Pienhiukkasilla PM2.5 on merkittävä vaikutus terveyteen – Saferan anturijärjestelmä mittaa pienhiukkaset luotettavasti

Pienhiukkaset ovat näkymätön terveysvaara, ja THL:n mukaan pienhiukkaset ovat nykypäivän suurin ympäristöterveysongelma.

Pienhiukkasten luotettavaan mittaamiseen on aiemmin tarvittu kalliita mittalaitteita, mutta suomalainen Safera on kehittänyt niiden luotettavaan mittaamiseen ja tiedon analysointiin kustannustehokkaita ratkaisuja.

Mitä ovat pienhiukkaset?

Pienhiukkaset ovat näkymätöntä, terveydelle haitallista ilmansaastetta.

Hiukkaset jaetaan kahteen kategoriaan perustuen siihen, kuinka syvälle ihmisen hengityselimiin ja elimistöön erikokoiset hiukkaset tunkeutuvat:

  1. Hengitettävät hiukkaset eli PM10-hiukkaset
  2. Pienhiukkaset eli PM2,5-hiukkaset

Hengitettäviksi hiukkasiksi eli PM10-hiukkasiksi kutsutaan hiukkasia, joiden halkaisija enintään 10 mikrometriä. Suurimmat näistä hengitettävistä hiukkasista jäävät todennäköisesti nieluun ja keuhkojen yläosiin, joten ne poistuvat liman mukana pois. Ne aiheuttavat muun muassa ärsytystä ylähengitysteissä.

Terveyden kannalta vaarallisempia ovat hiukkaset, joiden koko on enintään 2,5 mikrometriä. Ne pääsevät syvemmälle keuhkoihin. Näitä erityisen haitallisia hiukkasia kutsutaan pienhiukkasiksi eli PM2.5-hiukkasiksi. Pienhiukkaset pääsevät kaikkiin keuhkojen osiin eivätkä ne poistu keuhkoista liman mukana kuten suuremmat hiukkaset.

Pienhiukkasista pienimmät eli PM1-hiukkaset (halkaisija enintään 1 mikrometriä) voivat päästä keuhkoista myös verenkiertoon.

Pienhiukkasten koko verrattuna ihmisen hiukseen.
Pienhiukkasten koko verrattuna ihmisen hiukseen.

Ihmisen hengittäessä pienhiukkasia ne tunkeutuvat keuhkorakkuloihin, ja ovat terveydelle haitallisia. Nimenomaan hiukkasten pieni koko ja kyky siten tunkeutua syvälle elimistöön aiheuttaa terveyshaittoja riippumatta siitä mitä ainetta pienhiukkaset ovat.

On huomattava, että kun ilmoitetaan PM10-pitoisuus, se sisältää myös pienempien eli PM2.5- ja PM1-hiukkasten määrän. Samoin PM2.5-lukema sisältää myös PM1-hiukkasten määrän. Ilmanlaadun terveysvaikutusta arvioidessa onkin tärkeää, että mittalaite kykenee mittaamaan erikokoiset hiukkaset ja ilmoittamaan lukeman oikein huolimatta siitä, millainen jakauma erikokoisia hiukkasia ilmassa leijailee.

Mitä pienempiä hiukkaset ovat, sitä syvemmälle keuhkoihin ne pääsevät etenemään.
Mitä pienempiä hiukkaset ovat, sitä syvemmälle keuhkoihin ne pääsevät etenemään.

Millaisia terveyshaittoja pienhiukkaset aiheuttavat?

Pienhiukkaset ovat näkymätön terveysvaara, ja niiden vaikutusta terveyteen on tutkittu paljon.

Turvallista rajaa pienhiukkaspitoisuudelle ei ole, vaan ne ovat aina terveysriski.

Hiukkaset voivat aiheuttaa mm. hengenahdistusta, ja erityisesti astmaatikot ja sydän- ja hengityssairaat voivat saada vakavia oireita. Pienhiukkaset voivat myös aiheuttaa keuhkosyöpää.

WHO:n uusien suositusten mukaan altistus PM2.5-pienhiukkasten pitoisuuksille tulisi olla vuosikeskiarvona alle 5 μg/m3, ja 24-tunnin keskiarvona alle 15 μg/m3.

