Schwarzer Kohlenstoff

Chemisch ist Ruß oder BC Bestandteil von Feinstaub. Black Carbon besteht aus reinem Kohlenstoff in verschiedenen Formen verbunden. Es wird durch die unvollständige Verbrennung von fossilen Brennstoffen, Biodiesel, und Biomasse ausgebildet ist, und ist sowohl in anthropogenen oder natürlich vorkommende Ruß emittiert.

Schwarzer Kohlenstoff verursacht menschlichen Morbidität und vorzeitige Sterblichkeit.

In der Klimatologie Ruß ist ein Klimaantrieb Mittel. Schwarzer Kohlenstoff erwärmt die Erde durch Absorption von Wärme in der Atmosphäre und durch eine Verringerung der Albedo, die Fähigkeit, das Sonnenlicht reflektieren, als auf Schnee und Eis abgeschieden. Schwarzer Kohlenstoff bleibt in der Atmosphäre nur für mehrere Tage bis Wochen, während Kohlendioxid hat eine atmosphärische Lebensdauer von mehr als 100 Jahren.

Der Begriff Ruß ist auch in Bodenkunde und Geologie verwendet, unter Bezugnahme entweder atmosphärischen Ruß abgelagert oder schwarzem Kohlenstoff aus Vegetationsfeuer direkt eingearbeitet. Besonders in den Tropen, schwarzer Kohlenstoff in Böden wesentlich zur Fruchtbarkeit, wie es in der Lage, wichtige Pflanzennährstoffe absorbieren.

Überblick

Rauch oder Ruß war der erste Schadstoff als mit erheblichen Umweltauswirkungen noch eine der letzten, die von der zeitgenössischen Atmosphärenforschungsgemeinschaft untersucht werden erkannt werden. Faraday erkannt, dass Ruß wurde aus Kohlenstoff besteht und dass es durch die unvollständige Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen.

Ruß aus einer komplexen Mischung von organischen Verbindungen, die schwach absorbierenden sind im sichtbaren Spektralbereich und einem stark absorbierenden schwarzen Komponente, die verschiedentlich genannt wird "elementaren", "graphitische" oder "black carbon" zusammengesetzt. Der Begriff elementarem Kohlenstoff in Verbindung mit thermischen und naßchemische Bestimmungen und der Begriff graphitischen Kohlenstoff verwendet wurden auf das Vorhandensein von graphitartigen mikrokristallinen Strukturen in Ruß, wie durch Raman-Spektroskopie nachgewiesen. Der Begriff Ruß verwendet zu implizieren, dass diese Komponente Ruß ist in erster Linie für die Absorption von sichtbarem Licht verantwortlich. Der Begriff Ruß wird als Synonym sowohl für die elementare und graphitischen Anteile von Ruß verwendet. Es kann mit verschiedenen Typen von Vorrichtungen auf Basis von Absorption oder Streuung eines Lichtstrahls oder von Rauschmessungen abgeleitet, gemessen werden.

Frühe Versuche Minderungs

Die verheerenden Auswirkungen von Kohle Verschmutzung auf die menschliche Gesundheit und die Sterblichkeit in den frühen 1950er Jahren in London führte zu der UK Clean Air Act 1956. Diese Tat führte zu dramatischen Kürzungen von Ruß-Konzentrationen im Vereinigten Königreich, die durch ähnliche Verringerungen der US-Städten wie Pittsburgh gefolgt wurden und St. Louis. Diese Verringerungen wurden weitgehend durch den verringerten Einsatz von Braunkohle für den Hausbrand durch Schalten entweder auf "rauchfreien" Kohlen oder andere Formen der Kraftstoff, wie Heizöl und Erdgas erreicht. Die stetige Reduktion der Rauchbelastung in den Industriestädten Europas und USA verursacht eine Verschiebung im Forschungsschwerpunkt von Rußemissionen und die fast vollständige Vernachlässigung der Ruß als eine bedeutende Aerosolbestandteil, zumindest in den Vereinigten Staaten.

In den 1970er Jahren, aber eine Reihe von Studien im Wesentlichen das Bild verändert und gezeigt, dass Ruß sowie organische Russkomponenten weiterhin eine große Komponente in städtischen Aerosolen in den Vereinigten Staaten und Europa, die zu einer verbesserten Verminderung dieser Emissionen geführt werden. In den weniger entwickelten Regionen der Welt, wo es keine oder nur eingeschränkt Kontrollen Rußemissionen die Luftqualität weiter verschlechtern, da die Bevölkerung erhöht. Es wurde im Allgemeinen erst nach vielen Jahren, dass aus Sicht der globalen Wirkungen waren die Emissionen aus diesen Bereichen äußerst wichtig realisiert.

Einfluss auf die Erdatmosphäre

Die meisten der oben genannten Entwicklungen beziehen sich auf die Luftqualität in städtischen Umgebungen. Die ersten Hinweise auf die Rolle des schwarzen Kohlenstoffs in einem größeren, globalen Kontext kamen aus Studien über die Arctic Haze Phänomene. Schwarzer Kohlenstoff wurde in den arktischen Dunst Aerosole und in der Arktis Schnee identifiziert.

