Under de sex veckorna efter att San Francisco Bay Area instiftade landets första skyddsrum på plats som svar på den växande covid-19-pandemin, regionala koldioxidutsläpp minskade med 25 %, nästan allt beror på en nästan 50-procentig minskning av vägtrafiken, enligt en ny studie från University of California, Berkeley.

Även om utsläppen har ökat stadigt sedan dess, det dramatiska svaret på en kraftig avstängning av förbränning av fossila bränslen i fordon visar hur effektivt ett steg mot bred användning av eldrivna fordon skulle minska den stora växthusgas som är ansvarig för klimatförändringar och global uppvärmning.

Uppgifterna kommer från ett nätverk av koldioxidsensorer som satts upp runt Bay Area av forskare från UC Berkeley under de senaste åtta åren - ett nätverk som redan replikeras i flera städer runt om i världen. Glasgow, Skottland, kommer att meddela i morgon (10 november) att man planerar att installera 25 av dessa monitorer inom det närmaste året i tid till den 1 november, 2021, start av FN:s klimatkonferens i den staden.

"Så här skulle det se ut för CO ₂ , om vi elektrifierade fordonsflottan, sa Ronald Cohen, UC Berkeley professor i kemi och i jord- och planetvetenskap och senior författare till studien. "Konsekvensen är att utsläppen på vägarna skulle kunna ändras snabbt och dramatiskt av policy, och vi har ett verktyg för att följa det relativt snabbt. Det här är sättet att veta att vi är på väg att nå våra mål."

Cohen deltar i ett webinar om projektet imorgon, 8-11:45 PST, tillsammans med Mary Nichols, ordförande för California Air Resources Board, och Glasgow och skotska ledare. Han och hans kollegor rapporterade resultaten av deras Bay Area-studie i en tidning som publicerades online den 30 oktober i tidskriften Geofysiska forskningsbrev .

Delstaten Kalifornien har redan förbjudit försäljning av gasdrivna fordon till 2035 och har satt som mål att minska statens koldioxidutsläpp med cirka 3 % varje år under de kommande 10 åren. Ett statligt nätverk som det småskaliga nätverket Cohen skapade — Berkeley Environmental Air-quality &CO ₂ Nätverk, eller BEACO ₂ N—skulle kunna spåra CO ₂ utsläpp och visa för lagstiftare och allmänheten att dessa ansträngningar är effektiva för att minska växthusgaser.

"Vi hävdar att detta är sättet att spåra urban CO ₂ i städer över hela världen, " sa han. "Vi försöker ta reda på vilken kombination av verktyg som gör denna rutin tillräckligt för att överföras till statliga myndigheter som skulle spåra detta, eller till privata företag som kan tillhandahålla dessa tjänster till statliga myndigheter på ett sätt som är effektivt i skala."

Cohen noterade att ingen statlig myndighet rutinmässigt spårar städernas koldioxidutsläpp på marken. Federal Environmental Protection Agency (EPA) är ansvarig för att spåra sådant som ozon, NOx och partiklar, men inte CO ₂ :Växthusgasen var inte en av "kriterierna för föroreningar" som EPA hade i uppdrag att övervaka och reglera som ett resultat av ändringar på 1970-talet av 1963 års Clean Air Act. EPA åberopade 2009 den så kallade hotklausulen för att reglera CO ₂ utsläpp, men Trump-administrationen lämnade in en stämningsansökan för att upphäva förordningen.

"Det är nästan dumt att vi inte mätte CO ₂ från början, i EPA-nätverket, eftersom nästan alla källor till dessa föroreningsgaser bränner bränslen, " sa Cohen. "Vi mäter de föroreningsgaserna, men vi har inte data i atmosfären för att säga hur mycket bränsle som brändes. En av fördelarna med det tillvägagångssätt vi använder är att du kan föreställa dig, nationellt eller internationellt, slå samman CO ₂ och inventeringar av luftkvalitetsutsläpp till en enda uppsättning data och ger samtidig luftkvalitet och CO ₂ analyser, ungefär som vad National Weather Service gör för vanligt och hårt väder."

BEACO ₂ N

För nästan ett decennium sedan, Cohen försökte hitta ett sätt att mäta föroreningar, inklusive koldioxid, tillräckligt billigt för att distribuera på grannskapsnivå. Per webbplats, EPA-stationer kan kosta runt $200, 000, och de kommer inte ens med CO ₂ sensorer.

Genom att använda ny teknik flera snäpp bättre än kolmonoxid- och koldioxidsensorerna i våra hem, han kan nu bygga – för 8 dollar, 000 – ett paket i storleken av en skokartong som var 5:e sekund registrerar nivåer av CO ₂ och fyra vanliga gasformiga föroreningar som bidrar till smog - kolmonoxid (CO), lustgas (NO), kvävedioxid (NO ₂ ) och ozon (O3) – såväl som partikelhalter, som röken som nyligen omslöt Bay Area från bränder i norra Kalifornien.

