Rubber en rubberachtige materialen

Het overzicht in Tabel 2.1 geeft aan dat de MOD meerdere malen is ingezet bij branden met autobanden of andere rubberachtige materialen zoals schoenen. Dit soort branden vormt vaak een groot probleem, omdat ze moeilijk zijn te bestrijden – ze duren daarom in de regel nogal lang – en omdat er aanzienlijke hoeveelheden schadelijke stoffen bij vrijkomen. In de literatuur hebben we een aantal publicaties aangetroffen, waarin

specifiek onderzoek was gedaan naar de verbranding van autobanden en andere rubberen materialen.

Fullana et al. (2000) onderzochten welke stoffen vrijkomen bij de verbranding van geshredderde stukken autoband in een laboratoriumopstelling. Zij deden experimenten bij verschillende temperaturen (van 650 tot 1050°C) en constante zuurstof-brandstof

verhouding en ook bij verschillende zuurstof-brandstof verhoudingen (van 0 tot 1) en constante temperatuur. Lemieux en Ryan (1993) voerden vergelijkbare testen uit, maar bij vaste temperatuur en zuurstoftoevoer. Behalve geshredderd materiaal verbrandden zij ook grotere stukken autobrand met als doel de werkelijkheid van een ‘echte’ brand meer te benaderen. Wagner en Caraballo (1997) onderzochten de rookgassen die vrijkwamen bij de verbranding van enkele rubberen en plastic producten waaronder schoenzolen, reparatiepasta voor rubberzolen, twee stukken rubberen band en twee stukken binnenzool. Ze bepaalden de emissies aan zwaveldioxide, zoutzuur, blauwzuur en stofdeeltjes (massa en deeltjesgrootteverdeling) en analyseerden het product, de as en de rookdeeltjes op zware metalen.

Recenter hebben Lönnermark en Blomqvist (2005b) experimenten op grotere schaal gedaan met als doel de omstandigheden van een ‘echte’ brand zo goed mogelijk te benaderen. Hierbij werd per keer een hoop of stapel van circa 250 kg autobanden verbrand. Niet alleen de emissies, maar ook de samenstelling van asresten en bluswater (mits gebruikt) werden onderzocht. Opvallend was de hoge temperatuur in de

brandhaard: 1100 tot 1400°C.

Uit deze studies blijkt dat bij de verbranding van rubber de volgende groepen stoffen worden gevormd: koolmonoxide, kooldioxide, zwaveldioxide, blauwzuur, zoutzuur, vele koolwaterstoffen (waarover hieronder meer), PAK’s, roetdeeltjes en zware metalen: zink, calcium, silicium, aluminium, ijzer, koper, chroom, nikkel, antimoon, titanium en lood. In het bluswater van de experimenten van Lönnermark en Blomqvist (2005b) zat ook veel broom.

Fullana et al. (2000) toonden aan dat de zuurstoftoevoer van grote invloed is op de vorming van stoffen. Bij toenemend zuurstofgehalte nemen de emissies aan aromaten, laagmoleculaire en vertakte alifaten en PAK’s af, terwijl die van kooldioxide toeneemt. De emissie aan koolmonoxide neemt aanvankelijk ook toe tot maximaal 250 g CO per kg materiaal, maar bij hoge zuurstoftoevoer neemt die weer af tot enkele tientallen g CO per kg. Ook de vorming van zuurstofhoudende koolwaterstoffen zoals aldehyden, ketonen en alcoholen en die van lange alkanen en andere alifaten neemt licht toe met toenemende

zuurstoftoevoer. De emissiefactoren aan zuurstofhoudende koolwaterstoffen en lange alkanen blijven echter laag vergeleken met die van aromaten en laagmoleculaire alifaten. Ook de temperatuur speelt een rol. Globaal zijn er twee typen stoffen te onderscheiden, één waarbij de vorming afneemt met toenemende temperatuur, vooral bij 850°C en hoger, en één waarbij de vorming optimaal is bij 850°C. De eerste groep bestaat uit zuurstof- houdende koolwaterstoffen, lage alkanen en lage aromaten zoals benzeen en styreen. Tot de tweede groep behoren PAK’s, lange alkanen en andere alifaten. De meeste PAK’s worden ook bij 1050°C nog gevormd, zij het beperkt.

De experimenten van Lemieux en Ryan (1993) en ook die van Lönnermark en Blomqvist (2005b) zijn zoveel mogelijk gedaan onder omstandigheden die corresponderen met ‘normale’ branden in de buitenlucht, waarbij de laatsten grotere hoeveelheden materialen gebruikte. In beide gevallen zijn emissiefactoren van 50 tot 100 g CO per kg gemeten, wat redelijk overeenkomt met de resultaten van Fullana et al. (2000) bij gemiddelde zuurstoftoevoer. Voor zwaveldioxide was de emissiefactor 10 tot 25 g SO2 per kg,

hetgeen betekent dat het meeste zwavel uit de banden – het zwavelgehalte in rubber- banden is ongeveer 1,5% – in zwaveldioxide wordt omgezet. Ook de verbranding van andere rubberen producten gaf veel zwaveldioxide te zien (Wagner en Caraballo; 1997) en daarnaast ook blauwzuur. In één geval (een rubberzool) werd eveneens zoutzuur gedetecteerd, wat er op wijst dat het rubber in dit product chloorhoudende additieven bevatte. Ook Lönnermark en Blomqvist (2005b) vonden zoutzuur (circa 0,5 g/kg) bij branden met autobanden.

