لا يوجد x

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة

في كيمياء الغلاف الجوي ، يُستخدم مصطلح NO x اختصارًا لأكسيد النيتريك ( NO ) وثاني أكسيد النيتروجين ( NO2 )، وهما من أكاسيد النيتروجين الأكثر أهمية لتلوث الهواء . [ 1 ] [ 2 ] تساهم هذه الغازات في تكوين الضباب الدخاني والأمطار الحمضية ، كما تؤثر على طبقة الأوزون في التروبوسفير .

تنتج أكاسيد النيتروجين عادةً من تفاعل النيتروجين والأكسجين أثناء احتراق الوقود، مثل الهيدروكربونات ، في الهواء؛ وخاصةً عند درجات الحرارة العالية، كما هو الحال في محركات السيارات. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] في المناطق ذات الكثافة المرورية العالية، مثل المدن الكبرى، تُعدّ أكاسيد النيتروجين المنبعثة مصدرًا هامًا لتلوث الهواء. كما تُنتج أكاسيد النيتروجين طبيعيًا بفعل البرق .

لا يشمل NO x أكسيد النيتروز ( N2O ) ، [ 1 ] وهو أكسيد خامل إلى حد ما من النيتروجين يساهم بشكل أقل حدة في تلوث الهواء، على الرغم من تورطه في استنفاد الأوزون [ 4 ] وإمكانية الاحترار العالمي العالية .

NO y هي فئة المركبات التي تشمل NO x ومركبات NO z الناتجة عن أكسدة NO x ، والتي تتضمن حمض النيتريك ( HNO 3 )، وحمض النيتروز (HONO)، وخماسي أكسيد ثنائي النيتروجين ( N 2 O 5 )، وبيروكسي أسيتيل نترات (PAN)، ونترات الألكيل ( RONO 2 )، وبيروكسي ألكيل نترات ( ROONO 2 )، وجذر النترات ( NO 3 )، وحمض البيروكسي نيتريك ( HNO 4 ). [ 5 ] [ 6 ] : 30

التكوين والتفاعلات

بسبب محدودية الطاقة، لا يتفاعل الأكسجين والنيتروجين في درجات الحرارة المحيطة. لكن عند درجات الحرارة المرتفعة، يخضعان لتفاعل ماص للحرارة ينتج عنه أكاسيد نيتروجينية مختلفة . وتنشأ هذه الدرجات الحرارية داخل محرك الاحتراق الداخلي أو غلاية محطة توليد الطاقة ، أثناء احتراق خليط من الهواء والوقود، وبطبيعة الحال في ومضة البرق .

في كيمياء الغلاف الجوي ، يشير مصطلح NOₓ إلى التركيز الكلي لأكسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد النيتروجين ( NO₂) ، نظرًا لسرعة التحول بين هذين النوعين في طبقتي الستراتوسفير والتروبوسفير. [ 6 ] خلال ساعات النهار، تكون هذه التركيزات، بالإضافة إلى تركيز الأوزون، في حالة استقرار ، تُعرف أيضًا باسم حالة الاستقرار الضوئي (PSS)؛ وتُحدد نسبة NO إلى NO₂ بشدة أشعة الشمس (التي تحول NO₂ إلى NO ) وتركيز الأوزون (الذي يتفاعل مع NO لتكوين NO₂ مرة أخرى ) .

بمعنى آخر، يتم تحديد تركيز الأوزون في الغلاف الجوي من خلال نسبة هذين النوعين.

الرمزم{\displaystyle {\ce {M}}}يمثل "جسمًا ثالثًا"، وهو نوع جزيئي مطلوب لنقل الطاقة من التفاعل الطارد للحرارة 2. تربط المعادلة 4 تركيزات NO x والأوزون، وتُعرف باسم علاقة لايتون .

