Lucht- en waterzuivering

Lucht- en Waterzuivering

Lucht- en waterkwaliteit zijn fundamenteel voor het algemeen welzijn van mens en milieu. EcoCities onderzocht of groendaken en -gevels een invloed hebben hierop in Vlaanderen. Maak kennis met onze onderzoekers, lees meer over onze resultaten en ontdek de visie van andere experten.

Slider

Maak kennis met onze onderzoekers

Kyra Koch & Elisabeth Schuermans

Onderzoekers van het ‘Laboratory of Environmental and Urban Ecology’ (EUREC-A) binnen de onderzoeksgroep ‘Environmental Ecology & Microbiology’ (ENdEMIC) van de UAntwerpen onder leiding van Prof. dr. ir. Roeland Samson.

Laure Steenaerts

PhD student bij de onderzoeksgroep Milieubiologie van de UHasselt onder leiding van prof. dr. Francois Rineau.

Thomas Van Dijck

PhD student bij de onderzoeksgroep Dierkunde: biodiversiteit en toxicologie van de UHasselt onder leiding van prof. dr. Tom Artois.

We lieten ook enkele andere experten aan het woord

Zij lieten elk hun licht schijnen op het concept groendaken en -gevels vanuit een horticultureel, meteorologisch en klimatologisch standpunt gekaderd rond stedelijke luchtkwaliteit. Dezelfde vragen, verschillende visies!

John Gallagher

Professor plant ontwerp en stedelijke horticultuur- Universiteit Sheffield. Directeur van ‘The Green Roof Centre’ van de Universiteit Sheffield. Promotor van de naturalistische en ecologische tuinen.

Lees meer →

Bert van Hove

Docent aan de Universiteit van Wageningen bij de groep ‘Meteorologie en luchtkwaliteit’ en ‘Watersystems and global change’ binnen het departement ‘Omgevingswetenschappen’.

Lees meer →

Johan Neirynck

Senior onderzoeker bij het Milieu & Klimaat team aan het Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek.

Lees meer →

Wat is fijn stof?

Fijn stof (of PM) is een verzamelnaam voor allerlei kleine deeltjes in de lucht met een heel gevarieerde oorsprong. Dit kan gaan van zandkorrels en roetdeeltjes afkomstig van brandstoffen tot stukjes afgesleten autoband of wegdek. Fijn stof kan ook ontstaan door reacties tussen verschillende gassen in de lucht. PM staat voor “particulate matter” (de Engelse naam voor fijn stof) en het getal geeft de diameter van de stofdeeltjes aan. PM10 zijn deeltjes met een maximale aerodynamische doorsnede van 10 micrometer, waarbij een micrometer gelijk is aan een duizendste van een millimeter. De nog kleinere deeltjes worden aangeduid als PM2,5 of PM0,1(ultrafijn stof).

Ref: Clean Air Research Program 2011

PM is een veel voorkomende indicator voor luchtverontreiniging. Het treft meer mensen dan welke andere verontreinigende stof dan ook. Het bestaat uit een complex mengsel van vaste en vloeibare deeltjes van organische en anorganische stoffen die in de lucht zweven.

Terwijl fijn stofdeeltjes kleiner of gelijk aan PM10 diep in de longen kunnen doordringen en er zich nestelen, zijn de deeltjes kleiner of gelijk aan PM2,5 nog schadelijker. Ultrafijne stofdeeltjeskunnen de longbarrière doordringen en in het bloed terecht komen. Chronische blootstelling aan deze deeltjes draagt ​​bij aan het risico op het ontwikkelen van hart- en vaatziekten en aandoeningen van de luchtwegen, evenals op longkanker.

Luchtkwaliteitsmetingen worden doorgaans gerapporteerd in termen van dagelijkse of jaargemiddelde concentraties fijn stofdeeltjes (PM10 en PM2.5) per kubieke meter luchtvolume (m3).

De grootte van de deeltjes bepaalt ook de tijd die ze in de atmosfeer doorbrengen. Terwijl sedimentatie en neerslag PM10 binnen enkele uren verwijderen uit de atmosfeer kan PM2.5 daar dagen of zelfs een paar weken blijven. Bijgevolg kunnen deze deeltjes over lange afstanden worden vervoerd.

Waarom is fijn stof schadelijk?

