La combustione del carbone delle famiglie rurali emette gas reattivi di bromo e alogeni particolati. Processi diurni assistiti dalla luce solare, possibilmente coinvolgendo nitrato, attivare il particolato Br per produrre HOBr e BrCl. BrCl è anche prodotto dalla reazione di HOBr con Cl particolato durante il giorno e la notte. BrCl viene fotolizzato ad atomi di Cl e Br durante il giorno. I COV sono ossidati da atomi di Cl (principalmente su alcani) e atomi di Br (principalmente su aldeidi) per produrre ozono e aerosol secondari. Inoltre, Gli atomi di Br accelerano significativamente la deposizione di mercurio vicino alla sorgente. La foto di sfondo mostra il villaggio vicino e la posizione del sito di misurazione. Credito:Chenglong Zhang e Pengfei Liu; RCEE, CAS
Gli atomi di alogeno (Cl e Br) influenzano fortemente la composizione chimica dell'atmosfera. Dagli anni '70, gli scienziati hanno scoperto che questi atomi erano responsabili dell'esaurimento dell'ozono nella stratosfera e dell'ozono a livello del suolo dell'Artico. Nell'ultimo decennio, sta emergendo il riconoscimento che gli atomi di alogeno svolgono anche ruoli importanti nella chimica della troposferica e nella qualità dell'aria. Però, la conoscenza degli atomi di alogeno nelle regioni continentali è ancora incompleta.
"Nella troposfera, gli atomi di alogeno possono dare il via all'ossidazione degli idrocarburi che produce l'ozono, modificare la capacità ossidativa, perturbare il riciclaggio del mercurio ossidando il mercurio elementare (Hg 0 ) in una forma altamente tossica (HgII). Inoltre, Gli atomi di Cl possono rimuovere il metano, un agente climatico. La maggior parte degli studi precedenti nelle regioni continentali si è concentrata su due precursori del Cl, ClNO 2 e Cl 2 . Però, poco si sa sull'abbondanza e sul ruolo dei composti del bromo e di altre forme di alogeni fotoliable nella troposfera continentale inquinata, " ha detto Tao Wang, professore a contratto presso la Hong Kong Polytechnic University (HKPU).
Un team di ricercatori cinesi dell'HKPU, Università Fudan, Centro di ricerca di scienze eco-ambientali dell'Accademia cinese delle scienze, Università di Shandong e Università di Shandong Jianzhu, ha misurato una serie di gas alogeni reattivi e altre sostanze chimiche nell'inverno 2017 in un sito rurale inquinato nella provincia di Hebei, che spesso soffre di un grave inquinamento atmosferico in inverno. I dati sono stati analizzati dal team in collaborazione con scienziati della Colorado State University negli Stati Uniti, Istituto di Chimica Fisica Rocasolano del CSIC in Spagna, e Univ Lione, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, IRCELYON in Francia.
Hanno trovato concentrazioni sorprendentemente elevate di cloruro di bromo (BrCl), e altri gas alogeni reattivi. La concentrazione massima di BrCl è 10 volte maggiore del valore precedentemente misurato nell'Artico. "Per quello che ci risulta, solo uno studio precedente ha osservato BrCl in uno, su 50, pennacchio di centrali elettriche a carbone negli Stati Uniti. A parte quello, BrCl non era stato segnalato al di fuori delle regioni polari, " disse Xiang Peng, uno studente laureato presso HKPU. "La misurazione accurata dell'alogeno reattivo è molto impegnativa", ha aggiunto Weihao Wang, un altro studente allora laureato all'HKPU, "questi composti sono a basse concentrazioni, che richiede uno strumento sensibile per rilevare i loro segnali; sono anche difficili da quantificare a causa della difficoltà nel creare standard di calibrazione e nel ridurre potenziali interferenze da altre sostanze chimiche coesistenti nell'atmosfera e potenziali artefatti nell'ingresso del campionamento." Tuttavia, il team ha superato queste sfide tramite vari test in loco e post-misurazione.
Il team di ricerca ha trovato la forte evidenza che la combustione del carbone rurale era una delle principali fonti di alogeni reattivi rilevati analizzando la loro relazione con due traccianti della combustione del carbone (anidride solforosa e selenio), l'andamento diurno degli inquinanti atmosferici, e la pratica dell'uso dell'energia degli abitanti del villaggio. Hanno anche scoperto un importante processo chimico diurno, parzialmente dalla fotolisi del nitrato, che potrebbe convertire gli alogenuri di inserto in gas alogeni reattivi (HOBr e BrCl) in modo da sostenere le loro elevate concentrazioni diurne nonostante la breve durata di BrCl dalla foto-dissociazione della luce solare.
Il team ha quindi costruito un modello contenente la chimica in fase gassosa alogena più aggiornata e ha simulato l'impatto del BrCl fotolibile osservato, Cl 2 , ClNO 2 , Br 2 sulla capacità ossidativa che guida la produzione di inquinanti quali ozono e particolato. I loro risultati mostrano che BrCl ha contribuito per circa il 55% sia degli atomi di bromo (Br) che di cloro (Cl). Gli atomi di alogeno (da BrCl e altri alogeni fotoliabili) hanno aumentato l'abbondanza di ossidanti troposferici "convenzionali" (OH, HO 2 , e RO 2 ) del 26-73%, e una maggiore ossidazione degli idrocarburi di quasi un fattore due e la produzione netta di ozono del 55%. "Un così grande aumento dell'ossidazione potrebbe aumentare la produzione di aerosol organici e inorganici secondari, quali sono i componenti principali del PM che causa la foschia 2,5 nel nord della Cina. Gli atomi di Br da BrCl potrebbero anche accelerare la produzione e la deposizione della forma tossica del mercurio vicino alle regioni di origine, " ha aggiunto Tao Wang.
I ricercatori ritengono che l'impatto significativo dell'alogeno dimostrato nel loro sito possa esistere in altre aree in cui è prevalente la combustione incontrollata del carbone, come altre parti della Cina settentrionale, e in paesi come l'India e la Russia, che hanno un'ampia quota di carbone nel loro mix energetico. Richiedono ulteriori ricerche per comprendere meglio le fonti e l'estensione spaziale del ruolo della chimica degli alogeni nelle regioni continentali inquinate. Suggeriscono anche la necessità di controllare gli alogeni dalla combustione del carbone, oltre alla ben nota CO 2 , zolfo, azoto, particolato, e mercurio.
