Miljöforskare som leds av Virginia Tech College of Science har upptäckt att kolförbränning ger otroligt små partiklar av en mycket ovanlig form av titanoxid.

Vid inandning, dessa nanopartiklar kan komma in i lungorna och eventuellt i blodomloppet.

Partiklarna - kända som titan -suboxid -nanopartiklar - produceras oavsiktligt när kol bränns, skapar dessa minsta partiklar, så liten som 100 miljoner av en meter, sa Virginia Tech-ledda teamet. När partiklarna förs in i luften-om de inte fångas upp av högteknologiska partikelfällor-kan de flyta bort från kraftverkstackar och färdas på luftströmmar lokalt, regionalt, och till och med globalt.

Som ett exempel på detta, dessa nanopartiklar hittades på stadens gator, trottoarer, och i stående vatten i Shanghai, Kina.

Resultaten publiceras i det senaste numret av Naturkommunikation under teamledare Michael F. Hochella Jr., Universitetsutmärkad professor i geovetenskap vid College of Science, och Yi Yang, professor vid East China Normal University i Shanghai. Andra studiedeltagare inkluderar Duke University, University of Kentucky, och Laurentian University i Kanada.

"Problemet med dessa nanopartiklar är att det inte finns något enkelt eller praktiskt sätt att förhindra att de bildas under kolförbränning, "Sa Hochella, tillägger att i länder med starka miljöbestämmelser, som USA, de flesta av nanopartiklarna skulle fångas av partikelfällor. Inte så i Afrika, Kina, eller Indien, där bestämmelserna är slappa eller obefintliga, med kolaska och rök in i det fria.

"På grund av avancerad teknik som används vid USA-baserade kolförbränningskraftverk, mandat av Clean Air Act och Environmental Protection Agency, de flesta av dessa nanopartiklar och andra små partiklar avlägsnas före det slutliga utsläppet av anläggningens avgaser, "Sade Hochella." Men i länder där partiklarna från kolförbränningen inte är så effektivt borttagna, eller tas bort alls, dessa nanopartiklar av titansuboxid och många andra partikeltyper släpps ut i atmosfären, delvis resulterar i disig himmel som plågar många länder, särskilt i Kina och Indien. "

Hochella och hans team hittade dessa tidigare okända nanopartiklar inte bara i kolaska från hela världen och i gasavfallets utsläpp från kolanläggningar, men på stadens gator, i jordar och dagvattendammar, och vid avloppsreningsverk.

"Jag kunde inte tro vad jag hittade i början, eftersom de hade rapporterats så extremt sällan i den naturliga miljön, "sa Yang, som en gång arbetade som gästprofessor vid Virginia Techs institution för geovetenskap med Hochella. "Det tog mig flera månader att bekräfta deras förekomst i kolaska."

Den nyligen hittade titansuboxiden - kallad Magnéli -faser - trodde en gång vara sällsynt, finns bara sparsamt på jorden i vissa meteoriter, från ett litet område med bergformationer på västra Grönland, och ibland i månstenar. Resultaten från Hochella och hans team indikerar att dessa nanopartiklar faktiskt är utbredda globalt. De studeras först nu för första gången i naturliga miljöer med hjälp av kraftfulla elektronmikroskop.

Varför inträffade upptäckten nu? Enligt rapporten, nästan allt kol innehåller spår av mineralerna rutil och/eller anatas, båda "normala, " naturligt förekommande, och relativt inerta titanoxider, särskilt i avsaknad av ljus. När dessa mineraler bränns i närvaro av kol, forskning fann att de enkelt och snabbt konverterade till dessa ovanliga titan -suboxid -nanopartiklar. Nanopartiklarna fastnar sedan i gaserna som lämnar kraftverket.

Vid inandning, nanopartiklarna kommer djupt in i lungorna, potentiellt ända in i luftsäckarna som för syre in i vårt blodomlopp under den normala andningsprocessen. Även om mänsklig lungtoxicitet hos dessa partiklar ännu inte är känd, ett preliminärt biotoxicitetstest av Hochella och Richard Di Giulio, professor i miljötoxikologi, och Jessica Brandt, en doktorand, båda vid Duke University, indikerar att partiklarna verkligen har toxicitet.

Enligt laget, ytterligare studier behövs helt klart, särskilt biotoxicitetstestning direkt relevant för den mänskliga lungan. Att samarbeta med kolkraftverk antingen i USA eller Kina vore idealiskt, sa Yang.

Mer oroande, studien visar att titan suboxid nanopartiklar är biologiskt aktiva i mörkret, vilket gör partiklarna mycket misstänkta. Exakta människors hälsoeffekter är ännu okända.

"Framtida studier kommer att behöva noggrant undersöka och få tillgång till toxiciteten hos titan -suboxid -nanopartiklar i den mänskliga lungan, och detta kan ta år, en nykter tanke med tanke på dess potentiella fara, "Sa Hochella.

Eftersom titan -suboxid -nanopartikeln själv produceras för övrigt, Hochella och hans team stötte på nanopartiklar av en slump när de studerade ett utsläpp av kolaska 2014 i Dan River, Norra Carolina. Under studiet av nedströms rörelse av giftiga metaller i askan i Dan River, laget upptäckte och kände igen närvaron av små mängder av den mycket ovanliga titansuboxiden.

Gruppen producerade senare titan -suboxid -nanopartiklarna när de brände kol i en laboratoriesimulering.

Denna nya potentiella hälsofara för luftföroreningar bygger på redan etablerade resultat från Världshälsoorganisationen. Det uppskattar att 3,3 miljoner för tidiga dödsfall inträffar världen över per år på grund av förorenad luft, Sa Hochella. I Kina, 1,6 miljoner för tidiga dödsfall beräknas årligen på grund av hjärt- och andningsskador från luftföroreningar. De flesta kinesiska megastäder toppar 100 svårt disiga dagar varje år med partikelkoncentrationer två till fyra gånger högre än WHO:s riktlinjer, Sa Yang.

Direkta hälsoeffekter på människor är bara en faktor. Fynd från tusentals forskare har fastställt att den största drivkraften för uppvärmningen av planeten och de klimatförändringar som följer är kolförbränning i industriell skala. Effekten av titan -suboxid -nanopartiklar som finns i atmosfären, förutom växthusgaser, på djur, vatten, och växter är ännu inte kända.