De landbouw wordt al lang beschuldigd van smog-veroorzakende ammoniak in de atmosfeer, maar uitlaatpijpen van voertuigen zijn eigenlijk een belangrijkere bron van ammoniak's bijdrage aan de nevel die boven grote steden hangt, volgens nieuw onderzoek door een team met onder meer Princeton-ingenieurs.

"Ammoniak hoeft niet helemaal uit het Midwesten naar Philadelphia of New York te komen, " zei Mark Zondlo, een universitair hoofddocent civiele en milieutechniek aan de Princeton University. "Veel ervan wordt hier gegenereerd."

Ongeveer 80 procent van de ammoniak in de lucht is afkomstig van landbouwpraktijken zoals bemesting, dus het lijkt waarschijnlijk dat de ammoniak in neveldeeltjes afkomstig is van pluimen van grote boerderijen in het middenwesten en vervolgens naar de oostkust wordt getransporteerd. Maar, in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie , Het onderzoeksteam van Zondlo ontdekte dat de ammoniakemissies van steden veel groter zijn dan wordt aangenomen, ontstaan ​​juist op de momenten dat ongezond fijnstof op zijn ergst is, en wanneer de landbouwemissies op dagelijkse of seizoensgebonden dieptepunten zijn.

"Het komt eigenlijk van de voertuigen" in de steden zelf, zei Zondlo, die ook associate director van externe partnerschappen is bij Princeton's Andlinger Centre for Energy and the Environment.

De onderzoekers merkten op dat de uitstoot van ammoniak door voertuigen samen met stikstofoxiden werd uitgestoten. Deze chemicaliën vormen samen ammoniumnitraat, wat te zien is aan de bruine kleur in stedelijke waas. Verder, ammoniakemissies van voertuigen zijn vooral belangrijk tijdens koud weer (bijvoorbeeld tijdens de winter of de ochtendspits), wanneer de landbouwemissies het laagst zijn en wanneer de vervuiling door nevel het ergst is.

Daven Henze, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Colorado en onderzoeker bij NASA's Health and Air Quality Applied Sciences Team, zei dat de bevindingen een belangrijke stap waren om de luchtvervuiling boven steden beter te begrijpen. Met andere voertuigemissies - voornamelijk stikstof- en zwavelverbindingen - zo dicht bij de ammoniak, de omstandigheden zijn rijp voor de productie van fijn stof.

"Het is echt nuttig om te zien dat zijn [Zondlo's] werk vooruitgang boekt bij het verduidelijken van de omvang van de bron, ' zei Henze.

Om zijn onderzoek uit te voeren, Zondlo en zijn team rustten voertuigen uit met geavanceerde sensoren om ammoniakniveaus te detecteren en concentreerden zich op zes steden:Philadelphia, Denver en Houston in de Verenigde Staten, en Peking, Shijiazhuang en Baoding in China. Door het ammoniakgehalte op verschillende tijdstippen van de dag op verschillende punten van binnenkomst in de steden te meten, het team was in staat om een ​​beeld te schetsen van een "ademende" stad, waar niveaus van verontreinigende stoffen stijgen en dalen, afhankelijk van het verkeer en de omstandigheden.

Het onderzoek werd ondersteund door het gebruik van open-pad quantum cascade laser ammoniaksensoren ontwikkeld door Zondlo's groep binnen Princeton's Centre for Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment (MIRTHE). De op laser gebaseerde sensoren waren kleiner, gemakkelijker om mee te werken en nauwkeuriger dan voorheen gebruikte sensoren, zei Zondlo. Ze maakten ook efficiënter mobiel testen mogelijk.

Eerder, voertuigen moesten speciaal worden uitgerust voor het verzamelen van gegevens. Er werden vaak gaten geboord in de carrosserieën van de voertuigen om sensoren te bevestigen. In het voertuig waren ook banken met apparatuur nodig. Omdat de nieuwe sensoren relatief klein zijn, ze kunnen op een bagagerek bovenop het voertuig worden gemonteerd en vervolgens op een laptop worden aangesloten. Dit is de basis voor hun Princeton Atmospheric Chemistry Experiment mobiele laboratorium, een conventionele SUV uitgerust met chemische en meteorologische sensoren.

"Omdat de sensoren een laag vermogen hebben (ongeveer hetzelfde als een gloeilamp) en compact, we kunnen ze gemakkelijk op elk voertuig plaatsen door alleen een skirek toe te voegen, "Zei Zondlo. "Bestaande mobiele laboratoria vereisen aangepaste voertuigen met aanvullende generatoren en aanzienlijke wijzigingen in de bemonstering. Onze sensoren kunnen in ingecheckte bagage worden geplaatst en in een paar uur op een veldlocatie worden gemonteerd."

Dat gemak leidde tot bijna onmiddellijke ontdekking toen de gegevens werden verzameld.

"Je kunt de pluimen echt in realtime uit de voertuigen zien komen, " zei Da Pan, een teamlid en vierdejaars promovendus aan Princeton. "Dus in principe kun je zien of de auto voor je in slechte staat verkeerde. Je kunt echt de pluimen zien die eruit komen."

Naast Zondlo en Pan, auteurs van het artikel, die op 29 november werd gepubliceerd, 2016, inclusief Denise Mauzerall, een professor in civiele en milieutechniek en openbare en internationale zaken aan de Woodrow Wilson School in Princeton; Kang Zon, Lei Tao, David Miller en Levi Golston van Princeton; Robert Griffin, HW Wallace en Yu Jun Leong van Rice University; M. Melissa Yang van NASA Langley Research Center; Yan Zhang van Nanjing P&Y Environmental Technology Co.; en Tong Zhu van de Universiteit van Peking.

Het project werd gedeeltelijk ondersteund door de Council for International Teaching and Research van Princeton University met fondsen van het Fung Global Forum, National Geographic Lucht- en Waterbeschermingsfonds, de Nationale Wetenschapsstichting, NASA en de Houston Endowment.

Pan zei dat het onderzoek twee wegen opent voor verder onderzoek:hoe de nabijheid van ammoniak en stikstof- en zwavelverbindingen in emissies de productie van fijnstof beïnvloedt, en hoe de gegevens uiteindelijk de emissievoorschriften van voertuigen zouden kunnen beïnvloeden. Zondlo onderzoekt ook hoe satellietwaarnemingen van ammoniak kunnen helpen deze emissies te begrijpen als onderdeel van het NASA Health and Air Quality Applied Sciences Team.

De inspanningen die zijn geleverd om de uitstoot van stikstof en zwavel te verminderen, zijn een groot "succesverhaal geweest, " zei Zondlo. Verdere vooruitgang bij het beheersen van fijnstof door deze twee soorten zal in de ontwikkelde wereld alleen maar toenemen.

"We hebben zoveel mogelijk aan deze hendels getrokken, "Zei Zondlo. "Maar er is één grote hefboom die we helemaal niet hebben aangeraakt en dat is ammoniak. En als we het echt serieus nemen om fijnstof aan te pakken en de luchtkwaliteit te verbeteren, we moeten deze ammoniakemissies gaan begrijpen en uiteindelijk beperken."