Luchtkwaliteitssensoren van onderzoekskwaliteit zijn duur - ongeveer $ 40, 000. Voor steden die hun uitstoot van broeikasgassen proberen te controleren, de kosten kunnen het aantal sensoren dat ze kunnen installeren en de gegevens die ze kunnen verzamelen, beperken.

Behalve. . .

Sinds 2014, de Universiteit van Utah heeft suites van onderzoekskwaliteit onderhouden met luchtkwaliteitsinstrumenten die zijn geïnstalleerd op lightrail-treinen die elke dag door de Salt Lake Valley rijden. Deze mobiele sensoren, onderzoekers schatten in een nieuwe studie, bestrijken hetzelfde gebied als 30 stationaire sensoren, de Salt Lake Valley een zeer kosteneffectieve manier bieden om de uitstoot van broeikasgassen te monitoren en hiaten in de schattingen van emissies op te vullen. De studie is gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie .

"De niveaus van vervuilende stoffen in de atmosfeer zullen het komende decennium snel veranderen naarmate technologieën voor schone energie worden ingezet, " zegt Logan Mitchell, onderzoeksassistent-professor atmosferische wetenschappen, en een co-auteur van de studie. "Kosteneffectieve atmosferische monitoring zal beleidsmakers helpen te begrijpen welk beleid leidt tot vermindering van de niveaus van verontreinigende stoffen, waar meer focus nodig is, en als er milieuongelijkheden ontstaan, omdat sommige gebieden hun uitstoot sneller verminderen dan andere gebieden."

De show op de weg nemen

Het verhaal van het monteren van sensoren op de treinen van het TRAX-systeem van de Utah Transit Authority begint in 2009 met de toenmalige doctoraalstudent Heather Holmes (nu universitair hoofddocent chemische technologie). Holmes installeerde een fijnstofsensor op een trein, maar slechts voor een korte periode.

Toen Mitchell in 2013 als postdoctoraal onderzoeker aan de U kwam, besprak hij de heropleving van het project van Holmes met faculteitsadviseurs Jim Ehleringer, vooraanstaand hoogleraar biologie, en John Lin, hoogleraar atmosferische wetenschappen en een co-auteur van de huidige studie. Met steun van UTA, Mitchell deed in 2014 een vooronderzoek.

Ze testten eerst luchtinlaatbuizen uit het raam van een onbezette bestuurderscabine. "Ik merkte dat er een kleine CO . was ₂ stoot elke keer dat de TRAX-trein stopte bij een treinstation, " zegt Mitchell. "Dit verwarde me aanvankelijk, maar ik realiseerde me dat de inlaatbuizen die uit het bestuurdersraam staken eigenlijk de menselijke ademhaling oppikten van mensen die op het perron stonden te wachten om aan boord van de trein te gaan!"

De proef was een succes, en Mitchell werkte samen met de onderzoeksgroep van professor John Horel om een ​​volwaardige onderzoeksinspanning te lanceren om de luchtkwaliteit en broeikasgassen te monitoren - dit keer met de sensoren op het dak van de trein, zodat ze niet worden beïnvloed door mensen die wachten op de perrons.

Nu is het programma uitgebreid naar extra TRAX-lijnen en doorlopende overheidsfinanciering ondersteunt de monitoring van de luchtkwaliteit, terwijl aanvullende financiering van de National Oceanic and Atmospheric Administration deze studie over de uitstoot van broeikasgassen ondersteunde.

Top-down emissiemeting

De studie evalueert de TRAX-luchtsensoren als een top-down meting van de uitstoot van broeikasgassen. "Top-down" analyse betekent het meten van de atmosferische concentratie, en dan uitzoeken waar de uitstoot vandaan komt. Een andere benadering, "bottom-up" analyse, inventariseert alle mogelijke emissiebronnen en telt deze bij elkaar op om het totaal te schatten.

"Top-down metingen stellen ons in staat om te evalueren of de bottom-up emissie-inventarissen nauwkeurig zijn, " zegt Derek Mallia, hoofdauteur van de studie en onderzoeksassistent-professor atmosferische wetenschappen. "Als een emissie-inventaris een klein beetje afwijkt of een emissiebron mist, de top-down benadering geeft ons een manier om daar achter te komen."

NASA-satellieten kunnen ook worden gebruikt om top-down emissieschattingen voor steden over de hele wereld te schatten, een inspanning die Lin en zijn groep ook nastreven. "Deze satellietmetingen zijn nuttig voor het beoordelen van hele steden en voor steden die geen grondobservaties hebben, "Lijn zegt, "maar de op TRAX gebaseerde sensoren zorgen voor meer granulariteit in emissies in de stad en kunnen de ruimtegebaseerde waarnemingen aanvullen."

Top-down metingen van dit type over een groot gebied kunnen gericht zijn op bepaalde elementen van de emissie-inventaris van een stad om te bepalen hoe de inventaris moet worden gewijzigd.

"Een heel eenvoudig voorbeeld hiervan is kijken naar de emissies op de weg, ", zegt Mallia. De onderzoekers vonden onderschatting van de emissies op de weg door bottom-up inventarisaties, die, indien waargenomen door alleen een stationaire sensor in de buurt van een enkele hoofdweg, alleen potentiële onderschattingen voor die specifieke weg zou suggereren. Maar als de emissies op de weg in een hele stad consequent worden onderschat, Mallia zegt, "fundamenteel, dit vertelt ons dat we geen rekening houden met iets over emissies op de weg, in het algemeen. Dit kan heel belangrijk zijn om te begrijpen, aangezien steeds meer mensen elektrische voertuigen gaan besturen die geen uitlaatemissies hebben."

Terwijl steden werken aan het verminderen van milieuongelijkheid, mobiele luchtmonitoring kan ook helpen controleren of de lucht in sommige stedelijke gebieden sneller verbetert dan in andere, voegt Mitchell toe.

Een model voor steden om te volgen

"De op TRAX gebaseerde metingen, gecombineerd met het netwerk van stationaire locaties, betekent dat Salt Lake City een van de best geïnstrumenteerde steden ter wereld is op het gebied van vervuilingsobservaties, "zegt Lin.

Voor zover de onderzoekers weten, In slechts een handvol steden in Europa zijn luchtkwaliteitssensoren geïnstalleerd op platforms voor openbaar vervoer. Maar dezelfde aanpak kan worden gebruikt in elke stad met vergelijkbare lightrailsystemen:Portland, Oregon en Denver, bijvoorbeeld. In steden met spoorsystemen die gedeeltelijk of volledig ondergronds lopen, sensoren kunnen op elektrische bussen worden gemonteerd.

De kostenbesparingen van een dergelijke aanpak zijn duizelingwekkend. Een mobiele sensor van onderzoekskwaliteit die $ 40 kost, 000, vinden de auteurs, kan hetzelfde gebied bestrijken als ongeveer 30 stationaire sensoren die meer dan $ 1,2 miljoen kosten.

"Dit is exclusief de mankracht die nodig is om een ​​netwerk van 30 stations te onderhouden, wat enorm zou zijn, Mitchell zegt. Om een ​​lang verhaal kort te maken, gebaseerd op onze voorlopige analyse, semi-continue mobiele metingen aan voertuigen van het openbaar vervoer zijn een zeer kosteneffectieve strategie voor het monitoren van emissies in steden."