Luchtkwaliteit en klimaat zijn onderling afhankelijk. Fijn stof (en broeikasgassen) kan het klimaat beïnvloeden door interacties die optreden tussen luchtverontreinigende stoffen en straling (zowel zonne- als aardse straling).

In 2016 woonde 91% van de wereldbevolking op plaatsen waar niet werd voldaan aan de WHO-richtlijnen voor luchtkwaliteit. Buitenluchtvervuiling in zowel steden als plattelandsgebieden veroorzaakte in 2016 naar schatting 4,2 miljoen vroegtijdige sterfgevallen wereldwijd. Vervuiling door kleine deeltjes heeft gevolgen voor de gezondheid, zelfs bij zeer lage concentraties – er is geen drempel vastgesteld waaronder geen schade aan de gezondheid wordt waargenomen. Daarom waren de grenswaarden van de WHO 2005 gericht op het bereiken van de laagst mogelijke PM-concentraties. In 2017 werd 100% van de bevolking in Vlaanderen blootgesteld aan te hoge PM2,5-concentraties volgends de WHO-richtlijnen. PM2,5 leidt in Vlaanderen tot een vervroegd overlijden van meer dan 4000 personen (op basis van waarden van 2015).

Er is een nauwe, kwantitatieve relatie tussen blootstelling aan hoge concentraties kleine deeltjes (PM10 en PM2,5) en verhoogde mortaliteit of morbiditeit. Omgekeerd, wanneer concentraties van fijn stofdeeltjes worden verlaagd zal de gerelateerde sterfte ook dalen – ervan uitgaande dat andere factoren hetzelfde blijven.

Hoe kunnen planten een rol spelen in de opname van fijn stof?

Groeninfrastructuren, zoals groengevels, groendaken, bomen, straatvegetatie en parken kunnen de luchtkwaliteit verbeteren door middel van de opname van broeikasgassen en het afvangen van fijn stof. De mate waarin dit gebeurt is afhankelijk van welk type groene infrastructuur en welke plantensoorten er gekozen worden.

Groeninfrastructuurtoepassingen zorgen niet alleen voor het verlagen de luchtverontreinigingsconcentraties maar ook voor stadskoeling. Daarnaast kunnen ze ook zorgen voor een verbetering van de algemene gezondheidsproblemen gerelateerd aan luchtverontreiniging.

Vlada Karpovich at Pexels

Andere vormen van stedelijk groen zoals gevelgroen en hagen kunnen de luchtkwaliteit in streetcanyons (straten die aan beide kanten geflankeerd worden door hoge bebouwing) verbeteren omdat ze meestal in de onmiddellijke nabijheid van de emissiebronnen worden aangeplant. Groendaken kunnen ook een dalend effect hebben op de luchtverontreiniging indien ze in grote aantallen kunnen worden geïnstalleerd. Er zijn wel een aantal factoren die de efficiëntie van het aanwezige groen beïnvloeden zoals: de configuratie van de installatie, windstromen en oriëntatie en geometrie van het straatbeeld.

Hoe doen planten dit?

De bladeren van planten zijn opgebouwd uit verschillende lagen. De buitenste laag bestaat uit een beschermende waslaag: de cuticula. Stofdeeltjes kunnen aan deze cuticula blijven kleven, een fenomeen dat adsorptie genoemd wordt. De afvangst door adsorptie heeft als voordeel dat deze dag en nacht doorgaat. Bij wintergroene planten gaat de opname zelfs in de wintermaanden verder. Grotere bladeren kunnen meer stofdeeltjes afvangen dan kleinere bladeren en plantensoorten die permanent groen blijven en hun bladeren niet verliezen hebben een groter effect dan planten die hun bladeren in de winter wel verliezen. Een belangrijke maat is het totale oppervlak van alle bladeren samen, de Leaf Area Index (LAI) genoemd (dit is de totale bladoppervlakte per grondoppervlakte, bomen of daken, of muuroppervlak zoals groengevels). Dit is logisch want een plant met veel bladoppervlak vangt meer fijn stof dan een plant met weinig bladoppervlak.

