GIANT-projektin keräämä tutkimustieto auttaa ymmärtämään ultrapieniä hiukkasia ja vähentämään sisäilman hiukkaspitoisuuksia

Ultrapienet hiukkaset ovat yksi GIANT-projektin tutkimuskohteista. Mittausdataa hiukkasista tarvitaan, jotta esimerkiksi niiden terveysvaikutuksia voidaan ymmärtää paremmin.

Mittauslaitteita hankkeen aikana tehdystä tutkimuskampanjasta. Kuva: Mohamed Elsayed

GIANT (Global trends in IAQ: Novel technologies, Competence and Business) on monitieteinen projekti, jossa tutkitaan ilman epäpuhtauksien, kuten ultrapienten hiukkasten, mustan hiilen, haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) ja maan ilmakehässä hapettumisen yhteydessä erinäisistä orgaanisista yhdisteistä muodostuvien niin sanottujen sekundääristen aerosolien roolia sisä- sekä ulkotiloissa.

Mutta mitä ovat nämä ultrapienet hiukkaset, ja miksi juuri ne ovat tämän projektin yksi tärkeä tutkimuskohde? 

Ultrapieni hiukkanen on kooltaan vain alle sata nanometriä

Ultrapieniksi hiukkasiksi luokitellaan aerosolihiukkaset eli ilmassa leijuvat kiinteät ja nestemäiset hiukkaset, jotka ovat halkaisijaltaan vain alle sata nanometriä.

Ultrapienet hiukkaset eivät Tampereen yliopiston aerosolifysiikan professorin Topi Rönkön mukaan ole kuitenkaan yhtenäinen joukko hiukkasia. Rönkkö työskentelee GIANT-projektissa tutkimuskonsortion johtajana.

"Ultrapienten hiukkasten koossa ja koostumuksessa voi olla hyvinkin paljon eroja. Myös se vaihtelee paljon, kuinka paljon erikokoisia hiukkasia alle sadan nanometrin hiukkaskoossa on", Rönkkö kertoo.

Ultrapienet hiukkaset voivat koostua monenlaisista erilaisista orgaanisista ja epäorgaanisista yhdisteistä. Ne voivat sisältää esimerkiksi metalleja, alkuainehiiltä, nokea ja puolihaihtuvia orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä. Orgaanisilla yhdisteillä tarkoitetaan hiilen ja vedyn yhdisteitä ja usein termi liitetään eloperäiseen materiaaliin.

GIANT-projektissa tutkitaan myös mustaa hiiltä, haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) ja sekundäärisiä aerosoleja. Mustahiilihiukkaset voivat olla hiukkaskooltaan niin pieniä, että ne kuuluvat ultrapieniin hiukkasiin. VOC-yhdisteistäkin voi syntyä sekundaarisen aerosolin muodostuksen kautta ultrapieniä hiukkasia. Tutkimuksen kohteet liittyvät siis myös merkittävästi toisiinsa.

Ultrapieniä hiukkasia syntyy monenlaisista lähteistä, mutta pääasiassa niitä muodostuu erilaisissa polttoprosesseissa sekä ilmakehässä erilaisten prosessien kautta. Hiukkasia syntyy sekä sisä- että ulkoilmaympäristöissä.

Sisäilmaympäristössä esimerkiksi kuumat pinnat ja polttoprosessit, kuten ruuanlaitto tai takanpoltto, voivat tuottaa ultrapieniä hiukkasia. Ulkoilmaan niitä tulee muun muassa liikenteen pakokaasuista ja joidenkin tutkimusten mukaan kulkuneuvojen jarruttaessa. Ultrapieniä hiukkasia syntyy ilmakehään myös luonnollisten prosessien tuloksena.

