Исследователи разработали метод для идентификации источников загрязнения воздуха

Команда ученых из Университета Питтсбурга и Института исследований электроэнергетики (EPRI) собрала образцы выбросов из нескольких дымовых труб электростанций в США и разработала уникальный метод для определения изотопных сигнатур выбросов оксидов азота (NO_x) при различных конфигурациях. Эти изотопные "отпечатки пальцев" будут иметь ключевое значение для идентификации источников загрязнения воздуха по всей стране.

Выбросы NO_x образуются при сжигании ископаемого топлива, например, в двигателях внутреннего сгорания или на электростанциях. В атмосфере они смешиваются с органическими газами, образуя озон и твердые частицы — основные компоненты смога. Осаждаясь на поверхность, эти выбросы (в основном в форме нитратов) сохраняют измеримую изотопную сигнатуру. Однако до сих пор ученые не могли полностью интерпретировать эти сигнатуры, поскольку у них не было "отпечатков" различных источников выбросов NO_x.

Исследователи из Питтсбурга и EPRI разработали метод отбора проб выбросов NO_x из одного из таких источников — дымовых труб угольных электростанций — и измерения их изотопного состава. Отбор проб проводился на объектах с установленными и без передовых технологий снижения выбросов NO_x. Было обнаружено, что выбросы с электростанций, использующих такие технологии, имеют иное соотношение атома 15N в составе NO_x, чем выбросы станций без этих технологий или от других источников. Эта информация позволит ученым анализировать пробы отложений и точнее определять источники, вносящие вклад в депонированные продукты NO_x.

«Мы составляли карты изотопов продуктов осаждения оксидов азота по всей стране, — говорит руководитель исследования Эмили Эллиотт. — Эти "изокарты" можно интерпретировать только с помощью данных об изотопных сигнатурах, собранных в этом исследовании».

Исследователи модифицировали существующие методы Агентства по охране окружающей среды США (EPA) для сбора NO_x из дымовых труб. В лаборатории Эллиотт для изотопного анализа использовали бактерии, преобразующие нитрат в газообразную форму. Ранее такие аналитические подходы были трудоемкими и не позволяли проводить широкую характеристику изотопов нитратов в окружающей среде.

«Характеристика изотопной геохимии NO_x позволит исследователям определить, как различные источники и технологии контроля выбросов действительно влияют на качество воздуха», — отметила Стефани Шоу из EPRI.

Эти результаты в сочетании с данными по другим источникам NO_x позволят ученым анализировать, например, пробы дождя и определять, какая доля азота поступает от электростанций, а какая — от автомобилей, почвы или разрядов молний. В рамках пилотного исследования в Питтсбурге команда работает над определением изотопного состава оксидов азота и их источников в городской среде, что важно для оценки воздействия на здоровье человека.

С внедрением технологий контроля выбросов, таких как селективное каталитическое восстановление (SCR), выбросы NO_x от электростанций снизились более чем на 40% с 2005 года и почти на 70% с 1990 года. Ожидается, что их общий изотопный состав будет меняться, что повлияет и на изотопный состав азота в окружающей среде.

Исследование было опубликовано в мартовском номере журнала Environmental Science and Technology за 2012 год.