HUJAN ASAM

BAB 6 HUJAN ASAM

Mengapa nitrogen tidak mendapatkan perhatian yang sama seperti karbon? Seperti yang kita lihat dalam Bab 3, emisi karbon dioksida adalah topik hangat. Tapi kapan terakhir kali Anda mendengar seseorang berdebat bahwa kita perlu mengurangi emisi nitrogen oksida? Ketika buku ini ke percetakan, emisi karbon jelas- jelas menjadi sorotan di panggung global. Sebaliknya, emisi nitrogen sedang menunggu di sayap.

Sementara Anda bingung memikirkan kurangnya ketenaran nitrogen, ambillah napas. Tidak peduli di mana Anda berada di Bumi, Anda akan menghirup triliunan molekul nitrogen. Setiap kali Anda bernapas, molekul N 2 merupakan sekitar 80% dari udara masuk dan keluar paru-paru Anda. Ingat bahwa nitrogen relatif tidak reaktif sebagai unsur. Beberapa mungkin bahkan melabeli N 2 sebagai molekul kecil yang bersemangat, yang tampaknya ia melakukannya sedikit perhatian. Sebaliknya, O 2 molekul yang terlibat dalam reaksi profile tinggi seperti pembakaran, respirasi, perkaratan, dan fotosintesis. dimana, kemudian, terletak sumber urgensi bahwa kita perlu mengalihkan perhatian kita untuk emisi nitrogen?

Selain bentuk unsur nitrogen di atmosfer kita, senyawa nitrogen ditemukan tersebar di planet kita. Selain itu, dengan aktivitas manusia, konsentrasi mereka dalam biosfer meningkat, terutama di beberapa negara bagian. Untuk misalnya, nitrogen monoksida (yang kemudian membentuk nitrogen dioksida) merupakan polutan udara yang dibentuk di manapun ada sumber panas tinggi. Sebagaimana

Anda melihat dalam Bab 1, NO dan NO 2 , apakah dari mesin pesawat jet atau kebakaran hutan liar, dapat menurunkan kualitas udara yang Anda hirup. Pupuk seperti amonia dan amonium nitrat berakhir tidak hanya pada ladang-ladang, tapi juga di sungai terdekat. Ion nitrat dapat mencapai konsentrasi tinggi yang berbahaya dalam persediaan air. Oksida nitrat di udara berasal dari penghilangan nitrat dari tanah oleh bakteri. Nitrous oksida juga dihasilkan dari catalytic converter, pembakaran biomassa, dan proses industri yang mensintesis nilon dan asam nitrat.

Salah satu cara atau yang lain, senyawa nitrogen ini semua terkait dengan hujan asam dan kerabatnya: salju asam, kabut, dan deposisi kering. Hujan asam bukanlah fenomena baru. Keasaman hujan rupanya pertama kali dipelajari kembali pada tahun 1852 oleh seorang ahli kimia Inggris bernama Robert Angus Smith. Duapuluh tahun kemudian, Smith menulis sebuah buku berjudul Air dan hujan, tapi ide-idenya segera berkembang ke dalam ketidakjelasan. Kemudian, pada 1950-an, efek hujan asam ditemukan kembali oleh para ilmuwan yang bekerja di beberapa belahan dunia, termasuk Amerika Serikat Northeastern, Skandinavia, dan District Danau Inggris.

Laporan kerusakan dikaitkan dengan hujan asam berkembang secara dramatis selama masa tiga dekade berikutnya. Puluhan buku, makalah ilmiah, dan artikel populer menggambarkan kerusakan itu (Gambar 6.1). Laporan datang dari hampir setiap bagian dari dunia. Danau-danau di Norwegia dan Swedia dilaporkan sebagai efektif "mati" tanpa ikan atau kehidupan lainnya. Patung yang menghiasi eksterior katedral di Eropa dan situs prasejarah di Meksiko dan Amerika Tengah Laporan kerusakan dikaitkan dengan hujan asam berkembang secara dramatis selama masa tiga dekade berikutnya. Puluhan buku, makalah ilmiah, dan artikel populer menggambarkan kerusakan itu (Gambar 6.1). Laporan datang dari hampir setiap bagian dari dunia. Danau-danau di Norwegia dan Swedia dilaporkan sebagai efektif "mati" tanpa ikan atau kehidupan lainnya. Patung yang menghiasi eksterior katedral di Eropa dan situs prasejarah di Meksiko dan Amerika Tengah

Gambar 6.1 Hujan asam telah menjadi berita (The Cleveland Pers, 23 Juni 1980).

Seperti kutipan yang membuka bab ini menyatakan, emisi nitrogen pada umumnya (dan hujan asam khususnya) tidak ada di mata publik. Saat ini topik ini tampaknya keluar dari perhatian. Namun, banyak ilmuwan merasa yakin bahwa emisi nitrogen harus didiskusikan, peringatan bahwa emisi ini dapat menimbulkan jauh ancaman global yang lebih besar bagi kesejahteraan manusia dari emisi karbon. Membandingkan emisi nitrogen dengan karbon, ahli biologi Rowan Hooper berkomentar "Hal ini bisa lebih lebih buruk."

Apakah dia benar? Apakah emisi nitrogen menjamin perhatian sama dengan karbon? Untuk menilai masalah ini, kita harus mulai dengan studi tentang asam, basa, dan konsentrasi mereka di lingkungan.

6.1 Apakah Asam itu? Hujan asam menghubungkan dengan baik topik polusi udara dan kimia air dari Bab 1 dan 5. Untuk lebih memahami hubungan ini, kita pertama perlu mendiskusikan istilah asam. Definisi paling baik mengutip sifat yang bisa diamati dari asam atau menggambarkan perilaku mereka di tingkat molekuler. Yang manapun, informasi ini berguna untuk diskusi kita.

Secara historis, ahli kimia mendefiniskan asam dengan rasa sifat-asam, perubahan warna dengan indikator, dan reaksi dengan mineral tertentu. Meskipun mencicipi bukan cara cerdas untuk mengidentifikasi bahan kimia, Anda pasti tahu rasa asam dari asam asetat dalam cuka. Rasa asam lemon berasal dari asam juga (Gambar 6.2). Anda bahkan mungkin menjadi penggemar permen sangat asam. Jika Anda memeriksa daftar bahan, Anda akan melihat bahwa apa yang membuat mengerut mulut adalah asam sitrat, asam malat, atau keduanya (Gambar 6.3).

Asam juga menampilkan sifat kimia umum. Misalnya, lakmus, pewarna dari tanaman, perubahan dari biru menjadi merah muda dengan adanya asam. Memang, Asam juga menampilkan sifat kimia umum. Misalnya, lakmus, pewarna dari tanaman, perubahan dari biru menjadi merah muda dengan adanya asam. Memang,

Sifat lain yang umum untuk asam adalah bahwa mereka dapat, dalam kondisi tertentu, melarutkan bahan seperti marmer atau cangkang telur. Kedua bahan ini mengandung ion karbonat, baik sebagai kalsium atau magnesium karbonat. Aksi asam pada karbonat melepaskan karbon dioksida. ini adalah " fizz " (atau bersendawa) yang menyertai beberapa antasida lambung. Kita akan kembali untuk reaksi kimia ini nanti.

Pada tingkat molekuler, asam adalah senyawa yang melepaskan ion hidrogen, H + larutan berair. Ingat bahwa sebuah atom hidrogen netral dan terdiri dari satu elektron dan satu proton. Jika elektron hilang, menjadi bermuatan positif (H + ). Karena hanya proton tertinggal, kadang H + hanya disebut proton.

Gambar 6.3 Sebuah permen asam yang mengandung asam malat dan asam sitrat.

Pertimbangkan gas hidrogen klorida, yang pada suhu kamar terdiri dari molekul HCl. Gas ini mudah larut dalam air untuk melepaskan dua ion yang kita wakili dengan H + (aq) dan Cl - (aq). Notasi (aq) adalah singkatan berair.

[6.1] Kita juga bisa mengatakan bahwa memisahkan HCl menjadi H + dan Cl - , atau bahwa HCl mengionisasi untuk membentuk H + dan Cl - . Yang manapun, pada dasarnya tidak ada molekul HCl tetap tak terdisosiasi dalam larutan. Dengan demikian, HCl adalah asam yang terionisasi (terdisosiasi) sepenuhnya.

Ada sedikit komplikasi dengan definisi asam sebagai zat yang melepaskan ion

H + (proton) dalam larutan air. Dengan sendirinya, ion H + yang terlalu reaktif ada pada keadaan seperti itu. Sebaliknya, mereka mengikat sesuatu yang lain, seperti molekul air. Ketika dilarutkan dalam air, setiap HCl menyumbangkan proton (H + ) ke molekul

H 2 O, membentuk H 3 O + , sebuah ion hidronium. Reaksi keseluruhan dapat direpresentasikan seperti ini.

Larutan diwakili di sisi produk di kedua persamaan 6.1 dan 6.2 disebut asam klorida. Ini memiliki karakteristik sifat asam karena kehadiran ion H 3 O + . Kimiawan sering hanya menulis H + ketika mengacu pada asam (misalnya, dalam Persamaan 6.1), tetapi ini dimengerti berarti H 3 O + (ion hidronium) dalam larutan air. Khususnya, kita hanya mengalami satu asam di bagian ini yang berisi nitrogen nitrat. Sabun nuansa encer larsautan badalah persis seperti itu. Basa dapat bereaksi dengan minyak dari kulit Anda untuk menghasilkan sedikit sabun. asam. Sebelum kita mengatakan lebih lanjut tentang asam dan sumber atmosfer, kita pertama beralih ke topik yang terkait kepentingan.

6.2 Apa Basa itu? Tidak ada diskusi tentang asam akan lengkap tanpa menyebutkan rekan kimianya -basa. Untuk tujuan kita, basis adalah senyawa yang menghasilkan hidroksida ion, OH - , Dalam larutan berair. Sebagai contoh, natrium hidroksida (NaOH), senyawa ion, larut dalam air untuk menghasilkan ion natrium dan ion hidroksida.

[6.3] Basa memiliki sifat karakteristik mereka sendiri disebabkan adanya OH - (aq). Tidak seperti asam, basa umumnya berasa pahit dan tidak memberikan flavor menarik bagi makanan. Ketika dilarutkan dalam air, basa berasa licin, seperti berasanya sabun. Contoh umum dari basa termasuk amonia rumah tangga (larutan

NH 3 ) dan NaOH, kadang-kadang disebut lye. Peringatan pada pembersih oven (Gambar 6.4) memperingatkan bahwa lye dapat menyebabkan kerusakan parah pada mata, kulit, dan pakaian.

Amonia, basa yang mengandung nitrogen, menjadi perhatian khusus dengan topik dalam bab ini. Seperti yang Anda ingat, amonia adalah gas dengan bau tajam yang khas. Amonia encer dibuat dengan melarutkan gas ini dalam air. Kita

menyatakan larutan ini sebagai NH 3 (aq)

[6.4a] Larutan yang disebut "amonia rumah tangga" adalah sekitar 5% massa NH 3 (aq). Meskipun dapat tidak menyenangkan untuk bekerja itu, sesungguhnya tidak sangat pekat.

Mengingat apa yang kita katakan tentang basa melepaskan ion hidroksida dalam larutan, hal itu mungkin tidak segera jelas mengapa amonia berair adalah larutan basa. Kita menjelaskan hal ini dengan mencatat bahwa molekul air dapat

mentransfer ion hidrogen ke NH 3 (aq) untuk membentuk ion amonium, NH 4 + (aq). [6.4b]

Dengan asumsi bahwa H + dalam persamaan ini berasal dari sebuah molekul air, reaksi berair amonia dengan air dapat direpresentasikan sebagai pembentukan NH 4 OH, amonium hidroksida.

[6.4c] Sumber ion hidroksida dalam amonia rumah tangga sekarang harus sudah jelas. Amonium hidroksida berdisosiasi untuk membentuk ion amonium dan [6.4c] Sumber ion hidroksida dalam amonia rumah tangga sekarang harus sudah jelas. Amonium hidroksida berdisosiasi untuk membentuk ion amonium dan

6.3 Netralisasi: Basa adalah Antasida Asam dan basa bereaksi satu sama lain. Tidak hanya akan terjadi dalam tabung reaksi dalam laboratorium, tetapi juga di rumah Anda dan di hampir setiap relung ekologi planet kita. Untuk Misalnya, jika Anda menempatkan jus lemon pada ikan, Anda menjalankan reaksi asam-basa. Asam ditemukan dalam lemon menetralkan senyawa amonia seperti itu menghasilkan "bau ikan." Demikian pula, jika pupuk amonia pada ladang-ladang bertemu dengan emisi asam dari pembangkit listrik di dekatnya, netralisasi terjadi. Kebanyakan reaksi asam-basa mudah terjadi dan hampir seketika.

Mari kita pertama meneliti reaksi asam-basa larutan asam klorida dan natrium hidroksida. Jika volume yang sama dari larutan konsentrasi yang sama dicampur, menghasilkan natrium klorida dan air.

[6.5] Ini adalah contoh dari netralisasi, reaksi kimia di mana ion hidrogen dari asam bergabung dengan ion hidroksida dari basa untuk membentuk molekul air. Pembentukan air dapat direpresentasikan seperti ini.

[6.6] Bagaimana dengan natrium dan ion klorida? Ingat dari persamaan 6.1 dan 6.3 bahwa HCl dan NaOH sepenuhnya terdisosiasi menjadi ion ketika dilarutkan dalam air. Kita bisa menulis ulang Persamaan 6.5 untuk menunjukkan hal ini.

