Källor och trender
NO2 bildas genom förbränningsprocesser. Generellt är trafik den främsta källan till NO2 i städer. Kvävedioxid är ett problem i många städer, men halterna har länge haft en nedåtgående trend. Trenden har dock planat ut under 2000-talet och även i framtiden kan det föreligga risk för överskridande av miljökvalitetsnormer och miljömål.
Kvävedioxid kan ses som en indikator för fler luftföroreningar.
Reaktioner som bl.a. involverar ozon påverkar koncentrationen av kvävedioxid och den totala koncentrationen beror alltså även på andra faktorer än de direkta utsläppen av NOx.
Relationen mellan NO och NO2 har på senare år förskjutits mot en större andel NO2. Detta beror på det ökade antalet dieselbilar idag jämfört med tidigare (som emitterar en större del NO2 än NO jämfört med bensindrivna bilar) och en ökad koncentration ozon i stadsluften.
Atmosfärkemiska och fysikaliska processer
I förbränningsprocesser reagerar luftens kväve (N2) och syre (O2) med varandra p.g.a. de höga temperaturerna i motorn. Detta leder till att kväveoxid (NO) och kvävedioxid (NO2) bildas. Den gemensamma termen för dessa två föreningar är NOx. En majoritet av de nybildade NOx-emissionerna är NO men en majoritet av NO-emissionerna oxideras snabbt till NO2 genom radikalreaktioner med hydroperoxyradikalen (HO2) och alkylperoxyradikalen (RO2 där R är en kol-väte-kedja).
Om luften omkring oss bara innehöll syre, kväve, NO och NO2 skulle koncentrationerna av NO och NO2 korreleras i det vi kallar Leightons samband enligt reaktion [1]- [3] nedan.
NO2 + solljus → NO + O [1]
O + O2 → O3 [2]
O3 + NO → NO2 + O2 [3]
I närvaro av andra föreningar rubbas Leightons samband. Exempel på sådana föreningar är OH-radikalen och ozon. OH-radikaler bildas under dagtid i fotokemiska reaktioner. OH reagerar med NO vilket leder till bildning av HNO3.
NO2 + OH → HNO3 [4]
Under natten bildas inga OH-radikaler och NO2 reagerar inte heller med solljus enligt reaktion [1]. Under denna tid är reaktionen med ozon den viktigaste nedbrytningsmekanismen av NO2 vilket leder till produktion av nitratradikaler (NO3, reaktion [5]). Nitratradikaler och NO2 kan reagera och bilda N2O5 (dikvävepentaoxid, reaktion [6]). N2O5 försvinner ur atmosfären genom hydrolys och på så vis är reaktion [6] i förlängningen en reaktion som också leder till att NO3 och NO2 försvinner ur atmosfären.
NO2 + O3 → NO3 + O2 [5]
NO2 + NO3 ↔ N2O5 [6]
Uppehållstiden för NO2 i atmosfären med avseende på reaktionen med OH (vid OH-koncentrationen 2000000/cm3, reaktion [4]) är ca 16 timmar. Denna tid är i realitet kortare p.g.a. reaktionen mellan NO2 och solljus (reaktion [1]).
Reaktion [5] mellan NO2 och ozon är relativt långsam. Vid ozonkoncentrationer på 100 ppb är uppehållstiden för NO2 ca 3.5 timmar.
NO2 reagerar med vatten i heterogena rektioner, d.v.s. NO2 och vatten reagerar med varandra på en yta. I reaktionen bildas HONO och HNO3.
2 NO2 + H2O + yta → HONO + HNO3 [7]
NO2 kan lösa sig i vatten och där oxideras. Denna process tros inte vara av någon större betydelse. Däremot löser sig gasfasig HNO2 som bildas ur oxidationen av NO2 i vatten och bidrar på så vis till försurning av molndropparna.
Konsekvenser
Kvävedioxid är en giftig gas som främst astmatiker kan uppleva förvärrande besvär av vid höga koncentrationer. NO2 är också en markör för andra luftföroreningar. En koncentrationsökning av NO2 med 10 µg/m3 beräknas öka andelen förtida dödsfall med 12-14%.