Sort kulstofsensor kunne udfylde massive overvågningshuller

Sort kulstof er det farligste luftforurenende stof, du aldrig har hørt om. Dens to hovedkilder, dieseludstødning og trærøg fra skovbrande og husholdningsopvarmning, producerer ultrafine luftpartikler, der er op til 25 gange mere sundhedsfarlige pr. enhed sammenlignet med andre typer partikler.

På trods af sin fare er sort kulstof understuderet på grund af mangel på overvågningsudstyr. Regulatoriske standardsensorer er vildt dyre at installere og vedligeholde, hvilket resulterer i sparsom dækning i regioner, der er berygtede for dårlig luftkvalitet, såsom det større Salt Lake City storbyområde i Utah.

En undersøgelse ledet af University of Utah viste, at AethLabs microAeth MA350, en bærbar, mere overkommelig sensor, registrerede sort kulstofkoncentrationer lige så nøjagtigt som Aerosol Magee Scientific AE33, det mest udbredte instrument til overvågning af sort kulstof i realtid.

Forskere placerede den bærbare teknologi ved siden af ​​en eksisterende regulatorisk sensor på Bountiful Utah Division of Air Quality-stedet fra 30. august 2021-aug. 8, 2022. AethLabs-teknologien registrerede næsten identiske mængder sort kulstof på den daglige, månedlige og sæsonbestemte tidsskala. Forfatterne viste også, at microAeth kunne skelne mellem skovbrande og trafikkilder samt AE33 på længere tidsskalaer.

Fordi sort kulstof forbliver tæt på kilden, skal udstyret være lokaliseret for at give nøjagtige aflæsninger. MicroAethsensorens portabilitet ville tillade overvågning på fjerntliggende eller utilgængelige stationære steder såvel som til mobil brug.

"At have en bedre ide om eksponering for sort kulstof på tværs af forskellige områder er et spørgsmål om miljøretfærdighed," sagde Daniel Mendoza, forskningsassistent professor i atmosfæriske videnskaber ved University of Utah og hovedforfatter af undersøgelsen. "Saltsødalens vestside har noget af regionens dårligste luftkvalitet, dels fordi den er tættest på forureningskilder, men vi mangler evnen til at måle sort kulstofkoncentration nøjagtigt. Demokratisering af data med pålidelige og robuste sensorer er et vigtigt første skridt til at beskytte alle samfund. fra farlig luftforurening."

Undersøgelsen blev offentliggjort den 1. februar 2024 i tidsskriftet Sensorer .

I mørket

Sorte kulstofforurenende stoffer er en type fine partikler (PM2.5), en klasse af luftpartikler, der er små nok til at blive inhaleret i lungerne og absorberet i blodbanen. Sort kulstof er ægte sod, der produceres, når kulbrinter ikke forbrænder fuldstændigt, og det har vist sig at migrere ind i hjertet, hjernen, fostervævet og andre biologiske systemer.

"Kombinationen af ​​stigende skovbrande drevet af menneskeskabte klimaændringer og en stabil befolkningstilvækst langs Wasatch-fronten i de kommende årtier vil resultere i nye forureningsudfordringer, som Utah bliver nødt til at stå over for," siger Erik Crosman, assisterende professor i miljøvidenskab ved West Texas A&M University og en medforfatter til undersøgelsen. "Det bærbare MA350 'mikro' ethalometer kunne bruges til at opbygge et bedre rumligt observationsnetværk af nøjagtige, men billigere sorte kulstofsensorer i hele regionen."

Selvom forskning tyder på, at eksponering for sort kulstof er 10 til 25 gange mere farlig for respiratorisk og kardiovaskulær sundhed end andre PM2.5, er langsigtede sundhedsresultater stort set ukendte. Et nøjagtigt observationsnetværk er det første skridt til at etablere sygdomsrisiko og skabe effektive folkesundhedspolitikker. Denne undersøgelse, finansieret af Salt Lake City Corporation, har til formål at hjælpe regioner med dårlig luftkvalitet med at etablere en basislinje for sort kulstoffordeling.

"Det er afgørende, at vi målretter vores målinger for at identificere de største og mest relevante sorte kulstofkilder," sagde Drew Hill, en medforfatter af undersøgelsen, der leder datavidenskab og anvendt forskningsarbejde på AethLabs. "Vi har tilføjet en funktion, der er rodfæstet i fysiske principper for at give realtidsestimat af mængden af ​​målt sort kulstof, der produceres ved afbrænding af fossilt brændsel versus træfyring, for at give forskere og politiske beslutningstagere mulighed for at triangulere sådanne kilder."

Efter at have fastslået den bærbare sensors nøjagtighed og regionale relevans, måler forskerne sorte kulstofniveauer omkring Salt Lake Valley, herunder testning af koncentrationer, der er til stede inde i skolebygninger.

"Først skal du få aflæsninger. I nogle kvarterer kan du se på luftkvalitetskoncentrationer og derefter se på kræft- eller anden sygdomsrate i det kvarter," sagde Mendoza, som også er adjungeret adjunkt i afdelingen for lungemedicin ved University of Utah Health. "Ved at få målinger med en høj grad af nøjagtighed kan vi nu virkelig tænke på sundhed og politiske muligheder for virkelig at beskytte alles lungesundhed."

Flere oplysninger: Daniel L. Mendoza et al., En langsigtet sammenligning mellem AethLabs MA350 og Aerosol Magee Scientific AE33 Black Carbon Monitors i Greater Salt Lake City Metropolitan Area, Sensorer (2024). DOI:10.3390/s24030965

Leveret af University of Utah