На протяжении более 15 лет китайское правительство инвестировало миллиарды долларов в очистку от смертельного загрязнения воздуха, уделяя особое внимание сокращению выбросов диоксида серы от угольных электростанций.
Эти усилия позволили сократить выбросы двуокиси серы, но случаи экстремального загрязнения по-прежнему являются обычным явлением в зимнее время, и, по оценкам экспертов, более 1 миллиона человек ежегодно умирают в Китае от загрязнения воздуха твердыми частицами.
Новое исследование Гарварда может объяснить, почему. Это показывает, что ключом к снижению экстремального загрязнения воздуха в зимнее время может быть сокращение выбросов формальдегида, а не диоксида серы.
Исследование опубликовано в Geophysical Research Letters.
«Мы показываем, что политика, направленная на сокращение выбросов формальдегида, может быть гораздо более эффективной для уменьшения сильной зимней дымки, чем политика, направленная только на сокращение только диоксида серы», - сказал Джонатан Мок, аспирант Гарвардского университета имени Джона А. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) и первый автор статьи. «Наше исследование указывает на способы более быстрой очистки воздуха от загрязнения. Это может помочь спасти миллионы жизней и направить миллиарды долларов инвестиций в сокращение загрязнения воздуха».
Moch также является филиалом факультета наук о Земле и планетах Гарварда.
Измерения в Пекине в дни с особенно высоким уровнем загрязнения воздуха твердыми частицами, известными как PM2.5, показали значительное увеличение содержания соединений серы, которые обычно интерпретируются как сульфаты. Основываясь на этих измерениях, правительство Китая сосредоточило внимание на сокращении выбросов диоксида серы (SO2), источника сульфата, в качестве средства снижения загрязнения воздуха. В результате этих усилий SO2 над восточным Китаем значительно уменьшилось с 2005 года. Проблема в том, что загрязнение воздуха твердыми частицами не шло по тому же пути.
Мок сотрудничал с аспирантом SEAS Элени Довроу и Фрэнком Койчем, профессором инженерных наук и атмосферных наук в Стонингтоне, а также профессором химии и химической биологии. Они обнаружили, что приборы, используемые для анализа частиц дымки, могут легко ошибочно принять соединения серы за сульфаты, хотя на самом деле они представляют собой молекулу, называемую гидроксиметансульфонатом (ГМС). ГМС образуется в результате реакции SO2 с формальдегидом в облаках или каплях тумана.
Используя компьютерное моделирование, исследователи продемонстрировали, что молекулы HMS могут составлять большую часть соединений серы, наблюдаемых в PM2,5 в зимней дымке, что может помочь объяснить постоянство случаев экстремального загрязнения воздуха, несмотря на сокращение SO 2.
«Включив эту упущенную из виду химию в модели качества воздуха, мы можем объяснить, почему количество чрезвычайно загрязненных дней в зимнее время в Пекине не увеличилось в период с 2013 по январь 2017 года, несмотря на значительный успех в сокращении выбросов диоксида серы», - сказал Мок. «Серно-формальдегидный механизм также может объяснить, почему прошлой зимой полиция, казалось, внезапно снизила экстремальное загрязнение. В течение той зимы значительные ограничения на выбросы SO2 впервые привели к тому, что концентрации стали ниже уровня формальдегида., и сделал SO2 ограничивающим фактором для производства HMS.
Основными источниками выбросов формальдегида в восточном Китае являются транспортные средства и крупные промышленные объекты, такие как химические и нефтеперерабатывающие заводы. Исследователи рекомендуют политикам сосредоточить усилия на сокращении выбросов из этих источников, чтобы уменьшить сильную дымку в районе Пекина.
Далее команда намерена напрямую измерить и количественно оценить HMS в пекинской дымке, используя модифицированные системы наблюдения. Команда также внедрит серо-формальдегидную химию в модель химии атмосферы, чтобы количественно оценить потенциальную важность серо-формальдегидной химии, которая создает HMS по всему Китаю.
«Наша работа предполагает ключевую роль этого пропущенного химического пути во время эпизодов сильного загрязнения в Пекине», - сказала Лоретта Дж. Микли, старший научный сотрудник SEAS.
Работа финансировалась за счет премии Гарвардско-Китайского проекта Гарвардского глобального института, стипендии Национального научного фонда и Фонда Роберта и Патриции Свитцер.