Halogeenatomen (Cl en Br) hebben een sterke invloed op de atmosferische chemische samenstelling. Sinds de jaren 70, wetenschappers ontdekten dat deze atomen verantwoordelijk waren voor de aantasting van ozon in de stratosfeer en ozon op leefniveau van het noordpoolgebied. In het afgelopen decennium, er wordt steeds meer erkend dat halogeenatomen ook een belangrijke rol spelen in de troposferische chemie en de luchtkwaliteit. Echter, de kennis van halogeenatomen in continentale regio's is nog onvolledig.

"In de troposfeer, halogeenatomen kunnen koolwaterstofoxidatie op gang brengen waardoor ozon, de oxidatieve capaciteit wijzigen, kwikrecyclage verstoren door elementair kwik te oxideren (Hg ₀ ) tot een zeer giftige vorm (HgII). Bovendien, Cl-atomen kunnen methaan verwijderen, een klimaatforcerend middel. De meeste eerdere studies in de continentale regio's waren gericht op twee Cl-precursoren, ClNO ₂ en Cl ₂ . Echter, er is weinig bekend over de overvloed en de rol van broomverbindingen en andere vormen van fotoliable halogenen in de vervuilde continentale troposfeer, " zei Tao Wang, een leerstoelprofessor aan de Hong Kong Polytechnic University (HKPU).

Een team van Chinese onderzoekers van HKPU, Fudan-universiteit, Onderzoekscentrum voor Eco-Environmental Sciences van de Chinese Academie van Wetenschappen, Shandong Universiteit en Shandong Jianzhu Universiteit, heeft in de winter van 2017 een reeks reactieve halogeengassen en andere chemicaliën gemeten op een vervuilde landelijke locatie in de provincie Hebei, die in de winter vaak last heeft van ernstige luchtvervuiling. De gegevens werden geanalyseerd door het team in samenwerking met wetenschappers van de Colorado State University in de VS, Instituut voor Fysische Chemie Rocasolano van CSIC in Spanje, en Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, IRCELYON in Frankrijk.

Ze vonden verrassend hoge concentraties broomchloride (BrCl), en andere reactieve halogeengassen. De maximale concentratie BrCl is 10 keer groter dan de eerder gemeten waarde in het noordpoolgebied. "Voor zover we weten, slechts één eerdere studie observeerde BrCl in één, van de 50, kolencentrale pluim in de Verenigde Staten. Afgezien daarvan, BrCl was niet gemeld buiten de poolgebieden, " zei Xiang Peng, een afgestudeerde student aan de HKPU. "Nauwkeurige meting van reactief halogeen is een hele uitdaging", voegde Weihao Wang toe, een andere dan afgestudeerde student aan HKPU, "deze verbindingen zijn in lage concentraties, waarvoor een gevoelig instrument nodig is om hun signalen te detecteren; ze zijn ook moeilijk te kwantificeren vanwege de moeilijkheid bij het maken van kalibratiestandaarden en bij het verminderen van potentiële interferenties van andere naast elkaar bestaande chemicaliën in de atmosfeer en potentiële artefacten in de bemonsteringsinlaat." het team overwon deze uitdagingen via verschillende on-site en post-meettests.

Het onderzoeksteam vond het sterke bewijs dat kolenverbranding op het platteland een belangrijke bron was van de gedetecteerde reactieve halogenen door hun relatie met twee tracers van kolenverbranding (zwaveldioxide en selenium) te analyseren. het dagelijkse patroon van luchtverontreinigende stoffen, en het energieverbruik van dorpsbewoners. Ze vonden ook een belangrijk chemisch proces overdag, gedeeltelijk door fotolyse van nitraat, die inserthalogeniden kunnen omzetten in reactieve halogeengassen (HOBr en BrCl) om hun hoge dagconcentraties te behouden ondanks een korte levensduur van BrCl door fotodissociatie van zonlicht.

Het team bouwde vervolgens een model met de meest up-to-date halogeengasfasechemie en simuleerde de impact van de waargenomen fotoliable BrCl, kl ₂ , ClNO ₂ , Br ₂ op de oxidatieve capaciteit die de productie van verontreinigende stoffen zoals ozon en deeltjes stimuleert. Hun resultaten laten zien dat BrCl ongeveer 55% van zowel broom- (Br) als chloor (Cl) -atomen bijdroeg. De halogeenatomen (van BrCl en andere fotoliable halogenen) verhoogden de overvloed aan 'conventionele' troposferische oxidanten (OH, HO ₂ , en RO ₂ ) met 26-73%, en verbeterde oxidatie van koolwaterstof met bijna een factor twee en de netto ozonproductie met 55%. "Zo'n grote toename van oxidatie zou de productie van secundaire organische en anorganische aerosolen kunnen stimuleren, wat de belangrijkste componenten zijn van nevel-veroorzakende PM ^2,5 in het noorden van China. Br-atomen uit BrCl kunnen ook de productie en afzetting van de giftige vorm van kwik in de buurt van de bronregio's versnellen, ", voegde Tao Wang eraan toe.

De onderzoekers zijn van mening dat de aanzienlijke impact van halogeen die op hun locatie is aangetoond, ook kan bestaan ​​in andere gebieden waar ongecontroleerde verbranding van kolen voorkomt, zoals andere delen van Noord-China, en in landen als India en Rusland die een groot aandeel steenkool in hun energiemix hebben. Ze pleiten voor meer onderzoek om de bron(nen) en de ruimtelijke omvang van de rol van de halogeenchemie in de vervuilde continentale regio's beter te begrijpen. Ze suggereren ook de noodzaak om halogenen van kolenverbranding te controleren, naast de bekende CO ₂ , zwavel, stikstof, deeltjes, en kwik.