الوقتτ{\displaystyle \tau }إن ما يلزم للوصول إلى حالة مستقرة بين أكاسيد النيتروجين والأوزون يهيمن عليه التفاعل ( 3 )، الذي يعكس التفاعلات ( 1 ) + ( 2 ):

بالنسبة لنسبة خلط أكسيد النيتروجين [NO] = 10 جزء في المليار (ppb)، يكون الثابت الزمني 40 دقيقة؛ أما بالنسبة لـ [NO] = 1 جزء في المليار، فيكون الثابت الزمني 4 دقائق. [ 8 ] : 211

تكوّن الضباب الدخاني

عندما تتفاعل أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة في وجود ضوء الشمس، فإنها تُشكّل الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي ، وهو شكلٌ خطير من أشكال تلوث الهواء. ويزداد وجود هذا الضباب خلال فصل الصيف مع ارتفاع الإشعاع الشمسي الساقط. وتتفاعل الهيدروكربونات المنبعثة من الأنشطة الصناعية والنقل مع أكاسيد النيتروجين بسرعة، مما يزيد من تركيز الأوزون ومركبات البيروكسيد، وخاصةً بيروكسي أسيتيل نترات (PAN). [ 9 ]

يُعدّ الأطفال والأشخاص المصابون بأمراض الرئة مثل الربو والأشخاص الذين يعملون أو يمارسون الرياضة في الهواء الطلق أكثر عرضة للآثار الضارة للضباب الدخاني مثل تلف أنسجة الرئة وانخفاض وظائف الرئة. [ 10 ]

تكوّن حمض النيتريك والأمطار الحمضية

يتأكسد ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂ ) بشكل إضافي في الحالة الغازية خلال النهار عن طريق التفاعل مع جذور الهيدروكسيل (OH⁻).

NO 2 + OH (+M) → HNO 3 (+M)،

حيث يرمز M إلى جزيء ثالث ضروري لتثبيت ناتج الإضافة. حمض النيتريك ( HNO₃ ) شديد الذوبان في الماء السائل في جزيئات الهباء الجوي أو قطرات السحب.

يتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين أيضًا مع الأوزون لتكوين جذر النترات

NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2 .

خلال النهار، يتحلل NO 3 بسرعة ضوئيًا ليعود إلى NO 2 ، ولكن في الليل يمكن أن يتفاعل مع NO 2 ثانٍ لتكوين خماسي أكسيد النيتروجين .

NO 2 + NO 3 (+M) → N 2 O 5 (+M).

يتفاعل N2O5 بسرعة مع الماء السائل (في جزيئات الهباء الجوي أو قطرات السحب ، ولكن ليس في الحالة الغازية) لتكوين HNO3 ،

N 2 O 5 + H 2 O (liq) → 2 HNO 3 (aq)

يُعتقد أن هذه هي المسارات الرئيسية لتكوين حمض النيتريك في الغلاف الجوي. [ 8 ] : 224-225. يُساهم حمض النيتريك هذا في تكوين الأمطار الحمضية أو قد يترسب في التربة، حيث يُكوّن النترات ، وهي مادة مفيدة للنباتات النامية. تفاعل الطور المائي

2 NO 2 + H 2 O → HNO 2 + HNO 3 

بطيء للغاية بحيث لا يكون له أي أهمية في الغلاف الجوي. [ 8 ] : 336

مصادر

مصادر طبيعية

يُنتج أكسيد النيتريك أثناء العواصف الرعدية نتيجةً للتسخين والتبريد الشديدين أثناء الصاعقة . يؤدي ذلك إلى تحويل جزيئات مستقرة مثل النيتروجين (N₂ ) والأكسجين ( O₂ ) إلى كميات كبيرة من أكسيد النيتريك (NO) ، على غرار العملية التي تحدث أثناء احتراق الوقود في درجات الحرارة العالية. [ 11 ] يمكن أن يتأكسد أكسيد النيتريك الناتج عن الصواعق لإنتاج حمض النيتريك ( HNO₃ )، والذي قد يترسب على شكل أمطار حمضية أو يتراكم على جزيئات الهواء. يعتمد ارتفاع إنتاج أكسيد النيتريك من الصواعق على الموسم والموقع الجغرافي. يكثر حدوث الصواعق فوق اليابسة بالقرب من خط الاستواء في منطقة التقارب المداري (ITCZ) خلال أشهر الصيف. [ 12 ] وتتغير هذه المنطقة قليلاً مع تغير الفصول. يمكن رصد إنتاج أكسيد النيتريك من الصواعق عبر الأقمار الصناعية.

