Bremsestøv kan give flere problemer end sorte hjulkapsler

Selvom udstødningsemissionerne kan falde i de kommende år, efterhånden som flere nul-emissionskøretøjer kommer på gaden, en væsentlig kilde til luftforurening fra motorveje viser ingen tegn på at aftage:bremse- og dækstøv.

Metaller fra bremser og andre bilsystemer udsendes til luften som fine partikler, dvælende over befærdede veje. Nu, forskere ved Georgia Institute of Technology har vist, hvordan denne sky af bittesmå metalpartikler kunne forårsage ødelæggelse af åndedrætssundheden.

I en undersøgelse offentliggjort 31. januar i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi , forskerne beskrev, hvordan køretøjsemitterede metaller såsom kobber, jern og mangan interagerer med sure sulfatrige partikler, der allerede er i luften for at producere en giftig aerosol.

"Der sker en kædereaktion i luften over travle motorveje, " sagde Rodney Weber, en professor ved Georgia Tech's School of Earth &Atmospheric Sciences. "Surt sulfat i atmosfæren kommer i kontakt med de metaller, der udsendes fra trafikken og ændrer deres opløselighed, hvilket gør dem mere tilbøjelige til at forårsage oxidativt stress, når de indåndes."

Studiet, som blev sponsoreret af National Science Foundation og U.S. Environmental Protection Agency, viste, hvordan metallerne hovedsageligt udsendes i uopløselig form, men langsomt bliver opløselige efter blanding med sulfat.

"Sulfat har længe været forbundet med sundhedsskadelige virkninger, sagde Athanasios Nenes, en professor og Georgia Power Scholar ved School of Earth &Atmospheric Sciences og School of Chemical &Biomolecular Engineering. "Den gamle hypotese var, at det sure sulfat brænder din lungeslimhinde, hvilket igen fører til de dårlige helbredseffekter. Men der er ikke nok syre i luften alene til virkelig at have den effekt."

Men sulfat spiller en nøglerolle i at gøre metaller opløselige, før de inhaleres, som kunne forklare sammenhængen mellem sulfat og sundhedsskadelige virkninger, sagde forskerne.

Forskerne indsamlede prøver af omgivende partikler to steder i Atlanta - en nær en større mellemstatslig motorvej og en anden by 420 meter væk fra vejbanen. De analyserede det kemiske indhold, prøvernes størrelsesfordeling og surhedsgrad.

En betydelig mængde af det fundne omgivende sulfat svarede i størrelse til metalpartiklerne, hvilket tyder på, at det omgivende sulfat og metaller blev blandet i individuelle partikler, som over timer eller dage ville tillade det sure sulfat at omdanne metallet til en opløselig form.

For at kvantificere, hvor farlig aerosolen kunne være, forskerne udviklede et analytisk system med høj kapacitet til et kemisk assay - kaldet oxidativt potentiale - der simulerer den toksiske reaktion, som en sådan blanding ville have på cellulære organismer. Dette instrument blev brugt til at generere store datasæt om omgivende aerosoloxidativt potentiale, som brugt i en tidligere epidemiologisk undersøgelse, forskere ved Georgia Tech og Emory University fandt, at den kemiske analyse statistisk var forbundet med hospitalsindlæggelser i Atlanta for astma og hvæsen.

I den nye undersøgelse, forskerne observerede, at den maksimale toksicitet, som assayet viste, var tæt korreleret med de partikler, der indeholdt den største mængde opløselige metaller, som kun opstod, når metalliske partikler blandes med stærkt surt sulfat.

"Det er den rygende pistol, " sagde Nenes. "Sulfatet opløser i det væsentlige disse metaller; når du indånder disse partikler, metallerne kunne optages direkte i blodbanen og forårsage problemer i hele kroppen. For første gang, en mekanisme dukker op for at forklare, hvorfor små mængder surt sulfat kan påvirke sundheden negativt."

Mens prøven taget fra teststedet placeret længere væk fra motorvejen havde mindre partikelformigt metal, der var stadig nok til at forårsage en stigning i det oxidative potentiale, viser, at vejbaneforurening kan rejse gennem luften og potentielt også forårsage problemer i omkringliggende områder.

Støv fra bremser og dæk er ikke den eneste kilde til metaller i luften. Forbrændingsanlæg og andre former for forbrænding producerer også mineralstøv og metalliske partikler, som kunne blandes med sulfat for at udløse en lignende reaktion.

Forskerne bemærkede, at mens mængden af ​​partikelformigt sulfat i det sydøstlige USA er faldet i løbet af de sidste 15 år, da svovldioxidemissioner fra kraftværker er faldet, der er stadig nok surt sulfat i luften til at holde partiklernes pH meget lav, i området fra 0 til 2, omdannelse af uopløselige omgivende metaller til en opløselig form.

"Køretøjets udstødningsgas emissioner falder, men den slags emissioner fra bremsning vil til en vis grad forblive, selvom du kører elbil, " sagde Weber. "Derfor, denne form for proces vil fortsætte med at udspille sig i fremtiden og vil være en vigtig overvejelse, når vi ser på sundhedseffekterne af partikler."

Dette materiale er baseret på arbejde støttet af National Science Foundation under bevilling nr. 1360730 og US Environmental Protection Agency under bevilling nr. RD834799. Eventuelle meninger, fund, og konklusioner eller anbefalinger udtrykt i dette materiale er forfatternes og afspejler ikke nødvendigvis synspunkterne fra National Science Foundation eller U.S. Environmental Protection Agency.