Pienhiukkasia syntyy useista lähteistä, Suomessa pienhiukkasia eniten syntyy puun palamistuotteena. Pienhiukkasia on lähes kaikkialla niin sisätiloissa kuin ulkoilmassakin, joten niitä on vaikea olla hengittämättä. Siksi on tärkeää tietää paljonko pienhiukkasia hengitysilmassa on ja miten niiden muodostumista voi omalla toiminnalla vähentää.

“Kun hiukkasten päiväpitoisuudet ovat koholla, hengityselin- ja sydänsairauksiin liittyvät kuolemat ja sairaalaan otot lisääntyvät johdonmukaisesti samana ja muutamana seuraavana päivänä. Vuosia kestävä pitkäaikainen altistuminen hiukkasille on kuitenkin erityisen haitallista terveydelle.

Hiukkasille ei ole pystytty määrittämään pitoisuutta, jonka alapuolella ei terveyshaittoja enää esiintyisi, ja siten myös Suomen matalien pitoisuuksien on todettu olevan yhteydessä terveyshaittoihin.”

THL

Pienhiukkaset sisäilmassa ovat merkittävä terveysuhka

Pienhiukkaset päätyvät sisäilmaan usein ilmanvaihdon, ilman kulkeutumisen ja ihmisten toiminnan kautta. Esimerkiksi teollisuuspäästöt, polttoaineiden päästöt ja kotona tapahtuva ruoanlaitto, takkatuli tai kiuas voivat aiheuttaa pienhiukkasten määrän lisääntymistä sisäilmassa.

On tärkeää pyrkiä vähentämään pienhiukkasten määrää sisäilmassa ja niille altistumista.

Altistumista voi vähentää esimerkiksi ilmanvaihdon avulla ja välttämällä toimintoja, jotka aiheuttavat pienhiukkasten määrän lisääntymistä sisäilmassa, kuten ruoanlaitossa tapahtuvaa paistamista, tupakointia ja puun polttamista talossa. Hengityssuojaimet ja ilmanpuhdistimet voivat myös auttaa suojaamaan hengitysteitä pienhiukkasilta.

Pienhiukkasia ei voi nähdä eikä aistia, joten niiden määrän mittaaminen on tärkeää altistumisen vähentämiseksi. Mittaustulosten perusteella voidaan arvioida, onko sisäilmassa terveysvaaraa aiheuttavan suuri määrä pienhiukkasia.

Jos pienhiukkasten määrä ylittää tietyn raja-arvon, voidaan tehdä toimenpiteitä pienhiukkasten määrän vähentämiseksi ja suojautumiseksi niiltä. Tällaisia toimenpiteitä voivat olla esimerkiksi ilmanvaihdon parantaminen, toimintojen lopettaminen, jotka aiheuttavat pienhiukkasten määrän lisääntymistä sisäilmassa, ja hengityssuojaimien ja ilmanpuhdistimien käyttö.

Euroopan Ympäristökeskuksen (EEA) mukaan:

  • Pienhiukkaset aiheuttavat vähintään 238 000 aikaista kuolemaa pienhiukkasista EU:ssa
  • Heikko ilmanlaatu, erityisesti kaupunki- ja esikaupunkialueilla, vaikuttaa edelleen eurooppalaisten terveyteen. EEA:n viimeisimpien arvioiden mukaan vähintään 238 000 ihmistä kuoli ennenaikaisesti EU:ssa vuonna 2020 altistuessaan PM2,5-päästöille, jotka ylittivät WHO:n ohjearvon 5 µg/m3.
  • EEA:n analyysin mukaan ilmansaasteet jatkavat edelleen merkittävien terveysriskejen aiheuttamista Euroopassa, johtaen kroonisiin sairauksiin ja ennenaikaisiin kuolemiin. Vuonna 2020 yli 96 % EU:n kaupunkiväestöstä altistui pienhiukkasille (PM2.5) WHO:n ohjearvon 5 mikrogrammaa kuutiometriä kohden (µg/m3) ilmaa ylittäville pitoisuuksille. Ilmansaasteet vahingoittavat myös biodiversiteettiä ja vaurioittavat maataloutta ja metsiä, aiheuttaen merkittäviä taloudellisia tappioita.

Moni laite mittaa pienhiukkasia väärin – vaarallisimmat eli pienimmät hiukkaset jäävät näkemättä

Moni nykyisin rakennuksissa käytetty ilmanvaihtojärjestelmä sisältää jo pienhiukkasantureita, mutta niiden laadussa voi olla suuria eroja. Monet edulliset anturit eivät tuota luotettavaa tietoa pienhiukkasten määrästä hengitysilmassa.