قدّر العلماء أوت وآخرون [ 13 ] أن كل ومضة برق، في المتوسط، خلال العواصف الرعدية التي دُرست في المناطق المعتدلة وشبه الاستوائية، تُحوّل 7 كيلوغرامات (15 رطلاً) من النيتروجين إلى أكاسيد النيتروجين (NOx ) المتفاعلة كيميائياً . وبمعدل 1.4 مليار ومضة برق سنوياً، مضروباً في 7 كيلوغرامات لكل ضربة برق، قدّروا أن إجمالي كمية أكاسيد النيتروجين الناتجة عن البرق سنوياً يبلغ 8.6 مليون طن. في المقابل، تُقدّر انبعاثات أكاسيد النيتروجين الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري بنحو 28.5 مليون طن . [ 14 ]  

أشارت دراسة حديثة إلى أن الأشعة الكونية والتوهجات الشمسية قد تؤثر بشكل كبير على عدد ضربات البرق التي تحدث على الأرض. ولذلك، يُمكن أن يكون الطقس الفضائي قوة دافعة رئيسية لأكاسيد النيتروجين (NOx ) الناتجة عن البرق في الغلاف الجوي . [ 3 ] ويمكن أن تتوزع مكونات الغلاف الجوي، مثل أكاسيد النيتروجين، عموديًا في طبقات الغلاف الجوي. وأشار أوت إلى أن أكاسيد النيتروجين الناتجة عن البرق توجد عادةً على ارتفاعات تزيد عن 5 كيلومترات، بينما توجد أكاسيد النيتروجين الناتجة عن الاحتراق والبيولوجية (من التربة) عادةً بالقرب من مصادرها على ارتفاعات قريبة من سطح الأرض (حيث يُمكن أن تُسبب أكبر الآثار الصحية). [ 13 ] 

مصادر بيولوجية

يُساهم التسميد الزراعي واستخدام النباتات المُثبِّتة للنيتروجين في زيادة أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي ، وذلك من خلال تعزيز تثبيت النيتروجين بواسطة الكائنات الدقيقة. [ 15 ] [ 16 ] تُحوِّل عملية النترجة الأمونيا إلى نترات. أما عملية نزع النيتروجين فهي عكس عملية النترجة، حيث تُختزل النترات إلى نتريت، ثم إلى أكسيد النيتريك (NO)، ثم إلى أكسيد النيتروز ( N₂O ) ، وأخيرًا إلى النيتروجين. ومن خلال هذه العمليات، تنبعث أكاسيد النيتروجين إلى الغلاف الجوي. [ 17 ]

أظهرت دراسة حديثة أجرتها جامعة كاليفورنيا في ديفيس أن إضافة الأسمدة النيتروجينية إلى التربة في كاليفورنيا تُساهم بنسبة 25% أو أكثر في مستويات تلوث أكاسيد النيتروجين على مستوى الولاية. [ 18 ] عند إضافة الأسمدة النيتروجينية إلى التربة، يُمكن للكائنات الدقيقة في التربة تحويل فائض الأمونيوم والنترات غير المُستخدَمة من قِبَل النباتات إلى أكاسيد النيتروجين، والتي تتسرب إلى الهواء. تُعد أكاسيد النيتروجين مُسبِّباً لتكوّن الضباب الدخاني، وهي مشكلة معروفة بالفعل في ولاية كاليفورنيا. إضافةً إلى مُساهمتها في تكوّن الضباب الدخاني، فإن إضافة الأسمدة النيتروجينية إلى التربة وإطلاق الفائض منها على شكل أكاسيد النيتروجين، أو ترشيحها على شكل نترات، قد يُشكِّل عملية مُكلفة للقطاع الزراعي.

