全球快看点丨黑碳是导致全球变暖和城市居民关注的污染物可能难以追踪

来源：城市网 2023-06-22 19:11:58

黑碳，通常被称为烟灰，是全球变暖的重要原因，并且与不良健康结果密切相关。由大型卡车，火车和海洋船舶排放的燃料不完全燃烧产生 - 这是城市居民特别关注的空气污染物。目前市场上的传感器价格昂贵，难以追踪黑碳。

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员与加州大学伯克利分校合作开发了一种新型传感器网络，该网络更加经济实惠，能够跟踪这种颗粒物质。该团队在西奥克兰安装了100多个定制传感器100天，创建了最大的黑碳监测网络，将部署在一个城市。

(资料图片仅供参考)

100×100空气质量网络的完整描述发表在“ 环境科学与技术 ”杂志上。

生成监测空气污染的新技术

该项目旨在解决社区持续关注的问题：需要更好的工具来监测跨时空的黑碳。该团队扩展了伯克利实验室的先前研究，通过构建气溶胶黑碳检测器(ABCD)解决了这一挑战。伯克利实验室负责能源分析和环境影响部门的Thomas Kirchstetter说：“我们开发了一种不存在的技术，可以看到这个看不见的问题。”他是加州大学伯克利分校土木与环境工程的兼职教授。

ABCD小巧便宜，是一款紧凑型空气质量监测仪，可以测量空气样本中黑碳的浓度。“我们必须创造一种与高级，昂贵的仪器一样准确的传感器，但成本足够低，我们可以在整个社区内分配100个，”Kirchstetter说。由于共同作者Julien Caubel在他的博士研究期间开发的设计创新，帮助传感器承受温度和湿度的变化，ABCD可以在外面长时间放置时产生可靠的数据。每个ABCD的材料成本不到500美元。相比之下，测量黑碳的商用仪器成本高达数千美元。

分布均匀的网络

传感器系统部署在整个西奥克兰，这是一个15平方公里的混合用途住宅/工业社区，四周环绕着高速公路，受到奥克兰港和其他工业活动的排放影响。六个土地使用类别被指定用于传感器放置：逆风，住宅，工业，近公路，卡车路线和港口位置。“为了捕捉污染模式，在整个社区建立一个分布良好的网络非常重要，”伯克利实验室的联合创始人，加州大学伯克利分校的博士后研究员Chelsea Preble说道。通过与西奥克兰环境指标项目(WOEIP)，环境保护基金，湾区空气质量管理区和奥克兰港的合作，科学家招募了愿意在家庭和企业之外托管黑碳传感器的社区成员。“我们与WOEIP的合作，特别是与Margaret Gordon女士和Brian Beveridge合作，对研究的成功至关重要，”Preble说。

为了实时跟踪各个传感器，包括其运行状态，并收集测量结果，共同作者Troy Cados构建了一个自定义网站和数据库。每小时，设备使用移动无线网络2G将黑碳浓度发送到数据库。该研究产生了大约2200万行数据，从而产生了对当地空气污染性质的见解。现在可以下载，加州大学伯克利分校，湾区空气质量管理区和其他机构的合作者也在使用这些数据来改进空气污染建模工具。

将隐形污染物转化为数据

这些设备是如何工作的?ABCD通过白色过滤器吸入空气，其中沉积了黑色碳颗粒。传感器中的光学元件周期性地测量透过暗化滤光器的光量。空气中的黑碳浓度基于过滤器随时间变暗的程度。几十年前由伯克利实验室开发并现已商业化的这种技术是本研究创新的基础。

在西奥克兰，研究人员发现黑碳在短至100米的距离内急剧变化，时间跨度仅为一小时。最高和最多变的水平与沿海街的卡车活动有关，通常在黎明前的几个小时，当奥克兰港关闭并在营业开始时达到峰值，早上八点左右。研究区域内最低的黑碳浓度记录在星期日，当时卡车活动通常最低，而在海湾附近的逆风地点，高速公路以西和城市的工业活动。大多数传感器能够收集足够的数据，以便在研究的前30天内建立污染模式，

与社区合作推进监测科学

“这项研究是国家实验室如何通过与社区合作产生有意义影响的一个例子，”Kirchstetter说。他说：“我们努力解决他们长期以来的担忧，并提供了描述整个社区污染情况如何变化的数据，这可以用来倡导更清洁的空气。” 该团队目前正在努力推进这项技术，使其更加强大和易于使用，以便可以在其他位置部署更长时间。

“我们长期以来一直参与空气污染传感技术的产生，”Kirchstetter说，他的导师Tica Novakov开始了黑碳研究领域，并为这项工作提供了灵感。“伯克利实验室拥有空气质量和材料科学方面的专家，可以进一步推动传感器科学的发展，”他说。自项目完成以来，Cados和Caubel已经成立了一家初创公司，开发这些技术并使其更容易获得。

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