SEM-foto (Scanning-Elektron-Microscopy) van fijnstofdeeltjes op een stomata (huidmondje-).
Bron: AnaCastanheiro

Filtering

De fijn stofdepositie op de bladeren is optimaal als de bladeren vochtig zijn, een ruw en/of behaard bladoppervlak hebben en elektrostatisch geladen zijn. De hoeveelheid stof die een blad uit de lucht vangt is afhankelijk van de windsnelheid boven het bladoppervlak, dit wordt de laminaire luchtstroom genoemd. Regen en harde wind reinigen de bladeren en zo blijft het adsorptie vermogen behouden. Het afgevangen stof komt zo op de grond terecht of wordt door de wind terug verspreid. Op de grond worden de fijn stofdeeltjes afgevoerd naar het rioleringssysteem of oppervlaktewater of ze worden in de bodem gefixeerd.

Bladeren kunnen ook gassen opnemen met behulp van huidmondjes die de gasopname reguleren. Ze nemen samen met nog een aantal andere gassen koolstofdioxide (CO2) dat gebruikt wordt in hun fotosyntheseproces.

Verdunning

Als lucht met een hoge concentratie aan fijn stof verdund wordt met schonere lucht leidt dit tot lagere concentraties. Deze verdunning speelt vooral een rol daar waar de wind vrij ongehinderd kan stromen. Een groenelement in de straat kan het windpatroon beïnvloeden en een positief of een negatief effect hebben op de lokale luchtkwaliteit. Alles hangt af van de manier waarop de groenelementen worden gepositioneerd en welke soorten groen er worden toegepast. Bij groenwanden is de beïnvloeding te verwaarlozen maar kunnen de fijn stofafvangcapaciteiten lager zijn dan die van bepaalde boomsoorten. Het verdunnende effect speelt enkel op lokale schaal, vlak bij een vervuilende bron, een rol, waardoor het effect op de totale luchtkwaliteit beperkt blijft. Desondanks blijft deze verdunning wel een effectieve maatregel langs brede wegen met een vrij open luchtcirculatie.

Hoe wordt dit gemeten en berekend?

Vaak worden de effecten van filtering en verdunning in straten bepaald door modelberekeningen en worden er geen effectieve metingen gedaan omdat dit een zeer tijdrovende, kostelijke en complexe opdracht is, waarbij onzekerheden in rekening moeten worden gebracht en waarbij er rekening moet worden gehouden met omgevingsaspecten (bebouwing, windsnelheden, rijgedrag, …) die de meetuitkomsten kunnen beïnvloeden. In het EcoCities project wordt er getracht beide te combineren. Er worden metingen gedaan op bestaande groengevels gecombineerd met metingen op experimentele opstellingen. Deze metingen zullen dan gebruikt worden om bepaalde modellen door te rekenen.

Welke voordelen bieden groendaken en -gevels ten op zichtte van andere groene infrastructuren in de stad?

In street canyons is de luchtstroming dikwijls beperkt, en worden uitlaatgassen dus moeilijker verdund. Alles heeft dus te maken met de dynamiek van de wind. Wanneer er in hoge bomen met dichte aaneensluitende kruinen in nauwe straten worden aangeplant kan dit de luchtkwaliteit negatief beïnvloeden. Bij groenelementen is de porositeit belangrijk; dit is een maat die weergeeft hoeveel lucht er door het gebladerte heen gaat. Wanneer er zich dus bomenrijen met dichte kruinen bevinden in een street canyon gedragen de kruinen zich als een moeilijk doordringbare barrière die de lucht eronder gevangen houdt.

Ref: Ferranti et al 2019: First Steps in Air Quality for Built Environment Practitioners

Het effect van toename van de concentratie aan luchtverontreiniging als gevolg van de windsnelheidsdemping door de kruinen van de bomen wordt vaak het ‘groene tunnel effect’ genoemd. Dit kan voorkomen worden door de juiste boomsoorten te kiezen, of door ze op een bepaalde manier te snoeien. Bomen hebben hoe dan ook veel ruimte nodig, en die is zeker niet overal beschikbaar. In dit geval is gevelbeplanting een goed alternatief. Gevelbeplanting heeft weinig plaats nodig en kan een oplossing zijn op plaatsen waar er een verhoogd risico bestaat op het ‘groene tunnel effect’.

Lucht- & waterzuiveringscapasiteit van Vlaamse groendaken en -gevels: wat weten we al?