Im Allgemeinen kann Aerosolteilchen die Strahlungsbilanz führt zu einer Kühl- oder Erwärmungseffekt mit der Größe und dem Vorzeichen der Temperaturänderung weitgehend abhängig von Aerosol optische Eigenschaften, Aerosolkonzentration und der Albedo der Fahrbahn beeinflussen. Eine rein streu Aerosol wird Energie, die normalerweise durch das System Erde-Atmosphäre zurück in den Weltraum aufgenommen werden würde und führt zu einer Kühlwirkung zu reflektieren. Als ein eine absorbierende Komponente des Aerosols hinzufügt, kann es zu einer Erwärmung der Erde-Atmosphäre führen, wenn das Reflexionsvermögen der darunter liegenden Fläche ausreichend hoch ist.

Frühe Untersuchungen der Auswirkungen von Aerosolen auf atmosphärischen Strahlungstransfer auf globaler Ebene angenommen eine dominant Streuung Aerosol mit einer nur geringen absorbierende Komponente, da dies scheint eine gute Darstellung der natürlich vorkommenden Aerosolen. Jedoch, wie oben erläutert, haben städtische Aerosole einen großen schwarzen Kohlenstoffkomponente und wenn diese Teilchen auf globaler Ebene transportiert werden, dann würde man eine Wärmewirkung über Oberflächen mit hoher Oberflächen Albedo wie Schnee oder Eis erwartet. Außerdem, wenn diese Partikel im Schnee nieder eine zusätzliche Erhitzungseffekt auftreten würde, auf Abnahmen Bodenalbedo.

Messung und Modellierung der räumlichen Verteilung

Niveaus von Ruß werden häufig auf der Grundlage der Änderung der optischen Eigenschaften eines Faserfilters von abgeschiedenen Teilchen bestimmt. Entweder Filtertransmittanz Filter Reflexion oder einer Kombination aus Durchlässigkeit und Reflexionsvermögen wird gemessen. Aethalometer sind häufig verwendete Geräte, die optisch die Änderung der Absorption von Licht durch einen Filter-Ticket übertragen zu erkennen. Ein Multiangle-Absorptionsphotometer berücksichtigt sowohl Durch- und Auflicht. Alternative Methoden beruhen auf satellitenbasierte Messungen der optischen Dicke für große Flächen oder in jüngerer Zeit auf spektrale Rauschanalyse für sehr lokalen Konzentrationen.

In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren wurden überraschend große ebenerdig Konzentrationen von Ruß in der gesamten westlichen Arktis beobachtet. und Modellierungsstudien zeigten, dass sie einer Erwärmung über Polareises führen. Einer der großen Unsicherheiten bei der Modellierung der Auswirkungen des arktischen Dunst auf der solaren Strahlungsbilanz war begrenzt Kenntnis der vertikalen Verteilung von Ruß.

Während 1983 und 1984 im Rahmen der NOAA AGASP Programm wurden die ersten Messungen dieser Ausschüttungen in der arktischen Atmosphäre mit einem Aethalometer, die die Fähigkeit zur Messung der Ruß auf einer Echtzeitbasis aufwies. Diese Messungen zeigten erhebliche Konzentrationen von Ruß in der gesamten westlichen arktischen Troposphäre einschließlich den Nordpol gefunden. Die Vertikalprofile zeigten entweder eine stark Schichtstruktur oder eine fast gleichmäßige Verteilung von bis zu acht Kilometern mit Konzentrationen innerhalb Schichten so groß wie die in Bodennähe in typischen mittleren Breiten städtischen Gebieten in den Vereinigten Staaten gefunden. Die Absorptions optischen Tiefen mit diesen Vertikalprofile zugeordnet waren groß, wie durch eine Vertikalprofil über die norwegischen Arktis, wo die Absorption optische Tiefe von 0,023 bis 0,052 nachgewiesen wurden jeweils für externe und interne Mischungen von Ruß mit den anderen Aerosolkomponenten berechnet.

Optical Tiefen dieser Größenordnungen führen zu einer erheblichen Änderung der Solarstrahlungsbilanz über die hochreflektierende arktischen Schneeoberfläche während der März-April Zeitrahmen dieser Messungen modelliert die Arktis Aerosol für eine Absorptions optische Tiefe von 0,021, unter wolkenfreien Bedingungen. Diese Erwärmung Effekte wurden zu der Zeit als potentiell gesehen eine der wichtigsten Ursachen der Erwärmung der Arktis Trends im Archiv des Ministeriums für Energie, Basic Energy Sciences Leistungen beschrieben.

Präsenz in Böden

Bis zu 30% des Gesamtkohlenstoffs in Böden gespeichert ist, durch Ruß bei. Speziell für tropischen Böden Ruß dient als Reservoir für Nährstoffe. Experimente zeigten, dass Böden, ohne große Mengen an Ruß sind deutlich weniger fruchtbar als Böden, die Ruß enthalten. Ein Beispiel für diese erhöhte Bodenfruchtbarkeit sind die Terra Preta Böden der zentralen Amazonas, die vermutlich vom Menschen verursachten durch präkolumbianischen einheimische Bevölkerung sind. Terra Preta Böden im Durchschnitt dreimal höher Gehalt an organischer Substanz, höheren Nährstoffgehalt und eine bessere Nährstoffrückhaltevermögen als die umgebenden unfruchtbaren Böden. In diesem Zusammenhang ist die Brandrodung landwirtschaftlicher Praxis in tropischen Regionen verwendet wird, nicht nur die Produktivität zu steigern durch Freisetzung von Nährstoffen aus dem verbrannten Vegetation, sondern auch durch Zugabe von Ruß auf den Boden. Dennoch für eine nachhaltige Bewirtschaftung, ein Schrägstrich-und-char Praxis wäre besser, um eine hohe CO2-Emissionen und flüchtige Ruß zu verhindern. Darüber hinaus sind die positiven Effekte dieser Art der Landwirtschaft entgegengewirkt, wenn für große Flecken verwendet, so dass die Bodenerosion nicht durch die Vegetation verhindert.

