Ondanks de prominente bedreiging voor de gezondheid van fijnstof, fundamentele aspecten van zijn vorming en evolutie blijven wetenschappers ontgaan.

Dit geldt vooral voor de organische fractie van fijne deeltjes (ook wel aerosol genoemd), waarvan een groot deel zich vormt als organische gassen worden geoxideerd door de atmosfeer. Computermodellen voorspellen deze zogenaamde "secundaire" organische aerosol (SOA) te weinig in vergelijking met veldmetingen, wat aangeeft dat de modellen ofwel enkele belangrijke bronnen missen of de fysieke processen die leiden tot SOA-vorming niet beschrijven.

Nieuw onderzoek van de Carnegie Mellon University in samenwerking met de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) werpt licht op een ondergewaardeerde bron van SOA die kan helpen deze kloof tussen modelmetingen te dichten. Gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie , de studie toont aan dat vluchtige organische stoffen (VOS) die traditioneel niet worden beschouwd, evenveel of meer kunnen bijdragen aan stedelijke SOA als bronnen zoals voertuigemissies en ingeademde gassen van boombladeren.

"Ons experiment laat zien dat, in gebieden waar veel mensen zijn, je kunt maar ongeveer de helft van de SOA in het veld verklaren met de traditionele emissies van voertuigen en bomen, " zei Albert Presto, een professor in werktuigbouwkunde en de corresponderende auteur van de studie. "We schrijven die andere helft toe aan deze niet-traditionele VOC's."

in 2018, onderzoekers van NOAA maakten een plons in het tijdschrift Wetenschap toen ze gedetailleerd beschreven hoe niet-traditionele VOC's de helft van alle VOC's in de stedelijke atmosfeer in Amerikaanse steden vertegenwoordigen. Niet-traditionele VOS zijn afkomstig van een hele reeks verschillende chemicaliën, industrieën, en huishoudelijke producten, inclusief pesticiden, coatings en verven, schoonmaakmiddelen, en zelfs producten voor persoonlijke verzorging zoals deodorants. Dergelijke producten bevatten doorgaans organische oplosmiddelen waarvan de verdamping leidt tot aanzienlijke atmosferische emissies van VOS.

"Het zijn veel alledaagse dingen die we gebruiken, "zei Presto. "Alles wat je gebruikt dat geparfumeerd is, bevat organische moleculen, die in de atmosfeer kan komen en kan reageren" waar het SOA kan vormen.

De prevalentie van deze VOS vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving in het stedelijke SOA-beeld. De transportsector was lange tijd de dominante bron van VOS in de stedelijke lucht, maar de emissies van voertuigen in de VS zijn de afgelopen decennia drastisch gedaald (tot 90%) als gevolg van uitlaatregelgeving, ook al is het brandstofverbruik gestegen. Aangezien transportgerelateerde VOS steeds meer op de voorgrond treden, niet-traditionele VOS zijn een grotere relatieve bijdrage gaan leveren aan de stedelijke atmosfeer. Terwijl NOAA's onderzoek de atmosferische wetenschappelijke gemeenschap wees op de omvang van niet-traditionele VOC's in stedelijke omgevingen, ze konden alleen maar veronderstellen dat deze gassen waarschijnlijk belangrijk waren voor de vorming van SOA; het idee moest nog getest worden.

Testen hoeveel SOA-formulieren hiervan zijn, is geen gemakkelijke taak, echter. SOA-vorming in de atmosfeer speelt zich af in de loop van meerdere dagen, waardoor het moeilijk is om de reis van uitgestoten gassen te volgen omdat ze door de wind worden verspreid en beginnen te reageren met zonlicht en andere oxidanten.

Rishabh Shah, een afgestudeerde student die bij Presto heeft gestudeerd en nu bij NOAA werkt, bouwde een reactor om het volledige potentieel voor SOA-vorming in een luchtmonster te evalueren zonder die lucht in de loop van de tijd te hoeven volgen.

"De reactor is een soort app op je smartphone voor SOA-vorming, "zei Shah. "Je maakt je foto en de app laat je zien hoe je er over tien jaar uitziet."

De reactor versnelt de meanderende reis die een gas aflegt door het te bombarderen met oxidanten in veel hogere concentraties dan in de atmosfeer worden aangetroffen. Dit simuleert in slechts enkele seconden alle reacties waaraan een gasmolecuul in de loop van een week in de atmosfeer wordt blootgesteld. In een oogwenk, De reactor van Shah kan het volledige potentieel van de lucht die het bemonstert evalueren om SOA te vormen.

Het team monteerde hun reactor in een busje, het creëren van een mobiel platform van waaruit ze toegang konden krijgen tot lucht vanuit verschillende omgevingen met verschillende niveaus van niet-traditionele VOC's. Deze locaties omvatten locaties benedenwinds van een grote industriële faciliteit, naast een bouwplaats, binnen de diepe 'street canyons' gecreëerd door de wolkenkrabbers van een stadscentrum, en tussen laagbouw van een stedelijke wijk.

Op plaatsen met grote hoeveelheden niet-traditionele VOS, de reactor vormde grote hoeveelheden SOA. Deze locaties omvatten zowel straat-canyons in de binnenstad als tussen de stedelijke laagbouw, beide plaatsen waar de verdamping van consumentenproducten zoals deodorants en conditioners hoog is, vooral in de ochtend. Dankzij geavanceerde gasanalysers aan boord van het mobiele platform kon het team de aanwezigheid van veel van deze niet-traditionele VOC's detecteren.

belangrijk, op deze locaties konden de standaard ultramoderne computermodellen niet de volledige hoeveelheid SOA voorspellen die ze in hun reactor hebben waargenomen. Echter, in andere omgevingen met minder niet-traditionele VOS, het model was in staat om nauwkeurig te voorspellen hoeveel SOA zich in de reactor heeft gevormd.

Samen, deze bewijzen vormen een overtuigend argument dat niet-traditionele VOS-emissies verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijke hoeveelheid stedelijke SOA. Presto schat dat deze niet-traditionele emissies ongeveer dezelfde bijdrage leveren als de emissies van transport en biosfeer samen, in lijn met de hypothese van NOAA.

"Traditioneel, we hebben veel aandacht besteed aan energiecentrales en voertuigen voor luchtkwaliteit, die veel schoner zijn geworden in de VS." zei Presto. "Wat dat betekent is dat nu, een aanzienlijk deel van de SOA komt van deze andere 'alledaagse, Overal' categorie die tot voor kort niet echt werd overwogen."