Onderzoeksproject SD/AT/03A (Onderzoeksactie SD)
Context
Dit project beoogt het beter begrijpen en kwantifiëren van de impact van Biogene Vluchtige Organische Stoffen (BVOS) op de luchtkwaliteit en op het klimaatsysteem (middels aërosolen en de broeikasgassen ozon en methaan). Het zal daardoor het betreffende beleid ondersteunen op internationaal (b.v. IPCC) zowel als Belgisch federaal niveau. Gedetailleerde degradatiemechanismen van belangrijke BVOS verbindingen (de mono- en sesquiterpenen) zullen ontwikkeld worden door middel van geavanceerde theoretische methoden en geïmplementeerd worden in een grootschalig model ten einde hun impact op de atmosfeer te bepalen. De mechanismen en het model zullen gevalideerd worden door laboratorium- en veldwaarnemingen, met inbegrip van metingen uitgevoerd in het raam van het BIOSOL zusterproject.
Beschrijving van het project
Doelstellingen
Onze algemene doelstellingen zijn:
(1) De bepaling van de impact van biogene organische stoffen in de atmosfeer
(2) De vastlegging van de fotochemische-degradatiemechanismen en de aerosolvormingspotentialen van verscheidene mono- en sesquiterpenenen
Meer specifiek beogen we:
(1) De doorvoering van experimentele studies met betrekking tot de ozongeïnitieerde oxidatiemechanismen en de aerosolvormingspotentialen van twee sesquiterpenen
(2) De ontwikkeling van een alomvattend model ter beschrijving van de gasfaze-oxidatie en de aërosolvorming bij de degradatie van de belangrijkste terpenen
(3) De evaluatie van de impact van deze terpenen op troposferisch ozon en organische aërosolen op een globale schaal
(4) De bepaling van de impact van reacties van zuurstofhoudende verbindingen in de hogere troposfeer
Methodologie
(1) Doorvoeren van oxidatie experimenten van twee sesquiterpenen, -caryofylleen en α-humuleen, in een grote reactor (Internationale partner MPI-Mainz), waarbij zowel de gas- als deeltjesvormige producten van de reacties met ozon zullen worden geanalyseerd, en de aerosolopbrengst, hun deeltjesgrootte en hun activiteit als wolkcondensatiekernen zullen bepaald worden. Eveneens zal de invloed van de reactieomstandigheden (zoals de temperatuur) onderzocht worden.
(2) Inzetten van de meest geavanceerde theoretische methoden voor de ontwikkeling van Structuur-Activiteitsrelaties (SARs) die vereist zijn voor de uitwerking van gedetailleerde degradatiemechanismen van terpenen en andere VOS (KULeuven). Ontwikkelen van zulke mechanismen voor geselecteerde mono- en sesquiterpenen. Ontrafeling van de vormingspaden van cruciale laag-vluchtige verbindingen. Deze mechanismen kunnen als basis dienen voor templaatmechanismen van andere terpenen.
(3) Ontwikkelen van een model voor de partitie tussen de gas- en deeltjesfazen van de oxidatieproducten van mono- en sesquiterpenen, op basis van state-of-the-art voorspellingsmethodes van thermodynamische eigenschappen. Koppelen van dit model met een "box" model voor de gasfaze-degradatie van geselecteerde mono- en sesquiterpenen (IASB-BIRA). Valideren van dit model door confrontatie met laboratoriummetingen in diverse condities. Bepalen in hoeverre de waargenomen aerosolvorming kan gereproduceerd worden met of zonder parametrizaties van heterogene reacties.
(4) Implementeren van een vereenvoudigde versie van dit model in een globaal chemie-transport atmosfeermodel, en bepalen van de impact van terpeenemissies op het budget en de distributie van oxidantia en organische aërosolen (IASB-BIRA).
(5) Bepalen van de temperatuur- en drukafhankelijke snelheden en producten van de reacties van een aantal zuurstofhoudende verbindingen met OH en/of HO2 radicalen, d.m.v. geavanceerde theoretische methoden, en evalueren van de impact van deze verbindingen in de atmosfeer (KULeuven).
Interactie tussen de verschillende partners
De onderzoeksresultaten van zowel KULeuven als de Internationale partner MPI Mainz zijn vereist voor het opstellen van de terpeenoxidatiemechanismen. Deze zullen geïncorporeerd worden in het model ontwikkeld door IASB-BIRA, dat zal gevalideerd worden op basis van laboratoriumdata verkregen in dit project (door MPI) zowel als in eerdere studies.
Verwachte resultaten en/of producten
Onze onderzoeksresultaten zullen verspreid worden via publicaties in internationale tijdschriften en mededelingen op internationale congressen, en tevens via onze website (www.oma.be/TROPO/IBOOT/Home.html). Andere valorisatieactiviteiten omvatten:
(1) de ontwikkeling van een website voor Structuur-Activiteitsrelaties (SARs), met pedagogische werktuigen, een discussie van de methoden, de chemisch- kinetische datasets, en de statistische analyses daarvan. Een programma zal ontwikkeld worden voor geautomatiseerd gebruik van de SARs,
(2) workshop/school over mechanismenontwikkeling, in samenwerking met het BIOSOL project en onder de auspiciën van het INTROP programma van de NSF, en
(3) data overdracht naar internationale databases (b.v. binnen het FP6 network of excellence ACCENT).