Emissionsquellen

Nach Region

Die Industrieländer waren einmal die primäre Quelle von Rußemissionen, aber das begann in den 1950er Jahren mit der Verabschiedung des Umweltschutztechnologien in diesen Ländern ändern. Während die Vereinigten Staaten emittiert rund 21% der weltweiten CO2 emittiert es 6,1% der weltweit Ruß. Die Europäische Union und die Vereinigten Staaten könnte weiter zu reduzieren ihre Rußemissionen durch beschleunigte Umsetzung von Ruß Vorschriften, die derzeit in Kraft treten im Jahr 2015 oder 2020 und durch die Unterstützung der Annahme anhängiger International Maritime Organization Vorschriften. Bestehende Regelungen könnten auch erweitert werden, um die Verwendung von Clean Diesel und saubere Kohletechnologien zu erhöhen und die Technologien der zweiten Generation zu entwickeln.

Heute ist die Mehrheit der Rußemissionen sind aus den Entwicklungsländern, und dieser Trend wird voraussichtlich weiter steigen. Die größten Quellen von Ruß sind Asien, Lateinamerika und Afrika. China und Indien zusammen einen Anteil von 25-35% der weltweiten Rußemissionen. Rußemissionen aus China verdoppelte sich von 2000 bis 2006 bestehende und bewährte Technologien, die von den Industrieländern, wie zum Beispiel Clean Diesel und saubere Kohle verwendet wird, könnte die Entwicklungsländer übertragen werden, um ihre Emissionen zu reduzieren.

Rußemissionen höchsten sind in und um wichtige Quelle Regionen. Dies führt zu regionalen Hotspots atmosphärischer Solarthermie aufgrund Ruß. Hotspot-Bereiche umfassen:

  • Die Indo-Ganges-Ebene von Indien
  • Ostchina
  • die meisten von Südostasien und Indonesien
  • äquatorialen Regionen Afrikas
  • Mexiko und Mittelamerika
  • die meisten von Brasilien und Peru in Südamerika.

Etwa drei Milliarden Menschen leben in diesen Hotspots.

Durch Quelle

Etwa 20% der schwarzen Kohlenstoff aus der Verbrennung von Biokraftstoffen, die aus fossilen Brennstoffen emittiert, 40% und 40% von der offenen Verbrennung von Biomasse. Ähnlich schätzt der Quellen der Rußemissionen wie folgt:

  • 42% Offene Verbrennung von Biomasse
  • 18% Wohn Biokraftstoffen mit herkömmlichen Technologien verbrannt
  • 14% Dieselmotoren für Transport
  • 10% Dieselmotoren für den industriellen Einsatz
  • 10% Industrielle Prozesse und Stromerzeugung, in der Regel von kleineren Kesseln
  • 6% Wohnen Kohle mit herkömmlichen Technologien verbrannt

Schwarze Kohlenstoffquellen variieren je nach Region. Zum Beispiel die Mehrheit der Rußemissionen in Südasien sind auf Koch Biokraftstoff, während in Ostasien, Kohleverbrennung für private und industrielle Anwendungen eine größere Rolle spielt. In Westeuropa scheint Traffic auf die wichtigste Quelle sein, da hohe Konzentrationen fallen mit Nähe zu den Hauptstraßen oder die Teilnahme für den Verkehr.

Fossiler Brennstoffe und Biomasse Ruß haben deutlich größere Mengen an Ruß als Klima-Kühl Aerosole und Feinstaub, was Verringerungen dieser Quellen besonders leistungsfähige Minderungsstrategien. Zum Beispiel Emissionen aus den Dieselmotoren und Schiffen einen höheren Gehalt an Ruß im Vergleich zu anderen Quellen. Regel Rußemissionen von Dieselmotoren und Schiffen stellt daher eine bedeutende Chance, die globale Erwärmung Auswirkungen Ruß zu reduzieren.

Biomasseverbrennung strahlt größere Mengen an klimaKühl Aerosole und Feinstaub als Ruß, was zu kurzfristigen Abkühlung. Doch im Laufe der langfristigen, Verbrennung von Biomasse kann eine Netto-Erwärmung verursachen, wenn die CO2-Emissionen und die Entwaldung berücksichtigt. Verringerung der Biomasse-Emissionen wäre daher verringern die globale Erwärmung in der langfristigen und bieten Co-Vorteile reduzierter Luftverschmutzung, CO2-Emissionen und Entwaldung. Es wurde geschätzt, dass durch die Umstellung auf Slash-and-Saibling aus Schrägstrich-und-brennen Landwirtschaft, der Biomasse in Asche mit offenem Feuer, die Ruß und Treibhausgase frei dreht, 12% der durch Landnutzungsänderungen verursachten anthropogenen Kohlendioxid-Emissionen reduziert werden konnte pro Jahr, was etwa 0,66 Gt CO2-eq. pro Jahr, oder 2% der jährlichen weltweiten CO2-eq-Emissionen.

