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                開發用于跟蹤黑碳污染的定制分體式電磁流量計

                來源:    發布日期:2019-08-21 10:17:12    作者:

                    已知黑碳(通常稱為煙灰)對全球變暖有顯著貢獻,并且與不良健康后果密切相關。

                    在從船舶,大型卡車和火車排出的燃料不完全燃燒期間產生黑碳。對于居住在城市地區的居民來說,這種空氣污染物是一個主要問題。目前,市售的分體式電磁流量計非常昂貴,這使得難以跟蹤黑碳。

                    現在,美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的一個研究小組與加州大學伯克利分校合作,創造了一種新型分體式電磁流量計網絡,不僅更實惠,而且還可以跟蹤這種顆粒物質。研究人員在西奧克蘭(West Oakland)部署了100多個定制分體式電磁流量計100天,研制出最大的黑碳監測網絡,安裝在一個城市。100×100空氣質量網絡的完整描述已發表在“ 環境科學與技術 ”雜志上。

                    發展監測空氣污染的新技術
                    新項目主要是為解決社區中存在的持續存在的問題而引入的 - 需要更多改進的工具來跟蹤空間和時間的黑碳?;谥霸诓死麑嶒炇疫M行的研究,研究人員通過構建氣溶膠黑碳探測器(簡稱ABCD)來解決這個問題。

                    伯克利實驗室能源分析和環境影響部門負責人Thomas Kirchstetter表示:“ 我們開發了一種不存在的技術,可以看到這種無形的問題。”他是加州大學伯克利分校土木與環境工程的兼職教授。

                    ABCD體積小,成本低,是一種緊湊型空氣質量監測儀,可以測定空氣樣本中的黑碳濃度。

                    共同作者Julien Caubel在博士研究期間開發的設計突破幫助分體式電磁流量計容忍濕度和溫度的變化。當ABCD長時間留在室外時,它會產生一致的數據。對于每個ABCD,材料成本不到500美元。相比之下,確定黑碳濃度的商業上可獲得的裝置花費數千美元。




                    分布式網絡
                    分體式電磁流量計的范圍被安裝跨西奧克蘭,15公里的2混合使用工業/居民區通過高速公路包圍并受到從奧克蘭港和其他類似的工業活動的排放。此外,還選擇了6個土地利用類別,如工業,住宅,逆風,卡車路線,近高速公路和港口位置,以進行分體式電磁流量計放置。

                    Preble還是加州大學伯克利分校的博士后研究員。
                    研究人員通過與環境保護基金,西奧克蘭環境指標項目(WOEIP),奧克蘭港和灣區空氣質量管理區的合作,招募了愿意在其業務和家庭之外托管黑碳分體式電磁流量計的社區成員“ 我們與WOEIP的合作,特別是與Margaret Gordon女士和Brian Beveridge合作,對研究的成功至關重要,”Preble補充說。

                    為了實時跟蹤所有分體式電磁流量計,包括其運行狀態,并獲得測量結果,作者創建了一個定制的數據庫和網站。然后,使用移動無線網絡2G,分體式電磁流量計每小時將黑碳濃度傳遞到數據庫。該研究創造了大約2200萬行數據,可以更好地了解當地空氣污染的性質。目前可供下載的數據也被灣區空氣質量管理區,加州大學伯克利分校和其他機構的合作者用于加強空氣污染建模工具。

                    將隱形污染物轉化為數據
                    這些分體式電磁流量計是如何實際運作的?ABCD裝置通過白色過濾器吸入空氣,在該過濾器上有效地沉積黑色碳顆粒。在分體式電磁流量計內,光學元件周期性地確定通過變暗濾光器發送的光量??諝庵泻谔嫉臐舛然陔S時間變暗的過濾器的量。這種方法由伯克利實驗室多年前創建,目前已在市場上出售,是該分析創新的基礎。

                    在西奧克蘭,該團隊發現黑碳在短短一小時的時間跨度和短至100米的距離上顯著不同。最多變和最高水平與沿海街的卡車活動有關,通常在黎明前的幾個小時,當奧克蘭港關閉并在營業開始時達到高峰,早上大約八點。該團隊記錄了周日研究區內黑碳的最低濃度,當時卡車活動通常最低,而且位于高速公路以西,靠近海灣和城市工業活動的逆風位置。大多數分體式電磁流量計收集的數據足以確定研究最初30天內的污染模式,表明模擬和較短分析可以為其他社區提供有關其空氣質量的有用數據。

                    與社區合作推進監測科學
                    目前,研究人員正在努力進一步開發這種新技術,使其更強大,更易于使用,以便可以在其他區域長時間安裝。“ 我們長期以來一直參與空氣污染傳感技術的產生,”Kirchstetter表示,他的導師Tica Novakov是這項工作的靈感來源,并開始了黑碳研究領域。“ 伯克利實驗室擁有空氣質量和材料科學專家,可以進一步推動分體式電磁流量計科學的發展,”他補充道。自項目完成以來,Caubel和Cados已經建立了一個創建這些方法的初創公司,并使它們更加即時可用。

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