Køretøjer, ikke gårde, er sandsynligvis kilde til ammoniak, der forårsager smog

Landbruget har længe fået skylden for smog-fremkaldende ammoniak i atmosfæren, men udstødningsrør til køretøjer er faktisk en vigtigere kilde til ammoniakens bidrag til den dis, der svæver over storbyer, ifølge ny forskning udført af et team, der inkluderer Princeton-ingeniører.

"Ammoniak behøver ikke at komme hele vejen fra Midtvesten til Philadelphia eller New York, " sagde Mark Zondlo, en lektor i civil- og miljøteknik ved Princeton University. "Meget af det bliver genereret her."

Omkring 80 procent af luftbåren ammoniak kommer fra landbrugspraksis såsom befrugtning, så det ser ud til at være en sandsynlig mistanke om, at ammoniakken i tågepartikler kommer fra faner fra store gårde i Midtvesten og derefter bliver transporteret til østkysten. Men, i et papir offentliggjort i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi , Zondlos forskerhold fandt ud af, at ammoniakemissioner fra byer er meget større end anerkendt, opstår netop på de tidspunkter, hvor usunde partikler er værst, og når landbrugets emissioner er på det daglige eller sæsonmæssige lavpunkt.

"Det kommer faktisk fra køretøjerne" i selve byerne, sagde Zondlo, som også er associeret direktør for eksterne partnerskaber ved Princetons Andlinger Center for Energi og Miljø.

Forskerne bemærkede, at køretøjsemissioner af ammoniak blev udsendt sammen med nitrogenoxider. Disse kemikalier kombineres for at danne ammoniumnitrat, som kan ses fra den brune farve i byens dis. Yderligere, ammoniakemissioner fra køretøjer er især vigtige i koldt vejr (f.eks. om vinteren eller morgenruslen), når landbrugets emissioner er på sit laveste, og når disforurening er værst.

Daven Henze, en lektor ved University of Colorado og forsker hos NASA's Health and Air Quality Applied Sciences Team, sagde, at resultaterne var et vigtigt skridt til bedre at forstå luftforurening over byer. Med andre køretøjsemissioner - hovedsageligt nitrogen- og svovlforbindelser - i så tæt nærhed af ammoniakken, betingelserne er modne til fremstilling af fine partikler.

"Det er virkelig nyttigt at få hans [Zondlos] arbejde til at gøre fremskridt med at afklare kildens størrelse, " sagde Henze.

For at udføre sin forskning, Zondlo og hans team udstyrede køretøjer med sofistikerede sensorer til at registrere ammoniakniveauer og fokuserede på seks byer - Philadelphia, Denver og Houston i USA, og Beijing, Shijiazhuang og Baoding i Kina. Ved at måle ammoniakniveauer på forskellige tidspunkter af dagen på forskellige indgangspunkter til byerne, holdet var i stand til at male et billede af en "åndende" by, hvor niveauet af forurenende stoffer stiger og falder, afhængig af trafik og forhold.

Forskningen blev hjulpet af brugen af ​​open-path kvantekaskadelaser-ammoniaksensorer udviklet af Zondlos gruppe inden for Princetons Center for Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment (MIRTHE). De laserbaserede sensorer var mindre, lettere at arbejde med og mere præcise end tidligere brugte sensorer, sagde Zondlo. De gav også mulighed for mere effektiv mobiltest.

Tidligere har køretøjer skulle være specielt udstyret til dataindsamling. Der blev ofte boret huller i køretøjernes karosserier for at fastgøre sensorer. Der var også brug for banker af udstyr i køretøjet. Fordi de nye sensorer er relativt små, de kan monteres på en bagagebærer oven på køretøjet og derefter tilsluttes en bærbar computer. Dette er grundlaget for deres Princeton Atmospheric Chemistry Experiment mobile laboratorium, en konventionel SUV udstyret med kemiske og meteorologiske sensorer.

"Fordi sensorerne har lav effekt (omtrent det samme som en pære) og kompakte, vi kan nemt installere dem på ethvert køretøj ved kun at tilføje et skistativ, "Zondlo sagde." Eksisterende mobile laboratorier kræver brugerdefinerede køretøjer med supplerende generatorer og betydelige prøveudtagningsmodifikationer. Vores sensorer kan placeres i indchecket bagage og monteres på et par timer på en markplads. "

Denne bekvemmelighed førte til næsten øjeblikkelig opdagelse, da dataene blev indsamlet.

"Du kan virkelig se fanerne komme ud fra køretøjerne i realtid, " sagde Da Pan, et teammedlem og fjerdeårs doktorand ved Princeton. "Så dybest set kan du se, om bilen foran dig var i en dårlig driftstilstand. Du kan virkelig se fanerne komme ud fra den."

Udover Zondlo og Pan, avisens forfattere, som udkom 29. nov. 2016, inkluderet Denise Mauzerall, en professor i civil- og miljøteknik og offentlige og internationale anliggender ved Woodrow Wilson School i Princeton; Kang Sun, Lei Tao, David Miller og Levi Golston fra Princeton; Robert Griffin, H.W. Wallace og Yu Jun Leong fra Rice University; M. Melissa Yang fra NASA Langley Research Center; Yan Zhang fra Nanjing P&Y Environmental Technology Co.; og Tong Zhu fra Peking University.

Støtte til projektet blev delvist ydet af Council for International Teaching and Research ved Princeton University med midler fra Fung Global Forum, National Geographic Air and Water Conservation Fund, National Science Foundation, NASA og Houston Endowment.

Pan sagde, at forskningen åbner op for to muligheder for yderligere undersøgelse:Hvordan nærheden af ​​ammoniak og nitrogen og svovlforbindelser i emissioner påvirker produktionen af ​​fine partikler, og hvordan dataene i sidste ende kunne påvirke emissionsbestemmelserne for køretøjer. Zondlo undersøger også, hvordan satellitobservationer af ammoniak kan hjælpe med at forstå disse emissioner som en del af NASA Health and Air Quality Applied Sciences Team.

Indsatsen for at reducere kvælstof- og svovlemissioner har været en stor "succeshistorie, ", sagde Zondlo. Yderligere fremskridt med hensyn til at kontrollere partikelformigt stof fra disse to arter vil kun være trinvise i den udviklede verden.

"Vi har trukket i disse håndtag så meget vi kan, "Zondlo sagde." Men der er en stor håndtag, som vi slet ikke har rørt, og det har været ammoniak. Og hvis vi virkelig seriøst angriber fine partikler og forbedrer luftkvaliteten, vi er nødt til at begynde at forstå og til sidst begrænse disse ammoniakudledninger."