Hvordan måles ultrafine partikler i danske byer?

Kan du se den? Det kan din krop. I hver eneste indånding finder milliarder af næsten usynlige partikler vej til vores lunger, hjerte – ja, helt ind i blodbanen. De kaldes ultrafine partikler, og i Danmarks tætte byrum er de blevet et af de mest omdiskuterede, men mindst kendte, forureningsproblemer.

Mens vi længe har talt om PM₁₀ og PM_2,5, er ultrafine partikler mindre end 100 nanometer – så små, at 100.000 af dem kan ligge side om side på bredden af et hår. Trods mikrostørrelsen har de makrobetydning for både sundhed, klima og byplanlægning. Men hvordan måler man egentlig noget, der er så småt, at selv et almindeligt støvkorn ligner en klippeblok?

I denne artikel dykker Naturinformation Online ned i den danske frontlinje for måling af ultrafine partikler. Vi ser på alt fra avancerede tællekamre og tørremoduler til de mennesker og myndigheder, der holder øje med tallene døgnet rundt. Undervejs får du svar på, hvorfor antallet af partikler betyder mere end deres vægt, og hvordan data kan omsættes til renere luft i din gade.

Følg med, når vi går fra gadecanyon til laboratorie, fra rå måling til politisk handling – og find ud af, hvordan fremtidens byer måske kan ånde lidt lettere.

Hvad er ultrafine partikler, og hvorfor måler vi dem?

Ultrafine partikler (forkortet UFP) defineres som luftbårne partikler med en aerodynamisk diameter under 100 nanometer (nm). Til sammenligning er et menneskehår omkring 70 000 nm bredt, så UFP er bogstaveligt talt usynlige for det blotte øje.

Selv om UFP kun udgør en brøkdel af partikelmassen i luften, kan de stå for over 90 % af partikelantallet. De opfører sig derfor anderledes i atmosfæren og i kroppen end de større PM-fraktioner, og de skal måles med andre instrumenter og i enheden antalkoncentration (#/cm³) i stedet for massekonsentration (µg/m³).

Vigtigste kilder til ufp i danske byer

1. Trafik – Dieselmotorer og benzinbiler med direkte indsprøjtning danner store mængder ultrafine sot- og kondensationspartikler, især under acceleration og koldstart.
2. Brændeovne og pejse – Ved ufuldstændig forbrænding af træ frigives høj koncentration af ultrafine sodpartikler, som kan dominere vinteraftener i villakvarterer.
3. Industri og småforbrænding – Kraftvarmeværker, metalforarbejdning og andre industrielle processer danner UFP, som kan spredes med skorstenstrækket og påvirke nærliggende byområder.
4. Sekundær dannelse – Gasser som svovldioxid, kvælstofoxider og organiske dampe kan omdannes til nye partikler (nucleation) når de møder sollys og atmosfærens oxidanter. Disse “friskfødte” partikler er ofte ultrafine.

Sundhedseffekter – Små partikler, store konsekvenser

Forskning viser, at UFP trænger dybt ned i lungerne og kan passerer over i blodbanen. Mulige helbredseffekter inkluderer:

• Betændelsestilstande i luftvejene og forværret astma
• Øget risiko for hjerte-kar-sygdomme
• Påvirkning af nervesystemet, bl.a. ændringer i kognitiv funktion

Da UFP’s overfladeareal og kemiske sammensætning (fx polyaromatiske kulbrinter og metaller) er centrale for toksiciteten, har tætheden af partikler – ikke massen – størst betydning. Derfor måles UFP i antal i stedet for vægt.

Hvorfor er antalkoncentration central?

