At tage drivhusgasanalyser med på vejen, øh, skinner

Luftkvalitetssensorer af forskningskvalitet er dyre - omkring $40, 000. For byer, der forsøger at overvåge deres drivhusgasemissioner, omkostningerne kan begrænse antallet af sensorer, de kan installere, og de data, de kan indsamle.

Med mindre. . .

Siden 2014 har University of Utah har opretholdt suiter af forskningskvalitet med luftkvalitetsinstrumenter installeret på letbanetog, der bevæger sig gennem Salt Lake Valley hver dag. Disse mobile sensorer, forskere vurderer i en ny undersøgelse, dække det samme område som 30 stationære sensorer, at give Salt Lake Valley en yderst omkostningseffektiv måde at overvåge sine drivhusemissioner og udfylde huller i emissionsestimater. Undersøgelsen er publiceret i Miljøvidenskab og -teknologi .

"Niveauerne af forurenende stoffer i atmosfæren vil hurtigt ændre sig i det kommende årti, efterhånden som rene energiteknologier bliver implementeret, " siger Logan Mitchell, forskningsassistent professor i atmosfæriske videnskaber, og medforfatter til undersøgelsen. "Omkostningseffektiv atmosfærisk overvågning vil hjælpe politikere med at forstå, hvilke politikker der fører til reduktioner i forureningsniveauer, hvor der skal mere fokus, og hvis der opstår miljømæssige uligheder, da nogle områder reducerer deres emissioner hurtigere end andre områder."

Tager showet med på vejen

Historien om montering af sensorer på togene i Utah Transit Authority's TRAX-system begynder i 2009 med den daværende doktorand Heather Holmes (nu lektor i kemiteknik). Holmes installerede en partikelstofsensor på et tog, men kun for en kort periode.

Da Mitchell ankom til U som postdoc i 2013, diskuterede han genoplivning af Holmes' projekt med fakultetsrådgivere Jim Ehleringer, fremtrædende professor i biologi, og John Lin, professor i atmosfæriske videnskaber og medforfatter til det aktuelle studie. Med støtte fra UTA, Mitchell gennemførte en forundersøgelse i 2014.

De testplacerede først luftindtagsrør ud af vinduet i en ledig førerkabine. "Jeg lagde mærke til, at der var en lille CO ₂ bump hver gang TRAX-toget stoppede ved en togstation, " siger Mitchell. "Dette forvirrede mig i starten, men jeg indså, at indløbsrørene, der stak ud af førervinduet, faktisk optog menneskelig åndedræt fra folk, der stod ved togperronen og ventede på at komme ombord på toget!"

Testen var en succes, og Mitchell gik sammen med professor John Horels forskergruppe for at lancere en fuldgyldig forskningsindsats for at overvåge luftkvalitet og drivhusgasser – denne gang med sensorerne på taget af toget, så de ikke bliver påvirket af folk, der venter på togperronerne.

Nu er programmet udvidet til yderligere TRAX-linjer, og løbende statsstøtte understøtter overvågning af luftkvaliteten, mens yderligere finansiering fra National Oceanic and Atmospheric Administration støttede denne undersøgelse om drivhusgasemissioner.

Top-down emissionsmåling

Undersøgelsen evaluerer TRAX luftsensorer som en top-down måling af drivhusgasemissioner. "Top-down" analyse betyder måling af den atmosfæriske koncentration, og så finde ud af, hvor emissionerne kommer fra. En anden tilgang, "bottom-up" analyse, optegner alle mulige emissionskilder og lægger dem sammen for at estimere totalen.

"Top-down målinger giver os mulighed for at evaluere, om bottom-up emissionsopgørelserne er nøjagtige, " siger Derek Mallia, hovedforfatter af undersøgelsen og forskningsassistent i atmosfæriske videnskaber. "Hvis en emissionsopgørelse er gået lidt ud eller mangler en emissionskilde, top-down tilgangen giver os en måde at finde ud af det på."

NASA-satellitter kan også bruges til at estimere top-down emissionsestimater for byer rundt om i verden, en indsats Lin og hans gruppe også forfølger. "Disse satellitmålinger er nyttige til at vurdere hele byer og for byer, der mangler jordobservationer, "Lin siger, "men de TRAX-baserede sensorer giver mulighed for mere granularitet i emissioner i hele byen og kan supplere de rumbaserede observationer."

Top-down-målinger af denne type over et stort område kan fokusere på bestemte elementer i en bys emissionsopgørelse for at identificere måder, hvorpå opgørelsen skal ændres.

"Et virkelig simpelt eksempel på dette ville være at se på emissioner på vej, " siger Mallia. Forskerne fandt undervurderinger af emissioner på vej ved hjælp af bottom-up opgørelser, hvilket, hvis det kun observeres af en stationær sensor nær en enkelt hovedvej, kun vil antyde potentielle undervurderinger for den pågældende vej. Men hvis emissioner på vej konsekvent undervurderes over en hel by, Mallia siger, "grundlæggende, dette fortæller os, at vi ikke tager højde for noget om emissioner på vej, generelt. Dette kunne være virkelig vigtigt at forstå, efterhånden som flere og flere mennesker begynder at køre elektriske køretøjer, der har nul udstødningsemissioner."

Mens byer arbejder på at mindske miljøuligheder, mobil luftovervågning kan også hjælpe med at overvåge, om nogle byområders luft forbedres hurtigere end andre, tilføjer Mitchell.

En model for byer at følge

"De TRAX-baserede målinger, kombineret med netværket af stationære steder, betyder, at Salt Lake City er en af ​​de bedst instrumenterede byer i verden med hensyn til forureningsobservationer, " siger Lin.

Til forskernes viden, Der er kun installeret luftkvalitetssensorer på offentlige transportplatforme i en håndfuld byer i Europa. Men den samme tilgang kunne bruges i enhver by med lignende letbanesystemer - Portland, Oregon og Denver, for eksempel. I byer med jernbanesystemer, der kører delvist eller helt under jorden, sensorer kunne monteres på elbusser.

Omkostningsbesparelserne ved en sådan tilgang er svimlende. En mobil sensor i forskningsklasse, der koster 40 USD, 000, forfatterne finder, kan dække det samme område som omkring 30 stationære sensorer, der koster op mod 1,2 millioner dollars.

"Dette udelukker den mandskab, der er nødvendig for at opretholde et 30-stationsnetværk, hvilket ville være enormt, " siger Mitchell. "Lang historie kort – baseret på vores foreløbige analyse, semi-kontinuerlige mobile målinger på offentlige transportkøretøjer er en meget omkostningseffektiv strategi til overvågning af emissioner i byer."