Окружающая среда

За прошедшие годы мы добились значительных успехов в сельском хозяйстве, энергетике и здравоохранении, которые способствовали повышению благосостояния людей. Однако некоторые из этих улучшений в нашей жизни привели к изменениям в окружающей нас среде.

Наша окружающая среда представляет собой чрезвычайно сложную систему, включающую воздух, которым мы дышим, землю, на которой мы живем, воду, которую мы пьем, и климат вокруг нас. Мы должны работать над тем, чтобы наши разработки в некоторых областях не оказывали неблагоприятного воздействия на нашу окружающую среду, а также обеспечивать смягчение любого нанесенного ущерба. Работа некоторых исследователей показала, что мы уже находимся на переломном этапе, который может привести к «нелинейным, резким изменениям окружающей среды в системах масштаба от континентального до планетарного».

Хорошая новость заключается в том, что политики во всем мире ищут пути решения этой проблемы. Цели ООН в области устойчивого развития включают всеобщие призывы к действиям по защите жизни на суше и в воде, производству чистой воды и борьбе с изменением климата.Между тем, План действий ЕС по охране окружающей среды включает девять приоритетных целей, направленных на то, чтобы «мы жили хорошо, в экологических пределах планеты».

Стремясь сделать мир лучше, мы работаем над тем, чтобы вклад химии был реализован. Химия может помочь нам понять, контролировать, защищать и улучшать окружающую среду вокруг нас. Химики разрабатывают инструменты и методы, чтобы убедиться, что мы можем видеть и измерять загрязнение воздуха и воды. Они помогли собрать доказательства, показывающие, как наш климат менялся с течением времени. И они могут быть частью усилий по пониманию и решению новых проблем, с которыми мы сталкиваемся, таких как микропластик и потенциальное воздействие различных химических веществ, которым мы подвергаемся.

На этой странице

Воздуха

Ученые-химики играют важную роль в уменьшении загрязнения воздуха (иногда неожиданным образом), а также в том, чтобы помочь нам понять и контролировать его.

Всемирная организация здравоохранения сообщила, что около 7 миллионов человек умерли в результате загрязнения воздуха в 2012 году. По данным Организации экономического сотрудничества и развития, к 2050 году плохое качество атмосферного воздуха станет основной причиной преждевременной смерти из-за окружающей среды. если мы сохраним текущую политику. Улучшая качество воздуха, мы можем спасти миллионы жизней и улучшить качество нашей жизни.

Более чистый воздух также поможет нам защитить окружающую среду и сохранить объекты культурного наследия. Загрязняющие вещества, такие как диоксид серы и оксиды азота, могут образовывать кислотные дожди, которые загрязняют почву и воду и повреждают такие здания, как Акрополь и Тадж-Махал.

Другие загрязнители, такие как приземный озон, воздействуют на растительность и, таким образом, снижают урожайность сельскохозяйственных культур.

Загрязнение воздуха является проблемой для всего мира, поскольку загрязняющие вещества могут переноситься на большие расстояния, даже между странами. Тем не менее, ученые и инженеры во всем мире решают эту проблему, и мы стремимся поддержать жизненно важную роль химии в понимании загрязнения воздуха и разработке решений для его уменьшения.

Чем помогает химия

Химия загрязнения воздуха

Воздух представляет собой смесь газов и частиц, некоторые из которых вступают в реакцию и вступают в сложные химические реакции в атмосфере с образованием загрязнителей воздуха, таких как озон. Другие загрязнители воздуха выбрасываются напрямую, например, двуокись серы. Загрязнители воздуха могут быть твердыми, жидкими или газообразными и поступать из природных и искусственных источников; наибольшую долю загрязнения воздуха сегодня составляют электростанции, автомобильный транспорт, промышленность и сжигание топлива в жилых помещениях.