Når en dieselbil starter, kan antallet af UFP i en gade tidobles, mens massen næsten ikke ændrer sig. Set med et massefilter ville man derfor overse den pludselige spidsbelastning, som befolkningen reelt udsættes for. Antalkoncentration:

• Fanger de hurtige udsving, der knytter sig til trafiksignaler, brændeovnsoptænding og industrielle udslip.
• Er mere stabil mod fordampning/fugt, fordi antalkoncentration ikke påvirkes af vandindhold eller om flygtige bestanddele fordamper.
• Giver forskere og myndigheder et bedre mål for eksponering, når sundhedsdata kobles til luftkvalitet.

Derfor indgår UFP i stigende grad som supplerende indikator i både nationale overvågningsprogrammer og WHO’s nye luftkvalitetsretningslinjer.

Overvågning i Danmark: netværk, stationstyper og ansvar

I Danmark er overvågningen af ultrafine partikler (UFP) organiseret som et samarbejde mellem statslige myndigheder, universiteter og enkelte kommuner. Der findes ingen lovpligtig EU-grænseværdi for partikler under 100 nm, men Miljøstyrelsen ønsker alligevel et solidt datagrundlag, så Danmark kan følge den internationale udvikling – og så danske forskere kan belyse sundhedseffekter og virkemidler.

Hvem står bag målingerne?

Hvor måles der?

De instrumenter, der specifikt kan tælle og klassificere ultrafine partikler, står foreløbig på otte faste målestationer. Placeringerne er valgt, så de repræsenterer tre vigtige eksponeringsmiljøer:

1. Gadestationer (trafiknære) – f.eks. H.C. Andersens Boulevard i København og Thomas B. Thriges Gade i Odense.
2. Bybaggrundsstationer – f.eks. den tagmonterede station på H.C. Ørsted Institutet (Nørrebro), Ansgargade i Aalborg og Navitas i Aarhus.
3. Regionalbaggrundsstationer – f.eks. Risø (Roskilde Fjord) og Lille Valby (Sjælland); flere undersøgelser bruger også landbrugsområdet Tange Sø som sammenligningspunkt.

Placeringerne kan hurtigt ændre sig, når nye forskningsprojekter begynder, men typisk har mindst én gade-, én bybaggrunds- og én regionalbaggrundsstation kontinuerligt målt UFP siden 2002.

Hvad fortæller de forskellige stationstyper?

• Gadestation:
  • Ligger 1-2 m fra kantstenen i en såkaldt street canyon.
  • Viser maksimale hverdags-niveauer, som fodgængere, cyklister og beboere i stueetagen kan møde.
  • Følsom over for lokale forhold: køretøjsflåde, kørevaner, vejret (f.eks. lav vindhastighed).
• Bybaggrund:
  • Placeret på et tag eller i en baggård mindst 100 m fra gennemgående trafik.
  • Giver et gennemsnitligt billede af, hvad flertallet af byboere indånder, og bruges som eksponeringsproxy i epidemiologiske studier.
  • Kan identificere bredere kilder som boligopvarmning, industrielle udledninger og sekundær dannelse.
• Regionalbaggrund:
  • Ligger i åbent land, uden væsentlig lokal kildesignal.
  • Fanger langtransport af forurening fra andre egne af Danmark eller nabolande.
  • Danner udgangspunkt for at separere lokale, urbane bidrag fra den mere diffuse baggrund.

Fra rå data til offentlig indsigt

Når DCE har valideret tallene fra de forskellige stationstyper, publiceres de som timesmiddel-koncentrationer (#/cm³) og som daily summaries af partikelantal samt størrelsesfordelinger. Data kan:

1. Færdiggøre den årlige NOVANA-rapport, der sammenlignes med WHO-retningslinjer.
2. Strømme direkte til Luftkvalitet.dk, hvor borgere kan følge UFP-niveauer i næsten realtid.
3. Underbygge modellering (f.eks. OML-Veg / DEHM), der estimerer eksponering på adresse-niveau.

Den kombinerede strategi med flere stationstyper gør det muligt både at identificere hotspots, kvantificere befolkningens gennemsnitseksponering og vurdere grænseoverskridende bidrag. Dermed står danske myndigheder og forskere stærkt, når der skal rådgives om nye indsatser – lige fra lavemissionszoner til fremtidige EU-standarder for ultrafine partikler.

