Zwarte koolstof is de gevaarlijkste luchtverontreinigende stof waar je nog nooit van hebt gehoord. De twee belangrijkste bronnen, dieseluitlaatgassen en houtrook van bosbranden en huishoudelijke verwarming, produceren ultrafijne luchtdeeltjes die tot 25 keer meer gevaar voor de gezondheid per eenheid vormen in vergelijking met andere soorten deeltjes.

Ondanks het gevaar wordt zwarte koolstof onvoldoende onderzocht vanwege een gebrek aan monitoringapparatuur. Sensoren die aan de regelgeving voldoen, zijn enorm duur in gebruik en onderhoud, wat resulteert in een schaarse dekking in regio's die berucht zijn vanwege de slechte luchtkwaliteit, zoals het grotere grootstedelijke gebied van Salt Lake City in Utah.

Uit een onderzoek onder leiding van de Universiteit van Utah is gebleken dat de AethLabs microAeth MA350, een draagbare, goedkopere sensor, de zwarte koolstofconcentraties net zo nauwkeurig registreert als de Aerosol Magee Scientific AE33, het meest gebruikte instrument voor het in realtime monitoren van zwarte koolstof.

Onderzoekers plaatsten de draagbare technologie van 30 augustus 2021 tot augustus naast een bestaande regulerende sensor op de locatie van de Bountiful Utah Division of Air Quality. 8 januari 2022. De AethLabs-technologie registreerde vrijwel identieke hoeveelheden zwarte koolstof op dagelijkse, maandelijkse en seizoensschalen. De auteurs toonden ook aan dat de microAeth op langere tijdschalen onderscheid kon maken tussen natuurbranden en verkeersbronnen, evenals de AE33.

Omdat zwarte koolstof dicht bij de bron blijft, moet apparatuur worden gelokaliseerd om nauwkeurige metingen te verkrijgen. De draagbaarheid van de microAethsensor maakt monitoring op afgelegen of ontoegankelijke vaste locaties mogelijk, evenals voor mobiel gebruik.

"Een beter idee hebben van de blootstelling aan zwarte koolstof in verschillende gebieden is een kwestie van milieurechtvaardigheid", zegt Daniel Mendoza, onderzoeksassistent-professor in de atmosferische wetenschappen aan de Universiteit van Utah en hoofdauteur van het onderzoek. “De westkant van de Salt Lake Valley heeft een van de slechtste luchtkwaliteiten in de regio, deels omdat het het dichtst bij bronnen van vervuiling ligt, maar we missen het vermogen om de zwarte koolstofconcentraties nauwkeurig te meten. Het democratiseren van gegevens met betrouwbare en robuuste sensoren is een belangrijke eerste stap naar het beschermen van alle gemeenschappen tegen gevaarlijke luchtvervuiling."

Het onderzoek werd op 1 februari 2024 gepubliceerd in het tijdschrift Sensors .

In het donker

Zwarte koolstofverontreinigende stoffen zijn een soort fijne deeltjes (PM2,5), een klasse luchtdeeltjes die klein genoeg zijn om in de longen te worden ingeademd en in de bloedbaan te worden opgenomen. Zwarte koolstof is echt roet, dat wordt geproduceerd wanneer koolwaterstoffen niet volledig verbranden, en er is aangetoond dat het migreert naar het hart, de hersenen, foetaal weefsel en andere biologische systemen.

"De combinatie van toenemende bosbranden als gevolg van antropogene klimaatverandering en een gestage bevolkingsgroei langs het Wasatch Front in de komende decennia zal resulteren in nieuwe vervuilingsuitdagingen waarmee Utah te maken zal krijgen", zegt Erik Crosman, assistent-professor milieuwetenschappen aan de West Texas A&M University. en co-auteur van het onderzoek. "De draagbare MA350 'micro'-ethalometer zou kunnen worden gebruikt bij het bouwen van een beter ruimtelijk observatienetwerk van nauwkeurige maar goedkopere zwarte koolstofsensoren in de hele regio."

Hoewel uit onderzoek blijkt dat blootstelling aan zwarte koolstof 10 tot 25 keer gevaarlijker is voor de ademhalings- en cardiovasculaire gezondheid dan ander PM2,5, zijn de gezondheidsresultaten op de lange termijn grotendeels onbekend. Een nauwkeurig observatienetwerk is de eerste stap om het ziekterisico vast te stellen en een effectief volksgezondheidsbeleid te creëren. Deze studie, gefinancierd door de Salt Lake City Corporation, heeft tot doel regio's met een slechte luchtkwaliteit te helpen een basislijn voor de distributie van zwarte koolstof vast te stellen.

"Het is van cruciaal belang dat we onze metingen richten op het identificeren van de grootste en meest relevante bronnen van zwarte koolstof", zegt Drew Hill, co-auteur van het onderzoek en hoofd van datawetenschap en toegepast onderzoek bij AethLabs. "We hebben een functie toegevoegd die is geworteld in natuurkundige principes om realtime schattingen te geven van de hoeveelheid gemeten zwarte koolstof die wordt geproduceerd door de verbranding van fossiele brandstoffen versus houtverbranding, zodat onderzoekers en beleidsmakers dergelijke bronnen kunnen trianguleren."

Nadat de onderzoekers de nauwkeurigheid en regionale relevantie van de draagbare sensor hebben vastgesteld, meten de onderzoekers het zwarte koolstofniveau rond de Salt Lake Valley, inclusief testconcentraties in schoolgebouwen.

"Eerst moet je metingen doen. In sommige buurten kun je kijken naar de concentraties van de luchtkwaliteit en vervolgens kijken naar het aantal kanker- of andere ziekten in die buurt", zegt Mendoza, die ook adjunct-assistent-professor is bij de afdeling Longgeneeskunde. aan de Universiteit van Utah Health. "Door metingen met een hoge mate van nauwkeurigheid te verkrijgen, kunnen we nu echt nadenken over gezondheids- en beleidsmogelijkheden om de longgezondheid van iedereen echt te beschermen."

Meer informatie: Daniel L. Mendoza et al, Een langetermijnvergelijking tussen de AethLabs MA350 en Aerosol Magee Scientific AE33 Black Carbon Monitors in de Greater Salt Lake City Metropolitan Area, Sensoren (2024). DOI:10,3390/s24030965

Aangeboden door Universiteit van Utah