Under de senaste fem åren, han har distribuerat 72 av dessa instrumentpaket runt Bay Area som en del av BEACO ₂ N. De flesta av de nätverksanslutna noderna finns i Oakland, Richmond, Vallejo och längs I-80-korridoren, vanligtvis placerade cirka 2 kilometer – något över en mil – från varandra. Skolor är favoritplatser, eftersom hans team kan samarbeta med elever och lärare som studerar naturvetenskap, och han kan utnyttja deras Wi-Fi-system för att skicka data i realtid till sitt laboratorium, där de läggs ut på nätet. Han och hans team har också installerat fyra stationer i San Francisco, inklusive två på Exploratorium, och samarbetar med kollegor på andra håll för att bygga liknande nätverk i Los Angeles, New York City och Houston, samt i Glasgow.

Cohens mål är att ge regeringar och beslutsfattare den feedback de behöver när de försöker minska föroreningar och växthusgaser. Genom att placera dem regelbundet i hela området, han hoppas också kunna visa hur minskning av föroreningar påverkar varje samhälle, särskilt samhällen med lägre inkomster som alltför ofta lider av den ohälsosammaste luften längs motorvägskorridorer och nära kraftverk eller raffinaderier.

"Ur ett miljörättvisa perspektiv, frågan är, "Om vi ​​kontrollerar CO ₂ , gör vi det på ett rättvist sätt?'" sa han. "Med tak och handel i Kalifornien, till exempel, det skulle inte vara rätt om rika människor först stängde anläggningar nära dem och flyttade den extra bördan till där fattiga människor bor. EN BEACO ₂ N typ av nätverk skulle vara ett sätt att spåra dessa saker."

Cap and trade – ett statligt reglerande program som är vanligt i Europa, Kina och Kanada och anställd i 10 amerikanska stater, inklusive Kalifornien – är ett sätt att uppmuntra företag att minska sina koldioxidutsläpp. Specifika företag får en gräns, eller mössa, på mängden CO ₂ de kan avge, men får sälja, eller handla, sina utsläppsrätter till andra företag om de minskar sina egna utsläpp.

I dag, många städer har också klimathandlingsplaner, men de saknar data för att övervaka deras framgång, sa Cohen. Koldioxidnivåer runt om i världen mäts av NASA:s satelliter i Orbiting Carbon Observatory och Japans observationssatelliter för växthusgaser, men bara på regional nivå, inte stad för stad.

"Vårt mål är att ge människor data för att stödja vad de gör, så att de kan göra bedömningar om vad som fungerar effektivt, " sa Cohen.

Ett naturligt experiment

Den 16 mars, sex län i Bay Area blev den första regionen i USA som sa åt icke-nödvändiga anställda att stanna hemma för att stoppa spridningen av covid-19. Cohen såg detta som en möjlighet att se vad som händer när användningen av bensindrivna bilar rasar.

Uttag av mätningar från BEACON-nätverket, Cohen och hans kollegor jämförde de sex veckorna innan skydd på plats – feb. 2 till 15 mars – med en sexveckorsperiod efteråt, 22 mars till 2 maj. Trettiofem av sensorerna var i drift under den tiden. Teamet korrigerade för det betydande upptaget av CO ₂ av växter på våren och använde meteorologiska modeller för att extrapolera punktkällasmätningarna till det större Bay Area.

Teamet fann den största minskningen av CO ₂ nivåer under rusningstid måndag till torsdag morgon, runt 07.00, längs de stora motorvägarna, med den största förbättringen längs I-880 som löper genom Northern Oakland. Övergripande, människa orsakad CO ₂ nivåerna sjönk med 30 % efter att skyddsrum på plats begränsade rörligheten. Övervakare nära motorvägar visade att den största delen av denna minskning kom till följd av en minskning av fordonstrafiken med 48 %. Cirka 8 % av minskningen av koldioxid tillskrevs minskade utsläpp från stationära källor, såsom raffinaderier.

Under normala tider, det finns en stor bula i CO ₂ utsläpp under morgonrusningen och en mindre bula under kvällsrusningen, men dessa dagliga skillnader blev mindre uttalade.

Sådana uppgifter är inte tillgängliga från andra övervakningssystem, trots ett medborgarvetenskapligt nätverk, Purple Air, säljer luftkvalitetssensorer i hemmet för 250 USD eller mer som mäter partiklar, som rök eller damm, som har visat sig öka risken för luftvägssjukdomar och hjärt- och kärlsjukdomar. Koldioxidutsläpp, å andra sidan, beräknas utifrån mängden bränsle som förbrukas av mänsklig aktivitet.

En nyligen genomförd studie använde sådana uppskattningar av mänsklig aktivitet för att dokumentera att, under pandemin, städer runt om i världen såg en minskning av CO ₂ utsläpp. Författare av UC Berkeleys Daniel Kammen och många kollegor i Kina, studien uppskattade att det var en plötslig minskning av den globala koldioxidhalten med 8,8 % ₂ utsläpp under första halvåret 2020.

Nätverk som BEACO ₂ N är ett korrekt och prisvärt sätt att få mycket bättre data på grannskapsnivå.

"Här skulle vi ha en direkt åtgärd, " sa Cohen. "Vi går framåt, vi förväntar oss att direkta observationer av CO ₂ kommer att hjälpa oss att förfina en förståelse för de utsläpp som bidrar till luftföroreningar och, samtidigt, luftföroreningsutsläppen kommer att hjälpa oss att förfina vår förståelse av utsläppen av CO ₂ ."