Studie zeigt, dass Heizöl für Privathaushalte eine direkte Sulfatquelle in der Winterluft von Fairbanks ist

Laut einer im Rahmen eines internationalen Wissenschaftsprogramms in der Gemeinde im Jahr 2022 durchgeführten Studie ist die Verwendung von Heizöl für Privathaushalte der Hauptverursacher der primären Sulfatverschmutzung in der Winterluft von Fairbanks.

Autoren einer aktuellen Forschung Papierveröffentlicht in ACS ES&T LuftSie schreiben, dass das Ergebnis zusammen mit anderen Programmergebnissen den Luftqualitätsmanagern bei der Entscheidung helfen wird, welche Verbesserungsmethoden sie anwenden sollen. Die Informationen können im Winter auch anderen städtischen Gebieten in hohen Breitengraden zugute kommen.

Professor William Simpson von der University of Alaska Fairbanks, Atmosphären-/Umweltchemiker und Co-Autor des Artikels, sagte, dass die Forschung voraussagt, dass eine Verringerung des primären Sulfats in der Luft wahrscheinlich bevorsteht.

„Die Feststellung, dass der größte Teil des Sulfatpartikels direkt emittiert wird, ist eine gute Nachricht, da das Primärsulfat zusammen mit den im September 2022 begonnenen Schwefelreduzierungen bei Heizöl sinken sollte“, sagte er.

Frühere Studien haben Wohnheizöl als Hauptquelle für Sulfatpartikel in der Luft von Fairbanks identifiziert, haben jedoch nicht angegeben, ob es durch direkte Emission von Wohnheizungen, sogenanntes primäres Sulfat, oder durch atmosphärische chemische Reaktionen nach der Abluft, genannt sekundäres Sulfat, entsteht.

Die neue Forschung ergab außerdem, dass die meisten primären Sulfatpartikel einen Durchmesser von weniger als 0,7 Mikrometern haben. Ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter. Ein Millimeter ist die Dicke von 10 Blatt handelsüblichem Kopierpapier.

Partikel mit einer Größe von 2,5 Mikrometern oder weniger, bekannt als PM2,5, verursachen nachweislich Atemwegserkrankungen und Herzbeschwerden bei Bewohnern von Gemeinden mit kaltem Wetter und schlechter Luftverteilung. Partikel mit einer Größe von weniger als 0,7 Mikrometer stellen ein größeres Risiko für die menschliche Gesundheit dar, da sie tiefer in den Körper eindringen können.

Die Autoren des Papiers schreiben, dass Primärsulfat während der Forschungskampagne 2022 im Durchschnitt 50 bis 74 % des gesamten Sulfats in der Winterluft von Fairbanks ausmachte. Der Rest entfiel auf sekundäres Sulfat.

Zu den 23 Co-Autoren des Papiers gehören drei von der University of Alaska Fairbanks: Simpson und außerordentlicher Professor Jingqiu Mao, ebenfalls Atmosphären-/Umweltchemiker; und die Doktorandin der Atmosphärenwissenschaften Meeta Cesler-Maloney. Simpson und Mao sind dem UAF Geophysical Institute und dem UAF College of Natural Science and Mathematics angeschlossen.

„Die wichtigste Erkenntnis ist, dass primäres Sulfat den Großteil des Sulfats ausmacht, insbesondere weil es in der kleinsten Größenkategorie so häufig vorkommt“, sagte Allison Moon, die Hauptautorin der Studie und Doktorandin, die Atmosphärenwissenschaften an der University of Washington studiert. „Das war unerwartet. Einige Studien gehen davon aus, dass primäres Sulfat im Vergleich zu sekundärem Sulfat, das nach der Emission in der Atmosphäre entsteht, vernachlässigbar ist.“

Die Forschung ist ein Bestandteil des Alaskan Layered Pollution and Chemical Analysis-Projekts (ALPACA) 2022.

Die US-Umweltschutzbehörde hat Fairbanks wegen anhaltender Verstöße gegen die Clean Air Act-Standards für PM2,5-Werte in die Kategorie „schwerwiegend“ eingestuft und mit Sanktionen gedroht. Die Gemeinde hat jahrelang verschiedene Methoden ausprobiert, um die Luftqualität in dem Teil des Fairbanks North Star Borough zu verbessern, der die Luftqualitätsstandards nicht erfüllt.

Die Untersuchung ergab, dass Sulfat – primär und sekundär – auch der zweitgrößte Verursacher von PM2,5 in Fairbanks ist und 15 bis 33 % der Gesamtmenge ausmacht, heißt es in der Forschungsarbeit. Es ist der zweitgrößte Rauch nach Holzrauch aus Raumheizungen.

Obwohl Holzrauch aus Raumheizungen den größten Beitrag zu PM2,5 leistet, ist dieser Rauch nur ein geringer Lieferant von atmosphärischem Sulfat. Beim Verbrennen von Holz entsteht Schwefeldioxid, die Vorstufe von Sulfat, das durch atmosphärische Prozesse entsteht, was laut dem Papier nur 4 % des Schwefeldioxids ausmacht, das bei der Verbrennung von Heizöl zur Raumheizung entsteht.

Moon und Kollegen analysierten Sulfatpartikel vom 18. Januar 2022 bis zum 25. Februar 2022 und sortierten die primären und sekundären Sulfatdaten nach Partikelgröße in drei Klassen. Das Team sammelte Filterproben in der Gegend von Fairbanks und sammelte zu Vergleichszwecken zwei Wochen lang Proben am relativ sauberen Standort Poker Flat Research Range nordöstlich von Fairbanks.

Eine Schlüsselfrage muss jedoch noch beantwortet werden: Führt eine Verringerung der primären Sulfatemissionen zu einer Verringerung der sekundären Sulfatemissionen?

Moon weist in der Forschungsarbeit darauf hin, dass die Umstellung auf Heizbrennstoff mit extrem niedrigem Schwefelgehalt wahrscheinlich die Emissionen von primärem Sulfat und Schwefeldioxid verringern würde, dass jedoch weitere Untersuchungen erforderlich seien, um zu verstehen, wie sich die Änderung auf die sekundäre Sulfatbildung und die Luftqualität insgesamt auswirken würde.

Moon fügte jedoch hinzu, dass extrem schwefelarmer Heizbrennstoff teurer sei und es „wichtig ist, die wirtschaftlichen Auswirkungen der gestiegenen Heizölkosten anzuerkennen, da diese finanzielle Belastung die Bewohner dazu veranlassen könnte, stärker auf die Holzverbrennung zu setzen und die Luftqualität insgesamt zu verschlechtern.“ „

Die Untersuchung bestätigte auch frühere Arbeiten des Alaska Department of Environmental Conservation, wonach Sulfat, das bei der Verbrennung von Kohle entsteht, nicht wesentlich zur Luftverschmutzung im Fairbanks-Verstoßgebiet beitrug. In dem Papier wird darauf hingewiesen, dass Kraftwerke im Raum Fairbanks Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt verbrennen und dass ihre Schornsteine ​​häufig Emission oberhalb der flachen Inversionsschicht ausstoßen.

Das ALPACA-Projekt zielt darauf ab, das Verständnis darüber zu verbessern, wie sich die Umweltverschmutzung bei Kälte und Dunkelheit verhält und wie sich die geschichtete Atmosphäre auf Umweltverschmutzungsereignisse auswirkt. Fast 50 Wissenschaftler aus den USA und Europa verbrachten Anfang 2022 sieben Wochen in Fairbanks, um die Luftqualität der Gemeinde im Winter zu untersuchen.