Четырехлетнее исследование — это первое практическое испытание, посвященное влиянию поведения человека на насосе на загрязнение воздуха в городах. Этот эмпирический анализ атмосферных загрязнителей, загруженности дорог, выбора топлива потребителями и метеорологических условий является важным инструментом для изучения других крупных городов, таких как Чикаго, Нью-Йорк, Лондон и Пекин. Предыдущие исследования в основном состояли из компьютерного моделирования атмосферных химических реакций на основе исследований выбросов выхлопных газов.
«Люди часто этого не осознают, но в совокупности вы можете оказать реальное влияние на окружающую среду», — сказал Альберто Сальво, ранее работавший в Школе менеджмента Келлога Северо-Западного университета, а теперь являющийся доцентом экономики в Национальном университете Сингапура. «В Сан-Паулу более миллиона автомобилей перешли с этанола на бензин за тот же сезон, и мы обнаружили, что уровень озона снизился. Мы не ожидали этого, но это точный результат».Сальво объединился с химиком Францем М. Гейгером, чтобы помочь ему с помощью статистических методов составить картину качества воздуха из очень сложного химического состава. Результаты их исследования будут опубликованы 28 апреля в журнале Nature Geoscience.
Сальво и Гейгер использовали данные о продажах топлива и 14 000 опросов потребителей, чтобы предсказать величину перехода с этанола на бензин и обратно в течение 30 месяцев. Затем они определили изменение концентраций загрязняющих веществ на основе прогнозируемой топливной смеси, метеорологических данных и уровней дорожного движения на 600 милях дорог и обнаружили, что уровни озона значительно снизились по сравнению с ростом использования бензина.Живя в Сан-Паулу, Сальво понял, что город предлагает лучшую из возможных «естественную лабораторию» — реальную ситуацию, а не гипотетическую — для изучения поведения потребителей и его влияния на качество воздуха с использованием больших данных.
Сеть наблюдения за атмосферным воздухом в мегаполисе великолепна, погода умеренная, а температура мало колеблется в течение года.
Во время двух эпизодов высоких цен на сахар в 2010 году и снова в 2011 году цена на этанол увеличивалась, что вынудило потребителей переключиться на бензин. (Бразилия является крупным производителем сахара, а этанол в стране производится из сахарного тростника.) Эти два эпизода предоставили идеальную ситуацию для исследования Сальво и Гейгера.«Сан-Паулу был местом для проведения этого первоначального исследования, потому что потребители могут и действительно переключаются с одного топлива на другое по причинам, не связанным с качеством воздуха, дороги заблокированы, а исследователям доступно так много хороших данных», — сказал Сальво.Сан-Паулу имеет самый большой в мире парк транспортных средств, работающих на гибком топливе, с автомобилями, которые могут работать на любом бензине, полностью этаноле или их смеси. Цены на бензин в Бразилии контролируются правительством, а внутренняя цена сахара — и, следовательно, внутренняя цена этанола — определяется мировой ценой на сахар.
По словам исследователей, научные исследования с использованием больших данных могут помочь политикам далеко продвинуться в понимании того, как уменьшить загрязнение воздуха с учетом местных условий. Эффект от использования топлива будет зависеть от местного состава атмосферы, например от мелкодисперсных загрязнителей.«Озон и оксид азота вносят свой вклад в городской смог, поэтому в зависимости от того, насколько хорошо город способен смягчить загрязнение воздуха, этанол может не быть« зеленым топливом », как его часто называют», — сказал Гейгер, профессор химии в Колледж искусств и наук Вайнберга. Он и Сальво сейчас анализируют, как концентрация других загрязнителей воздуха в Сан-Паулу, особенно мелких частиц, изменяется в зависимости от выбора автомобилистов в городе.
Гейгер предупредил, что их результаты действительны только для субтропического города Сан-Паулу, но междисциплинарный подход исследователей может быть использован для изучения более сложных городских ситуаций.
Их исследование показывает, что для борьбы с загрязнением требуется команда, которая объединяет науку об атмосфере и инженерию, экономику и статистику.«Эта работа позволяет нам начать думать о городском метаболизме Чикаго, который представляет собой новый мегаполис, окруженный« кукурузной страной », — сказал Гейгер. «Этанол из кукурузы — особенно интересный вариант для будущих, возможно, более конкурентных энергетических рынков. Это область, за которой мы должны следить».«Заслуга междисциплинарного процесса в том, что Франц сейчас говорит как экономист», — сказал Сальво с ухмылкой.
Грант на исследования высокого риска от Института устойчивого развития и энергетики Северо-Запада (ISEN) заставил Сальво начать свою работу, но именно когда Марк Ратнер, содиректор ISEN и химик, представил Сальво Гейгеру, исследование действительно было в процессе. Для успеха необычного исследования потребовались как социолог, так и химик.«Без ISEN эта работа никогда бы не состоялась — ни за что», — сказал Гейгер.
Гейгер и Сальво планируют сотрудничать с Аароном Пакманом, профессором гражданской и экологической инженерии в Школе инженерии и прикладных наук Маккормика, в изучении городских метаболитов в Чикаго. В частности, группа планирует использовать сеть мониторинга воздуха округа Кук, данные о движении и метеорологические данные, чтобы узнать, как концентрация загрязнителей воздуха в городе может измениться при будущих — и, скорее всего, более загруженных — сценариях дорожного движения.