Если вы посмотрите на небо ясным днём, то, скорее всего, заметите тонкие белые облака, известные как инверсионные следы, тянущиеся за самолётами.
Образование этих перистых ледяных облаков — сложный процесс, который включает смешивание горячих выхлопных газов с холодным воздухом. В зависимости от атмосферных условий частицы льда из инверсионных следов могут существовать короткое время или сохраняться в течение нескольких часов или дольше. Прежде чем рассеяться, они удерживают тепло, которое в противном случае было бы выпущено в космос, способствуя изменению климата.
Исследование, посвящённое вкладу авиации в изменение климата в период с 2000 по 2018 год, показало, что инверсионные следы создают 57% потепления, вызванного авиацией, что значительно больше, чем выбросы CO₂ от сжигания топлива.
Фанцюнь Ю из Исследовательского центра атмосферных наук Университета в Олбани разработал усовершенствованную модель для моделирования образования инверсионных следов и опубликовал несколько работ, посвящённых образованию и свойствам частиц льда из инверсионных следов.
В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале ACS ES&T Air, Ю предлагает добавлять небольшое количество частиц, способствующих образованию льда, в выхлоп двигателей самолётов, чтобы сделать инверсионные следы гораздо менее вредными за счёт сокращения их срока службы.
Инновационный метод помогает создавать меньше, но более крупные кристаллы льда в инверсионном следе, заставляя его быстрее исчезать и удерживать меньше тепла.
«Частицы, способствующие образованию льда, — это крошечные пятнышки, которые действуют как зародыши для образования кристаллов льда, — говорит Ю. — Поскольку они могут инициировать образование льда при более высоких температурах, они поглощают водяной пар из выхлопных газов самолёта раньше и образуют кристаллы, достаточно крупные, чтобы гравитация могла увлечь их из атмосферы. Это означает, что инверсионные следы становятся короче, что в конечном итоге снижает их парниковый эффект до очень низкого уровня».
Техника Ю предполагает добавление материалов, способствующих образованию льда, таких как йодид серебра, трииодид висмута или другие подходящие материалы, которые могут эффективно замерзать и имеют низкое воздействие на окружающую среду, в выхлоп самолётов во время полёта.
Для проверки метода в реальных условиях Ю и его исследовательская группа использовали модель аэрозолей и микрофизики инверсионных следов — инструмент моделирования, который отслеживает, что происходит внутри выхлопного факела самолёта в течение нескольких секунд после выхода из двигателя.
Результаты их метода показали сокращение количества образующихся кристаллов льда из инверсионных следов в 50 раз.
«Количество материала, способствующего образованию льда, необходимого для этого, очень мало, оно сопоставимо с количеством смазочного масла, которое обычно потребляют самолёты, или даже меньше, — говорит Ю. — Кроме того, поскольку применение будет происходить высоко в атмосфере во время полётов и в ничтожных количествах, наше раннее моделирование показывает, что количество материала, достигающего земли, будет незначительным. Тем не менее нам необходимо дополнительно изучить, как эти добавленные частицы могут влиять на естественные частицы, способствующие образованию льда, формирование облаков и осадки».
Ю изучает микрофизику частиц в атмосфере (включая образование инверсионных следов) и их воздействие на окружающую среду более двух десятилетий.
Хотя необходимы дополнительные исследования и испытания, прежде чем технику Ю можно будет испытать на самолётах, он считает, что ранние результаты многообещающие.
«В будущем мы надеемся протестировать и усовершенствовать предложенный нами метод с помощью контролируемых лабораторных экспериментов и полевых измерений, — говорит Ю. — Мы также проведём дополнительные моделирования для дальнейшей оценки его эффективности и потенциального воздействия на окружающую среду».
В дополнение к этой работе Ю в настоящее время сотрудничает с командой из GE Research, чтобы помочь лучше понять влияние экологически чистого авиационного топлива и новых технологий двигателей на образование инверсионных следов.
Предоставлено:
University at Albany