Målemetoder og instrumenter til UFP

Der findes ingen universel one-size-fits-all-sensor til ultrafine partikler (UFP). I stedet kombinerer man flere specialiserede instrumenter, der hver løser en bestemt opgave – typisk antalsmåling, størrelsesklassificering og karakterisering af partiklernes flygtighed eller kemiske signatur. Nedenfor gennemgår vi de vigtigste byggesten i et moderne UFP-målesetup.

1. Antalskoncentration: Condensation particle counter (cpc)

• Princip: Aerosolen trækkes gennem en saturator, hvor den exponeres for damp af fx n-butanol eller vand. I et efterfølgende kondensationskammer underkøles dampen, så den kondenserer på selv de mindste nanokerner. Partiklerne vokser derved til optisk detekterbar størrelse (typisk >1 µm), hvorefter de tælles én ad gangen med et laserbaseret optisk system.
• Resultat: Samlet antal-koncentration (# partikler pr. cm³) med høj tidsopløsning (1 s – 1 min).
• Fordele: Simpel drift, høj følsomhed ned til 2-3 nm, egnet både stationært og i mobil platform (cykel, bil, droner).
• Begrænsninger: Ingen information om partikelstørrelse eller kemisk sammensætning; risiko for optælling af flygtige dampkerner, hvis prøven ikke tørres/opvarmes.

2. Størrelsesfordelinger: Smps / dmps

Ved at kombinere SMPS-data med CPC-totalen kan man validere målingerne og beregne f.eks. geometrisk gennemsnitsdiameter, overfladeareal og volumen, som ofte er relevante i toksikologiske studier.

3. Håndtering af flygtige partikler: Tørre- og opvarmningsmoduler

• Diffusion Dryers – glasrør fyldt med silica gel, der bringer prøvens relative fugtighed ned under 40 %, så vanddråber ikke forveksles med partikler.
• Termodenuder – en to-trins enhed:
  1. Opvarmningssektion (~250 °C) hvor flygtige forbindelser fordamper fra partiklerne.
  2. Kølesektion med sorptionsmateriale, som fjerner dampen og forhindrer re-kondensation.

  Resulterer i et “fast kernenetværk”, så man kan adskille primær sod fra sekundær organisk aerosol.

4. Støtteparametre – Vigtig kontekst

Selv de bedste partikelmålinger giver begrænset mening uden parallel information om luftens øvrige egenskaber. Derfor er følgende sensorer næsten altid koblet på UFP-stationer:

• Meteorologi: Vindhastighed/-retning, temperatur, fugtighed, tryk og globalstråling giver indblik i spredningsforhold og fotokemisk aktivitet.
• NO_x (NO + NO₂): Vigtig markør for trafikforurening. Sammenholdes ofte med UFP-antal for at identificere kilder.
• Sort kulstof (Black Carbon / Elemental Carbon): Måles typisk med aethalometer eller MAAP. Er tæt forbundet med diesel-udstødning og giver et kemisk fingeraftryk, der supplerer UFP-data.
• CO, O₃, SO₂: Bruges lejlighedsvis til at verificere fotokemiske processer og langtransport.

5. Eksempel på komplet opstilling i en dansk bybaggrundsstation

Den beskrevne konfiguration kan naturligvis skaleres op eller ned afhængigt af formål og budget – fra en simpel mobil CPC på en cykel til top-tunge reference­stationer, der leverer data til Europa-Kommissionens luftkvalitetsrapportering.

I næste afsnit dykker vi ned i, hvordan disse instrumenter drives i praksis, hvilke kalibreringsrutiner der anvendes, og hvor store usikkerheder man må regne med.