أظهرت دراسة أجرتها جامعة إنديانا عام 2018 أن غابات شرق الولايات المتحدة ستشهد ارتفاعًا في أكاسيد النيتروجين ، وما يترتب على ذلك من تغيرات في أنواع الأشجار السائدة. فبسبب النشاط البشري وتغير المناخ ، بدأت أشجار القيقب والساسافراس والزنبق في إزاحة أشجار البلوط والزان والجوز المفيدة. وخلص فريق البحث إلى أن الأنواع الثلاثة الأولى، القيقب والساسافراس والزنبق ، ترتبط ببكتيريا مؤكسدة للأمونيا، معروفة بقدرتها على "إطلاق النيتروجين التفاعلي من التربة". في المقابل، ترتبط الأنواع الثلاثة الثانية ، البلوط والزان والجوز، بميكروبات "تمتص أكاسيد النيتروجين التفاعلية"، وبالتالي يمكن أن يكون لها تأثير إيجابي على مكون أكسيد النيتروجين في جودة الهواء. ومن المتوقع أن يكون انبعاث أكسيد النيتروجين من تربة الغابات أعلى ما يكون في ولايات إنديانا وإلينوي وميشيغان وكنتاكي وأوهايو. [ 19 ]

المصادر الصناعية (المصادر البشرية)

المصادر الرئيسية الثلاثة لأكاسيد النيتروجين في عمليات الاحتراق : [ 20 ] [ 21 ]

  • أكاسيد النيتروجين الحرارية
  • وقود NO x
  • لا يوجد رمز x

يُعدّ تكوّن أكاسيد النيتروجين الحرارية ، الذي يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة، المصدرَ الأهمّ عند احتراق الغاز الطبيعي. وتميل أكاسيد النيتروجين الناتجة عن الوقود إلى أن تكون المصدرَ الرئيسيّ أثناء احتراق أنواع الوقود، مثل الفحم، الذي يحتوي على نسبة عالية من النيتروجين، لا سيما عند حرقه في غرف احتراق مصممة لتقليل أكاسيد النيتروجين الحرارية . ويُعتبر تأثير أكاسيد النيتروجين الفورية ضئيلاً في العادة. أما المصدر الرابع، المسمى أكاسيد النيتروجين الناتجة عن التغذية ، فيرتبط باحتراق النيتروجين الموجود في مواد التغذية لأفران الأسمنت الدوارة، عند درجات حرارة تتراوح بين 300 و800 درجة مئوية، حيث يُعتبر مساهماً ثانوياً.  

حراري

يشير مصطلح أكاسيد النيتروجين الحرارية إلى أكاسيد النيتروجين المتكونة نتيجة أكسدة النيتروجين ثنائي الذرة الموجود في هواء الاحتراق عند درجات حرارة عالية. [ 22 ] ويعتمد معدل التكوين بشكل أساسي على درجة الحرارة ومدة بقاء النيتروجين عند تلك الدرجة. عند درجات الحرارة العالية، والتي عادةً ما تتجاوز 1300 درجة مئوية (2600 درجة فهرنهايت)، يتفكك النيتروجين الجزيئي ( N₂ ) والأكسجين الجزيئي ( O₂ ) في هواء الاحتراق إلى ذراتهما، ويشاركان في سلسلة من التفاعلات .  

التفاعلات الرئيسية الثلاثة ( آلية زيلدوفيتش الموسعة ) التي تنتج أكاسيد النيتروجين الحرارية هي:

N₂ + O ⇌ NO + N
N + O 2 ⇌ NO + O
N + OH · ⇌ NO + H ·

جميع التفاعلات الثلاثة قابلة للانعكاس. وكان زيلدوفيتش أول من أشار إلى أهمية التفاعلين الأولين. [ 23 ] أما التفاعل الأخير للنيتروجين الذري مع جذر الهيدروكسيل ، • HO، فقد أضافه لافوا وهيوود وكيك [ 24 ] إلى الآلية، ويساهم بشكل كبير في تكوين أكاسيد النيتروجين الحرارية .

وقود

تشير التقديرات إلى أن وقود النقل يُسبب 54% من انبعاثات أكاسيد النيتروجين الناتجة عن الأنشطة البشرية. ويُعدّ تحويل النيتروجين المرتبط بالوقود إلى أكاسيد النيتروجين أثناء الاحتراق المصدر الرئيسي لإنتاج أكاسيد النيتروجين من أنواع الوقود المحتوية على النيتروجين، مثل بعض أنواع الفحم والنفط. [22] أثناء الاحتراق، يتحرر النيتروجين المرتبط بالوقود على شكل جذر حر ، مُشكّلاً في النهاية نيتروجينًا حرًا (N₂ ) أو أكسيد النيتروجين ( NO ). يُمكن أن يُساهم الوقود بنسبة تصل إلى 50% من إجمالي انبعاثات أكاسيد النيتروجين من خلال احتراق النفط، وبنسبة تصل إلى 80% من خلال احتراق الفحم. [ 25 ]