[6.7] Na + (aq) dan Cl - (aq) tidak mengambil bagian dalam reaksi netralisasi dan tetap tidak berubah. Ion ini membatalkan dari kedua belah sisi menghasilkan persamaan

6.6. Larutan netral tidak bersifat asam atau basa, yaitu, mereka memiliki konsentrasi yang sama H + dan OH - ion. Air murni adalah larutan netral. Beberapa larutan garam juga netral, seperti yang dibentuk dengan melarutkan NaCl dalam air murni. Sebaliknya, larutan asam mengandung konsentrasi ion H + yang lebih tinggi dari dari OH - , dan larutan basa konsentrasi ion OH - yang lebih tinggi dari H + .

Ini mungkin tampak aneh bahwa larutan asam mengandung beberapa OH - dan juga bahwa basa larutan mengandung H + . Tapi ketika air yang terlibat, tidak mungkin untuk memiliki H + tanpa OH - atau sebaliknya. Hubungan sederhana, berguna, dan sangat penting ada antara konsentrasi ion hidrogen dan ion hidroksida dalam larutan berair.

[6.8] Tanda kurung siku menunjukkan bahwa konsentrasi ion dinyatakan dalam molaritas, dan [H + ] Dibaca sebagai "konsentrasi ion hidrogen." Ketika [H + ] Dan [OH - ] dikalikan bersama-sama, hasil kalinya adalah konstan dengan nilai 1×10 -14 seperti yang ditunjukkan dalam persamaan matematika 6.8. Persamaan ini juga mengatakan [6.8] Tanda kurung siku menunjukkan bahwa konsentrasi ion dinyatakan dalam molaritas, dan [H + ] Dibaca sebagai "konsentrasi ion hidrogen." Ketika [H + ] Dan [OH - ] dikalikan bersama-sama, hasil kalinya adalah konstan dengan nilai 1×10 -14 seperti yang ditunjukkan dalam persamaan matematika 6.8. Persamaan ini juga mengatakan

Karena konsentrasi ion hidroksida (1×10 -9 M) lebih kecil dari ion hidrogen Konsentrasi (1×10 -5 M), larutannya adalah asam. Dalam air murni atau dalam larutan netral, molaritas dari hidrogen dan hidroksida ion keduanya sama 1×10 -7 M. Menerapkan ekspresi matematika 6.8, kita dapat melihat bahwa [H + ] [OH - ]= (1×10 -7 ) (1×10 -7 )= 1×10 -14 .

Untuk membahas hujan asam, kita akan membutuhkan cara yang nyaman untuk melaporkan seberapa asam atau basa larutan adalah. Skala pH hanyalah alat tersebut, karena berkaitan keasaman larutan untuk konsentrasi H + nya. Kita sekarang beralih ke topik pH.

6.4 Memperkenalkan pH Istilah "pH" mungkin sudah akrab bagi Anda. Uji kit untuk tanah dan air di akuarium dan kolam renang melaporkan keasaman dalam pH. Sampo mengklaim sebagai pH yang seimbang (Gambar 6.5). Dan, tentu saja, artikel tentang hujan asam mengacu pada pH. Notasi pH selalu ditulis dengan p kecil dan modal H dan singkatan dari "kekuasaan hidrogen." Dalam istilah sederhana, pH adalah sebuah angka, biasanya antara 0 dan 14, yang menunjukkan keasaman larutan.

Sebagai titik tengah pada skala, pH 7, memisahkan asam dari larutan basa. Larutan dengan pH kurang dari 7 bersifat asam, dan mereka dengan pH lebih dari 7 bersifat alkali, atau basa. Gambar 6.6 menunjukkan bahwa hujan alami "normal" sedikit asam, dengan nilai pH antara 5 dan 6. Karena air murni adalah netral dan

memiliki pH 7,0, kesimpulan yang jelas bahwa air hujan tidak murni H 2 O. Hujan asam adalah lebih asam dari hujan "normal" dan memiliki nilai pH yang lebih rendah. Pada bagian berikutnya, Anda akan melihat apa "kotoran" membuat semua air hujan asam, dan beberapa bahkan lebih asam daripada yang lain.

Gambar 6.6 juga menampilkan nilai-nilai pH zat umum. Anda mungkin akan terkejut bahwa yang Anda makan dan minum ternyata begitu banyak asam. Asam terjadi secara alami dalam makanan dan berkontribusi khas pada selera. Untuk misalnya, rasa tajam dari McIntosh apel berasal dari asam malat. Yogurt mendapatkan rasa asam nya dari asam laktat, dan minuman ringan cola berisi beberapa asam, termasuk asam fosfat. Tomat terkenal untuk keasaman mereka, tapi dengan pH sekitar 4.5, mereka sebenarnya kurang asam daripada banyak buah- buahan lainnya.

Seperti yang mungkin Anda duga, nilai pH yang berhubungan dengan konsentrasi ion hidrogen, yang pada gilirannya berhubungan dengan konsentrasi ion Seperti yang mungkin Anda duga, nilai pH yang berhubungan dengan konsentrasi ion hidrogen, yang pada gilirannya berhubungan dengan konsentrasi ion

Gambar 6.6 Zat umum dan nilai-nilai pH mereka.

Gambar 6.7 Hubungan antara pH dan konsentrasi H + ketika pH meningkat, [H + ] berkurang

Misalnya, jika [H + ]= 1×10 -3 M, maka pH 3. Demikian pula, untuk [H + ]= 1×10 -9 M, pH 9. Lampiran 3 menggambarkan hubungan antara pH dan [H + ] secara lebih rinci. Salah satu aspek dari skala pH mungkin membingungkan bagi Anda. Ketika nilai pH menurun, keasaman meningkat. Misalnya, sampel air dengan pH 5.0 kurang asam dari satu skala dengan pH 4,0. Hal ini karena pH 4 berarti bahwa [H + ] adalah 0.0001 M. Sebaliknya, larutan dengan pH 5 lebih encer dengan [H + ]= 0,00001 M. Larutan kedua ini kurang asam dengan hanya 1/10 konsentrasi ion hidrogen pada larutan pH 4. Gambar 6.7 menunjukkan hubungan antara pH dan konsentrasi ion

Setelah menetapkan skala pH sebagai ukuran keasaman, sekarang kita beralih ke hujan asam dan penyebabnya.

6.5 Tantangan Pengukuran pH Hujan Hujan hanya salah satu dari beberapa cara yang asam dapat dikirim ke permukaan bumi dan perairan. Salju dan kabut jelas cara lain. Deposisi asam istilah yang meliputi bentuk basah seperti hujan, salju, kabut, dan suspensi tetesan air mikroskopis seperti awan sering lebih asam dan merusak daripada hujan asam. Hal ini juga termasuk bentuk "kering" dari asam. Misalnya, selama cuaca kering, partikel

padat mungil (aerosol) dari asam senyawa amonium nitrat (NH 4 NO 3 ) dan amonium sulfat ((NH 4 ) 2 SO 4 ) dapat menetap di permukaan. Deposisi kering bisa sama signifikan seperti deposisi basah dalam hujan asam, salju, dan kabut. Aerosol ini juga berkontribusi terhadap kabut, seperti akan kita lihat dalam Bagian 6.11.

Gambar 6.8 Sebuah pH meter dengan tampilan digital.

Bagaimana tingkat keasaman di seluruh daratan Amerika Serikat, Alaska, Hawaii dan Puerto Riko? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu alat analisis, pH meter. Banyak jenis pH meter yang tersedia, tergantung baik pada kondisi di mana Anda ingin menggunakannya dan seberapa banyak Anda bersedia membayar. pH meter yang Anda kemungkinan besar menghadapi telah berupa probe khusus ditutup dengan membran yang peka terhadap H + . Ketika probe direndam dalam sampel, H + ion menciptakan tegangan melintasi membran. Meter mengukur tegangan ini, mengkonversi ke pH, dan menunjukkan nilai pH pada dial atau tampilan digital, seperti yang ditunjukkan di Gambar 6.8.

Hal ini mudah untuk mengukur pH sampel hujan, meskipun prosedur tertentu, seperti kalibrasi elektroda, diperlukan untuk memastikan hasil yang akurat. Lebih menantang adalah untuk mengumpulkan sampel hujan tanpa mengkontaminasi mereka. Misalnya, koleksi kontainer harus benar-benar bersih dan bebas dari minyak dari tangan Anda atau mineral dari air di mana mereka dicuci. Ketika wadah ditempatkan di situs, itu harus cukup tinggi untuk mencegah percikan kontaminasi baik dari tanah atau benda di sekitarnya. Bahkan jika ditinggikan, kontaminasi mungkin masih terjadi dari serbuk sari tanaman di dekatnya, serangga, burung kotoran, daun, debu tanah, atau bahkan abu dari pembakaran.

Salah satu cara untuk meminimalkan kontaminasi adalah menepatkan ember koleksi hujan dengan tutup dan sensor kelembaban yang membuka tutup ini ketika mulai hujan. Ini adalah kasus untuk sampel yang dikumpulkan di sekitar 250 lokasi dari Program Deposisi Atmosfer Nasional/ jaringan Tren Nasional (NADP/NTN). Gambar 6.9a menunjukkan sensor dan dua ember pada stasiun pemantauan NADP/NTN di Illinois yang telah beroperasi selama lebih 25 tahun. Satu ember adalah untuk deposisi kering (terbuka ketika tidak hujan) dan yang lainnya ditutupi. Sensor membuka ember ini (menutup lainnya) ketika hujan.

Memutuskan lokasi untuk menemukan situs koleksi juga adalah sebuah tantangan. Karena kendala anggaran, lokasi uji tidak bisa masuk tempat sebanyak mungkin yang diinginkan. Peneliti mungkin harus mempertimbangkan keuntungan relatif luas penyebaran situs dibandingkan menempatkan beberapa di dekatnya dalam ekosistem khusus seperti di taman nasional. Saat ini ada situs koleksi lebih banyak di Amerika Serikat bagian timur, karena secara historis tingkat keasaman Memutuskan lokasi untuk menemukan situs koleksi juga adalah sebuah tantangan. Karena kendala anggaran, lokasi uji tidak bisa masuk tempat sebanyak mungkin yang diinginkan. Peneliti mungkin harus mempertimbangkan keuntungan relatif luas penyebaran situs dibandingkan menempatkan beberapa di dekatnya dalam ekosistem khusus seperti di taman nasional. Saat ini ada situs koleksi lebih banyak di Amerika Serikat bagian timur, karena secara historis tingkat keasaman

ion ini: SO4 2- , NO 3 - , Cl - , NH 4 + , Ca 2+ , Mg 2+ ,K + , dan Na + . Gambar 6.9b menunjukkan NADP/NTN lima situs aktif di negara bagian Illinois. Berapa banyak situs dalam negara bagian Anda? Lakukan kegiatan berikut untuk menemukannya. -

Gambar 6.9 (a) Bondville Stasiun Pemantauan di pusat Illinois (IL11) telah beroperasi sejak tahun 1979. Sensor kelembaban hitam terhubung ke kiri tabel kontrol yang ember terbuka. ketika tidak hujan, ember yang tepat untuk deposisi basah ditutup. (b) lima NTN hujan aktif memantau lokasi di Illinois, termasuk IL11 di Bondville. Situs yang ditandai dengan segitiga tidak aktif. Sumber: Program Nasional Deposisi Atmosfer 2006. NADP Program Office, Illinois State Survey Air, http://nadp.sws.uiuc.edu/sites/sitemap.asp?state?il

Setiap minggu, para peneliti di Laboratorium Analitik Pusat di Champaign, Illinois, menerima ratusan sampel hujan. Foto-foto berkumpul untuk Gambar 6.10 memberikan indikasi dari besarnya operasi. Di kiri atas adalah pengumpulan sampel ember menunggu untuk dibersihkan sebelum dikirim kembali ke situs koleksi. Foto atas kanan menunjukkan sebuah pengatur sampel hujan dalam antrian yang akan dianalisis, masing-masing diberi label alfanumerik. Porsi kecil masing-masing sampel disimpan setelah analisis dan disimpan dalam lemari pendingin. Kiri bawah menunjukkan Karen Harlin, direktur Laboratorium, berdiri di dekat pintu ke ruang dingin berisi sampel yang diarsipkan. Kanan bawah memungkinkan Anda melihat beberapa sampel dalam kamar dingin. Sampel yang tersedia bagi para peneliti, termasuk mahasiswa.

Gambar 6.10 Foto-foto dari Central Analytical Laboratory (CAL), Champaign, Illinois. Kiri atas: Pengumpulan sampel ember menunggu untuk dibersihkan. Kanan atas: Hujan sampel dalam antrian yang akan dianalisis. Kiri bawah: Karen Harlin, mantan Direktur CAL, di depan ruang dingin. Kanan bawah: sampel Diarsipkan di dalam ruang pendingin.

Hujan sampel yang digunakan untuk dianalisis langsung di lapangan juga. Duplikasi ini menjabat baik sebagai cek pada data dan menunjukkan tingkat kerusakan dari sampel selama transportasi. Yang terakhir ini menunjukkan bahwa perubahan kecil tapi tetap terukur dapat berlangsung dari waktu ke waktu. Sebagai contoh, bakteri dapat mengkonsumsi sejumlah kecil asam alami yang ada dalam air hujan (misalnya, asam format dan asam asetat) mengarah ke penurunan keasaman. Perubahan suhu juga dapat menyebabkan hilangnya gas terlarut dalam sampel. Kedua karena efek ini adalah kecil, dan karena pengukuran di Laboratorium Pusat lebih mudah standar, pengukuran lapangan dihentikan pada tahun 2005.

