Niedrogie czujniki poprawiają wykrywanie wolnych rodników w atmosferze
Na całym świecie nieustannie uwalniane do atmosfery są ogromne ilości zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek azotu, metan, amoniak i lotne związki organiczne, co wpływa zarówno na zmiany klimatyczne, jak i na zdrowie ludzi. Rodniki odgrywają kluczową rolę w oczyszczaniu atmosfery z tych zanieczyszczeń, ale stojące za tym procesy chemiczne są złożone i słabo poznane. W ramach finansowanego ze środków UE projektu RADICAL(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowano mały, niedrogi czujnik do pomiaru rodników, który potencjalnie może zrewolucjonizować dziedzinę badań atmosferycznych a który oferuje szereg możliwości lepszego monitorowania jakości powietrza.
Rozkład chemii atmosfery na czynniki pierwsze
Atmosfera ma niezwykłą zdolność do samooczyszczania. Kluczową rolę odgrywa w tym rodnik hydroksylowy (OH), który dominuje w chemii powietrza i bywa nazywany „detergentem atmosfery”. Rodniki hydroksylowe reagują z zanieczyszczeniami, rozkładając je na mniej szkodliwe produkty uboczne. Chociaż proces ten oczyszcza powietrze, nie wszystkie powstające produkty reakcji chemicznych są nieszkodliwe. W jego wyniku mogą powstawać też wtórne zanieczyszczenia, takie jak ozon i kwas siarkowy, który jest głównym składnikiem kwaśnych deszczy. Atmosferyczne rodniki hydroksylowe występują w niewielkich ilościach (mniej niż jedna część na bilion) i są niezwykle reaktywne — często nie istnieją nawet sekundy przed połączeniem się z innymi cząsteczkami. Te właściwości sprawiają, że badania rodników są bardzo trudne. Obecnie na świecie jest tylko kilka laboratoriów z odpowiednim zapleczem badawczym. Jednym z nich jest irlandzki ośrodek IASC (Irish Atmospheric Simulation Chamber)(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wyposażony w komorę do symulacji atmosferycznych, gdzie prowadzono badania.
Krzemowe nanodruty nadają sygnały elektryczne
Rozwiązaniem opracowanym w ramach projektu RADICAL jest czujnik elektroniczny o właściwościach dostosowanych za pomocą różnych warstw organicznych. Reakcje chemiczne powodują odpowiedź elektryczną w nanodrutach krzemowych, co pozwala czujnikowi określić obecność rodników OH i innych zanieczyszczeń. Do tej pory urządzenie zostało sprawdzone pod kątem wykrywania dwutlenku azotu, amoniaku i ozonu. „Czujnik RADICAL działa na zasadzie nosa elektronicznego, który podobnie jak ten ludzki wykrywa zapachy. Gazy wchodzą w interakcję z układem elektrycznym czujnika, wywołując sygnały, które można zdekodować, podobnie jak nasz mózg identyfikuje zapachy” — wyjaśnia koordynator projektu Justin Holmes.
Korzyści z lepszego wykrywania rodników
Istnieje tylko kilka instalacji pozwalających na badanie złożonej chemii atmosfery, dlatego też rola rodników w kształtowaniu jakości powietrza nie jest dobrze poznana. Rozwiązanie projektu RADICAL przynosi ze sobą obietnicę — w taniej, przenośnej i dostrajalnej formie — odmienienia oblicza badań nad atmosferą, jak i monitorowania jakości powietrza. „Nasz czujnik, będący wynikiem projektu RADICAL, może wszystko zmienić, umożliwiając znacznie szerszy zakres badań laboratoryjnych i terenowych, dzięki którym poszerzymy wiedzę w tym krytycznym obszarze nauk o atmosferze” — wyjaśnia John Wenger, koordynator pakietu prac RADICAL. Wspomniany czujnik może być używany w wielu specyficznych, wrażliwych na jakość powietrza środowiskach, takich jak szpitale, zakłady przemysłowe i trudno dostępne miejsca. Niewielki rozmiar oznacza, że można go wdrożyć jako urządzenie do noszenia, co poprawi bezpieczeństwo osób pracujących w niebezpiecznych warunkach. Czujnik opracowany w ramach projektu RADICAL zmieni nasze zrozumienie atmosfery, od zdarzeń chemicznych rozgrywających się 10 kilometrów nad naszymi głowami po jakość powietrza, które wdychamy z każdym oddechem. Zespół projektowy, złożony z partnerów z Bułgarii, Niemiec, Grecji, Irlandii i Wielkiej Brytanii, skupia się na poprawie trwałości czujnika, przeprowadzeniu kolejnych testów terenowych i nawiązaniu partnerstw biznesowych w celu dostarczenia tej ekscytującej technologii na rynek.