Que os aviões emitem gases com efeito de estufa para a atmosfera já é conhecido, porém um estudo foi agora mais fundo e descobriu que são emitidas quatro tipo de partículas
Os aviões emitem nanopartículas (<50 nm Nota 1 de diâmetro) para a atmosfera, desde o solo até à troposfera superior. Estudos efetuados na Europa, nos EUA e no Japão registaram concentrações elevadas de partículas nos aeroportos e nas suas imediações, e existe uma preocupação mundial quanto aos efeitos na saúde humana.
São também conhecidos os efeitos do aquecimento atmosférico provocado pelos rastos de partículas gerados pelos gases emitidos pelos aviões, estando a ser efetuada uma investigação para avaliar os seus potenciais impactos no clima.
As emissões de partículas dos motores a jato turbofan, normalmente utilizados na aviação civil, são geralmente dominadas por partículas voláteis (sulfatos ou orgânicos) em vez de partículas não voláteis (principalmente fuligem). No entanto, os mecanismos de emissão e formação das partículas voláteis não são bem compreendidos. A nossa equipa de investigação investigou as propriedades físico-químicas das nanopartículas dos tubos de escape dos aviões (voláteis e não voláteis) para obter informações sobre os mecanismos de emissão e formação das partículas voláteis.
Método
Medimos a morfologia e a estrutura interna (microfísica) das partículas de escape à saída do motor e 15 m a jusante dos motores a jato turbofan comerciais numa instalação de ensaio no aeroporto de Zurique, na Suíça. A morfologia e a estrutura interna das partículas foram observadas por microscopia eletrónica de transmissão de alta resolução (HRTEM) utilizando amostras de partículas a granel recolhidas em películas finas.
Resultados e discussão
Foram observados quatro tipos de partículas saída do escape dos motores dos aviões com diferentes estruturas internas (Fig. 1). O tipo (a) representava partículas turboestáticas com estruturas semelhantes a grafeno em camadas dispersas e foram consideradas típicas da fuligem (partículas não voláteis). O tipo (b) consistia em partículas do tipo cebola com estruturas parciais do tipo grafite, que são multicamadas esféricas bem ordenadas do tipo grafeno. As partículas do tipo (c) eram amorfas (não cristalinas) e as do tipo (d) eram partículas amorfas vestigiais (as imagens são finas e não cristalinas). Antes deste estudo, não foram identificadas partículas do tipo cebola nos gases de escape da combustão ou na atmosfera. Embora a fuligem grafítica com a estrutura turbostática emitida por aeronaves tenha sido estudada durante muitos anos, três outros tipos de partículas foram identificados pela primeira vez neste estudo.
A fração numérica das partículas turbostáticas (fuligem) era elevada à saída do motor e inferior a 1% a 15 m a jusante (Fig. 1). Quinze metros a jusante, a fração restante era dominada por partículas do tipo cebola, amorfas e traços de partículas amorfas. Estes três tipos de partículas eram maioritariamente partículas esféricas simples (não aglomeradas, Nota 3) com diâmetros de 10-20 nm. Uma análise mais aprofundada sugeriu que estes três tipos de partículas são partículas voláteis formadas por nucleação e condensação a jusante do motor e consistem principalmente em compostos orgânicos provenientes do óleo lubrificante.
Perspetivas
Estas estruturas internas únicas podem afetar as propriedades físico-químicas das partículas, incluindo a volatilidade, a reatividade da superfície e a solubilidade, e afetar potencialmente a interação das partículas com o trato respiratório humano. A nossa equipa de investigação descobriu que os aviões emitem partículas do tipo cebola, amorfas e vestígios de partículas amorfas, além das partículas de fuligem. No entanto, existem muitas questões relativas às caraterísticas físico-químicas, origem e mecanismo de formação das partículas tipo cebola, e se estas são de natureza semelhante à fuligem ou às partículas orgânicas voláteis, como a névoa de óleo. As partículas tipo cebola podem ter uma dinâmica diferente na atmosfera e no corpo em comparação com outras partículas; por conseguinte, é necessária mais investigação para compreender as suas implicações para o clima e a saúde.
No domínio dos nanomateriais, as partículas tipo cebola são sintetizadas através da aplicação de alta energia à fuligem, entre outros métodos. O mecanismo de formação de partículas tipo cebola a partir de motores de aeronaves é cientificamente interessante e tem implicações potenciais em materiais e noutros domínios.
Anotações
Nota 1. nm: Nanómetro. Um nanómetro é a milionésima parte de um milímetro (mm). O diâmetro (tamanho) de uma partícula de 50 nm é cerca de 1/1000 do tamanho do pólen de cedro (cerca de 30 μm de diâmetro). Um micrómetro é 1/1000 de um milímetro.
Nota 2. Grafeno: Uma folha fina de material com uma estrutura cristalina de átomos de carbono ligados entre si numa forma hexagonal.
Nota 3. Aglomeração: Aderência e coalescência de partículas para formar grandes agregados. As partículas de fuligem produzidas por combustão incompleta formam frequentemente grandes aglomerados que têm a forma de cachos de uva.
