07.09.2019
5 минут на чтение

В США придумали дешевый способ определения сажи в воздухе

Разработка основана на анализе больших данных

Фото: Chelsea Preble / Berkeley Lab

Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Беркли разработали новую технологию для определения содержания в атмосфере черного углерода. Разработка представляет собой сеть недорогих в производстве, но эффективно работающих датчиков. Работа ученых опубликована в журнале Environmental Science and Technology. Об этом сообщает издание Phys.org.

Черный углерод — это продукт неполного сгорания угля, дизельного топлива, биотоплива и биомассы, основной компонент сажи. Он представляет собой микроскопические частицы черного цвета (взвешенные частицы размером не более 2,5 микрон, PM2,5). Вещество считается опасным загрязнителем воздуха, способствует глобальному потеплению, а также негативно влияет на здоровье людей.

Разработка американских инженеров — Aerosol Black Carbon Detector (ABCD) — компактный детектор-анализатор, позволяющий с высокой точностью измерять концентрацию черного углерода в воздухе. Принцип работы датчика заключается в том, что он затягивает воздух через белый фильтр, где осаждаются частицы вещества. Оптические компоненты в датчике периодически измеряют количество проходящего света, определяя таким образом концентрацию сажи. Эта методика была разработана несколько десятилетий назад лабораторией имени Лоуренса, и стала основой для изобретения. Конструкция ABCD позволяет выдерживать изменения температуры и влажности и выдавать достоверные данные при длительной работе вне помещений. Затраты на материалы для изготовления прибора составляют менее $500, тогда как аналогичные существующие аппараты стоят тысячи долларов.

Исследователи установили свыше ста датчиков ABCD на территории Западного Окленда (Калифорния), распределив их на площади в 15 км². Эта сеть мониторинга черного углерода в воздухе оказалась крупнейшей городской сетью. Ученым было важно создать распределенную сеть, поэтому датчики разместили на шести типах территорий: с наветренной стороны, в жилых зонах, на индустриальных объектах, вблизи автомагистралей, на маршрутах грузовых автомобилей и в порту.

Для мониторинга работы сети был создан специальный сайт. Каждый час устройства по мобильной связи 2G отправляли сведения о концентрации черного углерода в общую базу. За время наблюдений ученые получили около 22 млн строк данных, что дало возможность получить представление о характере загрязнения воздуха в местном масштабе. Теперь открытые данные используются сотрудниками из Калифорнийского университета в Беркли и рядом учреждений, следящих за загрязнением воздуха.

Исследование в Западном Окленде показало, что содержание черного углерода в воздухе резко варьировалось в пределах 100 м и на протяжении одного часа. Самые высокие показатели были связаны с активностью грузовиков: концентрация сажи достигала пика в начале рабочего дня, около восьми утра. Самые низкие показатели регистрировались по воскресеньям, когда грузовиков на дорогах почти не было, а также в местах с наветренной стороны вблизи залива, к западу от автострад и промышленных зон.

Большинство датчиков смогли собрать данные, достаточные для установления характера загрязнения в течение первых 30 дней наблюдений. Это позволило ученым предположить, что аналогичные и более короткие исследования помогут собирать информацию о качестве воздуха в других населенных пунктах. В настоящее время ученые совершенствуют технологию, делая ее более надежной и простой в применении.

По информации WWF, на долю России приходится около 7% мировой эмиссии черного углерода. Основными источниками таких выбросов в нашей стране являются лесные пожары, а также потребление энергии в жилищном секторе, на транспорте и в промышленности. В российской Арктике к крупнейшим источникам выброса черного углерода относятся мобильные и стационарные дизельные двигатели.

Согласно данным доклада правительства Москвы «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2018 году», 56 автоматических станций контроля загрязнения атмосферы круглосуточно контролируют в столице более 20 параметров загрязнения, в том числе с 2013 года ведется мониторинг взвешенных частиц РМ2,5, или тонкодисперсной пыли. В 2018 году среднегодовые концентрации РМ2,5 не превышали установленные гигиенические нормативы. Максимальные уровни фиксировались вблизи автотрасс, в жилых районах загрязнение тонкодисперсной пылью в среднем ниже в 1,4 раза. «Химический состав пыли — важнейший источник информации о причинах ее поступления в атмосферный воздух. В свою очередь, наличие больших концентраций сажи — надежный индикатор продуктов горения в воздухе. Поэтому в периоды лесных пожаров, особенно весной, когда возможны палы травы, сотрудники экомониторинга исследуют содержание сажи в пыли. В целом в Москве количество сажи в пробах пыли незначительное», — рассказали +1 в ГПБУ «Мосэкомониторинг».

На вашей почте письмо со ссылкой для подтверждения подписки