Auswirkungen

Schwarzer Kohlenstoff ist eine Form von ultrafeinen Partikeln, die, wenn sie in die Luft freigesetzt verursacht vorzeitigen menschlichen Sterblichkeit und Invalidität. Darüber hinaus ändert atmosphärischen Ruß die Strahlungsenergiebilanz des Klimasystems in einer Weise, Luft- und Oberflächentemperaturen erhöht, was zu einer Vielzahl von schädlichen Umweltauswirkungen auf den Menschen, auf die Landwirtschaft und auf pflanzlichen und tierischen Ökosysteme.

Öffentliche Gesundheitsauswirkungen

Feinstaub ist das schädlich für die öffentliche Gesundheit aller Luftschadstoffe in Europa. Schwarzer Kohlenstoff Feinstaub enthält sehr feine Karzinogene und ist daher besonders schädlich.

Es wird geschätzt, dass von 640.000 auf 4,9 Millionen vorzeitige menschlichen Todesfälle jährlich verhindert werden könnten durch die Nutzung zur Verfügung Minderungsmaßnahmen zu Ruß in der Atmosphäre zu reduzieren.

Menschen sind den Ruß durch Einatmen von Luft in der unmittelbaren Umgebung des lokalen Quellen ausgesetzt sind. Wichtige Innenquellen gehören Kerzen und Verbrennung der Biomasse in der Erwägung, Verkehr und gelegentlich von Waldbränden sind die wichtigsten Outdoor-Quellen von Ruß Exposition. Konzentrationen von Ruß stark ab mit zunehmenden Abstand von Quellen, die sie eine atypische Komponente Feinstaub macht. Dies macht es schwierig, um die Exposition von Populationen zu schätzen. Bei Partikeln epidemiologische Studien haben sich traditionell auf einzelnen festen Ort-Messungen oder abgeleiteten Wohnkonzentrationen herangezogen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass so viel Ruß wird im Verkehr und an anderen Stellen, wie an der Heimatadresse eingeatmet. Hohe Spitzenkonzentrationen werden bei Autofahren aufgetreten. Hoch im Fahrzeug Konzentrationen von Ruß wurden mit dem Fahren während der Stoßzeiten, auf Autobahnen und in dichtem Verkehr gebracht worden.

Selbst relativ niedrigen Expositionskonzentrationen von Black Carbon haben eine entzündungshemmende Wirkung auf die Atemwege von Kindern.

Die gesundheitlichen Vorteile der Verringerung der Menge von Ruß und anderen Partikeln wird seit Jahren erkannt worden. Bestehen jedoch hohe Konzentrationen in Bereichen Industrialisierung in Asien und in den städtischen Gebieten im Westen wie Chicago. Die WHO schätzt, dass die Luftverschmutzung verursacht fast zwei Millionen vorzeitige Todesfälle pro Jahr. Durch die Reduzierung Ruß, ein Hauptbestandteil von Feinstaub, werden die Gesundheitsrisiken durch Luftverschmutzung zurückgehen. In der Tat haben die Gesundheit der Bevölkerung Vorrücken in die zu vielen Bemühungen, solche Emissionen zu verringern, beispielsweise von Dieselfahrzeugen und Kochherde gegeben.

Klimafolgen

Unmittelbare Wirkung Schwarze Kohlenstoffpartikel direkt Sonnenlicht absorbieren und reduzieren die planetare Albedo, wenn in der Atmosphäre ausgesetzt.

Semi-direkte Wirkung Schwarzkohle absorbiert einfallenden Sonnenstrahlung, stören die Temperatur Struktur der Atmosphäre, und Einfluss Wolkendecke. Sie können entweder erhöhen oder verringern Wolkendecke unter verschiedenen Bedingungen.

Schnee / Eis-Albedo-Effekt, wenn auf hohe Albedo Oberflächen wie Eis und Schnee abgelagert, reduzieren schwarzen Kohlenstoffpartikeln die Gesamt Bodenalbedo Verfügung Sonnenenergie zurück ins All reflektieren. Kleine Anfangs Schnee-Albedo Reduktion kann eine große zwingen müssen wegen eines positiven Rückmeldungen: Reduzierte Schnee-Albedo würde Oberflächentemperatur zu erhöhen. Die erhöhte Oberflächentemperatur würde die Schneedecke zu verringern und Bodenalbedo weiter zu erhöhen.

Indirekter Effekt Schwarz Kohlenstoff können auch indirekt Änderungen in der Absorption oder Reflexion der Sonnenstrahlung verursachen, durch Änderungen der Eigenschaften und das Verhalten von Wolken. Forschung für die Veröffentlichung in 2013 geplant zeigt Ruß eine Rolle spielt, an zweiter Stelle nach Kohlendioxid im Klimawandel. Effekte sind komplex, die sich aus einer Vielzahl von Faktoren, aber aufgrund der kurzen Lebensdauer von Ruß in der Atmosphäre, etwa eine Woche im Vergleich zu Kohlendioxid, die letzten Jahrhunderte, die Kontrolle über schwarz Carbon bietet mögliche Chancen für eine Verlangsamung oder gar umzukehren, Klimawandel.


