تنطلق جزيئات الكربون الأسود الضارة إلى الغلاف الجوي عندما لا يتم حرق الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية بشكل كامل، مثل أبخرة عوادم الديزل، ومحطات الطاقة التي تعمل بالفحم، والطهي والتدفئة المنزلية.

ومن الممكن الحد من تأثيره الكبير، ولكن الأمر يتطلب اتخاذ إجراءات عاجلة للانتقال إلى بدائل أكثر نظافة.

قياس الكربون الأسود مهمًا لانة ذات تاثير مباشر على الكوكب وما يمكن فعله لتغيير الأمور.

الكربون الأسود يشكل خطرًا على البيئة وصحتنا، لذلك من المهم قياسه بشكل صحيح للأسباب التالية:

دعم تصميم السياسات للتخفيف السريع من آثار تغير المناخ

وبما أن الكربون الأسود قد يخلف تأثيرات مناخية قوية في الأمد القريب، فإن القياسات الدقيقة وتقديرات انبعاثات الكربون الأسود تساهم في تحسين المناخ في الأمد القريب عندما يتم تنفيذ سياسات تعمل على الحد من انبعاثات الكربون الأسود بشكل فعال.

فضلاً عن ذلك، ونظراً لاختلاف مصادر الكربون الأسود، فإن خصائص الانبعاثات تختلف من بلد إلى آخر ومن منطقة إلى أخرى.

القياسات الدقيقة لخصائص الانبعاثات الإقليمية سوف تساعد في إرساء الاستجابة السياسية الأكثر فعالية لتغير المناخ والمشاكل المرتبطة به.

ولا توجد في الوقت الحالي في العديد من البلدان تدابير تنظيمية محددة للكربون الأسود، وتنظمه كجزء من فئات أوسع، مثل PM2.5 ومع ذلك، هناك دعوات متزايدة لتنظيم مستقل للكربون الأسود.

ويمكن أن توفر القياسات الدقيقة وتقديرات الانبعاثات للكربون الأسود الأساس للتنظيم الخاص بالكربون الأسود، وسوف تلعب دوراً رئيسياً في إرساء سياسات تنظيمية فعالة.

 تقديم فهم شامل لتأثير الكربون الأسود

وعلى النقيض من بعض الملوثات الأخرى، فإن الكربون الأسود له تأثيرات مختلفة على المناخ والصحة وجودة الهواء.

فهو يسبب أمراض الرئة والقلب والأوعية الدموية لدى البشر ويلعب دوراً مهماً في تغير المناخ العالمي، مثل التغيرات في ذوبان الجليد وأنماط تشكل السحب.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن تحديد مصادره وخصائص انبعاثاته من حيث جودة الهواء سوف يسمح لنا بالتنبؤ بفعالية بالتأثيرات على صحة الإنسان والنظام البيئي المحيط.

وسوف تلعب القياسات الدقيقة للكربون الأسود دوراً رئيسياً في فهم هذه التأثيرات المعقدة والاستجابة لها بشكل أكثر شمولاً.

كيف يمكن قياس الكربون الأسود؟

هناك تقنيات مختلفة لقياس الكربون الأسود، ولكن تقنيات القياس الرئيسية المستخدمة هي الطرق الحرارية/البصرية وطرق الامتصاص.

 الطرق الحرارية

تعتبر الطرق الحرارية/البصرية واحدة من طرق القياس غير المباشرة للكربون العنصري (EC) في الغلاف الجوي.

وعلى الرغم من أن EC والكربون الأسود مفهومان مختلفان تمامًا، إلا أنهما يتمتعان بخصائص متشابهة جدًا في الغلاف الجوي، لذلك نستخدم قياسات EC كتقريب للكربون الأسود.

تقيس الطريقة الحرارية/البصرية مكون الكربون الذي يتبخر بعد جمع الجسيمات أولاً في الغلاف الجوي على ورق الترشيح ثم تسخينها خطوة بخطوة.

قد يتبخر الكربون العضوي (OC)، وهو شكل آخر من أشكال الكربون في الغلاف الجوي، أيضًا أثناء عملية التسخين، مما يؤدي إلى تشوه قيم القياس عند محاولة قياس EC لحل هذه المشكلة، يتم التمييز بين EC و OC من خلال المعايرة البصرية حيث يتم قياس محتويات المرشح لاحقًا بصريًا باستخدام الليزر أو الضوء للتمييز بين OC و EC تتمثل مزايا هذه الطريقة في أنها يمكن أن تميز بوضوح بين EC و OC وتوفر دقة عالية، ومع ذلك، فإن لها عيبًا يتمثل في أنها تتطلب تكلفة استثمار أولية أعلى نسبيًا، وتستغرق الكثير من الوقت، ويصعب قياسها في الوقت الفعلي.