على الرغم من أن الآلية الكاملة غير مفهومة تمامًا، إلا أن هناك مسارين رئيسيين لتكوينها. يتضمن المسار الأول أكسدة أنواع النيتروجين المتطايرة خلال المراحل الأولية للاحتراق. أثناء انطلاق هذه المواد المتطايرة وقبل أكسدتها، يتفاعل النيتروجين لتكوين عدة مركبات وسيطة تتأكسد بدورها إلى أكسيد النيتروجين (NO). إذا ما تطورت المواد المتطايرة في بيئة مختزلة، يمكن تحويل النيتروجين المنطلق بسهولة إلى غاز النيتروجين، بدلًا من أكاسيد النيتروجين (NOx ). أما المسار الثاني فيتضمن احتراق النيتروجين الموجود في مصفوفة الفحم أثناء احتراق جزء الفحم من الوقود. يحدث هذا التفاعل ببطء شديد مقارنةً بالمرحلة المتطايرة. حوالي 20% فقط من نيتروجين الفحم ينبعث في النهاية على شكل أكاسيد النيتروجين ، لأن معظم أكاسيد النيتروجين المتكونة خلال هذه العملية تُختزل إلى نيتروجين بواسطة الفحم، الذي يتكون من كربون نقي تقريبًا.

اِسْتَدْعَى

تُطلق أكاسيد النيتروجين أثناء تصنيع الأسمدة النيتروجينية. ورغم انبعاث أكسيد النيتروز أثناء استخدامها، إلا أنه يتفاعل في الغلاف الجوي مُكَوِّنًا أكاسيد النيتروجين. يُعزى هذا المصدر الثالث إلى تفاعل النيتروجين الجوي، N₂ ، مع جذور حرة مثل C وCH و CH₂ المُشتقة من الوقود، [ 26 ] وليس من العمليات الحرارية أو عمليات الوقود نفسها. يحدث هذا التفاعل في المراحل الأولى من الاحتراق، وينتج عنه تكوين أنواع ثابتة من النيتروجين مثل NH₃ ( أحادي هيدريد النيتروجين )، و NCN ( ثنائي جذر السيانو نترين )، [ 27 ] وHCN ( سيانيد الهيدروجين )، و• H₂CN ( ثنائي هيدروجين السيانيد )، و • CN ( جذر السيانو )، والتي يمكن أن تتأكسد إلى NO. [ 28 ] في أنواع الوقود التي تحتوي على النيتروجين، يكون معدل انبعاث أكاسيد النيتروجين الفورية منخفضًا نسبيًا، وعادةً ما يكون ذا أهمية فقط لأكثر أهداف الانبعاثات صرامة.

الآثار الصحية والبيئية

توجد أدلة قوية على أن التعرض لأكاسيد النيتروجين في الجهاز التنفسي قد يُحفز أعراض الربو الموجودة ويُفاقمها، بل وقد يؤدي إلى الإصابة بالربو على المدى الطويل. كما رُبط التعرض لأكاسيد النيتروجين بأمراض القلب والسكري ونتائج الولادة والوفيات لأي سبب، إلا أن هذه التأثيرات غير التنفسية أقل وضوحًا. [ 29 ]

يتفاعل NO x مع الأمونيا والرطوبة ومركبات أخرى لتكوين بخار حمض النيتريك والجسيمات ذات الصلة.