Strahlungsantrieb

Die Schätzungen der weltweit Ruß der gemittelten direkten Strahlungsantrieb variieren von der IPCC Schätzung von + 0,34 Watt pro Quadratmeter ± 0,25, auf eine neuere Schätzung von V. Ramanathan und G. Carmichael von 0,9 W / m.

Der IPCC auch geschätzt, die global gemittelte Schnee-Albedo-Effekt des schwarzen Kohlenstoffs bei 0,1 ± 0,1 W / m.

Auf der Grundlage der IPCC-Einschätzung, wäre es vernünftig zu schließen, dass die kombinierten direkten und indirekten Schnee-Albedo-Effekte für Ruß Rang als drittgrößter Beitragszahler, global gemittelten positiven Strahlungsantrieb seit der vorindustriellen Zeit. Zum Vergleich: Die neueren direkte Strahlungsantrieb Schätzung Ramanathan und Carmichael würde man zu dem Schluss, dass Ruß hat dazu beigetragen, die zweitgrößte weltweit gemittelten Strahlungsantriebs nach Kohlendioxid und dass der Strahlungsantrieb von Ruß ist "so viel wie 55% der CO2-Antrieb und ist größer als die zwingt aufgrund der anderen Treibhausgase wie CH4, FCKW, N2O oder bodennahes Ozon. "

Tabelle 1: Schätzungen der Black Carbon Strahlungsantrieb durch Effect

Tabelle 2: Geschätzte Klima Antriebe

Auswirkungen auf die arktische Eis und Himalaya-Gletscher

Laut IPCC, "das Vorhandensein von Ruß auf stark reflektierende Oberflächen wie Schnee und Eis, oder Wolken, kann eine signifikante positive Strahlungs verursachen zwingen." Der IPCC stellt außerdem fest, dass die Emissionen aus Biomasseverbrennung, die in der Regel einen negativen Strahlungsantrieb , haben eine positive zwingt über Schneefelder in Bereichen wie den Himalaya.

Laut Charles Zender von der University of California, Irvine, ist Ruß ein wichtiger Faktor für die arktischen Eis-Schmelze und Reduzierung dieser Emissionen kann "der effizienteste Weg zur Erwärmung der Arktis, die wir kennen zu mildern" zu sein. Die "Klimaantrieb durch Schnee / Eis-Albedo-Änderung ist in der Größenordnung von 1,0 W / m bei mittleren und hohen Breiten Landgebiete in der nördlichen Hemisphäre und über den Arktischen Ozean." Die "Ruß Wirkung auf Schnee-Albedo verantwortlich sein können für ein Viertel der beobachteten globalen Erwärmung. "" Rußabscheidung erhöht Oberflächenschmelz auf Eismassen und das Schmelzwasser Sporen mehrere Strahlungs- und dynamische Rückkopplungsprozesse, die Eis-Zerfall zu beschleunigen ", so die NASA Wissenschaftler James Hansen und Larissa Nazarenko. Als Ergebnis dieser Feedback-Prozess, "BC auf Schnee wärmt die Erde etwa drei Mal mehr als eine gleiche Antrieb von CO2." Als schwarze Kohlenstoffkonzentrationen in der Arktis Erhöhung während der Winter und Frühling durch Arctic Haze, Oberflächentemperaturen Anstieg um 0,5 ° C. Rußemissionen deutlich auf arktischem Eis-Schmelze, die kritisch ist, weil "nichts Klima treffender als" Tipping Point "als die 0 ° C Grenze, die gefrorenen trennt sich von flüssigem Wasser der hellen, reflektierenden Schnee und Eis von beschriebenen beitragen die dunkle, wärmeaufnehmenden Ozean. "

Rußemissionen aus nördlichen Eurasien, Nordamerika und Asien haben den größten Einfluss auf die absolute Erwärmung der Arktis. Allerdings haben Rußemissionen tatsächlich innerhalb des Polar auftretenden überproportional größeren Einfluss pro Partikel auf Erwärmung der Arktis als Emissionen Ursprung anderswo. Wie das arktische Eis schmilzt und Versand Aktivität steigt, Emissionen mit Ursprung in der Arktis werden voraussichtlich steigen.

