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开发用于跟踪黑碳污染的定制分体式电磁流量计

来源:    发布日期:2019-08-21 10:17:12    作者:

    已知黑碳(通常称为烟灰)对全球变暖有显着贡献,并且与不良健康后果密切相关。

    在从船舶,大型卡车和火车排出的燃料不完全燃烧期间产生黑碳。对于居住在城市地区的居民来说,这种空气污染物是一个主要问题。目前,市售的分体式电磁流量计非常昂贵,这使得难以跟踪黑碳。

    现在,美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的一个研究小组与加州大学伯克利分校合作,创造了一种新型分体式电磁流量计网络,不仅更实惠,而且还可以跟踪这种颗粒物质。研究人员在西奥克兰(West Oakland)部署了100多个定制分体式电磁流量计100天,研制出最大的黑碳监测网络,安装在一个城市。100×100空气质量网络的完整描述已发表在“ 环境科学与技术 ”杂志上。

    发展监测空气污染的新技术
    新项目主要是为解决社区中存在的持续存在的问题而引入的 - 需要更多改进的工具来跟踪空间和时间的黑碳。基于之前在伯克利实验室进行的研究,研究人员通过构建气溶胶黑碳探测器(简称ABCD)来解决这个问题。

    伯克利实验室能源分析和环境影响部门负责人Thomas Kirchstetter表示:“ 我们开发了一种不存在的技术,可以看到这种无形的问题。”他是加州大学伯克利分校土木与环境工程的兼职教授。

    ABCD体积小,成本低,是一种紧凑型空气质量监测仪,可以测定空气样本中的黑碳浓度。

    共同作者Julien Caubel在博士研究期间开发的设计突破帮助分体式电磁流量计容忍湿度和温度的变化。当ABCD长时间留在室外时,它会产生一致的数据。对于每个ABCD,材料成本不到500美元。相比之下,确定黑碳浓度的商业上可获得的装置花费数千美元。




    分布式网络
    分体式电磁流量计的范围被安装跨西奥克兰,15公里的2混合使用工业/居民区通过高速公路包围并受到从奥克兰港和其他类似的工业活动的排放。此外,还选择了6个土地利用类别,如工业,住宅,逆风,卡车路线,近高速公路和港口位置,以进行分体式电磁流量计放置。

    Preble还是加州大学伯克利分校的博士后研究员。
    研究人员通过与环境保护基金,西奥克兰环境指标项目(WOEIP),奥克兰港和湾区空气质量管理区的合作,招募了愿意在其业务和家庭之外托管黑碳分体式电磁流量计的社区成员“ 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补充说。

    为了实时跟踪所有分体式电磁流量计,包括其运行状态,并获得测量结果,作者创建了一个定制的数据库和网站。然后,使用移动无线网络2G,分体式电磁流量计每小时将黑碳浓度传递到数据库。该研究创造了大约2200万行数据,可以更好地了解当地空气污染的性质。目前可供下载的数据也被湾区空气质量管理区,加州大学伯克利分校和其他机构的合作者用于加强空气污染建模工具。

    将隐形污染物转化为数据
    这些分体式电磁流量计是如何实际运作的?ABCD装置通过白色过滤器吸入空气,在该过滤器上有效地沉积黑色碳颗粒。在分体式电磁流量计内,光学元件周期性地确定通过变暗滤光器发送的光量。空气中黑碳的浓度基于随时间变暗的过滤器的量。这种方法由伯克利实验室多年前创建,目前已在市场上出售,是该分析创新的基础。

    在西奥克兰,该团队发现黑碳在短短一小时的时间跨度和短至100米的距离上显着不同。最多变和最高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高峰,早上大约八点。该团队记录了周日研究区内黑碳的最低浓度,当时卡车活动通常最低,而且位于高速公路以西,靠近海湾和城市工业活动的逆风位置。大多数分体式电磁流量计收集的数据足以确定研究最初30天内的污染模式,表明模拟和较短分析可以为其他社区提供有关其空气质量的有用数据。

    与社区合作推进监测科学
    目前,研究人员正在努力进一步开发这种新技术,使其更强大,更易于使用,以便可以在其他区域长时间安装。“ 我们长期以来一直参与空气污染传感技术的产生,”Kirchstetter表示,他的导师Tica Novakov是这项工作的灵感来源,并开始了黑碳研究领域。“ 伯克利实验室拥有空气质量和材料科学专家,可以进一步推动分体式电磁流量计科学的发展,”他补充道。自项目完成以来,Caubel和Cados已经建立了一个创建这些方法的初创公司,并使它们更加即时可用。

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