Setiap tahun, peneliti di Laboratorium Analitik Pusat menggunakan data analitis untuk membangun peta seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.11. Dari peta ini, kita dapat meyakini apa yang kita sudah tahu, bahwa semua hujan sedikit asam. Seperti disebutkan sebelumnya, "hujan murni" selalu mengandung sejumlah

kecil karbon dioksida terlarut. Ingat bahwa CO 2 adalah komponen alami dari atmosfir bumi ada dalam konsentrasi rendah sekitar 385 ppm atau 0,0385%. Jumlah karbon dioksida sedikit larut dalam air untuk menghasilkan larutan asam lemah.

[6.9] Reaksi ini terjadi hanya sampai batas tertentu, yaitu, hanya sejumlah kecil H + dan HCO 3 - (aq) (ion hidrogen karbonat) terbentuk. Tetapi jumlah kecil sudah cukup. Pada 25 °C, sampel air terkena karbon dioksida atmosfer memiliki pH 5,6.

Jika Anda memeriksa peta seperti pada Gambar 6.11 selama dekade terakhir, Anda akan mengamati beberapa tren. Secara umum, keasaman telah berkurang sedikit, yaitu, seluruh negeri, nilai pH tidak cukup serendah mereka dulu. Tapi ternyata, pH bukan masalah mendasar. Sebaliknya, itu adalah bahan kimia yang berbeda dalam hujan yang menurunkan pH. Karena hujan yang normal memiliki pH

sekitar 5,3 (lihat Gambar 6.6), CO 2 tidak bisa menjadi satu-satunya sumber dalam air hujan. Sejumlah kecil asam alam lainnya juga berkontribusi terhadap keasamannya. Namun, bahkan asam tambahan tidak dapat menjelaskan nilai-nilai pH di bawah 5 yang kita amati di Midwest dan di pantai timur (lihat Gambar 6.11). Demikian kita harus mencari di tempat lain

Gambar 6.11 pH sampel hujan. Pengukuran yang dilakukan di Laboratorium Analitik Pusat, tahun 2005. Nilai di stasiun di Alaska dan Kepulauan Virgin diberikan di kiri bawah. Data Hawaii tidak tersedia. Sumber: Program Nasional Deposisi Atmosfer 2006.

http://nadp.sws.uiuc.edu/ isopleths/maps2005/phlab.gif

6.6 Pencarian Keasaman Ekstra Menurut Gambar 6.11, hujan asam jatuh ke sepertiga bagian timur Amerika Serikat, khususnya di lembah Sungai Ohio. Apa yang menyebabkan tambahan keasaman? Analisis kimia dari itu hujan kerahasiaan bahwa penyebab utama adalah

sulfur dioksida (SO 2 ), Sulfur trioksida (SO 3 ), nitrogen monoksida (NO), dan nitrogen dioksida (NO 2 ). Senyawa ini secara kolektif ditunjuk SOx dan NOx, Lebih dikenal sebagai "sox dan nox." Pada tahap ini Chymist skeptis harus menaikkan pertanyaan penting. Mengingat definisi dari asam sebagai zat yang mengandung dan melepaskan ion H + dalam air, bagaimana bisa SO 2 , SO 3 , NO, dan NO 2 memenuhi syarat? Senyawa ini tidak mengandung hidrogen! Penjelasannya adalah bahwa SOx dan NOx larut dalam sulfur dioksida (SO 2 ), Sulfur trioksida (SO 3 ), nitrogen monoksida (NO), dan nitrogen dioksida (NO 2 ). Senyawa ini secara kolektif ditunjuk SOx dan NOx, Lebih dikenal sebagai "sox dan nox." Pada tahap ini Chymist skeptis harus menaikkan pertanyaan penting. Mengingat definisi dari asam sebagai zat yang mengandung dan melepaskan ion H + dalam air, bagaimana bisa SO 2 , SO 3 , NO, dan NO 2 memenuhi syarat? Senyawa ini tidak mengandung hidrogen! Penjelasannya adalah bahwa SOx dan NOx larut dalam

[6.10] Serupa dengan itu, sulfur trioksida larut dalam air membentuk asam sulfat.

[6.11] Di dalam air, asam sulfat merupakan sumber ion H + :

[6.12a] Ion hidrogen sulfat juga dapat terdisosiasi menghasilkan H + lagi:

[6.12b]

Menambahkan persamaan 6.12a dan 6.12b menunjukkan bahwa disosiasi asam sulfat untuk menghasilkan dua hidrogen ion dan ion sulfat

[6.12c] Dalam cara yang sama, tapi lebih rumit, NO 2 bereaksi dengan lembab di udara untuk membentuk asam nitrat. Reaksi ini merupakan penyederhanaan dari kimia atmosfer yang terjadi.

Seperti asam sulfat, asam nitrat juga berdisosiasi melepaskan H + [6.14]

Secara geografis, maka, daerah dengan hujan asam harus menunjukkan peningkatan kadar ion sulfat dan ion nitrat, dari SOx dan NOx, masing-masing. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, deposisi asam ini dapat berupa basah atau kering. Gambar 6.12 menunjukkan deposisi basah, biasanya disebut "hujan asam," tetapi juga mencakup bentuk-bentuk lain dari hujan yang akan mendarat di payung seperti salju, hujan es, atau bahkan hujan es.

Kedua Bab 1 dan Bab 4 menggambarkan hubungan antara pembakaran batu bara dan emisi SO 2 . Seperti yang Anda mungkin kemudian menduga, emisi sulfur dioksida yang tertinggi di negara-negara dengan banyak pembangkit listrik berbahan bakar batubara, pabrik baja, dan industri berat lainnya yang mengandalkan batubara. Ohio merupakan salah satu negara tersebut. Pada tahun 2004 (dan juga di masa

lalu), Ohio, diikuti oleh Pennsylvania dan Indiana, memuncaki emisi SO 2 . Tiga negara yang sama memimpin dalam emisi NOx juga. Tapi emisi Nox tinggi juga ditemukan di daerah perkotaan besar dengan kepadatan penduduk tinggi dan lalu lintas mobil yang padat. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa pada tahun 1990 (dan masih lalu), Ohio, diikuti oleh Pennsylvania dan Indiana, memuncaki emisi SO 2 . Tiga negara yang sama memimpin dalam emisi NOx juga. Tapi emisi Nox tinggi juga ditemukan di daerah perkotaan besar dengan kepadatan penduduk tinggi dan lalu lintas mobil yang padat. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa pada tahun 1990 (dan masih

Gambar 6.12 (a) 2005 deposisi basah ion nitrat dalam kilogram per hektar. (b) 2005 deposisi basah ion sulfat dalam kilogram per hektar. Sumber: Program Nasional Deposisi Atmosfer 2006. NADP Program Offi ce, Illinois State Survey Air, Champaign, IL,

Setelah mengetahui sekarang bahwa oksida sulfur dan nitrogen menyebabkan pembentukan hujan asam, kita perlu melihat lebih dekat bagaimana oksida dibentuk dan dilepaskan ke dalam atmosfer.

6.7 Sulfur Dioksida dan Pembakaran Batubara Sejauh ini, kita telah memastikan hubungan antara pembakaran batubara, belerang dioksida atmosfer, dan pembentukan hujan asam. Selain itu, tidak terbantahkan bahwa kedua SO 2 dan SO 3 bereaksi dengan air untuk menghasilkan larutan asam. Pada titik ini, mari kita lihat lebih dekat pada batubara dan produk pembakaran. Pada sekilas pertama, batubara mungkin tidak muncul jauh berbeda dari arang atau jelaga hitam, yang keduanya karbon pada dasarnya murni. Ketika karbon dibakar dengan banyak oksigen, membentuk karbon dioksida dan membebaskan sejumlah besar panas (yang tentu saja adalah alasan untuk membakarnya).

[6.15] Seperti yang Anda pelajari di Bab 4, batubara merupakan substansi yang kompleks. Kita dapat perkiraan komposisinya dengan rumus kimia C 135 H 96 O 9 NS. Batubara juga mengandung sejumlah kecil elemen seperti silikon, natrium, kalsium, aluminium, nikel, tembaga, seng, arsenik, timbal, dan merkuri. Batubara terbakar untuk melepaskan unsur-unsur yang dikandungnya, terutama dalam bentuk oksida.

Karena karbon dan hidrogen yang ada dalam kuantitas terbesar, jumlah terbesar CO 2 dan H 2 O diproduksi. Tapi pembakaran batu bara juga melepaskan merkuri, arsen, dan timah ke dalam satu lingkungan-sudah psati menjadi perhatian, tetapi tidak akan kita kejar di sini. Pada saat ini, sulfur adalah unsur utama kita yang menarik perhatian.

Bagaimana belerang masuk batubara? Beberapa ratus juta tahun yang lalu, batubara terbentuk dari vegetasi yang membusuk seperti yang ditemukan di rawa- rawa atau rawa gambut. Karena belerang ada dalam semua makhluk hidup, sebagian Bagaimana belerang masuk batubara? Beberapa ratus juta tahun yang lalu, batubara terbentuk dari vegetasi yang membusuk seperti yang ditemukan di rawa- rawa atau rawa gambut. Karena belerang ada dalam semua makhluk hidup, sebagian

Pembakaran belerang dalam oksigen menghasilkan sulfur dioksida, gas beracun dengan bau yang jelas menyedak (Gambar 6.13).

[6.16] Karena kandungan sulfur batubara bervariasi, pembakaran batu bara menghasilkan sulfur dioksida dalam beragam jumlah. Fakta ini merupakan pusat cerita hujan asam. Saat batu bara dibakar, belerang dioksida yang dihasilkan berjalan tepat ke cerobong bersama dengan karbon dioksida, uap air, dan sejumlah kecil abu logam oksida. Langkah-langkah pengendalian emisi bisa, tentu saja, mengurangi

jumlah SO 2 , Sebagaimana akan kita lihat dalam Bagian 6.14. Jadi tergantung pada bagaimana pembakaran batubara pembangkit dilengkapi dengan utilitas listrik, Anda

akan menemukan berbagai tingkat emisi SO 2 .

Setelah di atmosfer, SO 2 dapat bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur trioksida, SO 3 . Sulfur trioksida berperan dalam pembentukan aerosol, seperti yang akan kita lihat dalam Bagian 6.11.

[6.17] Reaksi ini cukup lambat, tetapi dipercepat oleh keberadaan partikel padatan halus, seperti abu yang naik cerobong bersama dengan SO 2 . Setelah SO 3 terbentuk, bereaksi cepat dengan uap air di atmosfer membentuk asam sulfat (lihat persamaan 6.11). Jalur lain juga tersedia untuk konversi belerang dioksida menjadi asam sulfat. Salah satu yang penting melibatkan radikal hidroksil (·OH) yang terbentuk dari ozon

dan air dengan adanya sinar matahari. Reaksi ·OH dengan SO 2 menyumbang 20- 25% dari asam sulfat di atmosfer. Reaksi berjalan lebih cepat pada sinar matahari intens dan dengan demikian lebih penting pada musim panas dan di tengah hari.

Sebuah perhitungan kimia dapat membantu kita lebih menghargai sejumlah besar SO 2 yang diproduksi oleh pembangkit listrik dengan pembakaran batu bara. Pembangkit tersebut biasanya membakar 1 juta metrik ton batu bara per tahun, di

mana per metrik ton setara sampai 1000 kg, atau 1x10 3 g?

Kita akan menganggap batubara rendah sulfur yang mengandung sulfur 2,0%, yaitu 2,0 g per 100 g sulfur batubara. Pertama kita dapat menghitung gram sulfur terlepas setiap tahunnya dari 1 juta metrik ton (1×10 12 g) batu bara

Selanjutnya, kita menggunakan fakta bahwa 1 mol sulfur bereaksi dengan oksigen untuk membentuk 1 mol SO 2 (lihat Persamaan 6.16). Massa Molar sulfur Selanjutnya, kita menggunakan fakta bahwa 1 mol sulfur bereaksi dengan oksigen untuk membentuk 1 mol SO 2 (lihat Persamaan 6.16). Massa Molar sulfur

karena itu, 32,1 g belerang terbakar menghasilkan 64,1 g SO 2 .

Massa SO 2 ini setara dengan 40.000 metrik ton atau 88 juta pon SO 2 per tahun. Pembangkit listrik pembakaran batu bara sulfur tinggi dapat mengemisikan lebih dari dua kali ini!

Hubungan antara pembakaran batu bara dan emisi sulfur dioksida di Amerika Serikat jelas pada Gambar 6.14. Sebagian besar emisi timbul dari pembangkit listrik ("bahan bakar pembakaran") di mana bahan bakar fosil batu bara atau lainnya dibakar untuk menghasilkan listrik untuk umum atau konsumsi industri. Transportasi bertanggung jawab hanya untuk persen kecil dari emisi karena bensin dan solar mengandung sulfur dalam jumlah yang relatif rendah. Proses industri, seperti produksi logam dari bijih, diperhitungkan untuk sisa dari emisi. Misalnya, bijih dari kedua tembaga dan nikel adalah Sulfides. Ketika nikel Sulfide dipanaskan sampai suhu tinggi dalam smelter, bijih terurai dan belerang dioksida dilepaskan. Demikian

pula, peleburan tembaga Sulfide melepaskan SO 2 . Meskipun produksi skala besar nikel dan tembaga kontribusinya hanya beberapa persen terhadap total emisi, sejumlah besar SO 2 dihasilkan di daerah tertentu. Smelter terbesar di dunia di Sudbury, Ontario, memproduksi nikel dari bijih yang mengandung belerang. Suram, lanskap tak bernyawa di sekitar langsung dari pabrik berdiri menjadi kesaksian bisu pelepasan SO 2 sebelumnya yangtidak terkendali. Hari ini, setelah renovasi besar pada tahun 1993, dua smelter utama di daerah itu telah mengurangi emisi sulfur dioksida mereka secara substansial.

