Hoewel de uitlaatemissies de komende jaren kunnen dalen naarmate er meer emissievrije voertuigen op straat komen, een belangrijke bron van luchtvervuiling op snelwegen vertoont geen tekenen van afname:rem- en bandenstof.

Metalen van remmen en andere autosystemen worden als fijne deeltjes in de lucht uitgestoten, over drukke wegen blijven hangen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben aangetoond hoe die wolk van kleine metaaldeeltjes de gezondheid van de luchtwegen kan schaden.

In een studie gepubliceerd op 31 januari in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie , beschreven de onderzoekers hoe door voertuigen uitgestoten metalen zoals koper, ijzer en mangaan interageren met zure sulfaatrijke deeltjes die al in de lucht zijn om een ​​giftige aerosol te produceren.

"Er is een kettingreactie gaande in de lucht boven drukke snelwegen, " zei Rodney Weber, een professor in Georgia Tech's School of Earth &Atmospheric Sciences. "Zuur sulfaat in de atmosfeer komt in contact met die metalen die door het verkeer worden uitgestoten en verandert hun oplosbaarheid, waardoor ze meer kans hebben om oxidatieve stress te veroorzaken bij inademing."

De studie, die werd gesponsord door de National Science Foundation en de U.S. Environmental Protection Agency, toonde aan hoe de metalen voornamelijk in onoplosbare vorm worden uitgestoten, maar langzaam oplosbaar worden na vermenging met sulfaat.

"Sulfaat wordt al lang in verband gebracht met nadelige gevolgen voor de gezondheid, " zei Athanasios Nenes, een professor en Georgia Power Scholar in de School of Earth &Atmospheric Sciences en de School of Chemical &Biomolecular Engineering. "De oude hypothese was dat het zure sulfaat je longslijmvlies verbrandt, wat op zijn beurt leidt tot de slechte gezondheidseffecten. Maar er is niet genoeg zuur in de lucht alleen om echt die impact te hebben."

Maar sulfaat speelt een sleutelrol bij het oplosbaar maken van metalen voordat ze worden ingeademd, wat de associatie van sulfaat met nadelige gezondheidseffecten zou kunnen verklaren, aldus de onderzoekers.

De onderzoekers verzamelden monsters van fijnstof uit de omgeving op twee locaties in Atlanta - een nabij een grote snelweg en een andere stedelijke locatie op 420 meter afstand van de rijbaan. Ze analyseerden de chemische inhoud, grootteverdeling en zuurgraad van de monsters.

Een aanzienlijke hoeveelheid van het gevonden omgevingssulfaat was qua grootte vergelijkbaar met de metaaldeeltjes, wat suggereert dat de omgevingssulfaat en metalen werden gemengd in individuele deeltjes, die gedurende uren of dagen het zure sulfaat in staat zou stellen het metaal in een oplosbare vorm om te zetten.

Om te kwantificeren hoe gevaarlijk de aerosol zou kunnen zijn, de onderzoekers ontwikkelden een analytisch systeem met hoge doorvoer voor een chemische test - oxidatief potentieel genoemd - dat de toxische reactie simuleert die een dergelijke mix zou hebben op cellulaire organismen. Dit instrument werd gebruikt om grote datasets te genereren over het oxidatieve potentieel van aërosols in de omgeving, die, wanneer gebruikt in een eerdere epidemiologische studie, onderzoekers van Georgia Tech en Emory University ontdekten dat de chemische test statistisch geassocieerd was met ziekenhuisopnames in Atlanta voor astma en piepende ademhaling.

In de nieuwe studie de onderzoekers merkten op dat de piektoxiciteit die door de test werd aangegeven nauw verband hield met die deeltjes die de grootste hoeveelheid oplosbare metalen bevatten, die alleen optrad wanneer metaaldeeltjes werden gemengd met zeer zuur sulfaat.

"Dat is het rokende pistool, " zei Nenes. "Het sulfaat lost in wezen die metalen op; als je die deeltjes inademt, de metalen kunnen direct in de bloedbaan worden opgenomen en problemen door het hele lichaam veroorzaken. Voor de eerste keer, er ontstaat een mechanisme om te verklaren waarom kleine hoeveelheden zuur sulfaat de gezondheid nadelig kunnen beïnvloeden."

Terwijl het monster dat werd genomen van de testlocatie die verder van de snelweg verwijderd was, minder metaaldeeltjes bevatte, er was nog genoeg om een ​​verhoging van het oxidatieve potentieel te veroorzaken, waaruit blijkt dat vervuiling van de weg door de lucht kan reizen en mogelijk ook in de omliggende gebieden problemen kan veroorzaken.

Stof van remmen en banden is niet de enige bron van metalen in de lucht. Verbrandingsovens en andere vormen van verbranding produceren ook mineraal stof en metaaldeeltjes, die zou kunnen vermengen met sulfaat om een ​​soortgelijke reactie teweeg te brengen.

De onderzoekers merkten op dat hoewel de hoeveelheid fijnstofsulfaat in het zuidoosten van de Verenigde Staten de afgelopen 15 jaar is afgenomen doordat de zwaveldioxide-emissies van elektriciteitscentrales zijn gedaald, er is nog genoeg zuur sulfaat in de lucht om de pH van deeltjes erg laag te houden, in het bereik van 0 tot 2, het transformeren van onoplosbare omgevingsmetalen in een oplosbare vorm.

"De uitlaatemissies van voertuigen nemen af, maar dit soort emissies van remmen zullen tot op zekere hoogte blijven bestaan, zelfs als je een elektrische auto rijdt, "Zei Weber. "Daarom, dit soort processen zal zich ook in de toekomst blijven voordoen en zal een belangrijke overweging zijn als we kijken naar de gezondheidseffecten van fijnstof."

Dit materiaal is gebaseerd op werk dat wordt ondersteund door de National Science Foundation onder Grant No. 1360730 en de U.S. Environmental Protection Agency onder Grant No. RD834799. Eventuele meningen, bevindingen, en conclusies of aanbevelingen in dit materiaal zijn die van de auteurs en weerspiegelen niet noodzakelijk de standpunten van de National Science Foundation of de U.S. Environmental Protection Agency.