Luchtkwaliteit wordt gemeten op een hiervoor speciaal ontworpen experimentele opstellingen met gevelgroen die werden geïnstalleerd op de Campus Groenenborger van de Universiteit Antwerpen. De gespecialiseerde data die hieruit voortvloeien worden gecombineerd met de data die verzameld worden in het veldlabo van EcoCities in Mol. Het onderzoek naar de waterzuiveringscapaciteit beperkt zicht tot groendaken omdat enkel hier een significante bijdrage van wordt verwacht. De experimentele data worden hiervoor verzameld in het Veldlabo van EcoCities in Mol Campus ‘Het Spoor’.

Luchtzuiveringscapasiteit

Waterzuiveringscapasiteit

We zullen deze pagina regelmatig updaten!

Luchtzuiveringscapasiteit

Het onderzoek over de invloed van groendaken en -gevels op de (stedelijke) luchtkwaliteit wordt uitgevoerd door doctoraatsstudent Kyra Koch en Elisabeth Scheurmans onder leiding van prof.dr. ir. Roeland Samson. Ze maken deel uit van het ‘Laboratory of Environmental and Urban Ecology’ (EUREC-Air) binnen de onderzoeksgroep ‘Environmental Ecology & Microbiology’ (ENdEMIC) van de UAntwerpen.

Met de onderzoeksgroep EUREC-Air onderzoeken we de urbane omgeving en hoe we deze kunnen verduurzamen naar milieu-impact, maar ook naar het algemene welzijn van de mens. Stadsbouw wordt vaak nog steeds op een zeer klassieke manier aangepakt. Wij doen onderzoek naar ecologische verbeteringen zodat beleidsmakers correcte keuzes kunnen maken. Groene gevels en daken maken hier een belangrijk deel van uit. Dit is waar ons onderzoek, in samenwerking met EcoCities, over gaat.

Experimentele opstellingen


Op campus Groenenborger zijn er verschillende gevel groen systemen opgesteld. Allereerst beschikken we over een grondgebonden systeem met de plantensoorten Hydrangea anomala peteolaris , Hedera hibernica en Trachelospermum jasminoides.

Experimentele grondgebonden gevelgroen opstelling met vlnr: Hydrangea peteolaris (klimhortentia), Trachelospermum Jasminoides (sterjasmijn) en Hedera hibernica (klimop)

Naast dit grondgebonden systeem werd een living wall systeem geplaatst van Muurtuin dat met een geotextiel-zakkensysteem werkt.

Living Wall opstelling

In deze muur staan ook 3 verschillende soorten namelijk:

Bergenia cordifolia
Campanula carpatica
Heuchera micrantha

Belangrijke plant eigenschappen

De hoeveelheid fijn stof dat een blad afvangt is, naast omgevingsfactoren, ook afhankelijk van eigenschappen van het blad. Een blad met meer huidmondjes en meer beharing zal meer en langer fijn stof vasthouden dan een blad zonder haren en minder huidmondjes. De waslaag op een blad heeft ook invloed op de hoeveelheid fijn stof hetgeen een blad kan bijhouden en of het fijn stof er gemakkelijk afvloeit bij regen. De eigenschappen van de waslaag kunnen worden bepaald door de manier waarop een druppel zich vormt op een blad.

Verschillende fysieke eigenschappen van een niet-behaard en behaard bladoppervlak.

Doelstelling

Door de fijn stofaccumulatie op bladeren van verschillende soorten met elkaar te vergelijken wordt inzicht verkregen van welke soorten het meest effect zullen hebben op de luchtkwaliteit. Door deze afvangstefficiëntie van soorten te gaan combineren met andere plantkarakteristieken zoals bloei- en groeikarakteristieken kunnen niet alleen goed groeiende en functionerende groengevels en -daken gekozen worden, maar tevens gevels en daken die de leefomgeving verbeteren.

Hoe kunnen micro-organismen hierbij helpen?

Doctoraatsstudent Thomas Van Dijck onderzoekt naast de boven- en ondergrondse fauna ook het microbioom van een aantal klimplanten in het veldlabo van EcoCities. Op basis van DNA-analyses wordt er bepaald welke micro-organismen op de klimplanten aanwezig zijn. Vervolgens wordt er nagegaan in de literatuur of deze micro-organismen bijdragen aan de afbraak van luchtvervuiling.

