Lämmastiksaaste

Lämmastiksaaste on keskkonnaprobleem, mida põhjustavad lämmastikühendid. Kuigi lämmastik on eluslooduse jaoks oluline toitaine, on selle liiga suur kontsentratsioon kahjulik, tekitades keskkonnaprobleeme, nagu kliima soojenemine ja happevihmad. Lämmastik satub atmosfääri nii inimtegevuse kui ka looduslike protsesside tagajärjel. Pidevalt suureneva energiavajaduse tõttu tekib ka rohkem saasteaineid, kuna fossiilkütuseid on hakatud üha enam kasutama ja põletama. Palju saasteid tekib ka lämmastikväetiste kasutamisel ja biomassi põletamisel. Looduslikult satub keskkonda rohkelt lämmastikku näiteks vulkaanipursete tagajärjel.
Tuntuimad lämmastiksaastet tekitavad ühendid: ammoniaak (NH3) ja NOx-id ehk lämmastikoksiidid, millest levinumad on lämmastikmonooksiid (NO), lämmastikdioksiid (NO2) ja dilämmastikoksiid (N2O).
Lämmastiksaaste tekitajad.
NOx ehk lämmastikoksiidid.
Lämmastikoksiid ja lämmastikdioksiid (NO, NO2).
NO ehk lämmastikoksiid on põlemisel tekkiv kõrvalsaadus. Õhus reageerib NO kiiresti NO2-ks ehk lämmastikdioksiidiks, mis on tuntud õhusaastaja. See on kollakaspruun mürgine gaas, mis sisaldub sisepõlemismootorite heitgaasides. NO ja NO2 sisalduse suurenemine õhus on märk maalähedase atmosfääri halvenemisest. Vees lahustudes tekivad lämmastik- ja lämmastikushape, mis põhjustavad happevihmasid.
NO + CH3O2 → NO2 + CH3O
NO2 + hf→ NO + O
O3 → O + O2
O3 + NO = NO2 + O2
Lisaks pinnase ja veekogude hapestamisele põhjustavad lämmastikoksiidid pinnase lämmastikuga küllastumist ning veekogude üleväetamist. Kütuste puhul on väiksema NOx heitega maagaas (60–80 g/GJ) ning suurima eriheitega kütused on kivisüsi ja raske kütteõli (kuni 300 g/GJ).
Heitkoguseid vähendatakse kütuste põlemisprotsessi reguleerimisega. Selleks kasutatavad meetmed on:
Dilämmastikoksiid (N2O).
N2O ehk dilämmastikoksiid (naerugaas) on värvitu kasvuhoonegaas ja õhusaastaja. Ameerika Ühendriikide Keskkonnaagentuur (EPA) väidab, et 100-aastase perioodi jooksul on dilämmastikoksiidil globaalsele soojenemisele kaks korda suurem mõju kui süsinikdioksiidil (CO2). Dilämmastikoksiidi molekulil on 310 korda suurem võime hoida soojust atmosfääris kinni. Uuringud on näidanud, et N2O on kasvuhoonegaas, mis praegu lagundab osoonikihti kõige rohkem.
Ligikaudu 80% stratosfääri jõudnud N2O-st laguneb N2-ks:
N2O → N2 + O
Ligikaudu 20% reageerib hapnikuga (O2), tekitades NO, mis lagundab osooni:
N2O + O → 2NO
NO + O3 → NO2 + O2
O3 → O + O2
NO2 + O → NO + O2 
Ammoniaak.
NH3 ehk ammoniaak on terava lõhnaga värvuseta gaas, mis on vees hästilahustuv ja õhust ligikaudu kaks korda kergem. See on lämmastiku ainus vesinikühend, mida saadakse otseselt lihtainetest: 
N2 + 3H2 ↔ 2NH3 ΔH = – 92,4 kJ
NH3 on kergvedelduv, toatemperatuuril veeldub rõhul 0,84 MPa (8,6 at).
Ammoniaak on oluline sademete üldise happelisuse määramisel.
Seda kasutatakse lämmastikhappe, väetiste, plastmasside, lõhkeainete ja puhastusseadmete tootmiseks. Kergveeldumise omaduse tõttu kasutatakse seda väga palju külmutusseadmetes.
Ammoniaak mõjub ärritavalt silmadele ja limaskestale, kutsudes esile pisaratevoolu ja köha, veeldatud kujul võib tekitada ka külmakahjustusi ning on söövitava toimega. Ammoniaaki kasutavate ettevõtete ümbruses on ohtlik elada, sest õnnetuste korral ohustab see ümbruskonda.
Saasteallikad.
