Los sensores de calidad del aire de grado de investigación son costosos:alrededor de $ 40, 000. Para las ciudades que intentan controlar sus emisiones de gases de efecto invernadero, el costo puede limitar la cantidad de sensores que pueden instalar y los datos que pueden recopilar.

A no ser que. . .

Desde 2014, la Universidad de Utah ha mantenido conjuntos de instrumentos de calidad del aire de grado de investigación instalados en trenes ligeros que se mueven por todo el Valle de Salt Lake todos los días. Estos sensores móviles, los investigadores estiman en un nuevo estudio, cubren la misma área que 30 sensores estacionarios, proporcionando al Valle del Lago Salado una forma altamente rentable de monitorear sus emisiones de efecto invernadero y llenar los vacíos en las estimaciones de emisiones. El estudio se publica en Ciencia y tecnología ambiental .

"Los niveles de contaminantes en la atmósfera cambiarán rápidamente en la próxima década a medida que se implementen tecnologías de energía limpia, "dice Logan Mitchell, profesor asistente de investigación de ciencias atmosféricas, y coautor del estudio. "El monitoreo atmosférico rentable ayudará a los legisladores a comprender qué políticas conducen a reducciones en los niveles de contaminantes, donde debe haber más enfoque, y si están surgiendo desigualdades ambientales ya que algunas áreas reducen sus emisiones más rápido que otras áreas ".

Llevando el espectáculo a la carretera

La historia de montar sensores en los trenes del sistema TRAX de la Autoridad de Tránsito de Utah comienza en 2009 con la entonces estudiante de doctorado Heather Holmes (ahora profesora asociada de ingeniería química). Holmes instaló un sensor de material particulado en un tren, pero solo por un corto período de tiempo.

Cuando Mitchell llegó a la U como becario postdoctoral en 2013, habló sobre revivir el proyecto de Holmes con los asesores de la facultad Jim Ehleringer, distinguido profesor de biología, y John Lin, profesor de ciencias atmosféricas y coautor del presente estudio. Con el apoyo de UTA, Mitchell realizó un estudio preliminar en 2014.

Primero probaron colocaron tubos de entrada de aire por la ventana de la cabina de un conductor desocupada. "Noté que había un pequeño CO ₂ golpe cada vez que el tren TRAX se detuvo en una estación de tren, "Dice Mitchell." Esto me confundió inicialmente, ¡pero me di cuenta de que los tubos de entrada que sobresalen de la ventana del conductor en realidad estaban captando la respiración humana de las personas que estaban paradas en la plataforma del tren esperando para abordar el tren! "

La prueba fue un éxito, y Mitchell se asoció con el grupo de investigación del profesor John Horel para lanzar un esfuerzo de investigación completo para monitorear la calidad del aire y los gases de efecto invernadero, esta vez con los sensores en el techo del tren para que no se vean afectados por las personas que esperan en las plataformas del tren.

Ahora el programa se ha expandido a líneas TRAX adicionales y los fondos estatales en curso respaldan el monitoreo de la calidad del aire, mientras que fondos adicionales de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica respaldaron este estudio sobre las emisiones de gases de efecto invernadero.

Medición de emisiones de arriba hacia abajo

El estudio evalúa los sensores de aire TRAX como una medida de arriba hacia abajo de las emisiones de gases de efecto invernadero. El análisis "de arriba hacia abajo" significa medir la concentración atmosférica, y luego averiguar de dónde provienen las emisiones. Otro enfoque, análisis "de abajo hacia arriba", realiza un inventario de todas las posibles fuentes de emisiones y las suma para estimar el total.

"Las mediciones descendentes nos permiten evaluar si los inventarios de emisiones ascendentes son precisos, "dice Derek Mallia, autor principal del estudio y profesor asistente de investigación de ciencias atmosféricas. "Si un inventario de emisiones está un poco desfasado o falta una fuente de emisiones, el enfoque de arriba hacia abajo nos da una forma de averiguarlo ".

Los satélites de la NASA también se pueden utilizar para estimar estimaciones de emisiones de arriba hacia abajo para ciudades de todo el mundo, un esfuerzo que Lin y su grupo también están realizando. "Estas mediciones satelitales son útiles para evaluar ciudades enteras y para ciudades que carecen de observaciones terrestres, "Lin dice, "pero los sensores basados ​​en TRAX permiten una mayor granularidad en las emisiones en toda la ciudad y pueden complementar las observaciones basadas en el espacio".

Las mediciones de arriba hacia abajo de este tipo en un área grande pueden enfocarse en elementos particulares del inventario de emisiones de una ciudad para identificar las formas en que el inventario debe cambiar.

"Un ejemplo realmente simple de esto sería observar las emisiones en la carretera, ", Dice Mallia. Los investigadores encontraron subestimaciones de las emisiones en la carretera mediante inventarios ascendentes, lo cual, si lo observara solo un sensor estacionario cerca de una sola carretera principal, sugeriría solo posibles subestimaciones para esa carretera en particular. Pero si las emisiones en la carretera se subestiman constantemente en toda una ciudad, Mallia dice, "fundamentalmente, esto nos dice que no estamos contabilizando algo sobre las emisiones en la carretera, en general. Esto podría ser realmente importante de entender, ya que cada vez más personas comienzan a conducir vehículos eléctricos que tienen cero emisiones en el tubo de escape ".

A medida que las ciudades trabajan para reducir las desigualdades ambientales, El monitoreo del aire móvil también puede ayudar a monitorear si el aire de algunas áreas urbanas está mejorando más rápido que en otras, Mitchell agrega.

Un modelo a seguir para las ciudades

"Las mediciones basadas en TRAX, combinado con la red de sitios estacionarios, significa que Salt Lake City es una de las ciudades mejor instrumentadas del mundo en términos de observaciones de contaminación, "Dice Lin.

Según el conocimiento de los investigadores, Se han instalado sensores de calidad del aire en plataformas de transporte público en solo un puñado de ciudades de Europa. Pero el mismo enfoque podría usarse en cualquier ciudad con sistemas de tren ligero similares:Portland, Oregon y Denver, por ejemplo. En ciudades con sistemas ferroviarios que corren parcial o totalmente bajo tierra, los sensores se pueden montar en autobuses eléctricos.

Los ahorros de costos de tal enfoque son asombrosos. Un sensor móvil de grado de investigación que cuesta $ 40, 000, los autores encuentran, puede cubrir la misma área que alrededor de 30 sensores estacionarios que cuestan más de $ 1.2 millones.

"Esto excluye la mano de obra necesaria para mantener una red de 30 estaciones, que sería inmenso, ", Dice Mitchell." En pocas palabras, basado en nuestro análisis preliminar, Las mediciones móviles semicontinuas en vehículos de transporte público son una estrategia muy rentable para monitorear las emisiones en las ciudades ".