Szegedi kutatók eredménye segíthet a szmog csökkentésében

A Szegedi Tudományegyetem fizikusai új módszert dolgoztak ki a légköri szálló por kibocsátó forrásainak meghatározására, ami hatékony segítséget nyújthat a döntéshozóknak a szmogos időszakokban szükséges intézkedésekben.


A Szegedi Tudományegyetemen működő MTA-SZTE Fotoakusztikus Kutatócsoport munkatársai erősen szennyezett nagyvárosi levegőben végzett méréseik alapján szoros összefüggést találtak a légköri szálló por kémiai összetétele és optikai tulajdonságai között. Erre az összefüggésre alapozva lehetségesnek látszik az eddigieknél hatékonyabb eljárások kidolgozása a nagyvárosi szálló por által okozott légszennyezettség csökkentésére. Az eredményeket bemutató publikáció az Atmospheric Environment nevű, a légköri környezetszennyezéssel és annak társadalmi hatásaival foglalkozó, vezető nemzetközi tudományos folyóiratban jelent meg.


A légköri szálló por gyűjtőfogalom: a mérés helyszínétől és az időjárási körülményektől függően a szálló por rendkívül sok komponenst tartalmazhat. E komponensek közül mind egészségügyi, mind éghajlatmódosító hatásaik miatt napjaink tudományos kutatásainak homlokterében a széntartalmú feketekorom- és barnakorom áll; előbbi domináns kibocsátói a dízelüzemű járművek, míg utóbbi háztartási tüzelésből származik. A fő cél ezen komponensek egymástól független mérése, illetve ezen keresztül a kibocsátó forrásaik erősségének meghatározása. Ha mindezt valós idejű mérések segítségével sikerülne végrehajtani, akkor a döntéshozók számára egy gyors, és a jelenleginél jóval hatékonyabb módszer állna rendelkezésre egy erősen légszennyezett (szmogos) állapot megszüntetésére, hiszen a forráserősség ismeretek birtokában a kibocsátás célzottan lenne korlátozható. Magyarországon egyes időszakokban különösen nagy problémát okoz a szálló por okozta légszennyezettség mértéke - az Európai Bizottság épp a napokban szólította fel hazánkat, hogy csökkentse a szálló por koncentrációját a szennyezett levegőjű városokban.

 

A források erősségét alapvetően kémiai módszerekkel lehet meghatározni. A kémiai analízis elvégzéséhez azonban akár több napra is szükség lehet. Nyilvánvaló ugyanakkor, hogy a hatékony szennyezettség-csökkentéshez azonnali beavatkozásra van szükség. A szegedi kutatócsoport által kidolgozott módszer legfőbb előnye a valós idejű, gyors forrásmeghatározás lehetősége. A módszert megalapozó mérések 2011 telén Szeged belvárosában, az Alsó-Tisza-vidéki Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség (ATV-KTVF) automata mérőállomása mellett zajlottak. A város a mérések idején ideális helyszín volt e két szállópor-típus azonosíthatóságának vizsgálatára: a levegő magas feketekorom-koncentrációja a Románia és Szerbia felé haladó, extrém nagyságú átmenő nemzetközi forgalomból adódott (mivel ekkor még nem adták át a várost elkerülő, M43 jelű autópályát, ezért naponta kb. 3000 kamion haladt el a mérés helyszíne előtt), míg a magas barnakorom-koncentráció magyarázata, hogy más magyarországi városokkal összehasonlítva Szegeden a legnagyobb az egyedi háztartási tüzelést alkalmazó háztartások aránya a távfűtést alkalmazó háztartásokhoz képest.

 

A kampány során a szálló por hullámhosszfüggő optikai abszorpciójának (azaz fényelnyelésének) valós idejű mérése a kutatócsoport saját fejlesztésű fotoakusztikus műszerével történt. Ez a műszer nemzetközi összehasonlításban is egyedülálló, mivel a hasonló műszerekhez képest jóval szélesebb, az ultraibolyától egészen a közeli infravörösig terjedő hullámhossztartományban, összesen négy hullámhosszon méri egyidejűleg a szállópor-részecskék fényelnyelését. Az optikai mérésekkel párhuzamosan zajló szállópor-mintavételezés és utólagos kémiai analízis segítségével vizsgálható volt az optikai és a kémiai tulajdonságok közötti összefüggés.

 

Mi az a fotoakusztika?

Ha egy közegben periodikusan modulált fény (például lézerfény) nyelődik el, az anyag molekulái magasabb energiaszintre jutnak, majd visszakerülnek alapállapotba. Így periodikus hőmérsékletváltozás történik a közegben, ami periodikus nyomásváltozást idéz elő, ez pedig tovaterjed; azaz hang keletkezik, amelyet valamilyen módszerrel (pl. mikrofonnal) detektálni lehet.

 

 

muwapas

A Szegedi Tudományegyetemen kifejlesztett, szálló por optikai tulajdonságainak mérésére alkalmazható, négy hullámhosszon működő fotoakusztikus műszer.

 

A kutatók megállapították, hogy a mért optikai abszorpcióból származtatható egy olyan mennyiség, az ún. optikai abszorpciós Angström exponens (rövidítve AAE, az optikai abszorpció hullámhosszfüggésére illesztett hatványfüggvény kitevője), amely szoros összefüggésben áll a fekete- és barnakorom koncentrációinak arányával. Ez az eredmény azt jelenti, hogy létezik egy ún. kalibrációs egyenes, amely segítségével a mért AAE értékekből a fekete- és barnakorom-koncentrációk aránya egyszerűen kiszámolható. A mérések során végzett további kiegészítő mérések, pl. a szállópor-részecskék méreteloszlása, megerősítették a feltárt összefüggés helyességét.

 

aae

A fotoakusztikus módszer és a kémiai analízis összevetéséből meghatározott mérési pontok, illetve a mérési pontokra illesztett kalibrációs egyenes, melynek segítségével az optikai tulajdonságokból következtetni lehet a szálló por kémiai összetételére és a kibocsátó források erősségére erősen szennyezett levegő esetében.

 

A szegedi kutatók további mérési kampányokkal tervezik tesztelni a fotoakusztikus forrásazonosító módszer gyakorlati alkalmazhatóságát, illetve azt, hogy a feltárt összefüggések más városokban, más időjárási körülmények között is érvényesek-e. További cél emellett a fotoakusztikus mérőrendszer továbbfejlesztése, hosszú távon az automatikus működés biztosítása is.  

 

Az MTA-SZTE Fotoakusztikus Kutatócsoport ugyanakkor nem csak a szálló por összetevőivel kapcsolatos vizsgálatokat végez. A kutatócsoport tagjai az elmúlt években sikeresen kifejlesztettek egy, a földgáz kénhidrogén- és vízgőztartalmának hosszú távú, automatikus mérésére szolgáló berendezést, amelyet többek között tengeri fúrótornyokon és finomítókban is alkalmaznak; emellett részt vesznek a légkör vízgőztartalmának repülőgépre telepített műszerekkel történő monitorozását, valamint a fotoakusztikus spektroszkópia orvosi alkalmazásait célzó kutatásokban is.

A cikkben bemutatott műszer kifejlesztése a Hilase Kft. és a Videoton Zrt. közreműködésével zajlott.

Képgaléria

07.jpg

Rendezvénynaptár

Rendezvénynaptár *

Kövess minket

Facebook YouTube Twitter Google Plus