Blog Stofanalyse

29-06-2020

In deze blog vertelt professor Sieger van der Laan meer over de manier waarop wij stofanalyses uitvoeren. Sieger van der Laan studeerde Geochemie in Utrecht en Chicago, en leidt sinds 1998 de Microstructuur en Oppervlakte Analyse groep op het Research lab van Tata Steel IJmuiden. In 2018 is hij benoemd tot deeltijd hoogleraar Bouwmaterialen Microstructuur aan de TU Eindhoven.

 

Stofanalyse: hoe pakken we dat aan?

Mijn auto is momenteel ongelooflijk smerig (aan de buitenkant voor alle duidelijkheid) en mijn auto is niet de enige vieze auto in de straat. Eigenlijk is het wel normaal dat auto’s vies worden. We rijden namelijk overal heen en langs. En dan heb je ook nog het stuifmeel van alle bloeiende bomen in deze tijd van het jaar. En zeker als de weg nog nat is na een regenbui, dan is die auto na één ritje al smerig.

Maar dan het raamkozijn. Dat gaat nergens naartoe en toch komt er vuil op. Ik woon in IJmuiden in Zeewijk en hier heb ik dat wel eens. Gelukkig maar heel soms. Er ligt bij ons zwart stof op de witte kozijnen en het lijkt wel of het glittert. Ik kan me voorstellen dat mensen willen weten wat dat stof op de kozijnen is en misschien ook wel dat stof op de auto. Nu bof ik enorm want ik werk bij de Research afdeling van Tata Steel in IJmuiden en wij hebben microscopen en Röntgenapparatuur tot onze beschikking en daarmee is dat stof prima te onderzoeken.

Een rigoreuze oplossing?

Het is me heus wel opgevallen dat de vensterbanken op het Tata Steel terrein ook niet blaken van de properheid. Het is helemaal terecht om wat aan die stofoverlast te doen. Natuurlijk hoor ik wel eens dat we dan maar geen staal meer moeten maken in Nederland, ben je meteen van de stofoverlast af. Eerlijk is het niet echt, wij Nederlanders met ons hoge welvaartsniveau gebruiken per jaar gemiddeld 287 kg staal. Dat staal moet ergens gemaakt worden. Tata Steel in IJmuiden produceert 354 kg per hoofd van de bevolking [KNOEMA.com steel-statistical-yearbook 2019], een beetje extra voor de handel en om winst te maken. Iedereen heeft wel een fiets, auto, wasmachine, koelkast, meubels en een huis. Daar zit overal staal in. Staal is dus cruciaal. We leven toch niet in het stenen tijdperk?

Terug naar het stof. Waar komt al dat stof vandaan?

Het makkelijke antwoord is “van Tata”, maar als je er wat aan wilt doen dan moet je precies weten waar het ontstaat en hoe het zich verspreidt. Daarvoor nemen we monsters die we analyseren. Hop, vegen we het stof bij elkaar en hatseflats, laten we er een chemische analyse op los, en wat heb ik dan geleerd? Nou ja, eigenlijk niet zo heel veel, dus zo pakken we het dan ook niet aan. Van een dergelijke totaal-analyse leer je welke chemische elementen in het stof zitten: IJzer, Calcium, Silicium om de belangrijkste maar even te noemen (en nog 88 andere elementen als we supergoed dooranalyseren, want meer elementen bestaan er niet, van nature). En omdat er geen afzender op de geanalyseerde elementen staat, weten we na zo’n totaal-analyse nog steeds niet waar het stof vandaan komt.

Elk stofkorreltje zijn eigen verhaal

Terug naar de microscopen. Wat zie je als je een stofmonster onder de microscoop bekijkt? Bij ons in het lab ziet het er zo uit {FOTO}. Allereerst de korreltjes zijn superklein (ongeveer een tiende millimeter groot, vergelijkbaar met de dikte van een haar) en heel erg divers. Allemaal verschillende kleuren en sommige zijn doorschijnend, andere zwart-spiegelend, of suikerachtig. Pak een loepje en kijk zelf eens. Eigenlijk best mooi om te zien. Elk korreltje komt ergens vandaan, maar gezien de grote diversiteit in korreltjes zijn er veel verschillende stofbronnen die hun stofkorreltjes bijdragen. Om het stof naar zijn bron te herleiden moet je dus eigenlijk elk korreltje apart analyseren en beoordelen waarbij het hoort. Helaas is er geen service op internet te vinden die een dergelijke stofkorreltjes analyse aanbiedt.

Optisch microscoopbeeld van een stofmonster van 18 maart uit Wijk aan Zee

Ontwikkeling van supergedetailleerde stofanalyse

Bij het Research lab hebben we 15 jaar geleden besloten zelf een analysemethode te ontwikkelen om elk korreltje apart te karakteriseren. Het principe is heel simpel en werkt met Scanning Elektronen Microscopie en Röntgenmicroanalyse (SEM-EDS). Op elke duizendste millimeter (micron) van een stofdeeltje wordt een chemische analyse gedaan door de Microscoop. Daarna wordt met software beoordeeld welke analyses met elkaar overeenkomen, en de gebiedjes van dezelfde analyse geven we dezelfde kleur op de stofkorrels {FOTO}. Voor de korrels van het microscoopbeeld hebben we de analyses ingekleurd. Naast het kleurenplaatje dat dit oplevert, staan in de legenda de verbindingen die bij elk kleurtje horen.

Aangetroffen verbindingen in stofmonster van 18 maart in Wijk aan Zee

Om een paar duizend stofkorrels te analyseren worden miljoenen van die microanalyses gedaan en vergeleken. Toen we begonnen met onderzoeken waren de microscopen nog niet zo ver ontwikkeld en duurde het 17 uur om 200.000 analyses op een paar honderd stofkorrels te doen. Pas in 2010 konden we datzelfde aantal analyses in 1,5 uur doen. Met onze nieuwste microscoop uit 2019 kan dat nu in 5 minuten. Als we eenmaal weten welke verbindingen (de combinatie van elementen) per korrel voorkomen, kunnen we de korrels indelen op hun bronmateriaal. Onze software om dit te doen is door 2SEE-Technology ontwikkeld.

Bronmateriaal van stofoverlast

De combinatie van verbindingen die in een korrel worden aangetroffen vertellen dus de herkomst van de korreltjes. Inmiddels onderscheiden we 30 verschillende bronmaterialen {FOTO} die op de lijst hieronder staan.

Bronnen stofmonster - 18 maart Wijk aan Zee (klik voor een vergoting)

Een deel komt van onze procesvoering, maar we zien ook stof in het raamkozijnvuil afkomstig van cement, verfbladders, aluminiumcorrosie, organische vezels, gips, kortom stof uit de bebouwde omgeving. Er is ook natuurlijk stof, strandzand, schelpgruis, zout. Wordt het nu beter of niet met de stofoverlast? De klachten worden er niet minder om, maar wat vertellen de analyses ons? Een volgende blog laat ik de analyses van het laatste halfjaar zien, van de stofklachten uit Wijk aan Zee.

Vragen?

Heeft u nog vragen naar aanleiding van deze blog, dan kunt u een mail sturen naar: omgevingsnieuws@tatasteeleurope.com

 

Blogs