طرق الامتصاص

تقيس طريقة الامتصاص الكربون الأسود من خلال امتصاص الليزر عن طريق جمع الجسيمات على ورق الترشيح.

يمتص الكربون الأسود الضوء عند 880 نانومتر، وهو طول موجي يمتصه عدد قليل من الجسيمات الأخرى، لذلك، إذا قمنا بقياس كمية الضوء عند 880 نانومتر التي تمر عبر المرشح قبل وبعد ملاحظة العينة وحساب الكمية المخفضة، فيمكننا افتراض أن كمية المادة التي تمتص ذلك الضوء هي الكربون الأسود.

يمكن تحويل هذه القيم بواسطة قانون بير-لامبيرت (الذي يربط بين كمية انطفاء الضوء وتركيز الكيان الممتص) لتقدير كتلة جزيئات الكربون الأسود.

وعلى الرغم من وجود طرق قياس مختلفة تعتمد على الامتصاص، فإن الطريقة الأكثر استخدامًا هي طريقة Aethalometer نظرًا للتكلفة والعملية وقدرات القياس في الوقت الفعلي.

ما هي تحديات قياس الكربون الأسود؟

1-عدم وجود طرق قياس موحدة

لا توجد طريقة قياس موحدة متفق عليها دوليًا للكربون الأسود، مما يجعل مقارنة البيانات ودمجها أمرًا صعبًا.

ولمعالجة هذه المشكلة، تقدم المنظمات الدولية ذات الصلة إرشادات حول قياس الكربون الأسود، بالإضافة إلى ذلك، يتم تطوير بروتوكولات القياس الدولية من خلال برنامج المراقبة الجوية العالمية (GAW) ، وتعمل EURAMET على مشروع لتوحيد معايير قياس الهباء الجوي للكربون الأسود .

2- التمييز بينه وبين الهباء الجوي الآخر

لا ينبعث من الاحتراق غير الكامل للمواد الكربونية الكربون الأسود فحسب، بل ينبعث أيضًا العديد من المواد الأخرى.

وغالبًا ما يتواجد الكربون الأسود جنبًا إلى جنب مع أنواع أخرى من الهباء الجوي، مما يجعل من الصعب فصله وقياسه بدقة.

ويجري تطوير تقنيات متقدمة مثل مقياس الأيثالوميتر متعدد الأطوال الموجية ومحللات الجسيمات الفردية (SP2) لحل هذه المشكلة.

وستوفر هذه الأساليب الجديدة نتائج قياس أكثر دقة للكربون الأسود.

3- القياسات في المناطق النائية

عند قياس الكربون الأسود، توجد صعوبات تقنية وفيزيائية عند القياس في المناطق النائية مثل المناطق القطبية أو المحيطات.

وتشمل هذه الصعوبات صعوبة الاستخدام المباشر لمعدات القياس بسبب الظروف القاسية وقضايا الإدارة المرتبطة بالحصول على بيانات القياس المستمرة.

ويتم استخدام طرق مختلفة، مثل تقنية الأقمار الصناعية وقياسات المركبات الجوية غير المأهولة، للتغلب على هذه المشاكل.

4- العبء الاقتصادي والقيود التشغيلية

تختلف طرق قياس الكربون الأسود، ولكن كل طريقة تختلف من حيث الاستثمار الأولي وتكلفة التشغيل.

وفي حالة البلدان المتقدمة، ليس من الصعب إدخال طرق القياس المختلفة المذكورة أعلاه، ولكن في حالة البلدان النامية، قد يكون من الصعب دمج الأساليب التي تتطلب تكلفة عالية وخبرة من حيث الاستثمار الأولي وتكاليف التشغيل والقوى العاملة المهنية، لذلك، فإن اختيار الطريقة المناسبة التي تناسب الوضع الاقتصادي والفني لكل بلد أو منطقة يشكل تحديًا مهمًا.

القياس الدقيق وتحليل الكربون الأسود يشكلان تحديين رئيسيين لابد من مواجهتهما من أجل الاستجابة المناسبة لتغير المناخ.

وعلى الرغم من تطوير أساليب وتقنيات قياس مختلفة، إلا أن العديد من التحديات لا تزال قائمة.

وسوف يؤدي التغلب على هذه العقبات إلى توفير بيانات أكثر موثوقية عن الكربون الأسود، مما يساهم في نهاية المطاف بشكل كبير في وضع وتنفيذ سياسات فعالة للاستجابة لتغير المناخ.

ولذلك، ينبغي أن يحظى التطوير المستمر لتكنولوجيا قياس الكربون الأسود والتعاون الدولي باهتمام أكبر في المستقبل.