Uit enkele van de zojuist besproken onderzoeken is af te leiden, dat de emissiefactor voor stofdeeltjes ligt tussen 10 en 150 g per kg. De grote spreiding heeft deels te maken met verschillen in gebruikte meetapparatuur en deels met de verbrandingscondities; de hoogste waarde geldt voor slechte condities.

Het geëmitteerde stof bestond vooral uit roet, maar bevat ook een aantal van de eerder genoemde elementen en zware metalen. Een aantal daarvan komt voor in rubberbanden. Volgens O’Shaughnessy en Garga (2000) bevatten deze banden naast rubber en koolstof ook calcium en silicium, 1 tot 2% zinkoxide, circa 1% zwavel en andere additieven, waaronder koper-, cadmium- en loodverbindingen.Van de stofdeeltjes is de

deeltjesgrootteverdeling bepaald en daaruit bleek dat het voor 90 tot 95% uit fijn stof (PM10) bestond.

De koolwaterstoffen die bij verbrandingsproeven met rubber zijn gevonden, zijn hieronder groepsgewijs opgesomd:

• Aromatische koolwaterstoffen: benzeen, tolueen, ethylbenzeen, xylenen en andere alkylbenzenen, styreen.

• PAK’s en daaraan verwante componenten, onder meer biphenyl en biphenyleen; naast de ‘bekende’ PAK’s zoals naftaleen, fluoreen, fenanthreen, anthraceen, pyreen, chryseen en benz(a)pyreen zijn ook vele derivaten van deze componenten aangetoond.

• Alifatische koolwaterstoffen: alkanen, alkenen, alkynen (vooral acetyleen) en vertakte en cyclische derivaten van deze groepen verbindingen.

• Zuurstofhoudende koolwaterstoffen zoals aldehyden, ketonen, alcoholen, fenol, alkylfenolen en een enkele ester, de meeste in relatief lage gehalten.

• Zwavel- en stikstofhoudende koolwaterstoffen: thiazolen en thiofenen, cyanobenzeen, isocyanobenzeen, nitrillen en amides, alle in relatief lage gehalten.

De emissiefactoren voor koolwaterstoffen hangen sterk af van de verbrandingscondities.

Lönnermark en Blomqvist (2005b) onderzochten ook nog de emissies aan dioxinen, maar die bleken laag te zijn. Hertzberg et al. (2003) deden proeven met nitrilrubber en vonden daarbij blauwzuur en isocyanaten. Voor de laatste groep componenten werd een

emissiefactor van ongeveer 4 g/kg gemeten, die van blauwzuur is niet bepaald. De onderzoekers maten ook de hoeveelheid stofdeeltjes die vrijkwam en die bleek circa 24 g/kg te bedragen.

Om een indicatie te geven, zijn in Tabel 4.2 enkele kentallen vermeld voor de meest voorkomende verbrandingsproducten onder redelijke tot matige verbrandingscondities. Deze komen het meest overeen met de praktijksituaties waar de MOD bij wordt ingezet.

Tabel 4.2. Emissiefactoren van relevante stoffen die vrijkomen bij verbranding van rubberachtige materialen

Component Emissiefactor

(g/kg)

Component Emissiefactor

(g/kg)

Kooldioxide 3000 Alkenen en alkynen 0,5 – 5

Koolmonoxide 50 – 250 Fenolen 0,1 – 0,5

Benzeen 1 – 10 Furanen 0,05 – 0,2

Tolueen 0,3 – 1,5 Aldehyden 2) 0,05 – 0,4

Ethylbenzeen 0,1 – 0,5 Alcoholen en esters 0,1 – 1

Xylenen 0,2 – 01 Thiazolen en thiofenen 0,02 – 0,1

Overige alkylbenzenen (som) 0,1 – 3 Zwaveldioxide 10 – 25

Styreen 0,1 – 0,8 Zoutzuur 0,5

Naftaleen 0,5 – 1 Blauwzuur (10-25) 3)

Totaal PAK’s en daaraan verwante componenten 1)

1 – 3 Isocyanaten 4 3)

Methaan 0,5 – 1 Fijn stof 5 – 120

Overige alkanen 0,1 – 1,5 Dioxinen 0,5 – 3 4)

1) _{Hierin zijn ook de naftaleenderivaten, zoals methylnaftaleen, inbegrepen.}

2) _{Van deze groep komt benzaldehyde verreweg het meest voor in de onderzochte rookgassen.}

3) _{Blauwzuur en isocyanaten worden alleen gevormd bij verbranding van nitrilrubber. De emissiefactor}

voor blauwzuur is indirect afgeleid en moet als zeer indicatief worden beschouwd.