يتفاعل أكسيد النيتروجين (NOx ) مع المركبات العضوية المتطايرة في وجود ضوء الشمس لتكوين الأوزون . يمكن أن يُسبب الأوزون آثارًا ضارة، مثل تلف أنسجة الرئة وانخفاض وظائفها، خاصةً لدى الفئات الأكثر عرضةً للخطر (الأطفال، وكبار السن، ومرضى الربو). ويمكن أن تنتقل تيارات الرياح مع الأوزون، مُسببةً آثارًا صحية بعيدةً عن مصادره الأصلية. تُشير تقديرات جمعية الرئة الأمريكية إلى أن ما يقرب من 50% من سكان الولايات المتحدة يعيشون في مقاطعات لا تلتزم بمعايير الأوزون. [ 30 ] في جنوب شرق إنجلترا، يميل تلوث الأوزون على مستوى سطح الأرض إلى أن يكون أعلى في المناطق الريفية والضواحي، بينما في وسط لندن وعلى الطرق الرئيسية، تستطيع انبعاثات أكسيد النيتروجين (NOx) امتصاص الأوزون لتكوين ثاني أكسيد النيتروجين (NO2 ) والأكسجين. [ 31 ]

يتفاعل أكسيد النيتروجين (NOx ) بسهولة مع المواد الكيميائية العضوية الشائعة، وحتى مع الأوزون، مُكَوِّنًا مجموعة واسعة من المنتجات السامة: النيتروأرينات ، والنيتروزامينات ، وجذر النترات ، والتي قد يُسبب بعضها طفرات في الحمض النووي . وقد تم مؤخرًا اكتشاف مسار آخر، عبر أكسيد النيتروجين ، لتكوين الأوزون، ويحدث هذا المسار بشكل رئيسي في المناطق الساحلية من خلال تكوين كلوريد النيتريل عند ملامسة أكسيد النيتروجين لرذاذ الملح . [ 32 ]

يُساهم انبعاث أكاسيد النيتروجين (NOx ) بشكل مباشر في ظاهرة الاحتباس الحراري. [ 33 ] فبدلاً من تفاعله مع الأوزون في التفاعل 3، يتفاعل NO أيضًا مع جذور الهيدروكسيل ( HO2 · ) وجذور البيروكسي العضوية ( RO2 · )، مما يزيد من تركيز الأوزون. وعندما يتجاوز تركيز NOx مستوىً معينًا، تُؤدي التفاعلات الجوية إلى تكوين الأوزون. ونظرًا لقدرة أوزون التروبوسفير على امتصاص الأشعة تحت الحمراء، فإن هذا التأثير غير المباشر لـ NOx يُفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري.

هناك أيضًا تأثيرات غير مباشرة أخرى لأكاسيد النيتروجين (NOx ) قد تزيد أو تقلل من ظاهرة الاحتباس الحراري. أولًا، من خلال تفاعل أكسيد النيتروجين (NO) مع جذور الهيدروكسيل (HO₂·)، تُعاد تدوير جذور الهيدروكسيل (• OH)، التي تؤكسد جزيئات الميثان، مما يعني أن انبعاثات أكاسيد النيتروجين قد تُعاكس تأثير غازات الاحتباس الحراري. على سبيل المثال، تُصدر حركة السفن كميات كبيرة من أكاسيد النيتروجين ، مما يُوفر مصدرًا لها فوق المحيط. بعد ذلك، يؤدي التحلل الضوئي لثاني أكسيد النيتروجين ( NO₂ ) إلى تكوين الأوزون، ثم تكوين جذور الهيدروكسيل (•OH) من خلال التحلل الضوئي للأوزون. وبما أن التفاعل مع جذور الهيدروكسيل هو المصدر الرئيسي لامتصاص الميثان في الغلاف الجوي، فإن انبعاثات أكاسيد النيتروجين الناتجة عن حركة السفن قد تُؤدي إلى تبريد عالمي صافٍ. [ 34 ] مع ذلك، قد تخضع أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي للترسب الجاف أو الرطب، وتعود إلى اليابسة على شكل حمض النيتريك (HNO₃ ) أو أيون النيتريت ( NO₃⁻ ) . وبهذه الطريقة، يؤدي الترسيب إلى تخصيب التربة بالنيتروجين وتكوين أكسيد النيتروز ( N2O ) في التربة، وهو غاز دفيئة آخر.