In einigen Regionen, wie zum Beispiel den Himalaya, können die Auswirkungen von Ruß beim Schmelzen Schneedecke und Gletscher gleich der von CO2 sein. Wärmere Luft aus dem Vorhandensein von Ruß in Süd- und Ostasien über den Himalaya resultierenden trägt zu einer Erwärmung von etwa 0,6 ° C. Eine "Analyse der Temperaturtrends auf der tibetischen Seite des Himalayas enthüllt Erwärmung von mehr als 1 ° C." Ein Sommer Aerosolabscheidung auf einem Gletscher Sattel des Berges Everest im Jahr 2003 zeigte, industriell induzierte Sulfat aus Südasien kann überqueren die stark erhöhten Himalaya. Dies zeigte, BC in Südasien könnte auch die gleiche Transportmodus. Und diese Art von Signal wurde möglicherweise in zu einem BC Überwachungsstelle im Hinterland von Tibet entdeckt. Schnee Probenahme und Messung vorgeschlagen BC abgeschieden in einigen Himalaya-Gletscher können die Oberfläche Albedo von 0,01 bis 0,02 zu reduzieren. BC Datensatz basierend auf einer flachen Eiskern aus dem Osten Rongbuk-Gletscher gebohrt zeigte einen dramatischen zunehmenden Trend der BC-Konzentrationen im Eis Stratigraphie seit den 1990er Jahren, und simulierte durchschnittliche Strahlungs im Jahr 2002. Diese große Erwärmung Forcen von BC verursacht wurde fast 2 W / m Trend ist die vorgeschlagene ursächlicher Faktor für die Beschleunigung der Rückzug der Gletscher im Himalaja, die Frischwasserversorgung und Ernährungssicherheit in China und Indien droht. Eine allgemeine Verdunkelung Trend in der Mitte der Himalaya Gletscher von MODIS Daten seit dem Jahr 2000 ergab, konnten teilweise an schwarzen Kohlenstoff und lichtabsorbierende Verunreinigungen wie Staub im Frühling zurückzuführen.

Erderwärmung

In seinem Bericht von 2007 schätzte die IPCC zum ersten Mal die direkte Strahlungsantrieb von schwarzem Kohlenstoff aus Emissionen aus fossilen Brennstoffen bei + 0,2 W / m², und die Strahlungsantrieb von Ruß durch seine Wirkung auf der Oberfläche Albedo von Schnee und Eis auf eine zusätzliche + 0,1 W / m². Neuere Studien und öffentlichen Aussagen von vielen der gleichen Wissenschaftler des IPCC-Bericht Einschätzung zitiert, die Emissionen von Ruß sind die zweitgrößten Beitrag zur globalen Erwärmung nach der Kohlendioxid-Emissionen, und dass die Reduzierung dieser Emissionen kann die schnellste Strategie zur Verlangsamung Klima sein ändern.

Seit 1950 haben viele Länder deutlich reduziert Rußemissionen, vor allem aus fossilen Energieträgern, vor allem für die öffentliche Gesundheit eine bessere Luftqualität zu verbessern, und in der ganzen Welt "Technologie für eine drastische Reduzierung der Nutzung fossiler Brennstoffe im Zusammenhang BC vorhanden ist".

Relativ kurze Lebensdauer gegeben schwarzen Kohlenstoffs, die Verringerung der Rußemissionen würde Erwärmung innerhalb von Wochen zu reduzieren. Da Ruß bleibt in der Atmosphäre nur für ein paar Wochen, kann die Verringerung der Rußemissionen am schnellsten mittels Verlangsamung des Klimawandels in der nahen Zukunft sein. Kontrolle von Ruß, insbesondere von fossilen Brennstoffen und Biomasse-Quellen, ist sehr wahrscheinlich die schnellste Methode der Verlangsamung der globalen Erwärmung in der unmittelbaren Zukunft sein und erhebliche Kürzungen bei den Rußemissionen könnten die Folgen des Klimawandels für ein Jahrzehnt oder zwei verlangsamen . Verringerung der Rußemissionen könnte dazu beitragen, dass das Klimasystem aus vorbei an den Kipp-Punkte für abrupte Klimaänderungen, einschließlich signifikanter Anstieg des Meeresspiegels aus dem Schmelzen des Grönland und / oder antarktischen Eisschilde.

"Emissionen von Ruß sind die zweitstärkste Beitrag zur aktuellen globalen Erwärmung nach Kohlendioxid-Emissionen". Berechnung der Ruß kombiniert Klimaantrieb bei 1,0 bis 1,2 W / m², die "so viel wie 55% der CO2 gezwungen ist und größer ist als der zwingt aufgrund der anderen, wie CH4, FCKW, N2O oder Ozon in der Troposphäre." Andere Wissenschaftler schätzen die Gesamtgröße von Ruß zu zwingen zwischen + 0,2 und 1,1 W / m² mit unterschiedlichen Reichweiten aufgrund von Unsicherheiten. Dies vergleicht sich mit Klimaantrieb Schätzungen von 1,66 W / m für CO2 und 0,48 W / m² für CH4 des IPCC. Darüber hinaus ist Ruß zwingen zwei bis drei Mal so effektiv bei der Steigerung Temperaturen in der Nordhalbkugel und der Arktis als gleichwertige zwingen Werte von CO2.

Jacobson berechnet, dass die Reduzierung fossiler Brennstoffe und Biomasse Rußpartikel würden etwa 40% der beobachteten globalen Erwärmung Netto beseitigen. Neben Ruß, fossilen Brennstoffen und Biomasse Ruß enthalten, Aerosole und Feinstaub, die den Planeten zu kühlen durch die Reflexion der Sonnenstrahlung von der Erde entfernt. Wenn die Aerosole und Feinstaub bilanziert werden, sind fossile Brennstoffe und Biomasse Ruß steigenden Temperaturen von etwa 0,35 ° C.

Schwarzkohle allein wird geschätzt, dass eine 20-jährige Treibhauspotenzial von 4470 zu haben, und ein 100 Jahre GWP von 1,055-2,240. Fossile Brennstoffe Ruß, als Folge der Vermischung mit Kühl Aerosole und Feinstaub, eine niedrigere 20-jährigen GWP von 2530 und einer 100 Jahre GWP von 840-1,280.

