En BYU kemiteknikprofessor och hans Ph.D. studenter har utvecklat en avancerad modell som kan hjälpa till att förutsäga föroreningar orsakade av brandrök.

Forskningen, sponsrad av USDA Forest Service och Department of Energy, tillhandahåller en fysisk modell som mer tillförlitligt kan förutsäga sot- och rökutsläpp från skogsbränder under en rad förhållanden.

"Röken som du ser från skogsbränder är en kombination av utvecklade gaser och sot, sa Alex Josephson, en Ph.D. student på BYU:s kemiingenjörsprogram som också arbetar med projektet vid Los Alamos National Laboratory. "När vi tittar på rök så långt som hälsoeffekter, vanligtvis bryr vi oss om dessa sotpartiklar; och det är vad vi modellerar. "

De senaste skogsbränderna i Kalifornien och Utah har fått Utahs luftkvalitet att sjunka i flera dagar i augusti, nå orange och till och med röda nivåer för långa sträckor. Orange dagar är ohälsosamt för känsliga grupper medan dagar med röda nivåer anses vara ohälsosamma för alla människor och kan resultera i allvarliga hälsoeffekter för barn eller äldre individer.

Den BYU/Los Alamos-utvecklade modellen använder detaljerade fysikbaserade formler för att förutsäga den initiala bildningen av sotpartiklar som släpps ut under skogsbränder. Experimentella mätningar av rökhalt kan innebära ganska osofistikerade procedurer, såsom vakuumprovtagning av partiklar när de produceras från en låga.

"Miljarder dollar spenderas på att bekämpa skogsbränder och i somras kändes det som att hela västvärlden brann, "sa David Lignell, professor i kemiteknik och senior författare till studien, nyligen publicerad i den akademiska tidskriften Combustion and Flame. "Förutom utsläpp, sot påverkar värmestrålning och lågtemperatur, vilket kan vara viktiga faktorer för brandspridning. I sista hand, att förstå de grundläggande fysiska processerna i bränder och att kunna modellera dem exakt under realistiska förhållanden kommer att hjälpa till att förutsäga rökutsläpp och relaterade hälsoeffekter."

Nuvarande modeller för förutsägelse av skogsbränder är för beräkningsmässigt dyra att köra för storskaliga skogsbränder. Den BYU/Los Alamos-producerade modellen, som ser ut som något skrapat ut på en svart tavla i A Beautiful Mind (se bild till höger), tillhandahåller grundläggande element för att validera mer effektiva modeller som kan appliceras på superdatorer till en rimlig beräkningskostnad.

Forskningen syftar till att hjälpa skogsvården och andra skogsbrandledningsgrupper att bättre känna till effekten av föreskrivna brännskador på den omgivande stadsmiljön. (Recepterade brännskador är en metod för att förhindra skogsbränder.) Enligt Josephson, han "tillhandahåller verktygen för att ge information för att hjälpa de människor som behöver fatta dessa beslut."

"När en naturlig löpeld inträffar, ingen är ansvarig för utsläppen eftersom det är en naturakt, "sa han." Men när skogstjänsten vill förskriva en brand, då är du plötsligt ansvarig för röken och utsläppen som kommer från den. Du förstår bättre utsläppen innan du startar en brand som kan få allvarliga effekter på omgivande samhällen."

Finansiering för forskningen kommer mer specifikt från Rocky Mountain Research Station av Forest Service och Department of Energy's National Nuclear Security Administration, genom University of Utahs Carbon Capture Multidisciplinary Simulation Center.

Medan Lignell sa att det fortfarande finns ett gap mellan deras forskning och hur det direkt påverkar luften människor andas, han har personligen investerat i att överbrygga det gapet – inte bara som kemiingenjör, men som någon med astma.

"När rök fyller dalen, Jag tar det personligt; det påverkar verkligen människors liv, ", sa Lignell. "Det får dig verkligen att uppmärksamma frågor om skogsbränder och gör att du vill vara en del av att arbeta med dessa frågor."