تُزال أكاسيد النيتروجين (NOx ) من الغلاف الجوي عبر عدة مسارات. خلال النهار، يتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين ( NO2 ) مع جذور الهيدروكسيل (·OH) مُكَوِّنًا حمض النيتريك ( HNO3 ) ، الذي يُمكن إزالته بسهولة عن طريق الترسيب الجاف والرطب. كما يُمكن أن تتفاعل جذور البيروكسي العضوية ( RO2 · ) مع NO و NO2 مُكَوِّنةً نترات عضوية . تتحلل هذه النترات في النهاية إلى نترات غير عضوية، وهي عنصر غذائي مفيد للنباتات. خلال الليل، يُمكن أن يُكَوِّن NO2 وNO حمض النيتروز (HONO) من خلال تفاعل مُحفَّز سطحيًا. [ 35 ] على الرغم من أن هذا التفاعل بطيء نسبيًا، إلا أنه يُعد تفاعلًا مهمًا في المناطق الحضرية. [ 35 ] بالإضافة إلى ذلك، يتكون جذر النترات ( NO3 ) من تفاعل NO2 مع الأوزون. في الليل، يتفاعل NO3 مع NO2 مُكَوِّنًا تفاعلًا متوازنًا مع خماسي أكسيد النيتروجين ( N2O5 ) . [ 35 ] يتفاعل خامس أكسيد النيتروجين (N₂O₅ ) مع بخار الماء أو الماء السائل عبر تفاعل غير متجانس، مُكَوِّنًا حمض النيتريك ( HNO₃ ). وكما ذُكر سابقًا، يُمكن إزالة حمض النيتريك عن طريق الترسيب الرطب والجاف، مما يُؤدي إلى إزالة أكاسيد النيتروجين (NOₓ ) من الغلاف الجوي. [ 35 ]

الديزل الحيوي وأكاسيد النيتروجين

من المعروف أن وقود الديزل الحيوي ومزيجاته عمومًا يقلل من انبعاثات العادم الضارة، مثل: أول أكسيد الكربون ، والجسيمات الدقيقة (PM) المعروفة أيضًا بالسخام ، وانبعاثات الهيدروكربونات غير المحترقة . [ 36 ] في حين أشارت دراسات سابقة إلى أن وقود الديزل الحيوي قد يقلل أحيانًا من انبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx ) ويزيدها أحيانًا أخرى ، فقد أظهرت دراسات لاحقة أن مزيج ما يصل إلى 20% من وقود الديزل الحيوي في وقود الديزل المعتمد من وكالة حماية البيئة الأمريكية (USEPA) ليس له تأثير يُذكر على انبعاثات أكاسيد النيتروجين مقارنةً بوقود الديزل العادي . [ 37 ] تستخدم ولاية كاليفورنيا تركيبة خاصة من وقود الديزل لإنتاج كمية أقل من أكاسيد النيتروجين مقارنةً بوقود الديزل المستخدم في الولايات التسع والأربعين الأخرى. وقد اعتبر مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا (CARB) ذلك ضروريًا لموازنة تأثير عوامل الازدحام المروري، وارتفاع درجات الحرارة، وأشعة الشمس الكثيفة، والجسيمات الدقيقة، والتضاريس، التي تُسهم جميعها في تكوين الأوزون والضباب الدخاني. وقد وضع مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا لائحة خاصة بوقود الديزل البديل لضمان ألا تُؤدي أي أنواع وقود جديدة، بما في ذلك وقود الديزل الحيوي، تدخل السوق إلى زيادة كبيرة في انبعاثات أكاسيد النيتروجين . يُعدّ خفض انبعاثات أكاسيد النيتروجين أحد أهم التحديات التي تواجه تطوير تكنولوجيا المركبات. فبينما تُعتبر مركبات الديزل المُباعة في الولايات المتحدة منذ عام 2010 أنظف بكثير من مركبات الديزل السابقة، لا تزال المناطق الحضرية تبحث عن طرقٍ إضافية للحدّ من تكوّن الضباب الدخاني والأوزون. يرتبط تكوّن أكاسيد النيتروجين أثناء الاحتراق بعدة عوامل، منها درجة حرارة الاحتراق. ولذلك، يُلاحظ أن دورة قيادة المركبة، أو الحمل الواقع على المحرك، لهما تأثيرٌ أكبر على انبعاثات أكاسيد النيتروجين من نوع الوقود المُستخدم. وقد يصدق هذا بشكلٍ خاص على مركبات الديزل النظيفة الحديثة التي تُراقب باستمرار تشغيل المحرك إلكترونيًا وتتحكم بفعالية في معايير المحرك وعمليات نظام العادم للحدّ من انبعاثات أكاسيد النيتروجين إلى أقل من 0.2 غرام/كم. قد تُساعد تقنية الاحتراق منخفض الحرارة (LTC) [ 2 ] في تقليل التكوّن الحراري لأكاسيد النيتروجين أثناء الاحتراق، إلا أن هناك مفاضلة، إذ يُنتج الاحتراق عالي الحرارة كمية أقل من الجسيمات الدقيقة أو السخام، ويؤدي إلى زيادة القدرة وكفاءة استهلاك الوقود .