Die Integrated Assessment von Black Carbon und bodennahem Ozon im Jahr 2011 vom Umweltprogramm und die Weltorganisation für Meteorologie der Vereinten Nationen veröffentlicht berechnet, dass Schneid Ruß, zusammen mit Ozon in der Troposphäre und deren Vorläufer, Methan, kann die Rate der globalen Erwärmung auf die Hälfte und die Geschwindigkeit zu reduzieren der Erwärmung in der Arktis um zwei Drittel, in Kombination mit CO2-Schnitte. Durch Trimmen "peak Erwärmung", wie Schnitte aktuellen globalen Temperaturanstieg unter 1,5 C über 30 Jahren und unter 2 C für 60 Jahre bei CO2-Kürzungen zu halten, in Verbindung. Siehe Tabelle 1 auf Seite 9 des UNEP-WMO-Bericht.

Die Reduktion von CO2 sowie SLCFs konnte globalen Temperaturanstieg unter 1,5 ˚C bis 2030 zu halten und unter 2 C bis 2070 CO2 unter der Annahme, auch geschnitten. Finden Sie in der Grafik auf Seite 12 des UNEP-WMO-Bericht.

Steuerungstechnologien

Ramanathan stellt fest, dass "entwickelten Nationen haben ihre Rußemissionen aus fossilen Quellen um einen Faktor von 5 oder mehr seit 1950. Somit kann für eine drastische Reduzierung der Nutzung fossiler Brennstoffe im Zusammenhang Ruß besteht die Technik reduziert."

Jacobson glaubt, dass "Iven richtigen Bedingungen und Anreize, können umweltschädliche Technologien schnell auslaufen out. In einigen Kleinanwendungen, werden Gesundheit und Convenience solchen Übergang, wenn eine erschwingliche, zuverlässige Alternativen zur Verfügung stehen zu fahren. Für andere Quellen, wie Fahrzeugen oder Kohlekessel kann Regulierungskonzepte erforderlich, um entweder den Übergang zur bestehenden Technologie oder die Entwicklung neuer Technologien anstoßen werden. "

Hansen heißt es: "Technologie ist in Reichweite, die erheblich reduzieren könnte Ruß, die Wiederherstellung Schnee-Albedo, um in der Nähe von unberührten Werte, während die mehrere andere Vorteile für Klima, menschliche Gesundheit, die Produktivität in der Landwirtschaft und Umwelt Ästhetik. Bereits Rußemissionen aus Kohle sinken in vielen Regionen mit Übergang von kleinen Nutzer Kraftwerke mit Gaswäscher. "

Jacobson schlägt Konvertieren "Fahrzeuge aus fossilen Brennstoffen, um elektrische, Plug-in-Hybrid oder Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge, wo der Strom oder Wasserstoff durch eine erneuerbare Energiequelle hergestellt, wie Wind, Sonne, Erdwärme, Wasserkraft, Wellen- oder Gezeiten Macht. Eine solche Umwandlung würde 160 Gg / Jahr von US fossilen Ruß und etwa 26% der US-Kohlendioxid zu beseitigen. "Nach Schätzungen Jacobson, dieser Vorschlag Ruß und CO2-Emissionen um 1,63 Gt CO2-Äq reduzieren. pro Jahr. Er stellt jedoch fest, "dass die Beseitigung der Kohlenwasserstoffe und Stickoxide würde auch zu beseitigen einige Kühl Partikel, die Verringerung der Nettogewinn um höchstens die Hälfte, aber die Verbesserung der menschlichen Gesundheit", eine wesentliche Reduzierung für eine Politik in einem Land.

Für Dieselfahrzeuge, insbesondere gibt es mehrere wirksame Technologien zur Verfügung. Neuere, effizientere Dieselpartikelfilter oder Traps, können über 90% der Rußemissionen zu beseitigen, aber diese Geräte erfordern ultraschwefelarmen Dieselkraftstoff. Um die Einhaltung der neuen Partikel Regeln für neue Straßen- und Non-Road-Fahrzeuge in den USA zu gewährleisten, die EPA zunächst erforderlich, eine bundesweite Umstellung auf ULSD, die erlaubt DPF in Dieselfahrzeugen, um die Standards zu erfüllen verwendet werden. Aufgrund der bisherigen EPA-Vorschriften sind Rußemissionen von Dieselfahrzeugen erwartet, dass etwa 70 Prozent von 2001 bis 2020 zurückgehen "Insgesamt" BC-Emissionen in den Vereinigten Staaten werden voraussichtlich um 42 Prozent von 2001 bis 2020 zurückgehen Bis die Vollflotte unterliegt diesen Regeln, schätzt, dass mehr als 239.000 EPA Tonnen Feinstaub jährlich reduziert werden. Außerhalb der US Diesel-Oxidationskatalysatoren sind oft vorhanden und DPF verfügbar sein werden als ULSD ist weiter verbreitet in den Handel.