Детальное понимание загрязняющих веществ и их химического состава важно для интерпретации воздействия на здоровье, регулирования выбросов и разработки технологий снижения загрязнения. Например, химики создали «главный химический механизм», описывающий химические реакции, связанные с разложением летучих органических соединений в нижних слоях атмосферы. Это помогает разработчикам политики «проверить», насколько эффективным будет тот или иной предлагаемый элемент регулирования или законодательства. В другом примере химики определили деревья как источник высоких уровней органических загрязнителей во время волн тепла. Этот неожиданный результат позволил улучшить прогнозы качества воздуха, предоставляемые населению Великобритании, за счет учета естественных выбросов.

Мониторинг загрязнения воздуха

Точные измерения загрязняющих веществ жизненно важны для проверки того, что мы соблюдаем национальные и международные директивы по качеству воздуха. Кроме того, измерения могут помочь нам понять взаимосвязь между проблемами со здоровьем и загрязнением воздуха — например, взаимосвязь между различными типами твердых частиц и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

В Великобритании около 300 станций мониторинга качества воздуха измеряют различные загрязняющие вещества, включая озон, оксиды азота, диоксид серы, окись углерода и твердые частицы. Один из таких объектов находится рядом с оживленной дорогой в центре Кембриджа и измеряет концентрацию оксидов азота от дорожного движения в режиме реального времени с помощью хемилюминесценции.

На приведенном ниже графике показаны результаты одного такого измерения.Целевое значение диоксида азота для качества воздуха в Великобритании и ЕС составляет в среднем 40 микрограммов на кубический метр в год, а почасовая концентрация не должна превышать 200 микрограммов на кубический метр более 18 раз в год.

Концентрация диоксида азота в Кембридже, Великобритания, в первую неделю февраля 2015 г. Фото: Королевское химическое общество, 2015 г.

Борьба с загрязнением воздуха

Борьба с загрязнением воздуха требует сочетания подходов, включая регулирование, планирование землепользования, технологические решения (такие как конструкция двигателя автомобиля) и поведение потребителей. Химия играет роль в разработке технологических решений.

Химики помогают уменьшить выбросы от транспорта различными способами, начиная от разработки более чистых видов топлива (например, топлива с низким содержанием серы) и заканчивая повышением эффективности двигателей. Химики также работают над созданием новых транспортных технологий — например, аккумуляторов для электромобилей и топливных элементов для водородных транспортных средств, а также систем для производства топлива из возобновляемых источников энергии, а не из ископаемого топлива.

Еще один способ уменьшить выбросы загрязняющих веществ — установить устройства контроля загрязнения на выхлопных газах автомобиля. Например, большинство бензиновых двигателей имеют трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы для уменьшения содержания угарного газа, несгоревших углеводородов и оксидов азота в выхлопных газах.

Платиновые или палладиевые катализаторы окисляют монооксид углерода и углеводороды с образованием диоксида углерода и воды, тогда как родиевые катализаторы восстанавливают оксиды азота с образованием азота и кислорода. Химики, материаловеды и инженеры разрабатывают и улучшают катализаторы, поглотители и сажевые фильтры, снижающие выбросы загрязняющих веществ.

В будущем даже одежда, которую вы носите, и наши здания смогут очищать воздух. Фотокаталитическая одежда может расщеплять оксиды азота и летучие органические соединения, используя только кислород и свет. Та же технология использовалась в краске и цементе, позволяя зданиям очищать воздух вокруг себя.

Что мы делаем

В 2013 году мы собрали атмосферных химиков, чтобы обсудить роль аэрозолей в атмосфере на нашей Фарадеевской дискуссии: тропосферный аэрозоль — формирование, трансформация, судьба и воздействие. Вы можете прочитать статьи, опубликованные параллельно с обсуждением, в журнале Faraday Discussions.

Многие из наших членов активно участвуют в изучении, мониторинге и борьбе с загрязнением воздуха. Наша группа по вопросам автоматизации и аналитического управления проводит ежегодное совещание по мониторингу окружающего воздуха.

