Moderna koleldade kraftverk producerar mer ultrafina dammpartiklar än vägtrafiken och kan till och med modifiera och omfördela nederbördsmönster, visar en ny 15-årig internationell studie.

Studien visar att filtreringssystem på moderna koleldade kraftverk är den största källan till ultrafina partiklar och kan ha betydande klimatpåverkan på flera sätt.

I stadsområden, vägtrafiken har länge ansetts vara den främsta källan till små partikelutsläpp som har potential att negativt påverka hälsa och miljö.

Dock, långtidsmätningar utförda av två forskare, Professor Wolfgang Junkermann från Karlsruhe Institute of Technology (KIT) i Tyskland och professor Jorg Hacker från Airborne Research Australia – som är knutna till Flinders University – har avslöjat en källa som särskilt påverkar det regionala klimatet:moderna koleldade kraftverk.

I den Bulletin från American Meteorological Society , forskarna rapporterar hur koleldade kraftverk tydligt släpper ut stora mängder ultrafina partiklar (UFP) genom filtreringsteknik av avgaser. De viktigaste resultaten av långtidsstudien är:

• Moderna kolkraftverk släpper ut mer UFP än stadstrafik
• UFP kan skada människors hälsa
• UFP kan påverka nederbördsfördelningen på lokal till regional skala genom att öka antalet kondensationskärnor
• UFP kan transporteras i lager med höga koncentrationer i hundratals kilometer och sedan leda till lokala "partikelhändelser" (dramatiska toppar i kortvariga partikelkoncentrationer på marken) långt borta från källan.

Forskningen fann också att UFP-koncentrationerna har ökat kontinuerligt sedan moderna koleldade kraftverk togs i drift på många platser runt om i världen.

För mätningsflygningar i Europa, Australien och till och med Mexiko och Inre Mongoliet, forskargruppen använde två ganska ovanliga små forskningsflygplan, världens mest omfattande instrumenterade motorglider i Australien och en "trike" utvecklad i Tyskland – tros vara det minsta bemannade forskningsflygplanet i världen.

De flygande laboratorierna är utrustade med mycket känsliga instrument och sensorer som mäter dammpartiklar, spårgaser, temperatur, fuktighet, vind- och energibalanser.

"Våra två forskningsflygplan är särskilt lämpade för att följa plymer från rökhögarna medvind i hundratals kilometer och studera deras beteende i detalj, säger professor Hacker, som är baserad på Airborne Research Australia (ARA) i South Australia.

Forskarna kopplade sedan samman dessa data med meteorologiska observationer och använde spridnings- och transportmodeller för att spåra deras ursprung.

"På det här sättet, vi fann att fossila kraftverk under många år har blivit den starkaste enskilda källan till ultrafina partiklar i världen. De påverkar i hög grad meteorologiska processer och kan orsaka extrema väderhändelser, inklusive intensiva regnhändelser.

"Genom att omfördela regnhändelser, detta kan leda till torrare än vanliga förhållanden på vissa ställen och till ovanligt kraftig och ihållande kraftig nederbörd någon annanstans, Säger professor Hacker.

Med en diameter på mindre än 100 nm, UFP har en enorm inverkan på miljöprocesser, kan påverka egenskaperna hos moln och nederbörd, säger tidningen.

"UFP erbjuder ytor för kemiska reaktioner i atmosfären eller kan påverka egenskaperna hos moln och nederbörd, " says Professor Junkermann.

In open nature, skogsbränder, dust storms or volcanic eruptions produce fine particles, but mostly not in the nanometer range.

To study the existence and distribution and transport processes of UFP, the researchers not only flew their instruments near to or downwind of coal-fired power stations but also over remote regions where very low UFP concentrations have been measured in the past at ground level.

Specifikt, in regions with conspicuous precipitation trends such as inland Western Australia and Queensland, the researchers found that UFP concentrations have increased constandly and could be linked to emissions made by coal-fired power stations and refingeries.

"Exhaust gas cleaning takes place under conditions that are optimal for the new formation of particles. Ammonia is added to the exhaust gases in order to convert nitrogen oxides into harmless water and nitrogen, " Professor Junkermann says.

At the same time ammonia is available at the right mixing ratio for particle formation, resulting in concentrations in the exhaust gas becoming high. After emission at 200-300 m height from smoke stacks, the very small particles typically spread over several hundreds of kilometres depending on weather and climate conditions in the atmosphere, fann forskarna.