最も重要なエネルギー資源の 1 つである石炭は、発電、工業生産、家庭の調理、暖房などに世界中で広く使用されています。中国では、2016 年に住宅部門で 91 Tg の石炭が調理や暖房に使用されました。粒子処理装置がないため、住宅での石炭の燃焼により、有機炭素や黒色炭素などの大量の炭素質粒子が大気中に放出されます (Zhangら、2007).
芳香環に結合した少なくとも 1 つのヒドロキシルラジカルと 1 つのニトロ官能基からなる有機分子であるニトロ化フェノールは、褐色炭素の主要成分の 1 つです。ニトロ化フェノールは、UV と可視光を強く吸収するため、放射バランスとさらに地域の気候に影響を与えます (Mohr et al., 2013)。さらに、ニトロ化フェノールは人間や生物に害を及ぼします (Fernandez et al., 1992; Harrison et al., 2005)。大気中のニトロ化フェノールは、燃焼プロセスの一次排出と、芳香族前駆体からの二次形成の両方に由来します。バイオマスの燃焼は、ニトロ化フェノールの主要な排出源として認識されています (Hoffmann et al., 2007) が、さまざまな種類の石炭の燃焼による直接排出があるかどうかは不明のままです。
住宅用石炭の大量消費と除塵装置の不足を考慮して、Xingfeng Wang 博士と彼の Ph.D.学生の Chunying Lu と山東大学の共同研究者は室内実験を行い、亜炭、瀝青、無煙炭の塊、および無煙炭ブリケットを含む 10 種類の石炭の燃焼からの微粒子状物質中の 10 種類のニトロ化フェノールの放出を調査しました。バイオマス燃焼の主要な排出源に関する従来の見解を補足する重要な要素として、彼らは、石炭の燃焼が大量のニトロ化フェノールを直接排出し、これらの褐色炭素の別の主要な排出源として作用することを発見しました。
この実験室での研究は、石炭燃焼からの微粒子ニトロ化フェノールの放出プロファイルが、バイオマス燃焼からのものと類似していたことを示しています。さまざまな石炭のニトロ化フェノールの排出係数は、0.2 ～ 10.1 mg kg-1 でした。バイオマス燃焼からの排出係数と比較して、褐炭および瀝青の石炭燃焼からのニトロ化フェノールの排出係数は、同程度か、それよりもわずかに高かった。 2016 年に中国の家庭用石炭燃焼から直接放出された微粒子ニトロ化フェノールの推定総量は 178±42 Mg で、中国のバイオマス燃焼からの量の約 4 分の 1 でした (Wang et al., 2017)。家庭用、火力発電所、および工業生産を含むすべての分野での石炭燃焼からのニトロ化フェノールの排出は、より多くなるでしょう.
この研究は、石炭燃焼からのニトロ化フェノールの直接排出を確認しています。この発見は、特に暖房のために大量の石炭が燃やされる冬に、大気中の硝酸化フェノールへの石炭燃焼の顕著な寄与を示しており、これは、中国北部の 4 つのサイトでの最近のフィールド調査で観察された (Wang et al., 2018年）
興味深いことに、石炭燃焼によるニトロ化フェノールの排出係数は石炭の種類によって異なり、石炭の成熟度とともに劇的に減少しました。石炭の燃焼によって硝酸化フェノールが生成されるのはなぜですか?また、石炭の成熟とともに排出係数が減少したのはなぜですか?石炭はバイオマス由来であり、主に様々な官能基を持つ高濃度の芳香族化合物で構成されていることが明らかになりました。石炭が燃焼しているとき、フェノール構造と窒素酸化物を含む熱分解生成物間の反応から、ニトロ化フェノールが生成された可能性があります。フェノール炭素の含有量は、石炭のランクが上がるにつれて減少したため、褐炭は瀝青炭や無煙炭よりも多くの硝酸化フェノールを放出しました。
この作業は、住宅の石炭燃焼からのニトロ化フェノールの排出の包括的な理解を提供し、排出インベントリと大気モデリングのための重要な基本データを提供します。それは、排出抑制措置を実施し、中国の住宅部門でクリーンな石炭の利用を促進する緊急の必要性を提唱しています。住宅の石炭燃焼によるニトロ化フェノールの排出を減らすために、一般市民は石炭を天然ガス、太陽エネルギー、風力エネルギーなどのクリーン エネルギーに置き換えることで石炭の使用を減らすことができます。
参考文献:
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