Мы наградили компанию Johnson Matthey PLC синей табличкой в ​​знак признания 40-летия производства первых в мире коммерческих каталитических нейтрализаторов на этом предприятии и последующей разработки катализаторов и фильтров для бензиновых и дизельных автомобилей, которые очистили миллиарды тонн загрязняющих веществ от окружающей среды во всем мире. Вы можете прочитать больше об эволюции каталитических нейтрализаторов в Химическое образование, наш журнал для учителей.

Вы также можете ознакомиться с нашей публичной лекцией профессора Аластера Льюиса из Йоркского университета под названием «Загрязнение воздуха в прошлом, настоящем и будущем».

Изменение климата

В декабре 2015 года страны всего мира собрались в Париже, чтобы разработать новое международное соглашение об изменении климата.

В преддверии этой важной конференции мы поддержали сообщество ученых-химиков в обсуждении и внесении вклада в наше понимание изменения климата (например, посредством серии конференций и публикаций «Дискуссии Фарадея»), а также его причин и последствий.

Вы можете больше узнать о причинах и последствиях изменения климата в нашем специальном сборнике научных статей, обзорных статей и тематических сборниках. Вы также можете узнать больше о роли атмосферных химиков в исследованиях изменения климата в разделе «Образование по химии».

Мы также проводили научные встречи и более широкие мероприятия по привлечению общественности, посвященные множеству способов, которыми химия будет способствовать смягчению последствий изменения климата и адаптации к ним (например, см. нашу работу по энергии, еде и воде).

Вы можете узнать больше о том, как химия способствует решению глобальных проблем, в RSC News.

Мы объединились с Институтом инженеров-химиков, чтобы подтвердить нашу собственную позицию в отношении изменения климата. Читайте наше совместное заявление ниже.

Британское научное коммюнике об изменении климата

Мы являемся одним из 24 профессиональных и научных обществ Великобритании, которые одобрили коммюнике об изменении климата, призывающее к действиям правительства. Участвующие организации представляют широкий спектр знаний в области естественных, социальных, гуманитарных, медицинских и инженерных наук.

Вместе мы выступили с этим заявлением в июле 2015 года, которое было опубликовано в газетах Guardian и Telegraph.

Наше заявление об изменении климата

Подавляющее количество научных данных указывает на то, что деятельность человека является основной причиной недавнего изменения климата. Ясно, что увеличение выбросов двуокиси углерода и других парниковых газов после промышленной революции является главной причиной наблюдаемого глобального потепления. В климатических системах ожидаются региональные и годовые вариации, но данные свидетельствуют о потеплении за последние полвека, которое нельзя объяснить естественными причинами.

Уровень углекислого газа уже намного выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет, и ожидается, что продолжающиеся выбросы приведут к значительному дальнейшему потеплению. Более того, скорость потепления будет выше, чем во время прошлых естественных климатических изменений, что затруднит адаптацию. Ожидается, что это изменение климата вызовет изменения региональной температуры и количества осадков, а также увеличит частоту волн тепла, проливных дождей и некоторых других типов экстремальных погодных явлений.Это окажет серьезное неблагоприятное воздействие на благополучие человека и мир природы.

Выбор, который мы делаем сейчас, будет иметь далеко идущие последствия. Нам необходимо разработать стратегии смягчения последствий и адаптации для решения проблем, связанных с изменением климата. Эти стратегии включают разработку и внедрение низкоуглеродных технологий, повышение энергоэффективности и изменение моделей поведения для обеспечения устойчивого развития.

Королевское химическое общество и Институт инженеров-химиков обязуются поддерживать сообщество ученых-химиков в их вкладе в борьбу с изменением климата. Химические науки помогают нам понять, смягчить последствия изменения климата и адаптироваться к ним. Наилучшие доказательства, основанные на лучших научных данных, необходимы для обоснования правильных политических решений на всех трех фронтах. Химики и инженеры-химики уже вносят свой вклад различными способами, например, улучшая наше понимание химии атмосферы и океана, исследуя последствия изменения климата, разрабатывая новые решения по снижению выбросов энергии и выбросов углерода и помогая сельскохозяйственным культурам переносить меняющиеся условия.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с отчетом Королевского общества и Национальной академии наук. Изменение климата: доказательства и причины.