Fra felt til tal: drift, kvalitetssikring og usikkerheder

Målinger af ultrafine partikler (UFP) i danske byer udføres først og fremmest på stationære målestationer, hvor instrumenterne kører døgnet rundt året igennem. Stationære data giver de lange, kontinuerlige tidsserier, der behøves til at beregne års­middelværdier, følge trends og dokumentere effekten af nye tiltag.

Mobil måling – typisk fra el-vans, cykler eller rygsække udstyret med kondensationspartikel­tæller (CPC) og GPS – bruges derimod til kortlægning af rumlig variation. Ruter gentages under forskellige vejrforhold, så data kan kobles til modellering og byplanlægning.

Kalibrering, nulpunktskontrol og flowsikkerhed

1. Kalibrering af CPC sker typisk årligt hos producenten eller et akkrediteret laboratorium. Man bruger aerosoler med kendt antal­koncentration (f.eks. polystyren latex-kugler) til at verificere tællerens tællingseffektivitet.
2. Nulpunktskontrol foretages in situ ved at lede instrumentets indløb gennem et HEPA- eller ULPA-filter, som fjerner >99,999 % af partiklerne. Måles der mere end få partikler pr. cm³ efter filteret, indikerer det indre lækage eller elektrisk støj.
3. Flow- og lækagetjek er kritiske, fordi CPC’er og SMPS/DMPS er volumetriske instrumenter. Flowet verificeres med traceable flowmetre; afvigelser >2 % kræver justering. Lækagetest udføres med undertryk: et markant fald i flow indikerer utæthed.

Datafiltrering og validering

Rådata fra antalskoncentrationer (number concentration) leveres ofte i 1-sekunds-opløsning. Før publikation gennemløber de et flertrinsfilter:

• Automatisk filter: fjerner urealistiske ekstrem­værdier, negative tal og perioder med instrumentfejl (strømsvigt, flowalarm).
• Baggrundskorrektion: perioder med HEPA-test markeres og fjernes fra klimatiske gennemsnit.
• Manuel inspektion: eksperter gennemgår tidsserier og flagger hændelser såsom byggeri ved stationen eller midlertidig gadeafspærring.

Til sidst beregnes validerede minut- eller timesmidler. Tidsopløsningen justeres efter formålet: minutdata til korttids­eksponering og toksikologiske studier; timesmidler til sammenligning med andre luft­forureningskomponenter.

Repræsentativitet: Gadecanyon vs. By- og regionalbaggrund

Et centralt spørgsmål er, hvad data beskriver. En gade­canyon-station (f.eks. H.C. Andersens Boulevard, København) fanger worst-case-situationen for fodgængere og cyklister tæt på trafikken. En bybaggrundsstation i et park­område reflekterer derimod befolkningens gennemsnitlige urbane eksponering. Data fra regionalbaggrund (landlige målestationer som Risø) viser den del af koncentrationen, som kommer fra langtransporteret eller sekundært dannet UFP. Hvis stationstyperne forveksles, kan politiske beslutninger ramme skævt.

Sæson- og døgnvariationer

• Døgncyklus: Typisk to trafiktoppe kl. 7-9 og 15-18. Koncentrationerne kan stige fra 10 000 til 50 000 partikler/cm³ i myldretiden.
• Nattetime: Ved stabile, rolige vejrforhold og lav blandingshøjde kan UFP kulminere i tætte bebyggelser trods lav trafik.
• Vinter versus sommer: Kold luft fremmer ny­partikeldannelse og giver generelt højere antal­koncentrationer. Om vinteren bidrager brændeovne; om sommeren forstærkes sekundære partikler ved fotokemiske processer.
• Vind og nedbør: Kraftig vind fortynder, mens regn kan skylle partikler ud (våddeposition).

Usikkerheder og rapportering

Selv med omhyggelig QA/QC ligger den samlede måleusikkerhed for CPC-antal­koncentration typisk på ±10-15 % (95 % konfidens). For størrelses­fordelinger fra SMPS er usikkerheden større, især for de mindste diametre (±20 %). Disse tal indgår i de officielle rapporter til EU og WHO, så beslutningstagere kan afveje data korrekt.