Partners
Activiteiten
IASB-BIRA heeft een lange traditie in atmosfeeronderzoek, dat één van zijn hoofdopdrachten is. Een groot deel van het wetenschappelijke werk is gewijd aan de stratosfeer en de troposfeer door middel van laboratoriumstudies, modellering en in situ atmosfeermonitoring.
De laboratoria van KULeuven betrokken bij dit project leggen zich toe op de chemische kinetica van radicalaire reacties en tevens op de ontwikkeling/aanwending van hoog-niveau kwantumchemische en kwantumstatistische theoretische methoden o.m. voor reactiemechanismen, reactie-kinetica en productdistributies.
Het onderzoek van de Internationale partner MPI-Mainz is toegespitst op ozon en op radicalen in foto-oxidatiemechanismen die een centrale rol vervullen in het zelfreinigende vermogen van de atmosfeer. MPI ontwikkelt hoogsensitieve instrumentatie voor spoorgasmetingen, en voor het ontrafelen van fotochemische reactieketens.
Contact Informatie
Project website: www.oma.be/TROPO/IBOOT/Home.html
Coördinator
Jean-François Müller
Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (IASB-BIRA)
Avenue Circulaire 3
B-1180 Brussel
Tel: +32 (0)2 373.03.66
Fax: +32 (0)2 374.84.23
Jean-Francois.Muller@aeronomie.be
www.oma.be/TROPO
Jozef Peeters & Luc Vereecken
Katholieke Universiteit Leuven (KULeuven)
Afdeling Kwantumchemie en Fysicochemie, Department Chemie
Celestijnenlaan 200F
B-3001 Heverlee
Tel: +32 (0)16 32.73.82
Fax: +32 (0)16 32.79.92
Jozef.Peeters@chem.kuleuven.ac.be
arrhenius.chem.kuleuven.ac.be/labpeeters/
Geert Moortgat & Richard Winterhalter
Max-Planck Institut für Chemie, Mainz
Division of Atmospheric Chemistry
J.J.-Becherweg 27
D-55020 Mainz
Tel: +49 (0)6131 305.476
Fax: +49 (0)6131 305.436
moo@mpch-mainz.mpg.de
Opvolgingscomité
Guy Brasseur - National Center for Atmospheric Research, Boulder, USA
Didier Hauglustaine - Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Frankrijk
Thorsten Hoffmann - Gutenberg University, Institute of Inorganic and Analytical Chemistry, Mainz, Duitsland
R. Anthony Cox - University of Cambridge, University Chemical Laboratory, Cambridge, United Kingdom
Ulrich Schurath - Forschungszentrum Karlsruhe, Institut fuer Meteorologie und Klimaforschung, IMK-AAF, Karlsruhe, Duitsland
Impact of biogenic emissions on organic aerosols and oxidants in the troposphere (IBOOT) : final report (phase 1)
Brussels : Belgian Science Policy, 2008 (SP1924)
[Om te downloaden]
Impact van Biogene emissies op Organische aerosolen en Oxidantia in deTroposfeer (fase 1) : samenvatting
Brussel : Federale Wetenschapsbeleid, 2009 (SP2011)
[Om te downloaden]
Impact des émissions Biogéniques sur les aérosols Organiques et les Oxydants dans la Troposphère (IBOOT) phase 1 : résumé
Bruxelles : Politique Scientifique fédérale, 2009 (SP2012)
[Om te downloaden]
Impact of biogenic emissions on organic aerosols and oxidants in the troposphere (IBOOT) phase 1 : summary
Brussels : Federal Science Policy, 2009 (SP2013)
[Om te downloaden]
Impact of biogenic emissions on organic aerosols and oxidants in the troposphere (IBOOT) : final report
Brussels : Belgian Science Policy, 2011 (SP2266)
[Om te downloaden]
[Om te bestellen]
Impact of biogenic emissions on organic aerosols and oxidants in the troposphere (IBOOT) : summary of results
Brussels : Federal Science Policy, 2011 (SP2273)
[Om te downloaden]
Impact of biogenic emissions on organic aerosols and oxidants in the troposphere (IBOOT) : résumé des résultats
Bruxelles : Politique scientifique fédérale, 2011 (SP2274)
[Om te downloaden]
Impact van Biogene emissies op Organische aerosolen en Oxidantia in deTroposfeer (IBOOT) : samenvatting van de resultaten
Brussel : Federaal wetenschapsbeleid, 2011 (SP2275)
[Om te downloaden]
Bibliografische referenties :
T.J. Dillon, A. Horowitz, D. Hölscher, J.N. Crowley, L. Vereecken, J. Peeters
Physical Chemistry - Chemical Physics, 8 , 2006