Vantaalla Aviapoliksella lähellä lentokenttää tehdyssä mittauskampanjassa tarkasteltiin muun muassa sitä, miten lentokentän läheisyys vaikuttaa hiukkasiin. Kuva: Laura Salo

Ultrapienet hiukkaset jäävät helposti keuhkoihin

Ultrapienet hiukkaset ovat niin pieniä, että ne kulkeutuvat helposti hengitysilman mukana keuhkoihin. Toisaalta niiden hiukkaskoko on sellainen, että ne jäävät suhteellisen tehokkaasti keuhkorakenteiden pinnoille, eivätkä tulekaan hengityksen mukana ulos. Ultrapienet hiukkaset voivat päätyä aina keuhkojen alveolialueelle eli keuhkorakkuloihin asti.

Tampereen yliopiston aerosolifysiikan professori Topi Rönkkö.

"Monesti ajatellaan niin, että ultrapienet hiukkaset ovat erityisen haitallisia, koska keuhkorakkuloissa elimistön puolustusmekanismit ovat mahdollisesti heikompia ja sieltä hiukkasilla on suorempi pääsy muualle elimistöön", Rönkkö kertoo.

Hänen mukaansa kaikista pienimmät, alle 10 nanometrin kokoiset hiukkaset, taas jäävät tehokkaimmin ylähengitysteihin, joten niiden vaikutus elimistölle on todennäköisesti erilainen kuin 10–100 nanometrin kokoisten hiukkasten, joista suurempi osa pääty alveoleihin.

"Se, mille alueelle hengitysteissä ultrapieniä hiukkasia jää, vaikuttaa myös siihen, millainen mahdollinen terveyshaitta lopulta on", hän kuvailee.

Ultrapienet hiukkaset voivat kuljettaa mukanaan elimistöön erilaisia aineita ja yhdisteitä, jotka voivat olla esimerkiksi syöpävaarallisia.

"Lisäksi niillä voi olla muitakin kokoon tai fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin liittyviä piirteitä, jotka ovat tärkeitä, kun pohditaan ultrapienten hiukkasten vaikutuksia terveydelle. Meillä on vielä siihen liittyen paljon tutkittavaa, kuten esimerkiksi aineiden vesiliukoisuus ja sen vaikutukset", Rönkkö toteaa.

Vaikka ultrapienet hiukkaset saattavat tuntua näkymättömiltä vihollisilta, niiden kulkua ulkoilmasta sisäilmaan voi torjua esimerkiksi ilmansuodattimilla. Rönkkö kertoo, että ilmansuodatuksen yksityiskohdat vaikuttavat siihen, paljonko ulkoilmasta saa poistettua ultrapieniä hiukkasia jo ennen kuin ilma tulee sisälle. Myös suodatinratkaisuilla on vaikutusta. Jotkin niistä ovat hyvinkin tehokkaita ultrapienten hiukkasten torjumisessa. Myös sisätiloissa hiukkaspitoisuuksia voidaan pienentää.

"Sisäilmalähteitä ja sitä, minne ultrapienet hiukkaset leviävät näistä lähteistä on mahdollista hallita. Esimerkiksi ilmanvaihdolla ja huoneilman suodattamisella voidaan hillitä ja hallita lähteiden roolia sisäilman laadun kannalta, jos samalla huomioidaan ultrapienten hiukkasten rooli myös ulkoilmassa".

GIANT-projektin mittauskampanjat antavat lisää tietoa ultrapienistä hiukkasista

Maailman terveysjärjestö WHO antoi vuonna 2021 uudet ilmanlaatusuositukset, joissa muun muassa kehotetaan mittaamaan ultrapieniä hiukkasia. Kun näitä hiukkasia mitataan laajasti, mittausdataa kertyy hiljalleen.

"Tämä mahdollistaa esimerkiksi epidemiologiset tutkimukset. Mittausdataa tarvitaan, että voidaan ymmärtää, onko ultrapienillä hiukkasilla terveysvaikutuksia ja minkälaisia ne ovat", Rönkkö kertoo.

Ultrapienten hiukkasten tutkimuksessa ja mittaamisessa on vielä paljon tehtävää, ja GIANT-projekti haluaa tuoda mukaan oman panoksensa. GIANT-projektissa pyritään ymmärtämään tieteellisestä ja teknisestä näkökulmasta asioita, joilla voidaan parantaa sisäilman laatua ultrapienten hiukkasten, mustanhiilen ja VOC-yhdisteiden näkökulmasta. Tutkimusta tehdään monella tavalla.