Inimtekkelised saasteallikad.
Lämmastiksaaste on suuresti põhjustatud inimtegevuse tõttu: 75% lämmastiksaastest on tekkinud fossiilkütuste ja biomassi põletamise tagajärjel, sellest rohkem kui 50% on ainuüksi fossiilkütuste põhjustatud .
Lämmastikühendid levivad ökosüsteemis õhu, pinna- või põhjavee kaudu. Peamisteks saasteallikateks on:
Põllumajandus.
Väetised. Põllukultuuride saagikuse parandamiseks kasutatakse palju nitraatioone sisaldavaid väetiseid. Lämmastik, mida taimed ei kasuta, kandub mullast nõrgveega välja ning satub pinnaveekogudesse või põhjavette. Põhjavee reostumine sõltub reljeefreljeefist ja sademetest. Põhjavesi reostub väga kergesti karstialadel, Eestis on selliseks kohaks Pandivere kõrgustik. Eestis on selle ala kaitseks vastu võetud seadus, millega piiratakse seal piirkonnas väetiste kasutamist .
Väetiste kasutamise tulemusena tekib aastas ~100 miljonit tonni lämmastikku. Seda on ligikaudu 100 korda rohkem kui 40 aastat tagasi, mil sattus loodusesse ~1 miljonit tonni lämmastikku.
Vesiviljelus. Kalakasvatuse osatähtsus on viimase 20 aasta jooksul kasvanud. Ligikaudu 43% vesiviljelusest hõlmab mere- või riimveekeskkondi. Kala ja krevettide kasvatused toodavad lämmastik- ja fosforsaastet, mis võib tõsiselt mõjutada ümbritsevat veeökosüsteemi. Iga tonni kala kohta tekib 42–66 kg lämmastiksaastet.
Linnad ja tööstused.
Suurimateks saasteallikateks on tselluloosi- ja paberivabrikud, toiduainetööstused ja olme. Nende tõttu tekib suurel hulgal reovett, mille kaudu satub lämmastik loodusesse. Reostuse protsent erineb riigiti, kuna reovee puhastuse tase on riigiti erinev. Probleemiks on ka sademete äravool, kuna sademed juhivad reostuse jõgedesse ja järvedesse.
Fossiilkütused.
Suurimateks saasteallikateks on söeküttega elektrijaamad ja liiklusvahendite heitgaasid. Fossiilkütuste põletamisel tekib ~22 teragrammi (1 Tg = 1012 g) lämmastiksaastet aastas. Põlemise tagajärjel tekib NOx, mis on sudu ja happevihmade tekke põhjuseks.
Biomassi põletamine.
Kõige sagedamini mõistetakse biomassi all taimse päritoluga materjali. Biomass on taastuvenergia, mille põletamisega saab toota soojusenergiat. Mõnel juhul võib biomassi põletamisest sattuda atmosfääri rohkem saasteaineid kui näiteks maagaasi põletamisel.
Biomassi põletamine sõltub ala maakasutusest ja sealsest taimkattest. Eristatakse looduslikku ja antropogeenset biomassi põletamist. Looduslikud põlengud on enamasti õnnetusjuhtumid, mis tekivad põua tõttu. Lämmastikoksiidide emissioon sõltub suuresti biomassi keemilisest koostisest. Põlengu käigus eraldub atmosfääri NO.
Keskkonnaorganisatsioonid nagu Greenpeace ja Natural Resources Defense Council jälgivad metsadest saadava biomassi kasutamist. Kuna iga puuosa on võimalik põletada, on hakatud metsadest terveid puid ära vedama. Seetõttu väheneb metsades biomassi hulk ning selle tõttu ka mineraalainete sisaldus mullas. Lämmastik, mis kõdunemise käigus oleks tagasi mulda sattunud, läheb biomassi põletamisel atmosfääri, kus see toimib lämmastiksaastena. Pikemas perspektiivis võib see metsade ökosüsteemile kahjulikult mõjuda.
Lämmastiksaaste tagajärjed.
Mõju inimesele.
Nitraadid ja nitritid võivad põhjustada mitmeid tervisehäireid:
Lämmastiksaaste vähendamine.
Lämmastiksaaste vähendamiseks on EPA kehtestanud nii mootorsõidukitele kui ka tehastele piirnormid, kui palju lämmastikoksiide nad võivad tekitada. Joogivee maksimaalne nitraatide sisaldus on 10 mg/l.
Tavainimesed saavad lämmastiksaastet vähendada järgmiselt:
Hoolimata pingutustest on lämmastiksaaste kontsentratsioon atmosfääris ja veekogudes pigem suurenenud kui vähenenud.