Des Rosiers (1987) publiceerde dioxinegehalten in roet- en veegmonsters genomen bij zes branden (USA) met PCB’s, onder andere in transformatoren en chemisch afval. In één geval waren de concentraties hoog (brand in een transformator met 1060 liter Pyranol, een mengsel van 65% PCB’s en 35% tri- en tetrachloorbenzenen), in twee andere gevallen matig en bij de overige branden zijn geen PCDD’s gevonden, maar wel PCDF’s, in wisselende gehalten. PCDD’s en PCDF’s zijn ook aangetroffen in de bodem van een afvalopslaglocatie en op plaatsen waar voorheen PCB-houdende olie is verbrand. Uit de analysegegevens is geen emissiefactor te schatten.