Microben zijn meer dan ziekteverwekkers! Zoals de microbiële gemeenschap van ons maagdarmstelsel cruciaal is voor ons algemeen welzijn, zijn bij planten de microben die er mee samenleven even belangrijk. Microben, bv. microschimmels en bacteriën, zijn zowel terug te vinden op de oppervlakte van de plant als aan de binnenkant. Uit recent onderzoek is gebleken dat deze microben een aanzienlijke rol spelen bij het luchtzuiverend vermogen van planten.

Foto: Vincent Stevens
Foto: Sofie Thijs

Microben kennen een enorme metabole variabiliteit. Met andere woorden, er is veel variatie in de voedselvoorkeur. Er zijn gespecialiseerde microben die uitlaatgassen als voedselbron gebruiken en deze vervolgens kunnen omzetten naar onschadelijke stoffen zoals water en koolstofdioxide. Zodra deze microben geïdentificeerd zijn zou er onderzocht kunnen worden of planten aangereikt kunnen worden met deze microben. Op die manier kan men het luchtzuiverend vermogen van planten verhogen. Als deze techniek vervolgens strategisch kan worden toegepast op stedelijk groen kan men de bijdrage aan de stedelijke luchtkwaliteit optimaliseren.

Hou zeker ook onze resultaten pagina in de gaten waar je onze wetenschappelijke publicaties kan terugvinden.

Waterzuiveringscapasiteit

De verschillende lagen in onze bodem zuiveren het water, hierdoor is grondwater zuiverder dan oppervlaktewater. Het aantal en de aard van de lagen waarin het water zich bevindt bepaald de chemische samenstelling van het grondwater. In die zin kan het substraat van een groendak ook het water dat erdoorheen stroomt beïnvloeden. Heeft het substraat van een groendak ook een zuiverend effect op het regenwater dat erdoorheen stroomt?

Laure Steenaerts monitort gedurende 3 jaar de nutriëntencycli in het groendaksubstraat. Ook het regenwater en de kwaliteit van het drainagewater dat door de groendaken stroomt wordt hierbij onderzocht.

Waterkwaliteit van drainagewater

Opvangvat voor drainagewater uit groendakopstellingen in het veldlabo van EcoCities in Mol

In het EcoCities project beschikken we over 48 groendakplots van 1mx1m. Deze plots zijn ingedeeld in 16 condities (drie plots per conditie), die variëren in substraatdiepte (6cm of 12cm), vegetatietype (Sedum of Sedum+kruiden), de toevoeging van extra organische materie, bemesting en van biochar (een soort houtskool dat geproduceerd wordt door pyrolyse van biomassa in de afwezigheid van zuurstof). Naast het substraat en de vegetatie wordt ook het doorsijpelend water van deze plots gemonitord. De hoeveelheid nitraten, fosfaten en opgeloste koolstof wordt geanalyseerd. Groendaken zouden een filter of buffer kunnen zijn voor deze stoffen die mogelijks met het regenwater op het groendak terecht komen, enerzijds door de opname door planten en micro-organismen en anderzijds door binding met de substraatpartikels.


Voorlopige resultaten:

Groendakopstellingen in het veldlabo van EcoCities in Mol

Preliminaire resultaten tonen echter dat groendaken deze stoffen eerder afgeven dan capteren. In vergelijking met het regenwater dat op de groendaken terecht komt, bevat het doorsijpelend water gemiddeld vijfmaal meer nitraten, drie keer zoveel opgeloste koolstof en zelfs 50 maal meer fosfaten. Dit valt te verwachten aangezien het regenwater zeer lage concentraties van deze stoffen bevat, wat in combinatie met het nutriëntenrijke groendaksubstraat zorgt voor een verhoging van deze stoffen in het doorsijpelend water.

Momenteel is er geen eenduidig effect te zien van bemesting of biochar op de aanwezige nutriënten in het doorsijpelend water. Verdere opvolging en analyse van de resultaten moet hierover meer duidelijkheid geven.

Hou onze resultaten pagina zeker in de gaten om op de hoogte te blijven van onze wetenschappelijke publicaties en rapporten

Terug naar boven

Attributions of used icons: “smog” icon made by Yu Luck, KR from The Noun Project, “water” icon made by Achmad Mulyana, ID from The Noun Project, “sprout” icon made by Francesca Ameglio, IT from The Noun Project, “Ant” icon made by Alex Almqvist from The Noun Project