Carbon nâu và carbon đen phát thải từ động cơ tàu thủy chạy bằng dầu nhiên liệu nặng và dầu distillate: Tính chất quang học, phân bố kích thước và hệ số phát thải

Journal of Geophysical Research D: Atmospheres - Tập 123 Số 11 - Trang 6175-6195 - 2018
Joel C. Corbin1,2, Simone M. Pieber1, Hendryk Czech3, Marco Zanatta1,4, Gert Jakobi5,6, Dario Massabò7,8, Jürgen Orasche5,3,6, Imad El Haddad1, A. A. Mensah9, Benjamin Stengel10,5, Luka Drinovec11,12, Griša Močnik11,12, Ralf Zimmermann5,3,6, Andrê S. H. Prévôt1, M. Gysel1
1Laboratory of Atmospheric Chemistry, Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland
2Now at National Research Council Canada, Ottawa, Canada
3Joint Mass Spectrometry Centre, Chair of Analytical Chemistry, Institute of Chemistry, University of Rostock, Rostock, Germany
4Now at Alfred Wegener Institute, Bremerhaven, Germany
5Helmholtz Virtual Institute for Complex Molecular Systems in Environmental Health Neuherberg Germany
6Joint Mass Spectrometry Centre, Cooperation Group “Comprehensive Molecular Analytics”, Helmholtz Zentrum München, Neuherberg, Germany
7Department of Physics, University of Genoa, Genova, Italy
8INFN Sezione di Genova, Genova, Italy
9Institute for Atmospheric and Climate Science, ETH Zurich, Zurich, Switzerland
10Department of Piston Machines and Internal Combustion Engines, University of Rostock, Rostock, Germany
11Aerosol d.o.o, Ljubljana, Slovenia
12Now at Condensed Matter Physics Department Jožef Stefan Institute Ljubljana Slovenia

Tóm tắt

Tóm tắtBài báo này đã xác định thành phần hóa học và tính chất quang học của hạt bụi (PM) phát thải từ động cơ diesel hàng hải hoạt động trên dầu nhiên liệu nặng (HFO), dầu khí hàng hải (MGO) và dầu diesel (DF). Đối với cả ba loại nhiên liệu, khoảng 80% PM siêu nhỏ là hữu cơ (và sulfat, đối với HFO ở tải động cơ cao hơn). Các hệ số phát thải chỉ thay đổi nhẹ theo tải động cơ. Các hạt carbon đen bền (rBC) không dày đặc lớp phủ cho bất kỳ nhiên liệu nào; do đó, rBC được trộn bên ngoài với PM hữu cơ và sulfat. Đối với PM MGO và DF, các hạt rBC được phân bố lognormal theo kích thước (điểm mode ở drBC≈120 nm). Đối với HFO, có nhiều hạt rBC lớn hơn. Kết hợp nồng độ khối lượng rBC với các phép đo hấp thụ tại chỗ đã cho ra hệ số hấp thụ khối lượng rBC MACBC,780nm là 7.8 ± 1.8 m2/g ở 780 nm cho cả ba loại nhiên liệu. Bằng cách sử dụng các độ lệch dương của hệ số hấp thụ Ångström (AAE) so với đơn vị để xác định carbon nâu (brC), chúng tôi phát hiện ra rằng sự hấp thụ brC là không đáng kể với PM MGO hoặc DF (AAE(370,880 nm)≈1.0 ± 0.1) nhưng thường chiếm khoảng 50% tổng hấp thụ ở 370 nm đối với PM HFO. Ngay cả ở 590 nm, khoảng 20% tổng hấp thụ là do brC. Sử dụng hấp thụ tại 880 nm làm tham chiếu cho hấp thụ BC và chuẩn hóa theo khối lượng PM hữu cơ, chúng tôi đã thu được MACOM,370nm là 0.4 m2/g trong điều kiện hoạt động điển hình. Hơn nữa, chúng tôi đã tính toán chỉ số khúc xạ ảo là (0.045 ± 0.025)(λ/370nm)−3 cho PM HFO tại 370 nm>λ > 660 nm, lớn gấp hơn hai lần so với các khuyến nghị trước đó. Các mô hình khí hậu cần phải tính đến sự hấp thụ brC đáng kể này trong PM HFO.

Từ khóa

#carbon nâu #carbon đen #động cơ tàu thủy #dầu nhiên liệu nặng #dầu khí hàng hải #hạt bụi #tính chất quang học

Tài liệu tham khảo

10.5194/acp-7-1523-2007

10.1073/pnas.1205910109

10.1080/02786820500421521

10.5194/acp-14-1881-2014

10.1016/j.jaerosci.2004.12.001

10.5194/acp-13-9337-2013

10.5194/acp-10-1773-2010

10.1021/ef049736y

10.1021/es071686z

10.1021/acs.est.8b01764

10.1021/ac061249n

10.5194/amt-8-1965-2015

10.1021/acs.estlett.6b00488

10.1029/2002JD002898

10.1016/j.atmosenv.2009.04.059

10.1016/j.jaerosci.2009.04.002

10.1016/j.jaerosci.2004.09.004

10.1016/j.atmosenv.2007.10.042

10.1080/02786820601118398

10.1364/AO.50.002037

10.1029/2010JD014933

10.1016/j.ijthermalsci.2012.01.019

10.1080/02786826.2016.1205728

10.1080/02786820601055392

10.1080/02786826.2010.533215

10.1080/02786826.2010.539291

10.1021/es202525q

Laborde M., 2012, Black carbon physical properties and mixing state in the European megacity Paris, Atmospheric Chemistry and Physics, 12, 25,121

10.5194/amt-5-1031-2012

10.5194/amt-5-3077-2012

10.5194/acp-10-4207-2010

10.5194/acp-12-3985-2012

10.1029/2008JD011300

10.5194/acp-13-10535-2013

10.1021/cr5006167

10.5194/acp-7-5061-2007

10.1016/S0082-0784(00)80684-0

10.1016/j.oceaneng.2015.09.029

10.1080/02786820701422278

10.1002/2014GL062443

10.1038/ngeo2901

10.1080/02786826.2015.1047012

10.1021/acs.est.5b00211

10.1016/S0021-8502(98)00763-0

10.5194/acp-16-2359-2016

10.1016/j.jaerosci.2013.02.006

10.1016/j.atmosenv.2015.02.058

10.1080/02786820701199728

10.1016/j.jaerosci.2010.02.013

10.1016/j.apenergy.2015.05.115

10.1021/ef900975e

10.1371/journal.pone.0126536

10.1080/02786826.2015.1022248

10.5194/acp-13-8365-2013

10.5194/acp-17-5063-2017

10.1039/b908180a

10.1080/02786826.2016.1238033

10.1007/s00216-014-8408-1

10.1002/2016GL069786

10.1021/es702253m

10.1029/2006JD007076

10.1029/2008GL033968

10.1080/02786826.2015.1074978

Seinfeld J. H., 2012, Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change

10.1021/es502484z

10.1080/02786820701197078

10.1080/02786820117868

10.1080/02786826.2011.560909

10.1364/AO.42.003726

Stout S., 2016, Standard handbook oil spill environmental forensics: Fingerprinting and source identification

10.1007/s11356-016-6724-z

10.5194/amt-8-1701-2015

10.1073/pnas.0906548107

10.1002/2016JD024748

10.5194/acp-17-7965-2017

10.5194/acp-16-1433-2016

10.1038/ncomms15883

10.1016/j.atmosenv.2014.10.054

10.5194/acp-17-4229-2017

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Geophysical Research D: Atmospheres

Tập 123 Số 11

6175-6195

Thông tin tác giả