I sensori di qualità dell'aria per la ricerca sono costosi:circa $ 40, 000. Per le città che cercano di monitorare le proprie emissioni di gas serra, il costo può limitare il numero di sensori che possono installare e i dati che possono raccogliere.

Salvo che. . .

Dal 2014, l'Università dello Utah ha mantenuto suite di strumenti per la qualità dell'aria a livello di ricerca installati sui treni della metropolitana leggera che si muovono ogni giorno nella Valle del Lago Salato. Questi sensori mobili, i ricercatori stimano in un nuovo studio, coprire la stessa area di 30 sensori fissi, fornendo alla Salt Lake Valley un modo altamente conveniente per monitorare le sue emissioni di gas serra e colmare le lacune nelle stime delle emissioni. Lo studio è pubblicato su Scienze e tecnologie ambientali .

"I livelli di inquinamento nell'atmosfera cambieranno rapidamente nel prossimo decennio man mano che le tecnologie energetiche pulite verranno implementate, "dice Logan Mitchell, professore assistente di ricerca di scienze atmosferiche, e co-autore dello studio. "Il monitoraggio atmosferico conveniente aiuterà i responsabili politici a capire quali politiche portano a riduzioni dei livelli di inquinanti, dove c'è bisogno di maggiore attenzione, e se emergono disuguaglianze ambientali poiché alcune aree riducono le loro emissioni più velocemente di altre aree".

Portare lo spettacolo on the road

La storia del montaggio di sensori sui treni del sistema TRAX della Utah Transit Authority inizia nel 2009 con l'allora dottoranda Heather Holmes (ora professore associato di ingegneria chimica). Holmes ha installato un sensore di particolato su un treno, ma solo per un breve periodo di tempo.

Quando Mitchell è arrivato all'U come borsista post-dottorato nel 2013, ha discusso del rilancio del progetto di Holmes con i consulenti di facoltà Jim Ehleringer, illustre professore di biologia, e Giovanni Lin, professore di scienze atmosferiche e coautore del presente studio. Con il supporto di UTA, Mitchell ha condotto uno studio preliminare nel 2014.

Hanno prima testato i tubi di ingresso dell'aria posizionati fuori dal finestrino di una cabina di guida non occupata. "Ho notato che c'era un piccolo CO ₂ urtare ogni volta che il treno TRAX si è fermato in una stazione ferroviaria, " Mitchell dice. "Questo inizialmente mi ha confuso, ma mi sono reso conto che i tubi di ingresso che sporgevano dal finestrino del conducente stavano effettivamente captando la respirazione umana dalle persone in piedi sulla piattaforma del treno in attesa di salire sul treno!"

Il test è stato un successo, e Mitchell hanno collaborato con il gruppo di ricerca del professor John Horel per lanciare uno sforzo di ricerca a tutti gli effetti per monitorare la qualità dell'aria e i gas serra, questa volta con i sensori sul tetto del treno in modo che non vengano influenzati dalle persone in attesa sulle piattaforme del treno.

Ora il programma si è esteso a ulteriori linee TRAX e i finanziamenti statali in corso supportano il monitoraggio della qualità dell'aria mentre ulteriori finanziamenti dalla National Oceanic and Atmospheric Administration hanno supportato questo studio sulle emissioni di gas serra.

Misurazione delle emissioni dall'alto verso il basso

Lo studio valuta i sensori dell'aria TRAX come una misurazione dall'alto verso il basso delle emissioni di gas serra. Analisi "top-down" significa misurare la concentrazione atmosferica, e poi capire da dove provengono le emissioni. Un altro approccio, analisi "dal basso", inventaria tutte le possibili fonti di emissione e le somma per stimare il totale.

"Le misurazioni dall'alto verso il basso ci consentono di valutare se gli inventari delle emissioni dal basso verso l'alto sono accurati, "dice Derek Mallia, autore principale dello studio e ricercatore assistente professore di scienze atmosferiche. "Se un inventario delle emissioni è leggermente errato o manca una fonte di emissioni, l'approccio top-down ci offre un modo per capirlo".

I satelliti della NASA possono anche essere utilizzati per stimare le stime delle emissioni dall'alto verso il basso per le città di tutto il mondo, uno sforzo che anche Lin e il suo gruppo stanno perseguendo. "Queste misurazioni satellitari sono utili per valutare intere città e per le città prive di osservazioni a terra, "Lin dice, "ma i sensori basati su TRAX consentono una maggiore granularità nelle emissioni in tutta la città e possono integrare le osservazioni spaziali".

Le misurazioni dall'alto verso il basso di questo tipo su una vasta area possono concentrarsi su elementi particolari dell'inventario delle emissioni di una città per identificare i modi in cui l'inventario deve cambiare.

"Un esempio molto semplice di questo sarebbe guardare le emissioni su strada, " dice Mallia. I ricercatori hanno trovato sottostime delle emissioni su strada da inventari dal basso verso l'alto, che se osservato solo da un sensore fermo in prossimità di una singola strada principale suggerirebbe solo potenziali sottostime per quella particolare strada. Ma se le emissioni su strada vengono costantemente sottostimate su un'intera città, Mallia dice, "fondamentalmente, questo ci dice che non stiamo tenendo conto di qualcosa sulle emissioni su strada, generalmente. Questo potrebbe essere davvero importante da capire poiché sempre più persone iniziano a guidare veicoli elettrici a zero emissioni di scarico".

Mentre le città lavorano per ridurre le disuguaglianze ambientali, il monitoraggio mobile dell'aria può anche aiutare a monitorare se l'aria di alcune aree urbane sta migliorando più velocemente di altre, Mitchell aggiunge.

Un modello da seguire per le città

"Le misurazioni basate su TRAX, combinato con la rete di siti fissi, significa che Salt Lake City è una delle città meglio strumentate al mondo in termini di osservazioni sull'inquinamento, " dice Lin.

A conoscenza dei ricercatori, sensori di qualità dell'aria sono stati installati sulle piattaforme di trasporto pubblico solo in una manciata di città in Europa. Ma lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato in qualsiasi città con sistemi di metropolitana leggera simili:Portland, Oregon e Denver, Per esempio. Nelle città con sistemi ferroviari parzialmente o interamente sotterranei, i sensori potrebbero essere montati sugli autobus elettrici.

I risparmi sui costi di un tale approccio sono sbalorditivi. Un sensore mobile da ricerca che costa $ 40, 000, gli autori trovano, può coprire la stessa area di circa 30 sensori fissi che costano fino a $ 1,2 milioni.

"Ciò esclude la manodopera necessaria per mantenere una rete di 30 stazioni, che sarebbe immenso, " dice Mitchell. "Per farla breve, sulla base della nostra analisi preliminare, le misurazioni mobili semicontinue sui veicoli di trasporto pubblico sono una strategia molto conveniente per il monitoraggio delle emissioni nelle città."