Mittalaitteiden asennusta Messukylän päiväkodilla. Kuva: Aino Lähde

Rönkön mukaan GIANT-projektissa käytetään hyvin edistyksellistä mittaustekniikkaa, jolla saadaan yksinkertaisen pitoisuustiedon lisäksi tietoa aerosolihiukkasten kokojakaumasta ja koostumuksesta. Kun saatua mittausdataa yhdistetään ympäristöolosuhteisiin liittyvään mittaukseen, saadaan tietoa esimerkiksi hiukkasten muodostumismekanismeista ja hiukkasten fysikaalisista ominaisuuksista kuten hiukkaskokojakaumasta.

"Kaikki saatu tieto on hyödyksi, kun mietitään, miten pitoisuuksia saadaan pienemmäksi. GIANT-projektin mittauskampanjat ovat oleellinen osa tiedon hankintaa. Niitä toteutetaan projektissa useassa erilaisessa ympäristössä. Lisäksi oleellista on monen huippuammattilaisten tietotaidon ja erittäin hienostuneiden laitteistojen hyödyntäminen".

Myös mukana olevat yritykset tuovat oman panoksensa projektille muun muassa tarjoamalla mittausten toteutukseen omia laitteitaan ja jakamalla asiantuntijuuttaan.

Tieto ultrapienten hiukkasten roolista ulko- ja sisäilmassa on tärkeä asia, jotta pystytään esimerkiksi optimoimaan ilmanvaihtojärjestelmiä ultrapienten hiukkasten kannalta.

"Ajattelen niin, että omalta osaltaan projekti tuo myös ymmärrystä siitä, miten itse päästöjä saadaan pienemmäksi tai jopa kokonaan pois. Se on lopulta kaikkein tärkein keino torjua hiukkaspitoisuuksia", Rönkkö toteaa.

Kirjoittaja

Julia Koski

GIANT-projektin viestintä

GIANT-projektissa tutkitaan ilman epäpuhtauksien, kuten ultrapienten hiukkasten, mustan hiilen, haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) ja sekundääristen aerosolien roolia sisä- sekä ulkotiloissa. Projektin keskiössä ovat WHO:n uudet maailmanlaajuiset ilmanlaatuohjeet ja niiden mahdolliset vaikutukset kansainvälisiin markkinoihin, erityisesti edistyneiden sisäilmaratkaisuiden markkinoihin.

Projekti on luonteeltaan monitieteinen. Sitä toteuttava konsortio koostuu viidestä tutkimuslaitoksesta, kaupunkitoimijoista sekä teknologiseen kehittämiseen, aerosolimittauksiin, ilmanpuhdistukseen, ilmanvaihtoon ja datan visualisointiin erikoistuneista yrityksistä. Läpileikkaavia teemoja hankkeessa ovat ulkoympäristöt, rakennusteknologiat, talotekniikka ja suunnittelu sekä sisäympäristöt. Kansainvälinen yhteistyö vahvistaa projektia entisestään tuomalla hankkeeseen maailmanlaajuista huipputason osaamista sekä tutkimusympäristöjä.

Projektissa mukana olevat tutkimuslaitokset ovat Tampereen yliopisto, Ilmatieteen laitos (FMI), Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy, Helsingin yliopisto ja Itä-Suomen yliopisto.

Hankkeessa mukana olevat yritykset rinnakkaisten yrityshankkeiden kanssa ovat Air0 Oy, Airmodus Oy, Cervi Oy, Gasera Oy, Pegasor Oy, Realin Oy ja Velco Oy. Airyn Technologies Oy, Helsingin kaupunki, Tampereen kaupunki, Vantaan kaupunki, Dekati Oy, Entos Oy, e-Group Oy, Halton Oy, Helsingin seudun ympäristöpalvelut HSY, Inspector Sec Oy (ISEC) ja Lifa Air Oy ovat projektin yhteistyöyrityksiä. Projektia koordinoi Tamlink Oy.