Når feltdrift, kalibrering og datahåndtering kobles systematisk sammen, omdannes bruttodata til handlingsduelige tal, der kan støtte alt fra lavemissions­zoner til sundhedsforskning. Det er den rejse, der gør felt til tal til en af de mest kritiske – men også mest oversete – discipliner i luftkvalitets­overvågningen.

Anvendelse af data: politik, planlægning og offentlig information

Ultrafine partikler (ultrafine particles, UFP) måles i stadig flere danske byer, men tallene er først værdifulde, når de omsættes til konkret handling og viden. Nedenfor gennemgås de vigtigste anvendelser – fra lovgivning til borgerrettet formidling – og der gives eksempler på, hvordan data reelt bruges i Danmark.

Luftkvalitetsforvaltning og lovgivning

• Selv om EU’s nuværende luftkvalitetsdirektiver ikke har bindende grænseværdier for UFP, indgår dataene i nationale cost-benefit-analyser, når nye grænseværdier for PM_2,5 og NO₂ forhandles.
• Miljøstyrelsen og DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi anvender måleserierne til modelvalidering. Dermed kan Danmarks officielle emissionsopgørelser (til EEA og UNECE) få bedre kildefordeling og lavere usikkerhed.
• Kommuner kan bruge UFP-tal som indikator for forbrændingsudledninger. Det gør det lettere at målrette kampagner mod f.eks. brændeovnsfyring i tætbebyggede områder.

Trafik- og byplanlægning

1. Screening af hotspot-strækninger: Mobile UFP-målinger identificerer gadecanyons, hvor høje niveauer skyldes både køretøjstæthed og dårlig luftudskiftning.
2. Dimensionering af infrastruktur: Trafikplanlæggere bruger realtidsdata til at optimere signalanlæg, justere hastighedszoner og etablere bus- eller cykelprioritet, så antallet af “stop-&-go” situationer reduceres.
3. Grønne korridorer: Ved at sammenholde UFP-kort med befolknings-GIS kan kommuner placere rekreative ruter, skoleveje og ny bebyggelse i lommer med lavere eksponering.

Evaluering af specifikke tiltag

Sundhedsforskning

• Epidemiologiske studier kobler UFP-tidsserier med patientjournaler og nationale registre for at undersøge akut hjerte-kar-påvirkning og langtidsudvikling af lungesygdomme.
• Personbårne målekampagner (rygsæk-CPC) bruger stationære data til kalibrering; det giver mere præcise eksponeringsmodeller.
• Danske data indgår i internationale metaanalyser (f.eks. WHO-panelet om Global exposure to UFP), der skal munde ud i nye retningslinjer.

International rapportering

Danmark bidrager via EMEP og ACTRIS-netværkene med UFP-måleserier, som er nødvendige for at beregne European background concentration baselines. Disse tal bruges igen i FN’s klimaarbejde (IPCC) til at estimere partiklernes indirekte klimapåvirkning gennem skydannelse.

Hvor finder borgerne information?

• luftkvalitet.dmu.dk – timeopdaterede grafer og kort fra DCE’s stationer (vælg “UFP” under datalag).
• Danmarks Miljøportal – historiske datasæt i CSV/NetCDF til egne analyser.
• Kommunale dashboards – sammenfatter lokale målinger, trafikdata og modelberegninger.
• Smartphone-apps som LuftData DK giver push-notifikationer ved høje UFP-niveauer og forklarer kort hvad “10.000 partikler/cm³” betyder for udendørs aktivitet.

Når måledata omsættes til klare nøgletal, målretter forvaltningen indsatser, forskningen får bedre eksponeringsestimat, og borgerne kan træffe informerede valg – fra transportmiddel til brændeovnsfyring. Sådan bliver tørre koncentrationskurver til konkret miljøforbedring i danske byer.