Meskipun demikian, pada tahun 2003 lebih dari 200.000 metrik ton SO 2 dilepaskan, beberapa itu sebuah cerobong asap yang tinggi. Fakta bahwa ini adalah cerobong asap tertinggi di dunia (sama dalam tinggi dengan Empire State Building) hanya berarti bahwa emisi terbawa jauh jauh dari Sudbury oleh angin yang berlaku (Gambar 6.15). Agar kita menunjuk setiap jari, Kanada melaporkan bahwa lebih dari setengah dari hujan asam di bagian timur dari negara mereka berasal dari Amerika Serikat. Jumlah sulfur dioksida yang melayang ke utara melewati perbatasan ke Kanada diperkirakan 4 juta ton per tahun

6.8 Oksida Nitrogen, dan Kation Acidifikasi Los Angeles Batubara telah didakwa sebagai pelaku utama lingkungan karena, ketika dibakar, menghasilkan sulfur dioksida. Tapi SO 2 bukan satu-satunya penyebab hujan asam; pihak bersalah lain telah diidentifikasi. Perhatikan, misalnya, udara berkabut yang mungkin menetap ke basin Los Angeles. Meskipun konsentrasi SO 2 relatif rendah, hujan masih sangat asam. Pada Januari 1982, kabut dekat Rose Bowl di Pasadena ditemukan memiliki pH 2,5. Bernapas itu pasti seperti menghirup kabut halus cuka! Keasaman kabut ini melebihi hujan normal dengan setidaknya 500 kali. Pada tahun yang sama, kabut di Corona del Mar di pantai selatan dari Los Angeles adalah 10 kali lebih asam dibandingkan dekat Rose Bowl, mencatatkan pH 1,5. Dalam kedua kasus, sesuatu selain belerang dioksida terlibat.

Untuk memecahkan misteri ini, kita beralih ke mobil dan truk yang macet di jalan raya Los Angeles siang dan malam. Sekilas terlebih dulu, itu mungkin tidak jelas bagaimana ribuan kendaraan berkontribusi terhadap curah hujan asam. Bensin

terbakar untuk membentuk CO 2 dan H 2 O, bersama dengan jumlah kecil CO, hidrokarbon tidak terbakar, dan jelaga. Tapi bensin mengandung sedikit sulfur. Akibatnya, kita harus mencari sumber keasaman lain.

Nitrogen oksida sudah pernah diidentifikasi sebagai kontributor untuk hujan asam, tapi bensin tidak mengandung nitrogen. Oleh karena itu, logika (dan kimia) menegaskan bahwa nitrogen oksida tidak dapat dibentuk dari pembakaran bensin. Secara harfiah, ini benar. Ingat, bagaimanapun, bahwa sekitar 80% udara terdiri dari

molekul N 2 . Molekul-molekul ini sangat stabil dan untuk sebagian besar yang tidak reaktif. Namun demikian, jika suhu cukup tinggi, nitrogen dapat dan bereaksi secara langsung dengan beberapa elemen. Salah satunya adalah oksigen. mengingat kembali dari Bab 1 bahwa dengan energi yang cukup, nitrogen dan oksigen bergabung untuk membentuk nitrogen monoksida (nitrik oxide).

[6.18] Energi yang diperlukan untuk reaksi ini bisa berasal dari kilat atau dari "petir" di dalam mesin pembakaran internal. Dalam sebuah mobil, bensin dan udara ditarik ke dalam silinder dan dikompresi, membawa molekul N 2 dan O 2 lebih dekat bersama- sama. Bensin, setelah dinyalakan, membakar dengan cepat. Energi yang dilepaskan tenaga kendaraan itu. Tetapi kebenaran disayangkan adalah bahwa energi juga memicu kimia persamaan 6.18.

Reaksi N 2 dengan O 2 untuk membentuk NO tidak terbatas pada mesin mobil. Reaksi yang sama terjadi ketika udara dipanaskan sampai suhu tinggi dalam tungku pembangkit listrik pembakaran batubara. Oleh karena itu, pembangkit tersebut berkontribusi luas jumlah kedua belerang oksida dan nitrogen oksida yang mengasamkan presipitasi. Secara nasional, pembakaran dari bahan bakar (misalnya, batu bara) pada pembangkit utilitas listrik dan oleh industri melepaskan lebih sepertiga dari itu nitrogen oksida (Gambar 6.16). Sumber pengangkutan seperti kendaraan bermotor, pesawat, dan kereta mencapai lebih setengah. Ketika di lingkungan perkotaan, bahkan proporsi yang lebih besar NO muncul dari kendaraan bermotor.

Pada awal 1990-an, solusi kimia hijau untuk mengurangi emisi NO dan konsumsi energi diperkenalkan ke manufaktur kaca AS oleh Praxair Inc dari Tarrytown, NY. Pemenang penghargaan mereka pengganti teknologi 100% oksigen untuk udara di besar tungku digunakan untuk mencairkan dan memanaskan kaca. Beralih dari udara (78% nitrogen) ke oksigen murni mengurangi produksi NO oleh 90% dan memotong konsumsi energi hingga 50%. Produsen kaca menggunakan Praxair Oxy-Fuel teknologi menghemat energi yang cukup setiap tahun untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari 1 juta orang Amerika.

Setelah terbentuk, nitrogen monoksida sangat reaktif. Seperti yang kita ketahui dalam Bab 1, melalui serangkaian langkah-langkah yang bereaksi dengan oksigen, radikal hidroksil, dan senyawa organik volatile (VOC) untuk membentuk NO 2 .

Spesies reaktif antara A, A’, dan A”, ada dalam jumlah kecil, disintesis dari molekul VOC. Produksi hujan asam terhubung ke senyawa yang sama ini jejak di atmosfer.

Nitrogen dioksida adalah sangat reaktif, beracun, gas merah-coklat dengan bau buruk. Untuk tujuan kita, reaksi yang paling signifikan bisa NO 2 adalah salah satu yang mengkonversi ke asam nitrat, HNO 3 . Sebelumnya, persamaan 6.13 adalah penyederhanan konversi ini. Sebenarnya serangkaian reaksi terjadi dalam kehadiran sinar matahari. Ini mengambil tempat di udara sekitarnya Los Angeles, Phoenix, Dallas, dan lainnya cerah wilayah metropolitan. Pemain kunci adalah hidroksil radikal. Setelah terbentuk di atmosfer, hidroksil radikal cepat dapat bereaksi dengan nitrogen dioksida untuk menghasilkan asam nitrat.

[6.20] Seperti yang Anda telah melihat dalam persamaan 6.14, HNO 3 memisahkan sepenuhnya dalam air untuk melepaskan H + dan NO 3 - . Hasilnya adalah nilai pH mengkhawatirkan rendah kadang-kadang ditemukan dalam hujan dan kabut Los Angeles.

6.9 SO 2 dan NO-Bagaimana Mereka Stack Up? Setelah mengidentifikasi SO 2 dan NO sebagai dua kontributor utama hujan

asam, kita sekarang akan mengkaji sumber-sumber mereka. Di Amerika Serikat, emisi antropogenik tahunan (manusia) berada pada orde jutaan ton-kira-kira 15 dan

20 juta untuk SO 2 dan NO, masing-masing. Sebagian besar emisi sulfur dioksida dapat ditelusuri ke pembakaran batu bara pada Pembangkit tenaga listrik. Tapi ini utilitas yang sama hanya mencapai sedikit lebih dari sepertiga dari nitrogen oksida yang dilepaskan (lihat Gambar 6.16). Mesin pembakaran bahwa mobil listrik, truk, pesawat, dan kereta api memancarkan lebih dari setengah dari NOx.

Tingkat polutan ini telah berubah secara dramatis dari waktu ke waktu. Sebelum tahun 1950, jumlah yang relatif kecil Nox ada dalam hujan, kabut, dan salju. Gambar 6.17a menunjukkan bahwa NOx kami saat ini tingkat adalah hasil dari

peningkatan emisi tanpa henti. Emisi tersebut, tidak seperti emisi SO 2 , telah mendatar dalam beberapa tahun terakhir. Sebaliknya, emisi SO 2 telah menurun secara substansial sejak puncaknya pada tahun 1974 (Gambar 6.17b), penghargaan untuk banyak hal, termasuk 1990 Clean Air Act Amandemen. Dalam dua bagian akhir bab ini, kita akan membahas bagaimana biaya, strategi pengendalian, dan politik telah

mempengaruhi emisi SO 2 dan NOx di Amerika Serikat

Secara global, tingkat SO 2 dan NO x juga berubah dari waktu ke waktu. NOx sulit untuk melacak. NOx berasal dari jutaan sumber bergerak yang kecil, dan tidak diatur dari NOx di seluruh dunia. Sebaliknya, emisi SO 2 dapat diperkirakan dengan tingkat akurasi wajar. Data nasional pada konsumsi bahan bakar fosil dan pengolahan bijih logam yang mengandung belerang membuat ini mungkin untuk melacak. Untuk mendapatkan perkiraan, peneliti mulai dengan jumlah bahan bakar fosil (bersama dengan kandungan sulfurnya) diproduksi di suatu negara, kemudian tambahkan impor bahan bakar fosil, dan akhirnya dikurangi ekspor.

Gambar 6.17 (a) US emisi oksida nitrogen 1940-2003. (b) emisi US sulfur dioksida 1940-2003. Catatan: Pembakaran bahan bakar mengacu pada pembakaran bahan bakar fosil, seperti batu bara. Sumber: EPA/OAR, Udara Nasional Polutan Tren Emisi, 1900-1998, dengan data terbaru ditambahkan.

Refining logam agak rumit untuk memperkirakan, karena jumlah sulfur dilepaskan tergantung pada teknologi yang digunakan (yang tidak selalu diketahui). Meskipun demikian, adalah mungkin untuk mencapai kesimpulan menggunakan data jenis ini.

Suatu estimasi dipublikasikan tahun 2004 menunjukkan kabar baik- penurunan emisi SO 2 dunia selama dekade terakhir. Kembali di tahun 1970-an, Eropa Barat dan Amerika Utara berbagi judul penghasil emisi terbesar di dunia. Seperti yang kita lihat sebelumnya, tingkat emisi AS kemudian menurun dengan cepat dan orang- orang dari Eropa Barat mengikutinya. Eropa Timur mengambil alih peran utama, mencapai puncaknya pada tahun 1989, dan sekarang juga tingkat emisi yang turun. Ini menurun terjadi untuk alasan yang berbeda: peraturan lingkungan di Eropa berbeda dengan depresi ekonomi di Eropa Timur.

Hari ini, benua Asia memimpin dalam emisi SO 2 . Pada tahun 1970, Amerika Serikat mempancarkan sekitar 30 juta ton sulfur dioksida dan China sekitar 10 juta ton. Pada tahun 1990, keduanya negara dilepaskan sekitar 22 juta ton. Dengan

dimulainya tahun 2000, Cina muncul sebagai pemimpin yang jelas dalam emisi SO 2 . Namun, dengan penutupan beberapa pembangkit batubara tua yang tidak efisien, emisi dari China belum naik secepat mereka bisa. Waktu akan memberitahu.

Tabel 6.1 menyajikan pandangan global emisi SO 2 dan NOx dari baik sumber alam dan antropogenik. Jelas, manusia bukan satu-satunya generator sulfur dan nitrogen oksida. Meskipun demikian, jumlah sulfur ditambahkan ke atmosfer oleh manusia adalah dua kali dari gunung berapi, laut, dan sumber-sumber alam lainnya. Jumlah nitrogen ditambahkan sebagai NOx oleh manusia adalah sekitar empat kali lipat dari sumber alami seperti petir dan bakteri yang ditemukan dalam tanah. Siklus nitrogen, yang akan kita jelaskan dalam Bagian 6.12, menunjukkan kompleksitas jalur alami nitrogen dalam biosfer.

Menafsirkan data dari Tabel 6.1 dengan hati-hati. Emisi alami dasarnya variabel dan sulit untuk memperkirakan. Sebagai contoh, penelitian telah Menafsirkan data dari Tabel 6.1 dengan hati-hati. Emisi alami dasarnya variabel dan sulit untuk memperkirakan. Sebagai contoh, penelitian telah

Kadang-kadang, peristiwa geologis besar mengubah pola. Letusan Gunung Pinatubo Juni 1991 di Filipina adalah kasus di titik. Letusan ini, yang terbesar dalam satu abad, disuntikkan antara 15 dan 30 juta ton sulfur dioksida ke stratosfer. Pada

ketinggian ini, SO 2 bereaksi membentuk tetesan kecil dan kristal beku asam sulfat. Bebulan-bulan, aerosol H 2 SO 4 tetap tersuspensi di atmosfer, memantulkan dan menyerap sinar matahari. Penurunan sementara rata-rata temperatur global diamati pada akhir 1991 bahwa terus sampai 1992 telah dikaitkan terhadap efek letusan. Memang, ketika efek pendinginan Gunung Pinatubo termasuk dalam program komputer yang digunakan untuk model perubahan suhu global, prediksi cocok

dengan baik dengan pengamatan. Bukti juga menunjukkan bahwa kristal beku H 2 SO 4 memberikan banyak situs katalitik baru untuk reaksi kimia yang menyebabkan kerusakan ozon stratosfir. Cukup jelas, topik teks ini erat terjalin.