Eine weitere Technologie zur Reduzierung von Rußemissionen von Dieselmotoren ist es, Brennstoffe zu komprimiertem Erdgas zu verschieben. In Neu-Delhi, Indien, den Obersten courrt bestellt Umstellung auf komprimiertes Erdgas für alle öffentlichen Verkehrsmittel, wie Busse, Taxis und Rikschas, führte zu einem Klima profitieren, "vor allem wegen der drastischen Reduzierung der Rußemissionen aus dem Dieselbus-Motoren." Insgesamt ist die Kraftstoffschalter für die reduzierte Rußemissionen genug, um eine 10-prozentige Netto-Reduktion der CO2-Äq. zu produzieren, und vielleicht so viel wie 30 Prozent Fahrzeuge. Die Hauptgewinne aus Dieselmotoren Bus, dessen CO2-eq. Emissionen um 20 Prozent reduziert. Laut einer Studie der Prüfung dieser Emissionsreduktionen ", gibt es ein erhebliches Potenzial für Emissionsreduktionen durch den Clean Development für solche Brennstoffwechsel-Projekte."

Technologien sind auch in der Entwicklung, um einige der 133.000 Tonnen Feinstaub jährlich aus Schiffen emittiert reduzieren. Hochseeschiffe verwenden Dieselmotoren und Partikelfiltern ähnlich denen im Einsatz für Landfahrzeuge werden derzeit für diese getestet. Wie bei den aktuellen Partikelfiltern würde auch diese Schiffe erfordern ULSD verwenden, aber wenn vergleichbaren Emissionsreduzierungen erreichbar sind, bis zu 120.000 Tonnen Partikelemissionen könnten jedes Jahr von der internationalen Schifffahrt entfallen. Das heißt, wenn Partikelfilter konnte gezeigt werden, zu reduzieren Rußemissionen 90 Prozent von Schiffen, wie sie für Landfahrzeuge zu tun, würde 120.000 Tonnen der heute 133.000 Tonnen Emissionen vermieden werden. Andere Bemühungen kann die Menge von Ruß-Emissionen von Schiffen einfach durch die Verringerung der Menge an Kraftstoff, die Schiffe zu verwenden reduzieren. Durch Reisen bei langsameren Geschwindigkeiten oder unter Verwendung von Landstromversorgung, wenn im Hafen statt laufen die Schiffsdieselmotoren für elektrische Energie, können Schiffe Kraftstoff zu sparen und Emissionen zu reduzieren.

Reynolds und Kandlikar schätzen, dass die Umstellung auf komprimiertes Erdgas für die öffentlichen Verkehrsmittel in New Delhi durch den Obersten Gerichtshof bestellt reduziert Klima-Emissionen um 10 bis 30%.

Ramanathan schätzt, dass "die Bereitstellung von alternativen energieeffiziente und rauchfreien Kochern und die Einführung von Technologietransfer zur Reduzierung der Rußemissionen aus der Kohleverbrennung in Kleinindustrie könnte erhebliche Auswirkungen auf den Strahlungsantrieb aufgrund von Ruß zu haben." Insbesondere die Auswirkungen der Austausch von Biokraftstoffen Kochen mit schwarze Kohlenstoff-freien Herde in Süd- und Ostasien ist dramatisch: über South Asia, einer Reduktion von 70 bis 80% in schwarz Carbon Heizung; und in Ostasien, eine 20 bis 40% Reduktion. "

Biologische Abbaubarkeit

Kondensierte aromatische Ringstrukturen zeigen, Ruß Abbau im Boden. Saprophytischen Pilze werden auf ihre mögliche Rolle bei der Zersetzung von Ruß untersucht.

Politikoptionen

Viele Länder haben den bestehenden nationalen Gesetzen zur Regulierung Rußemissionen, einschließlich Gesetze, die Partikelemissionen. Einige Beispiele:

  • Verbot oder Regelung Brandrodung Rodung von Wäldern und Savannen;
  • erfordern landseitigen Strom / Elektrifizierung der Schiffe im Hafen, die Regulierung des Leerlaufs an den Klemmen und Mandatierung Kraftstoffnormen für Schiffe versuchen, im Hafen andocken;
  • die regelmäßige Fahrzeugemissionsprüfungen, Ruhestand, oder Nachrüstung, einschließlich Sanktionen wegen Nichtumsetzung der Luftqualität Emissionsstandards zu erfüllen, und erhöhte Strafen für on-the-road "super-emittierende" Fahrzeuge;
  • Verbot oder Regelung der Verkauf bestimmter Brennstoffe und / oder die Verwendung von sauberer Kraftstoffe für bestimmte Anwendungen erfordern;
  • Beschränkung der Verwendung von Schornsteinen und anderen Formen der Verbrennung von Biomasse in städtischen und nicht-städtischen Gebieten;
  • erfordern Genehmigungen für Industrie, Energieerzeugungs und Ölraffination Einrichtungen und periodische Erlaubnis Erneuerung und / oder Verändern des Gerät zu betreiben; und
  • erfordern Filtertechnologie und Hochtemperatur-Verbrennung für bestehende Kraftwerke und Regel jährlichen Emissionen aus Kraftwerken.

Das Internationale Netzwerk für Environmental Compliance & amp; Enforcement gab eine Klima Einhaltung Alert on Black Carbon im Jahr 2008, die Reduzierung von Ruß als ein kostengünstiger Weg, um eine der Hauptursachen für die globale Erwärmung zu reduzieren, zitiert.

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