Tällaiset anturit on usein suunniteltu mittaamaan ainoastaan kookkaimpia pienhiukkasia, jonka jälkeen ne arvioivat millainen määrä pienimpiä hiukkasia hengitysilmassa todennäköisesti on.

Ongelma muodostuu, jos ilmassa leijuukin pääasiassa pienimpiä hiukkasia – tällöin anturi ei kykene tunnistamaan potentiaalista vaaraa. Pienhiukkasista kaikkein pienimmät eli terveydelle kaikkein vaarallisimmat PM1-hiukkaset, voivat jäädä monilta antureilta täysin näkemättä. Ne luulevat ilman olevan puhtaampaa kuin se todellisuudessa on.

Saferan PM2.5-anturit on suunniteltu mittaamaan suoraan myös PM1-hiukkasia, jotta ne voivat tuottaa luotettavan tuloksen ilmanlaadusta riippumatta siitä, millainen jakauma eri kokoisia hiukkasia ilmassa on.

Usein luotettava tiedonkeruu vaatii myös, että antureiden elektroniikkaa ja niiden algoritmeja säädetään laitteen käyttötarkoituksen ja -ympäristön mukaan. Yleismallisilla hiukkasantureilla tämä ei onnistu. Saferan kehittämällä anturijärjestelmällä ja ketterällä kehitysympäristöllä antureita voidaan säätää ja kustomoida helposti ja nopeasti sovelluskohteen mukaan. Lopputuloksena syntyy kestäviä, tarkkoja ja luotettavia mittalaitteita eri tarpeisiin.

Käytännön esimerkkejä algoritmien soveltamisesta eri käyttötilanteisiin:

  • Liesituulettimissa kustomoitu algoritmi ottaa erityisesti huomioon ruoanlaiton aiheuttamia erikoistilanteita, kuten valtavaa kosteusprosentin vaihtelua ja ilmavirtauksen muutoksia, jotka voivat aiheuttaa suurtakin epätarkkuutta geneerisissä anturimoduuleissa.
  • Rakennustyömaalla ja remonttikohteissa kustomoitu esisuodatus yhdistettynä kustomoituihin algoritmeihin parantaa anturimoduulin elinikää ja tarkkuutta erittäin likaisissa olosuhteissa.

Kestävämpiä pienhiukkasantureita esisuodattimen avulla

Saferalla on kokemusta pienhiukkasantureiden käytöstä haastavissa ympäristöissä.

Saferan antureita on integroitu muun muassa liesituulettimiin, joissa anturit täytyy suojata mekaanisesti lialta ja rasvalta. Tähän tarpeeseen olemme kehittäneet esisuodatusratkaisuja, jotka on suunniteltu poikkeuksellisen kestäviksi likaantumista vastaan.

Monet anturitoimittajat eivät pysty tarjoamaan antureihin esisuodatusta, koska valmiit algoritmit eivät kykene huomioimaan sen vaikutusta mittaustuloksiin. Vaikeissa olosuhteissa tällaiset anturit likaantuvat ja rikkoutuvat nopeasti.

Luotettava datan keruu esisuodatusta hyödyntäen vaatii kokemusta ja monien yksityiskohtien huomiointia. Esisuodatus täytyy toteuttaa niin, että se ei pääse vaikuttamaan antureiden mittaustuloksiin. Antureiden tekoälyalgoritmit täytyy opettaa huomioimaan mm. esisuodattimen elinkaaren varrella tapahtuva hidas likaantuminen.

Myös tilat, joissa kosteusprosentti vaihtelee ja ilma liikkuu nopeasti, voivat olla haastavia pienhiukkasia mittaaville antureille. Näissäkin tapauksissa voimme kuitenkin opettaa algoritmeja huomioimaan niiden vaikutukset mittaukseen.

Kiinnostuitko pienhiukkasmittauksesta?

Saferan patentoimilla antureilla pienimmätkin pienhiukkaset saadaan mitattua luotettavasti ja anturien häiriönsietoa on voitu parantaa haastavissakin ympäristöissä.

Pienhiukkasten tehokas mittaaminen ja ehkäisy voi olla selkeä kilpailuetu laitevalmistajille. Haluatko kuulla lisää sen mahdollisuuksista? Varaa keskustelu asiantuntijoidemme kanssa.

Lue myös: