Αριθμητικές προσομοιώσεις της επίδρασης διαλυτών στην τροποσφαιρική χημεία

Abstract

Anthropogenic emissions of volatile organic compounds (VOC) in the troposphere and their consecutive degradation in presence of nitrogen oxides, result in the production of secondary products like ozone, nitric oxide and peroxyacetylnitrate (PAN). These pollutants seriously affect the environment and human health. In addition, certain VOCs contribute to the production of secondary organic aerosols (SOA), which also affect human health, act as substrates for heterogeneous chemical reactions, affect tropospheric chemistry and scatter solar radiation modifying atmospheric radiative forcing. A considerable percentage of these emissions, are due to the use of organic compounds as solvents i.e. compounds able to dissolve, suspend or extract other materials, without any chemical reactions to occur. This percentage in Europe is about 25% of total anthropogenic emissions of non methane VOC. The understanding of the environmental changes due to the anthropogenic activities is facilitated by the study of the impact of solvent use emissions on tropospheric chemistry, both on local and global scales. In addition, because volatile compounds present different ability to produce pollutants, it is of particular interest to investigate if possible replacements of solvents in use with other new compounds, could lead in reduction of pollutant concentrations. Such global estimates are prohibited by the large number of species used as solvents today and hence, by the even greater number of chemical species that are involved in their atmospheric chemical degradation. To overpass these limitations for global models, a small number of compounds must be selected to represent in the model all solvents in use today. In addition a reduced degradation scheme has to be used, to maintain a limited number of chemical species suitable for consideration into a global model. The aim of the present study is the estimate of the impact of solvents in use and of their possible replacement with selected oxygenated compounds, on the oxidizing power of the atmosphere and particularly on ozone, nitric oxide, PAN and SOA levels.

Οι ανθρωπογενείς εκπομπές πτητικών οργανικών ενώσεων (VOC) στην τροπόσφαιρα και στην συνέχεια η διάσπασή τους παρουσία οξειδίων του αζώτου, έχουν σαν αποτέλεσμα την παραγωγή δευτερογενών προϊόντων όπως το όζον, τo νιτρικό οξύ και το νιτρικό εστέρα του οξικού οξέος (ΡΑΝ). Οι παραπάνω ρύποι βλάπτουν τόσο το περιβάλλον όσο και την ανθρώπινη υγεία. Επίσης, κάποιες από αυτές τις ενώσεις, συμμετέχουν στην παραγωγή δευτερογενών οργανικών αερολυμάτων (SOA) τα οποία είναι επίσης επιβλαβή για την ανθρώπινη υγεία, δρουν σαν υποστρώματα για ετερογενείς αντιδράσεις, επηρεάζουν την τροποσφαιρική χημεία και σκεδάζουν την ηλιακή ακτινοβολία μεταβάλλοντας έτσι τo ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας. Ένα σημαντικό ποσοστό των ανθρωπογενών εκπομπών των VOC, προέρχεται από την χρήση των οργανικών ενώσεων ως διαλύτες, ως ουσίες δηλαδή που έχουν την ικανότητα να διαλύουν, να φέρνουν σε αιώρηση ή να εκχυλίζουν άλλες ενώσεις χωρίς όμως να επιφέρουν χημική αλλαγή στις ενώσεις που επιδρούν. Αυτό το ποσοστό σε ευρωπαϊκή κλίμακα είναι ίσο περίπου με το 25% των συνολικών ανθρωπογενών εκπομπών των μη μεθανικών VOC. H κατανόηση των περιβαλλοντικών αλλαγών από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες, υποβοηθείται από τη μελέτη της επίδρασης των εκπομπών διαλυτών στην τροποποσφαιρική χημεία τόσο σε τοπικό, όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο. Δεδομένου ότι η ικανότητα παραγωγής όζοντος των πτητικών ενώσεων διαφοροποιείται από ένωση σε ένωση, έχει σκοπιμότητα η εκτίμηση της αλλαγής στις συγκεντρώσεις των ρύπων από την αντικατάσταση εν χρήσει διαλυτών από νέες ενώσεις. Τέτοιες εκτιμήσεις με χρήση μοντέλου παγκόσμιας κλίμακας παρεμποδίζονται από τον εξαιρετικά μεγάλο αριθμό των χρησιμοποιούμενων ενώσεων ως διαλύτες που εμπλέκουν ακόμη μεγαλύτερο αριθμό προϊόντων διάσπασης τους στην ατμόσφαιρα και που θα πρέπει να ληφθεί υπόψη στο μοντέλο. Η δυσκολία αυτή ξεπερνάται με την επιλογή ενός μικρού αριθμού VOC για να αναπαραστήσουν το σύνολο των χρησιμοποιούμενων σήμερα διαλυτών και με την χρήση ενός μειωμένου χημικού μηχανισμού ατμοσφαιρικής διάσπασης τους, ώστε ο συνολικός αριθμός των χημικών ειδών που θα εισαχθεί στο μοντέλο να διατηρηθεί χαμηλός.