6.10 Hujan Asam dan Efeknya pada Bahan Sebagaimana telah kita lihat, banyak hujan, kabut, dan salju di Amerika Serikat lebih asam dibandingkan hujan yang tidak tercemar. Secara regional, keasaman hujan telah meningkat signifikan sejak Revolusi Industri. Dalam kasus terburuk, kabut dan embun dapat memiliki pH 3,0 atau lebih rendah. Tapi apakah ini semua benar-benar penting? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu tahu sesuatu tentang dampak deposisi asam dan seberapa serius mereka sebenarnya.

Penelitian nasional dapat membantu kita. Selama tahun 1980 Kongres AS mendanai upaya nasional penelitian yang disebut Program Penilaian Hujan Asam Nasional (NAPAP). Lebih dari 2000 ilmuwan yang terlibat, dengan total pengeluaran sebesar $ 500 juta. Proyek selesai pada tahun 1990, dan para ilmuwan yang berpartisipasi menyiapkan 28 -volume set laporan teknis (NAPAP, State of the Science and Technology, 1991). Beberapa materi di sisa bab ini diambil dari laporan NAPAP yang dan dari laporan konferensi pada tahun 2001. Konferensi ini berjudul "Hujan Asam: Apakah Masalahnya telah Terpecahkan?" dan adalah disponsori oleh Center for Environmental Information. Tujuannya adalah untuk "menempatkan“ masalah hujan asam tepat kembali di garis depan agenda publik.

Dan kita setuju-hujan asam harus tetap pada agenda publik. Salah satu alasannya adalah kerusakan yang dilakukan oleh hujan asam (Tabel 6.2). Pada bagian ini, kita menggambarkan efek hujan asam pada logam, patung, dan bangunan. Efek dari hujan asam terhadap kesehatan manusia akan dieksplorasi di bagian yang berikut.

Logam pertama. Ketika kita mulai pembahasan ini, ingat bahwa dari 100 atau lebih elemen pada tabel periodik, sekitar 80% adalah logam. Logam biasanya yang mengkilap dan keperakan dalam penampilan; setidaknya, mereka yang mengkilat sebelum mereka menjadi ternoda atau berkarat oleh hujan asam. Meskipun asam hujan (pH 3-5) tidak mempengaruhi semua logam, sayangnya besi adalah salah satu yang terpengaruh.

Seperti yang dapat Anda amati, besi merupakan bahan konstruksi utama. Jembatan, rel kereta api, dan kendaraan dari semua jenis tergantung pada besi dan baja yang terbuat dari itu. Batang dari baja digunakan untuk memperkuat bangunan beton dan jalan raya. Di banyak bagian negara, pagar besi dekoratif dan kisi-kisi baik ornamen dan melindungi kota dan rumah-rumah pedesaan.

Masalah dengan besi yang berkarat, yang diwakili oleh persamaan ini kimia. [6.21]

Berkarat adalah proses yang lambat. Besi bereaksi cepat dengan oksigen hanya jika Anda panaskan atau terbakar, seperti dengan sparkler pada Empat Juli. Tetapi pada suhu kamar, besi memerlukan kehadiran ion hidrogen terhadap karat. Bahkan air murni (pH= 7) memiliki konsentrasi H + yang cukup untuk mempromosikan berkarat yang lambat. Dalam asam, proses berkarat sangat dipercepat. Peran H + jelas dalam persamaan 6.22, terlebih dulu dari proses dua langkah. Di langkah ini, logam besi larut.

[6.22] Pada langkah kedua, Fe 2+ berair bereaksi lanjut dengan oksigen.

[6.23] Produk padat, Fe 2 O 3 , bahan coklat kemerahan yang akrab kita sebut karat.

Karena besi inheren tidak stabil bila terkena lingkungan alam, jumlah uang yang besar dihabiskan setiap tahun untuk melindungi besi terbuka dan baja di jembatan, mobil, bangunan, dan kapal. Cat adalah cara yang paling umum untuk Karena besi inheren tidak stabil bila terkena lingkungan alam, jumlah uang yang besar dihabiskan setiap tahun untuk melindungi besi terbuka dan baja di jembatan, mobil, bangunan, dan kapal. Cat adalah cara yang paling umum untuk

Cat mobil dapat bernoda atau mengelupas oleh deposisi asam. Untuk mencegah hal ini, produsen mobil sekarang menggunakan cat tahan asam. Ini adalah sebuah ironi bahwa mobil memancarkan sangat kimia yang melindungi cat mereka. Mengikuti NO dari knalpot mobil Anda dan Anda mungkin menemukan bahwa bahan kimia ini pada akhirnya berakhir di tetesan yang menimpa kap mobil Anda.

Hujan asam juga merusak patung-patung dan monumen yang terbuat dari marmer. Misalnya, mereka di Gettysburg National Battlefield telah mengalami kerusakan tidak dapat diperbaiki. Gambar 6.18 menunjukkan patung masih dapat dikenali, tetapi jauh memburuk dari George Washington di Kota New York. Marmer

kapur, terutama terdiri dari kalsium karbonat, CaCO 3 , Perlahan larut di hadapan ion

Gambar 6.18 Hujan asam ini merusak patung batu kapur dari George Washington. Ini didirikan di New York City pada tahun 1944.

Gambar 6.19 Hujan asam tidak mengenal batas geografis atau politik. Hujan asam telah mengikis reruntuhan Maya Chichén Itzá di, Meksiko.

Pengunjung ke Lincoln Memorial di Washington, DC, belajar bahwa stalaktit besar tumbuh di ruang bawah memorial adalah hasil dari hujan asam yang mengikis marmer, lagi bahan yang mengandung baik kalsium karbonat atau magnesium karbonat (atau keduanya). Monumen lain di bagian timur Amerika Serikat menderita nasib yang sama. Beberapa batu nisan batu kapur tidak lagi terbaca. Di seluruh dunia, banyak patung dan bangunan marmer tak ternilai dan tak tergantikan sedang diserang oleh asam udara (Gambar 6.19). The Parthenon di Yunani, Taj Mahal di India, dan reruntuhan Maya di Chichen Itza semua menunjukkan tanda-tanda erosi asam. Ironisnya, beberapa hujan asam di situs ini adalah karena NOx yang diproduksi oleh bus pariwisata dan kendaraan dengan kontrol emisi minimal.

6.11 Hujan Asam, Kabut, dan Kesehatan Manusia Efek lebih jelas hujan asam sering dapat diamati hanya dengan melihat luar jendela. Siapapun yang hidup di bagian timur Amerika Serikat akrab dengan kabut musim panas yang mungkin menetap seluas lanskap. Ironisnya, Anda menjadi lebih menyadari hal itu pada hari yang cerah sesekali ketika itu benar-benar tampak bahwa Anda dapat melihat selamanya. Penumpang pesawat, karena mereka mengintip turun dari 30.000 kaki, mungkin memperhatikan bahwa fitur dan warna lanskap yang kabur. Sama seperti pengunjung ke Great Smoky Mountains National Park dapat melihat set foto kontras, Anda juga bisa melihat pada Gambar 6.20.

Penyebab kabut dipahami dengan baik, tetapi mereka berbeda dari daerah ke daerah. Di timur, misalnya, pembangkit listrik pembakaran batu bara di Lembah Ohio dan di tempat lain menghasilkan masalah asap dan partikulat yang pada gilirannya menciptakan kabut. Di barat, yang berbeda partikulat termasuk debu tanah dan jelaga dari tungku kayu bakar menambah kabut.

Timur atau barat, pembangkit listrik memancarkan NOx dan SO 2 . Meskipun keduanya berkontribusi terhadap kabut, untuk tujuan menggambarkan hujan asam kita akan fokus pada yang terakhir. Seperti kita disebutkan sebelumnya, batubara mengandung persen sulfur sedikit, dan ketika batubara dibakar, suatu aliran sulfur Timur atau barat, pembangkit listrik memancarkan NOx dan SO 2 . Meskipun keduanya berkontribusi terhadap kabut, untuk tujuan menggambarkan hujan asam kita akan fokus pada yang terakhir. Seperti kita disebutkan sebelumnya, batubara mengandung persen sulfur sedikit, dan ketika batubara dibakar, suatu aliran sulfur

Gambar 6.20 Sehari kabur dan hari yang cerah dari Lihat Batu Menara di Great Smoky Mountains National Park.

Mari kita fokus pada molekul SO 2 saat keluar dari cerobong tinggi dari pembangkit listrik. Ketika bergerak melawan arah angin, ia dapat membentuk aerosol asam sulfat melalui serangkaian langkah. Pertama adalah reaksi dari SO 2 dengan oksigen untuk membentuk SO 3 , seperti yang kita lihat sebelumnya dalam persamaan

6.17. Belerang trioksida juga gas tidak berwarna, tetapi memiliki sifat yang higroskopis, yaitu adalah, mudah menyerap air dari atmosfir dan mempertahankan itu. Seperti kita lihat dalam persamaan 6.11, satu molekul SO 3 dapat bereaksi cepat dengan molekul air untuk membentuk asam sulfat. Tetesan kecil asam sulfat kemudian mengental untuk menghasilkan tetesan yang lebih besar. Tetesan ini membentuk aerosol dengan partikel kira-kira 1 mikrometer (1×10 -6 m) ukuran. Partikel-partikel asam sulfat tidak menyerap sinar matahari. Sebaliknya, mereka mennghamburkan (memantulkan) sinar matahari, mengurangi visibilitas. Aerosol asam sulfat, yang dapat bertahan selama beberapa hari, dapat melakukan perjalanan ratusan mil mengikuti arah angin, sehingga kabut bisa menjadi begitu meluas. Selain itu, partikel halus dari asam cukup stabil sehingga mereka memasuki kita bangunan dan menjadi bagian dari udara yang kita hirup dalam ruangan.,

Anda juga mungkin pernah mendengar aerosol sulfat. Ingat bahwa asam sulfat, H 2 SO 4 , mengionisasi untuk menghasilkan H + , HSO 4 - , dan SO 4 2- . Konsentrasi masing-masing dapat diukur dalam aerosol. Tapi aerosol asam dapat bereaksi dengan basa menghasilkan garam yang berisi ion sulfat. Biasanya basa ini adalah amonia atau dalam bentuk cair, amonium hidroksida. Dengan demikian, partikel

dalam aerosol mungkin campuran asam sulfat, amonium sulfat, (NH 4 ) 2 SO 4 , dan amonium hidrogen sulfat, NH 4 HSO 4 . Pelaporan konsentrasi sulfat dan ion hidrogen sulfat (bukan hanya pH) memberikan indikasi yang lebih baik berapa banyak asam sulfat awalnya ada.

Kabut yang paling menonjol di musim panas ketika ada lebih banyak sinar matahari untuk mempercepat reaksi fotokimia yang menyebabkan asam sulfat. Akibatnya, visibilitas rata-rata di Amerika Serikat bagian timur sekarang sekitar 20 mil Kabut yang paling menonjol di musim panas ketika ada lebih banyak sinar matahari untuk mempercepat reaksi fotokimia yang menyebabkan asam sulfat. Akibatnya, visibilitas rata-rata di Amerika Serikat bagian timur sekarang sekitar 20 mil

The Clean Air Act tahun 1970 dan perubahannya selanjutnya termasuk ketentuan untuk meningkatkan visibilitas di taman nasional kita. Meskipun standar yang ditetapkan oleh hukum pemerintah federal, negara dibebani dengan penerapan standar tersebut. Visibilitas terus turun di taman nasional. Dalam beberapa hari terakhir kepresidenannya, Bill Clinton menandatangani RUU otorisasi EPA untuk mengeluarkan peraturan untuk membantu membersihkan langit di taman nasional dan daerah padang gurun. Peraturan ini, disebut Regional Haze Rule (1999), mewajibkan ratusan pembangkit listrik yang lebih tua yang memancarkan kuantitas

besar SO 2 , Nox dan partikulat untuk memperbaiki operasi mereka dengan kontrol polusi. Sebuah set akhir amandemen, Clean Air Visibility Rule, yang diterbitkan pada tanggal 15 Juni tahun 2005 oleh Presiden George W. Bush. Amandemen ini

membatasi emisi SO 2 dan NOx di negara-negara barat dan terus menjadi kontroversial. Yang Anda lihat, adalah yang Anda hirup. Sekali dihirup, tetesan asam akan menyerang tisu paru yang sensitif. Yang paling rentan termasuk orang tua, orang sakit dan yang terkena asma, emfisema dan penyakit kardiovaskular. Orang yang sudah mengalami bronkitis dan pneumonia mungkin menunjukkan meningkatnya angka kematian. Mereka dalam kesehatan yang baik merasakan efek iritasi dari aerosol asam juga. Sehingga bernapas udara yang terkontaminasi dengan aerosol sulfat dan asam sulfat datang dengan label harga medis.

Penurunan tingkat aerosol menghasilkan tabungan besar, baik dalam dolar riil dan kesehatan Anda. Masalahnya adalah bahwa biaya dan tabungan tidak langsung ditanggung oleh kelompok yang sama. Industri harus membayar untuk membersihkan, orang harus membayar tagihan medis. Pemerintah, tentu saja, yang terlibat dalam membayar keduanya.

EPA memperkirakan bahwa Clean Air Visibility Rule tahun 2005 akan memberikan "keuntungan kesehatan nyata di kisaran $ 8,4 sampai $ 9,8 milyar setiap tahun-mencegah diperkirakan 1.600 kematian prematur, 2.200 serangan jantung non-fatal, 960 rawat inap, dan lebih dari 1 juta kehilangan hari sekolah dan bekerja." Rasio cost-to-benefit itu demikian sangat menguntungkan. EPA memperkirakan total biaya tahunan untuk implementasi berada di kisaran $ 1,5 miliar.

Secara historis, polusi udara telah menuntut biaya besar. Salah satu yang terburuk direkam contoh penyakit pernapasan terkait polusi terjadi di London pada tahun 1952. Periode udara berkabut yang buruk yang tidak biasa di Kepulauan Inggris, karena cerobong asap pabrik telah mengeluarkan asap ke udara selama beberapa ratus tahun. Namun pada bulan Desember, 1952, cuaca dingin dari biasanya dan orang-orang membakar jumlah besar batubara kaya belerang di perapian rumah mereka. Karena kondisi cuaca yang tidak biasa, lapisan dalam kabut terbentuk dan menjebak semua asap dan polutan selama lima hari, menurunkan Secara historis, polusi udara telah menuntut biaya besar. Salah satu yang terburuk direkam contoh penyakit pernapasan terkait polusi terjadi di London pada tahun 1952. Periode udara berkabut yang buruk yang tidak biasa di Kepulauan Inggris, karena cerobong asap pabrik telah mengeluarkan asap ke udara selama beberapa ratus tahun. Namun pada bulan Desember, 1952, cuaca dingin dari biasanya dan orang-orang membakar jumlah besar batubara kaya belerang di perapian rumah mereka. Karena kondisi cuaca yang tidak biasa, lapisan dalam kabut terbentuk dan menjebak semua asap dan polutan selama lima hari, menurunkan

Pada tahun 1948, kejadian serupa terjadi di Donora, PA, sebuah pabrik baja kota selatan Pittsburgh. Lagi lapisan kabut polutan industri terjebak dekat dengan tanah. Sebelum siang, langit telah gelap dengan aerosol kabut dan asap yang menyedak (Gambar 6.21). Seorang pemadam kebakaran umur 81 tahun yang mengambil oksigen dari pintu ke pintu untuk korban melaporkan, "Ini mungkin terdengar dramatis atau berlebihan, tapi Anda hampir tidak bisa melihat." Konsentrasi tinggi asam sulfat dan polutan lainnya segera menyebabkan penyakit meluas. Selama kabut, 17 orang tewas, yang akan diikuti oleh 4 lagi nanti. Meskipun Donora dan London adalah insiden ekstrim dan tidak biasa dari masa lalu, orang masih bernapas udara yang sangat tercemar hari ini. US EPA dan Organisasi Kesehatan

Dunia memperkirakan bahwa saat ini 625 juta orang masih terkena tingkat SO 2 yang tidak sehat yang dilepaskan oleh pembakaran bahan bakar fosil. Meskipun kabut asam dapat segera berbahaya bagi kesehatan seseorang, perhatian publik tumbuh atas efek tidak langsung dari hujan asam. Misalnya, kelarutan tertentu ion logam beracun, termasuk timah, kadmium, dan merkuri yang signifikan meningkat karena adanya asam. Unsur ini secara alami ada di lingkungan, tapi biasanya erat terikat dalam mineral yang menyusun tanah dan batuan. Larut dalam air yang diasamkan dan dibawa ke pasokan air publik, logam ini dapat menimbulkan ancaman kesehatan yang serius. Konsentrasi tinggi berat logam telah ditemukan di beberapa air waduk utama di Eropa Barat.

Gambar 6.21 (a) 1948 headline berita dari Donora, PA. (b) Donora pada siang hari selama asap mematikan pada tahun 1948.

Jelas ada hubungan antara pembakaran bahan bakar fosil, curah hujan asam, dan kesehatan manusia. Sebuah artikel yang ditulis dalam jurnal Science pada tahun 2001 oleh Tim penulis internasional blak-blakan menilai situasi, "Untuk setiap satu hari penundaan kebijakan untuk mengurangi emisi pembakaran bahan bakar fosil, kematian dan penyakit yang berkaitan dengan polusi udara akan meningkat." Studi

oleh EPA telah memperkirakan bahwa pengurangan SO 2 dan asam terkait polusi aerosol diserukan oleh Perubahan Clean Air Act Tahun 1990 dapat mengakibatkan oleh EPA telah memperkirakan bahwa pengurangan SO 2 dan asam terkait polusi aerosol diserukan oleh Perubahan Clean Air Act Tahun 1990 dapat mengakibatkan

6.12 NOx-The Double Whammy Sepotong pizza? Segelas limun? Salad hijau dengan minyak dan cuka? Jarang sehari berlalu bahwa Anda tidak menelan makanan dalam satu bentuk atau lain. Jelas, Anda perlu makan dalam rangka untuk tetap hidup. Ketika Anda membaca ini, pria dan wanita di seluruh dunia yang memproduksi makanan dengan menanam ladang gandum, panen buah dan sayuran dengan truk, dan mungkin bahkan menumbuhkan oregano atau chives pada jendela cerah. Atas jasa mereka, manusia telah menjadi sangat ahli dalam membudidayakan tumbuhan dan hewan. Namun, komplikasi adalah bahwa memproduksi makanan seperti sosis pizza, sama seperti mengemudi mobil (mungkin yang Anda gunakan untuk mengambil pizza), menambah keasaman lingkungan.

Pada bagian sebelumnya, kita meneliti hubungan antara produksi energi dan asam emisi SO 2 dan NOx. Di sini kita akan mengeksplorasi link lain, kali ini antara produksi makanan dan emisi NOx. Sambungan berasal dari perbedaan utama antara senyawa nitrogen dan sulfur dalam lingkungan; yaitu bahwa nitrat bertindak sebagai pupuk dan mempromosikan pertumbuhan tanaman. Sebenarnya tanaman tergantung pada sulfur juga, seperti pada unsur-unsur lain seperti karbon, hidrogen, fosfor, dan kalium. Kecuali untuk nitrogen, bagaimanapun, unsur-unsur lain cenderung tersedia di biosfer untuk serapan oleh tanaman. Karena bentuk yang dapat digunakan nitrogen dalam pasokan sedikit, kita perlu menambahkannya dalam bentuk pupuk.

Para skeptis Chymist mungkin bertanya-tanya bagaimana tingkat nitrogen dapat rendah dalam tanah ketika N 2 begitu banyak di atmosfer kita. Meskipun berlimpah, molekul nitrogen tidak dalam bentuk kimia yang kebanyakan tanaman dapat gunakan. Seperti yang kita telah menunjukkan sebelumnya, N 2 jauh kurang reaktif dari O 2 . Dalam rangka untuk tumbuh, tanaman membutuhkan akses ke bentuk nitrogen

yang lebih reaktif,

seperti ion amonium, amonia, atau ion nitrat. Bentuk-bentuk dan

lainnya reaktif tercantum dalam Tabel

6.3. Kita merujuk kepada mereka secara kolektif sebagai nitrogen reaktif. Senyawa nitrogen ini secara biologis aktif, kimia aktif, atau aktif

dengan cahaya di atmosfer kita. Sebagai Anda mungkin menduga, antaranya polusi udara NO dan NO 2 .

Bentuk-bentuk nitrogen semua terjadi secara alami dan sampai saat ini semua ada di planet kita dalam jumlah yang relatif kecil. Bentuk lain dari nitrogen reaktif juga ada, tapi kita akan memperkenalkan ini ketika kita membutuhkannya nanti untuk studi kita polimer, protein, dan DNA.

Walaupun kita mengelompokkan N 2 sebagai tak reaktif, reaksi yang melibatkan molekul nitrogen adalah sangat penting: fiksasi nitrogen biologis. Tanaman seperti alfalfa, kacang-kacangan, dan kacang polong menghilangkan, atau

"mengikat," N 2 dari atmosfer (Gambar 6.22). Agar lebih akurat, bukan tanaman itu sendiri, melainkan bakteri yang hidup di atau dekat akar tanaman tersebut yang mengikat nitrogen. Sebagai bagian dari metabolisme mereka, bakteri nitrogen-fi xing mengambil nitrogen dari udara dan mengubahnya menjadi amonia. Ketika amonia larut dalam air, itu melepaskan ion amonium (lihat persamaan 6.4b). Ion ini adalah salah satu dari dua bentuk nitrogen reaktif yang kebanyakan tanaman dapat menyerap. Berikut ini adalah jalurnya:

[6.25] Bentuk lain dari nitrogen reaktif yang tanaman dapat menyerap adalah ion nitrat. Nitrifikasi adalah proses konversi amonia dalam tanah menjadi ion nitrat. Dua jenis bakteri yang terlibat di sepanjang jalur ini.

[6.26] Akhirnya, untuk datang lingkaran penuh, denitrifikasi terjadi, yaitu, proses konversi nitrat kembali menjadi gas nitrogen. Sekali lagi, bakteri menyelesaikan tugas ini. Dengan demikian, ini bakteri memanfaatkan energi yang dilepaskan ketika

terbentuk molekul stabil N 2 . Tergantung pada kondisi tanah, jalur dapat terjadi dalam langkah-langkah yang mencakup NO dan N 2 O. Jadi, ini bentuk reaktif nitrogen juga dapat dilepaskan dari tanah.

[6.27] Semua jalur tersebut merupakan bagian dari siklus nitrogen, satu set jalur kimia dimana nitrogen bergerak melalui biosfer. Gambar 6.23 merakit jalur 6,25, 6,26, dan 6.27 menjadi versi yang disederhanakan dari siklus nitrogen. Dalam siklus ini,

semua spesies bentuk nitrogen reaktif kecuali N 2 .

Sekarang kembali ke cerita acidifikasi, ingatlah bahwa bentuk reaktif nitrogen yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman. Karena bakteri dalam tanah tidak dapat memasok amonia, amonium ion, atau ion nitrat dalam jumlah yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman, petani menggunakan pupuk. Beberapa abad yang lalu, Sekarang kembali ke cerita acidifikasi, ingatlah bahwa bentuk reaktif nitrogen yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman. Karena bakteri dalam tanah tidak dapat memasok amonia, amonium ion, atau ion nitrat dalam jumlah yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman, petani menggunakan pupuk. Beberapa abad yang lalu,

Gambar 6.23 Siklus nitrogen (disederhanakan).

Bagaimana pupuk diperoleh dalam jumlah besar dibutuhkan untuk pertanian masa kini? itu Jawabannya terletak pada reaksi penting kedua dari N 2 , Salah satu yang benar-benar menangkap itu dari udara untuk mensintesis amonia:

[6.28] Reaksi kimia terkenal dikenal sebagai proses Haber-Bosch. Hal ini memungkinkan produksi amonia ekonomis, yang pada gilirannya memungkinkan produksi pupuk skala- besar dan bahan peledak berbasis nitrogen. sebagai pupuk, amonia dapat langsung diterapkan untuk tanah atau dapat diterapkan sebagai amonium nitrat atau amonium fosfat. Jalur hijau bahwa dimulai sekitar tahun 1910 di Gambar 6.24 mewakili peningkatan besar nitrogen reaktif dari proses Haber-Bosch.

Juga perhatikan garis emas pada grafik yang sama. Jelas, pembakaran bahan bakar fosil lain besar sumber reaktif nitrogen di lingkungan kita. Pada suhu pembakaran yang tinggi, N 2 bereaksi dengan O 2 untuk membentuk NO. Bagian atas garis merah bagi penduduk, tentu saja, tidak mengejutkan. Peningkatan nitrogen reaktif dari pembakaran bahan bakar fosil (produksi energi) dan pemupukan (produksi pangan) paralel dengan pertumbuhan penduduk dunia (produksi orang).

Sekarang kita dapat memahami whammy ganda emisi NO. Masalah pertama adalah bahwa mereka berkontribusi terhadap hujan asam yang pada gilirannya bentuk kabut dan mengurangi kualitas udara. Ekstra keasaman juga merusak ekosistem dan kompromi kesehatan manusia. Oksida-oksida nitrogen juga membentuk ozon tingkat tanah dengan adanya sinar matahari, memberikan kontribusi untuk asap fotokimia, seperti yang kita lihat di Bab 1. Masalah kedua adalah bahwa emisi NO membentuk nitrogen reaktif, seperti pupuk yang digunakan untuk produksi makanan. Kedua NO dan pupuk mengganggu keseimbangan dalam siklus nitrogen di planet kita.

Bentuk-bentuk reaktif dari nitrogen dalam siklus ini terus saling diubahkan. Dengan demikian, amonia yang mulai keluar sebagai pupuk mungkin berakhir sebagai NO, pada gilirannya meningkatkan keasaman atmosfer dan tanah. Atau NO

mungkin berakhir sebagai N 2 O, gas rumah kaca yang saat ini meningkat di konsentrasi atmosfer. Atau ion amonium, bukannya terikat erat ke tanah, mungkin berakhir menjadi tercuci keluar sebagai ion nitrit atau nitrat, pada gilirannya mengkontaminasi pasokan air. Tetes hujan asam yang jatuh dapat melepaskan efek torrent mengamuk dalam biosfer!

Dengan terlalu banyak nitrogen reaktif, ekosistem menjadi kelebihan beban. Asal usul nitrogen reaktif tidak masalah-bisa dari deposisi asam atau bisa juga dari kelebihan pemupukan. Terlepas dari sumber, penumpukan nitrogen reaktif dapat memiliki konsekuensi menghancurkan. dan ingat bahwa secara keseluruhan, emisi NOx meningkat atau sangat terbaik leveling off. Pada bagian berikutnya, kita mempertimbangkan efek dari kelebihan ini dalam konteks saluran air kita.

6.13 Kerusakan Danau dan Stream Seperti disebutkan sebelumnya pada Tabel 6.2, acidifikasi perairan permukaan lain dari efek deposisi asam. Danau yang sehat memiliki pH 6,5 atau sedikit di atas. Jika pH turun di bawah 6.0, ikan dan kehidupan air lainnya terpengaruh (Gambar 6.25). Hanya beberapa jenis kuat dapat bertahan hidup di bawah pH 5.0, dan pada pH 4.0, sebuah danau pada dasarnya mati.

Sejumlah penelitian telah melaporkan acidifikasi progresif danau dan sungai di wilayah geografis tertentu, bersama dengan penurunan populasi ikan. Di selatan Norwegia dan Swedia, di mana masalah itu pertama diamati, seperlima dari danau tidak lagi mengandung setiap ikan, dan setengah dari sungai tidak memiliki trout coklat. Di tenggara Ontario, pH rata-rata danau kini 5,0, jauh di bawah pH 6,5 yang dibutuhkan untuk sebuah danau yang sehat. Di Virginia, lebih dari sepertiga sungai trout yang episodik asam atau beresiko menjadi begitu.

Banyak daerah Midwest tidak punya masalah dengan asidifikasidanau atau sungai, meskipun Midwest merupakan sumber utama hujan asam. Paradoks ini dapat dijelaskan dengan sederhana.

Gambar 6.24 Perubahan global dalam nitrogen reaktif (juta metrik ton, skala di sebelah kanan). Baris atas adalah Populasi dunia (miliar, skala di sebelah kiri). Catatan: C-BNF adalah nitrogen reaktif dibuat dari budidaya kacang-kacangan, beras, dan tebu. Sumber: Dari Bioscience, April 2003, Vol. 53, No 4, hal. 342. Hak Cipta © 2003 oleh American Institute of Biological Ilmu (AIBS). Direproduksi dengan izin dari Amerika Institute of Biological Sciences (AIBS) melalui Hak Cipta izin Center.

Gambar 6.25 Kehidupan air dan pH. dapat dijelaskan cukup sederhana.

Ketika curah hujan asam jatuh pada atau mengalir ke danau, pH danau akan turun (menjadi lebih asam) kecuali asam dinetralkan atau entah bagaimana dimanfaatkan oleh vegetasi sekitarnya. Di beberapa daerah, tanah sekitarnya mengandung basa yang dapat menetralkan asam. Kapasitas danau atau badan air lainnya untuk melawan penurunan pH disebut Kapasitas penetral asam (ANC). Geologi permukaan

Midwest kebanyakan adalah batu gamping, CaCO 3 . Akibatnya, danau di Midwest memiliki kapasitas penetral asam tinggi karena kapur perlahan bereaksi dengan hujan asam, seperti yang kita lihat sebelumnya dengan patung-patung marmer dan monumen (lihat persamaan 6.24).

Lebih penting lagi, danau dan sungai juga memiliki konsentrasi kalsium dan ion hidrogen karbonat yang relatif tinggi. Hal ini terjadi sebagai akibat dari reaksi kapur dengan karbon dioksida dan air.

[6.29] Karena asam dikonsumsi oleh karbonat dan ion hidrogen karbonat, pH dari danau akan tetap lebih atau kurang konstan. Berbeda dengan Midwest, banyak danau di New England dan utara New York (serta di Norwegia dan Swedia) dikelilingi oleh granit, batu keras, tahan, dan masih banyak kurang reaktif. Kecuali proses lokal lainnya bekerja, danau ini memiliki sangat sedikit kapasitas penetral asam. Akibatnya, banyak menunjukkan asidifikasi bertahap.

Bukti eksperimental menunjukkan bahwa populasi ikan kemungkinan besar dipengaruhi melalui rantai peristiwa, dimulai dengan hujan asam dan berakhir dengan penyerapan biologis ion aluminium. setelah oksigen dan silikon, aluminium adalah unsur ketiga yang paling melimpah di kerak Bumi. Granit mengandung ion aluminium, tanah mengandung struktur kompleks aluminium silikat. Senyawa aluminium alam memiliki sangat rendah kelarutan dalam air, tapi dengan adanya asam, kelarutan meningkat secara dramatis. Dengan demikian, ketika pH danau turun ke 6,0-5,0, konsentrasi ion aluminium di danau dapat meningkatkan 1000 kali lipat. Ikan terpapar ion aluminium konsentrasi tinggi dapat mengembangkan lendir tebal di insang mereka yang mencekik mereka. Selain itu, ion aluminium (Al 3+ ) Bereaksi dengan molekul air untuk menghasilkan ion H + , meningkatkan keasaman, yang pada gilirannya melarutkan lebih ion aluminium untuk lebih memperburuk masalah.

Ternyata, memahami asidifikasi danau adalah urusan lebih rumit daripada sekedar mengukur pH dan kapasitas penetral asam. Satu tingkat kompleksitas ditambahkan oleh variasi tahunan. Beberapa tahun, misalnya, berat hujan salju musim dingin bersikeras menjadi musim semi dan kemudian mencair tiba-tiba. Akibatnya, limpasan mungkin lebih asam dibandingkan biasa, karena mengandung semua asam deposit terkunci jauh di salju musim dingin. Gelora dari keasaman dapat masuk saluran air di hanya waktu ketika ikan adalah pemijahan atau penetasan dan lebih rentan. Dalam Adirondacks, sekitar 70% dari sensitif danau beresiko untuk episodik asidifikasi, dibandingkan dengan jauh kecil persen yang kronis terpengaruh (19%). Di Pegunungan Appalachia, jumlah episodik terpengaruh danau (30%) adalah tujuh kali mereka kronis terpengaruh.

Tingkat kerumitan lain datang dengan penumpukan spesies nitrogen reaktif seperti sebagai ion nitrat atau ion amonium. Saturasi Nitrogen terjadi ketika suatu daerah kelebihan beban dengan " nitrogen,” yaitu ketika reaktif bentuk nitrogen memasuki ekosistem melebihi sistem kapasitas untuk menyerap nitrogen. itu pola penyerapan nitrogen tergantung pada kedua usia vegetasi (secara umum, lebih Tingkat kerumitan lain datang dengan penumpukan spesies nitrogen reaktif seperti sebagai ion nitrat atau ion amonium. Saturasi Nitrogen terjadi ketika suatu daerah kelebihan beban dengan " nitrogen,” yaitu ketika reaktif bentuk nitrogen memasuki ekosistem melebihi sistem kapasitas untuk menyerap nitrogen. itu pola penyerapan nitrogen tergantung pada kedua usia vegetasi (secara umum, lebih

Kapan, jika pernah, danau akan membaik kembali? Kabar baiknya adalah bahwa emisi SO 2 telah menurun dalam beberapa tahun terakhir, dan kita telah melihat penurunan nilai konsentrasi ion sulfat di danau Adirondacks. Namun, meskipun emisi NOx cukup konstan, jumlah nitrat di Adirondacks meningkat di danau lebih daripada yang tidak. Dengan demikian, tampak bahwa kejenuhan nitrogen telah terjadi di vegetasi sekitarnya, dengan lebih banyak keasaman berakhir di danau. Tanah di wilayah dari danau tersebut kemungkinan besar telah kehilangan sebagian dari kapasitas penetral asamnya.

Penemuan terbaru bercampur-aduk. Laporan Maret 2000 kepada Kongres menyampaikan secara blak-blakan bahwa "danau di Pegunungan Adirondack lebih lama untuk pulih dari danau yang terletak di tempat lain dan kemungkinan pulih kurang atau tidak pulih, tanpa pengurangan hujan asam lebih lanjut." Laporan Kemajuan Hujan Asam yang dikeluarkan oleh EPA pada tahun 2004, bagaimanapun, melaporkan beberapa perbaikan. Misalnya, dibandingkan dengan tahun sebelumnya ketika lebih 10% dari danau di Adirondacks adalah asam, hari ini nilai lebih mendekati ke 8%. Perbaikan serupa telah didokumentasikan di Midwest, di mana sekarang hanya sekitar 1% dari danau bersifat asam. Sebaliknya, danau di New England dan Blue Ridge Mountains tetap bertahan sebagai danau asam.

6.14 Strategi Pengendalian Dengan Perubahan Clean Air Act Tahun 1990, banyak yang berharap bahwa

masalah hujan asam akan terpecahkan. Program Hujan Asam yang didirikan sebagai bagian dari Clean Air Act Amandemen dari 1990 membuat pengurangan emisi NOx

dan SO 2 menjadi prioritas nasional. Meskipun sebagai negara kita telah membuat pengurangan signifikan, kita masih ditantang untuk membersihkan daerah tercemar dan udara asam.

Untuk NOx, Program Hujan Asam menetapkan target untuk mengurangi emisi tahunan 2 juta ton pada tahun 2000. Tahap I dari Program NOx diterapkan untuk batubara sekitar 170- boiler pembakaran yang menghasilkan listrik, menentukan tingkat emisi baik 0,50 atau £ 0,45 NO x per juta Btu masukan panas, tergantung pada jenis boiler. Fleksibilitas adalah built in, sehingga tingkat emisi bisa dirata- ratakan untuk beberapa unit. Tahap II dimulai pada tahun 2000, pengetatan standar emisi dan menerapkan standar untuk jenis boiler lain.

Meskipun upaya ini, tujuan untuk emisi NOx belum tercapai. Meskipun emisi oleh utilitas listrik (menghasilkan sekitar seperempat dari NOx) menurun, emisi NOx meningkat di tempat lain, misalnya dengan meningkatnya jumlah truk dan mobil di jalan raya kita. Pengurangan nitrogen oksida dari kendaraan ini sangat menantang, karena sebagai sumber mereka kecil, dimiliki secara individual, dan didesain bergerak. Ada lebih dari 200 juta kendaraan bermotor di Amerika Serikat dan sekitar

1 miliar di seluruh dunia. Dari jumlah tersebut, kontributor terbesar ke polusi NOx terus terjadi pada mesin diesel, seperti yang tercantum dalam Gambar 6.26. Untuk mengurangi NOx, banyak teknik membawa berbagai label harga sedang digunakan. Secara kimia mungkin untuk mengurangi Nox yang dipancarkan oleh mobil dan truk dengan memasangi mereka dengan konverter katalitik dan perangkat pengontrol emisi lainnya. Kita telah sebutkan salah satu fungsi katalis ini:

mengkonversi CO dan fragmen hidrokarbon takterbakar menjadi CO 2 . Katalis lain, biasanya di bagian lain dari converter katalitik, mempromosikan pembalikan kombinasi nitrogen dan oksigen yang terjadi di mesin pada suhu tinggi. Sebagai gas buang dingin, NO cenderung terurai menjadi elemen-elemen penyusunnya.

[6.31] Biasanya, reaksi ini berlangsung perlahan, tetapi katalis yang tepat dapat signifikan meningkatkan laju dan dengan demikian mengurangi jumlah NO yang dipancarkan. Sebuah program saat ini didanai oleh EPA berusaha untuk mengurangi emisi dari bus sekolah (Gambar 6.27). menggunakan katalis adalah salah satu dari beberapa strategi yang digunakan, dan lain-lain termasuk mengurangi waktu menganggur mesin dan menggunakan bahan bakar bersih.

Pembangkit listrik berbahan bakar Batubara, sumber utama dari emisi NOx, menunjukkan teknologi baru lainnya. Misalnya, Program Demonstrasi Coal Clean Technology (CCT) telah dikembangkan dan dipasang pembakar -NOx rendah pada berbagai Pembangkit berbahan bakar batubara. Pembakar ini mengurangi jumlah udara selama proses pembakaran, sehingga dengan oksigen kurang, NO yang diproduksi kurang. Pada tahun 2003, Departemen Energi AS melaporkan bahwa pembakar -NO rendah yang sekarang mencapai 75% dari pembangkit listrik batu bara. Proyek CCT lain melibatkan "reburning" dimana bahan bakar tambahan disuntikkan ke dalam produk pembakaran untuk melucuti O dari NOx. kedua teknologi baru ini cukup kompleks dengan sistem artificial intelijen mungkin diperlukan untuk mengoptimalkan kondisi operasi. Keberhasilan dalam mengurangi emisi NOx dilaporkan oleh salah satu pembangkit listrik menggunakan yang teknologi CCT baru disajikan pada Gambar 6.28. Seperti kita akan menjelaskan singkat, menurunkan

emisi SO 2 yang lebih berhasil dicapai. Program Hujan Asam juga menyerukan pengurangan 10 juta ton emisi SO 2 pada tahun 2000. Tahap I, dimulai pada tahun 1995, dibutuhkan 263 unit sebagian besar boiler batu bara di 110 pembangkit listrik utilitas (terletak di 21 negara yang berbeda) untuk mengurangi emisi mereka. Tahap II, dimulai pada tahun 2000, lebih diperketat emisi pada pembangkit ini. Tahap ini juga mengatur pembatasan lebih lanjut tentang Pembangkit Tenaga Listrik berbahan bakar gas alam dan minyak untuk

mencakup lebih dari 2000 unit boiler. Untuk saat ini, Program emisi SO 2 telah bertemu dengan sukses. Fakta bahwa sebagian besar SO 2 antropogenik berasal dari sejumlah sumber titik (pembakaran batu bara pembangkit listrik dan pabrik-pabrik) membuat masalah SO 2 lebih mudah untuk diserang. Seperti yang sudah kita lihat dari Gambar 6.17b, langkah besar telah terjadi di AS untuk mengurangi emisi SO 2 .

Gambar 6.28 Perubahan emisi di pembangkit listrik Milliken Station di Lansing, NY.

Tiga strategi utama telah digunakan untuk mengurangi emisi SO 2 : (1) beralih ke “Batubara bersih " dengan kandungan sulfur rendah, (2) membersihkan batubara untuk menghilangkan sulfur sebelum digunakan, dan (3) penggunaan cara kimia untuk menetralisir asam sulfur dioksida di pembangkit listrik. Kita secara singkat mempertimbangkan efektivitas dan biaya dari masing-masing.

Beralih batubara merupakan pilihan karena batubara bervariasi dalam kandungan belerang dan kandungan panas mereka. Anthracite, atau “batubara keras," ditemukan terutama di Pennsylvania. Ini menghasilkan jumlah terbesar energi dan memiliki persen belerang terendah, namun pasokan praktis habis dan lebih mahal. Bituminous, atau “batubara lembut," berlimpah di Midwest. Ini memiliki kandungan panas hampir sama seperti antrasit tetapi biasanya berisi 3-5% belerang. Negara Barat memiliki deposit besar batubara rendah sulfur sub -bituminous dan batu bara muda (brown batubara), namun, batubara ini memiliki kandungan panas rendah dan dapat mengandung air hingga 40%.

Pencucian yang relatif mudah dan teknologi tersedia. Batubara dihancurkan menjadi bubuk halus dan dicuci dengan air sehingga mineral berat yang mengandung belerang tenggelam ke dasar. Tetapi proses ini hanya menghilangkan sekitar

setengah dari belerang, dan itu mahal –dari $ 500 sampai $ 1000 per ton SO 2 dieliminasi. Alternatif untuk beralih atau pencucian batubara adalah secara kimia mengmabil SO 2 selama atau setelah pembakaran di pembangkit listrik. Metode utama untuk melakukan hal ini disebut scrubbing. Gas cerobong melewati bubur bubuk kapur basah, CaCO 3 . Batu kapur menetralkan asam SO 2 membentuk kalsium sulfat, CaSO 4 .

[6.32] Kapur murah dan mudah tersedia. Meskipun proses ini sangat berdayaguna, pemasangan scrubber mahal, sehingga biaya metode ini telah diperkirakan pada $ 400-600 per ton SO 2 dihilangkan. Bagian dari biaya yang terkait dengan pembuangan dari CaSO 4 yang terbentuk. Kita tidak bisa menghindari hukum kekekalan materi. Sulfur harus berakhir di suatu tempat, baik itu naik cerobong sebagai SO 2 atau

terperangkap sebagai CaSO 4 .

Alasan utama kepatuhan dengan 1990 peraturan Amandemen Clean Air Act adalah dicapai dan bahkan lebih baik adalah beralih batubara, di mana batubara belerang tinggi diganti dengan batubara sulfur rendah. Pada awal 1990-an, penggunaan operator kereta api baru dan menguntungkan tarif kereta api membuat deposit batubara rendah sulfur luas yang lebih murah (bahkan kurang dari 1% S) di Montana dan Wyoming tersedia dengan biaya lebih rendah dari itu untuk Midwest atau batubara rendah sulfur dari Timur. Pada tahun 1991, batubara rendah sulfur barat rata-rata hanya $ 1,30 per juta Btu; batubara rendah sulfur timur $ 1,60-1,70 per juta Btu. Harga batubara Tinggi sulfur Timur $ 1,35-1,55 per juta Btu. Mengingat harga

ini menguntungkan, tidak mengherankan bahwa hampir 60% pengurangan SO 2 datang dari beralih ke batubara Barat rendah sulfur daripada menggunakan alternatif yang lebih mahal, seperti scrubbing.

Tetapi konversi batubara rendah sulfur ini telah menyembunyikan biaya. Ini mengabaikan dampak sosial dan ekonomi pada negara-negara yang memproduksi batubara belerang tinggi. Sejak tahun 1990, telah diperkirakan bahwa beralih batubara telah menyebabkan penurunan 30% dalam pekerjaan di daerah di mana batubara belerang tinggi ditambang. Ini termasuk wilayah Pennsylvania, Kentucky, Illinois, Indiana, dan Ohio, meskipun setengah dari penurunan dapat dikaitkan untuk otomatisasi dan faktor pasar lainnya. Negara-negara barat sekarang memproduksi hampir 33% dari batubara yang ditambang di Amerika Serikat, naik dari hanya 6% pada tahun 1970.

Pergeseran ke batubara rendah sulfur Barat memiliki sisi lain untuk itu. Karena batubara menghasilkan sedikit panas per gram dibandingkan batubara timur, pembangkit listrik harus membakar lebih dari itu untuk menghasilkan jumlah listrik yang sama. Pembakaran batubara lebih mungkin melepaskan lebih banyak polutan. Sebagai contoh, merkuri dan logam lainnya jejaknya lebih banyak terjadi di batubara dari negara-negara barat. Jika lebih banyak batubara dibakar, logam yang dilepaskan juga lebih banyak kecuali ada langkah-langkah yang diambil untuk menghilangkan mereka sebelum mereka naik cerobong asap (proposisi mahal).

6.15 Politik Hujan Asam Netralisasi hujan asam akan membutuhkan lebih dari kimia. Seperti telah kita ketahui seluruh buku ini, pemimpin industri, pejabat negara, politisi, dan warga negara di seluruh bangsa semua pemain penting. Kita perlu solusi yang dapat dikerjakan - baik secara ekonomi maupun dalam hal kesehatan manusia.

Salah satu larutan tersebut terletak pada fitur unik dari Clean Air Act Amandemen 1990: sistem "cap and trade" nasional. Emisi SO 2 yang dibatasi untuk memenuhi tujuan yang semakin tinggi menjadi lebih rendah. Sebagai contoh, pada tahun 2001 pelepasan SO 2 didirikan pada 10,6 juta ton dari utilitas listrik, pada tahun 2010 pelepasan akan diturunkan menjadi 8.950.000 ton. Dalam rangka mencapai tujuan tersebut, setiap perusahaan utilitas beroperasi dengan izin bahwa “cap” polusi itu dapat secara legal dilepaskan per tahun. Melebihi maksimum ini didenda sampai $ 25.000 per hari.

Gambar 6.29 Emisi topi dan konsep perdagangan. Sumber: EPA, Kliring Udara, Fakta Tentang Capping dan Perdagangan Emisi 2002, halaman 3.

Bagian “perdagangan" dari sistem cap and trade bekerja melalui sistem tunjangan. Perusahaan ditugaskan tunjangan emisi yang mengizinkan emisi 1 ton SO 2 , baik selama tahun berjalan atau tahun sesudahnya. Pada akhir tahun, masing- masing perusahaan harus memiliki tunjangan yang cukup untuk menutupi emisi sebenarnya. Jika memiliki tunjangan tambahan, dapat menjual mereka atau menyimpannya untuk tahun depan. Jika memiliki tunjangan yang tidak cukup, harus membelinya. Sebagian besar penyisihan perdagangan telah terjadi di Lembah Ohio.

Sebuah contoh dari sistem cap and trade ditunjukkan pada Gambar 6.29. Dengan tidak ada kontrol, 20.000 ton dipancarkan dari masing-masing dua unit. Masing-masing dibatasi sebesar 10.000 ton, tapi satu, melalui lebih efisiens, melakukan lebih baik. Unit dengan emisi di bawah “cap” yang diberikan kredit untuk

setiap ton SO 2 disimpan. Kredit ini dapat dijual kepada pembangkit listrik yang tidak bisa efisien memenuhi tunjangan emisi mereka. Jadi ada insentif keuangan untuk produsen listrik untuk mencapai pengurangan emisi oksida asam yang signifikan. Di sisi lain, membeli kredit oleh mereka yang belum bisa memenuhi standar yang lebih ketat memungkinkan mereka terus operasi, pada atau di bawah tingkat izin, sedangkan pembangkit bekerja untuk mengurangi emisi.

Perdagangan tunjangan emisi pertama berdasarkan ketentuan hukum baru terjadi pada tahun 1993. Sejak itu, tunjangan telah dibeli dan dijual dalam transaksi pribadi dan pada lelang publik. Chicago Board of Trade bahkan memiliki perdagangan komoditas pasar tunjangan emisi. harga memiliki berkisar jauh, paling kurang dari $ 1000 diprediksi oleh petugas utilitas. Pada lelang asam hujan penyisihan 2005, Perdagangan tunjangan emisi pertama berdasarkan ketentuan hukum baru terjadi pada tahun 1993. Sejak itu, tunjangan telah dibeli dan dijual dalam transaksi pribadi dan pada lelang publik. Chicago Board of Trade bahkan memiliki perdagangan komoditas pasar tunjangan emisi. harga memiliki berkisar jauh, paling kurang dari $ 1000 diprediksi oleh petugas utilitas. Pada lelang asam hujan penyisihan 2005,

Sebuah program perdagangan emisi nasional belum difinalisasi untuk NOx. Sementara itu, set program kompleks yang ada di seluruh Amerika Serikat yang berbagi tujuan yang sama: mengurangi ozon troposfer. Salah satu program tersebut, Program Perdagangan Budget NOx, saat ini operasional di 11 negara bagian timur laut. Sejak tahun 2003, program ini telah berhasil mencapai pengurangan NOx signifikan pada sumber stasioner seperti pembangkit listrik pembakaran batu bara. Pada gilirannya, tingkat ozon telah menurun di daerah tetangga.

Dalam jangka panjang, argumen yang paling menarik untuk pengurangan emisi mungkin keuntungannya bagi kesehatan manusia. Tidak hanya udara bersih menyebabkan kurangnya penyakit dan penderitaan, tetapi juga untuk penghematan dolar yang nyata untuk perawatan kesehatan. Angka yang pasti yang memaksa. Sebuah laporan kepada Kongres pada tahun 2003 ditujukan pada Program Hujan Asam menyediakan " keuntungan kesehatan manusia tahunan yang jumlahnya terbesar (lebih $ 70 milyar) dari setiap program peraturan federal yang dilaksanakan di 10 tahun terakhir. “ Jika Anda melakukan matematika, Anda akan menemukan ini adalah sebuah benefit -to – cost rasio lebih 40 ke 1. Kita berharap matematika yang kita dikutip pada pembukaan bab ini akan berubah untuk menggambarkan hal ini. Yakni, jika seseorang menghentikan lima orang di jalan dan menanya mereka tentang emisi nitrogen (atau sulfur), kita berharap mereka akan melaporkan bahwa mengurangi ini adalah investasi sangat cost-effective. x

Kesimpulan Jika Anda telah belajar sesuatu dari bab ini, kita berharap sudah skeptisisme, kehati-hatian, dan pengakuan bahwa masalah yang kompleks tidak bisa diselesaikan dengan strategi sederhana atau yang disederhanakan. “Hujan Asam " bukan wabah mengerikan yang pernah digambarkan oleh lingkungan dan wartawan. Juga bukan masalah untuk diabaikan. Ini adalah cukup serius bahwa undang-undang federal, the

Clean Air Act Amendments of 1990, telah diberlakukan untuk mengurangi emisi SO 2 dan NOx, prekursor untuk deposisi asam. Selain itu, emisi nitrogen terikat dengan banyak masalah selain hujan asam. Pelepasan bentuk reaktif nitrogen di lingkungan kita menyebabkan satu set Cascading masalah.

Kegagalan untuk mengakui hubungan yang terjalin melibatkan pembakaran batubara dan bensin, produksi sulfur dan nitrogen oksida, dan mengurangi pH kabut dan curah hujan untuk menyangkal beberapa fakta dasar kimia. Pengetahuan ekologi dan sistem biologis juga diperlukan, sehingga hujan asam dapat dipahami dalam konteks seluruh ekosistem, tugas yang membutuhkan para ahli dari beberapa disiplin berkolaborasi.

Kesehatan masyarakat juga yang menjadi masalah. Analisis ekonomi mengungkapkan bahwa mengalokasikan dana untuk mengurangi emisi sulfur dan nitrogen akan memiliki sebuah hasil besar dalam hal tingkat mortalitas yang lebih rendah, sedikit penyakit, dan kualitas hidup yang lebih tinggi.

Satu tanggapan bahwa kita sebagai individu dan sebagai masyarakat mungkin membuat terhadap masalah hujan asam hampir tidak pernah disebutkan Satu tanggapan bahwa kita sebagai individu dan sebagai masyarakat mungkin membuat terhadap masalah hujan asam hampir tidak pernah disebutkan

Ada sumber energi nuklir fisi, air dan angin, terbarukan biomassa, dan matahari itu sendiri. Semua saat ini sedang digunakan, dan ini tidak diragukan lagi akan meningkat. Kita menjelajah nuklir fisi di bab akhir. Tapi kita menyimpulkan bab ini dengan saran sederhana yang, untuk banyak alasan, konservasi energi oleh industri dan kolektif oleh individu bisa mendalam efek menguntungkan bagi lingkungan kita.