Reaktivt halogen fra indenlandsk kulforbrænding forværrer vinterluftforurening

Halogenatomer (Cl og Br) påvirker i høj grad den atmosfæriske kemiske sammensætning. Siden 1970'erne, forskere opdagede, at disse atomer var ansvarlige for nedbrydning af ozon i stratosfæren og jordnær ozon i Arktis. I det seneste årti, der er ved at opstå en erkendelse af, at halogenatomer også spiller vigtige roller i troposfærisk kemi og luftkvalitet. Imidlertid, kendskabet til halogenatomer i kontinentale områder er stadig ufuldstændigt.

"I troposfæren, halogenatomer kan sætte gang i kulbrinteoxidation, der danner ozon, ændre den oxidative kapacitet, forstyrre genanvendelse af kviksølv ved at oxidere elementært kviksølv (Hg ₀ ) til en meget giftig form (HgII). I øvrigt, Cl-atomer kan fjerne metan, et klimapåtvingende middel. De fleste af de tidligere undersøgelser i de kontinentale regioner fokuserede på to Cl-prækursorer, ClNO ₂ og Cl ₂ . Imidlertid, der er lidt kendt om bromforbindelsernes og andre former for fotoansvarlige halogeners overflod og rolle i den forurenede kontinentale troposfære, " sagde Tao Wang, professor ved The Hong Kong Polytechnic University (HKPU).

Et hold kinesiske forskere fra HKPU, Fudan Universitet, Forskningscenter for øko-miljøvidenskab ved det kinesiske videnskabsakademi, Shandong University og Shandong Jianzhu University, målte en række reaktive halogengasser og andre kemikalier i vinteren 2017 på et forurenet landdistrikt i Hebei-provinsen, som ofte lider af alvorlig luftforurening om vinteren. Dataene blev analyseret af holdet i samarbejde med forskere fra Colorado State University i USA, Institut for Fysisk Kemi Rocasolano fra CSIC i Spanien, og Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, IRCELYON i Frankrig.

De fandt overraskende høje koncentrationer af bromchlorid (BrCl), og andre reaktive halogengasser. Den maksimale koncentration af BrCl er 10 gange større end den værdi, der tidligere er målt i Arktis. "Så vidt vi ved, kun én tidligere undersøgelse observerede BrCl i én, ud af 50, kulfyrede kraftværksfaner i USA. Bortset fra det, BrCl var ikke blevet rapporteret uden for polarområderne, " sagde Xiang Peng, en kandidatstuderende ved HKPU. "Nøjagtig måling af reaktivt halogen er meget udfordrende," tilføjede Weihao Wang, en anden daværende kandidatstuderende ved HKPU, "disse forbindelser er i lave koncentrationer, som kræver et følsomt instrument for at detektere deres signaler; de er også svære at kvantificere på grund af vanskeligheder med at lave kalibreringsstandarder og med at reducere potentielle interferenser fra andre sameksisterende kemikalier i atmosfæren og potentielle artefakter i prøveudtagningsåbningen." Ikke desto mindre, holdet overvandt disse udfordringer via forskellige tests på stedet og efter måling.

Forskerholdet fandt det stærke bevis for, at kulforbrænding i landdistrikter var en vigtig kilde til de påviste reaktive halogener ved at analysere deres forhold til to spor af kulforbrænding (svovldioxid og selen), det daglige mønster af luftforurenende stoffer, og landsbybeboernes energiforbrugspraksis. De fandt også en vigtig kemisk proces i dagtimerne, delvist fra fotolyse af nitrat, som kunne omdanne indsatshalogenider til reaktive halogengasser (HOBr og BrCl) for at opretholde deres høje koncentrationer i dagtimerne på trods af den korte levetid for BrCl fra fotodissociation fra sollys.

Holdet byggede derefter en model indeholdende den mest opdaterede halogengasfasekemi og simulerede virkningen af ​​den observerede fotoansvarlige BrCl, Cl ₂ , ClNO ₂ , Br ₂ på den oxidative kapacitet, der driver produktionen af ​​forurenende stoffer såsom ozon og partikler. Deres resultater viser, at BrCl bidrog med omkring 55% af både brom (Br) og chlor (Cl) atomer. Halogenatomerne (fra BrCl og andre fotofølsomme halogener) øgede mængden af ​​'konventionelle' troposfæriske oxidanter (OH, HO ₂ , og RO ₂ ) med 26-73 %, og øget oxidation af kulbrinte med næsten en faktor to og nettoozonproduktionen med 55 %. "Sådan stor stigning i oxidation kan øge produktionen af ​​sekundære organiske og uorganiske aerosoler, som er hovedkomponenterne i uklarhedsfremkaldende PM ^2.5 i det nordlige Kina. Br-atomer fra BrCl kunne også accelerere produktionen og aflejringen af ​​den giftige form af kviksølv nær kilderegionerne, " tilføjede Tao Wang.

Forskerne mener, at den betydelige virkning af halogen, der er påvist på deres sted, kan eksistere i andre områder, hvor ukontrolleret kulforbrænding er udbredt, såsom andre dele af det nordlige Kina, og i lande som Indien og Rusland, som har en stor andel af kul i deres energimix. De efterlyser mere forskning for bedre at forstå kilden/kilderne og den rumlige udstrækning af halogenkemiens rolle i de forurenede kontinentale regioner. De foreslår også behovet for at kontrollere halogener fra kulforbrænding, ud over velkendte CO ₂ , svovl, nitrogen, partikler, og kviksølv.