تقنيات تنظيم الانبعاثات والتحكم فيها

تعمل تقنيتا الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) والاختزال غير التحفيزي الانتقائي (SNCR) على تقليل أكاسيد النيتروجين (NOx ) الناتجة عن الاحتراق ، وذلك عن طريق تفاعل غازات العادم مع اليوريا أو الأمونيا لإنتاج النيتروجين والماء. تُستخدم تقنية SCR حاليًا في السفن [ 38 ] ، وشاحنات الديزل، وبعض سيارات الديزل. وقد ساهم استخدام إعادة تدوير غازات العادم والمحولات التحفيزية في محركات السيارات في خفض انبعاثات المركبات بشكل ملحوظ . وكانت أكاسيد النيتروجين (NOx ) محور التركيز الرئيسي لانتهاكات انبعاثات فولكس فاجن .

تُساهم تقنيات أخرى، مثل الأكسدة عديمة اللهب ( FLOX ) والاحتراق المرحلي ، في خفض انبعاثات أكاسيد النيتروجين الحرارية بشكل ملحوظ في العمليات الصناعية. وتُعد تقنية بوين لخفض أكاسيد النيتروجين تقنية هجينة تجمع بين الاحتراق الإشعاعي المُسبق الخلط المرحلي، حيث يسبق الاحتراق السطحي الرئيسي احتراق إشعاعي ثانوي. في موقد بوين، يُخلط الهواء وغاز الوقود مسبقًا بنسبة أكبر من أو تساوي متطلبات الاحتراق المتكافئ. [ 39 ] كما تُصبح تقنية حقن الماء ، التي يتم فيها إدخال الماء إلى غرفة الاحتراق، وسيلةً مهمةً لخفض أكاسيد النيتروجين من خلال زيادة كفاءة عملية الاحتراق الكلية. وبدلاً من ذلك، يُستحلب الماء (على سبيل المثال من 10 إلى 50%) في زيت الوقود قبل الحقن والاحتراق. ويمكن إجراء هذا الاستحلاب إما مباشرةً (غير مُثبَّت) قبل الحقن، أو كوقود مُضاف مع مواد كيميائية لتحقيق استقرار المستحلب على المدى الطويل (مُثبَّت). إن إضافة الماء بشكل مفرط تسهل التآكل الساخن، وهو السبب الرئيسي وراء تفضيل التقنيات الجافة منخفضة أكاسيد النيتروجين اليوم على الرغم من تعقيدها الأكبر.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 مولنهاور، كلاوس؛ تسشوك ، هيلموت (2010). دليل محركات الديزل . سبرينغر. ص 445 – 6. ISBN  978-3-540-89082-9.
  2. 1 2 3 أوميدفاربورنا وآخرون (ديسمبر 2015). "انبعاثات أكاسيد النيتروجين من احتراق الديزل الحيوي المصنوع من مواد أولية ومخاليط مختلفة عند درجات حرارة منخفضة". تكنولوجيا معالجة الوقود . 140 : 113-118 . doi : 10.1016/j.fuproc.2015.08.031 . 
  3. 1 2 أنامالاي، كاليان؛ بوري، إيشوار ك. (2007). علم وهندسة الاحتراق . مطبعة سي آر سي. ص 775. ISBN  978-0-8493-2071-2.
  4. ↑ رافيشانكارا، أ. ر.؛ دانيال، ج. س.؛ بورتمان، ر. و. (2009). "أكسيد النيتروز (N2O ) : المادة المهيمنة المستنفدة للأوزون المنبعثة في القرن الحادي والعشرين" . مجلة ساينس . 326 (5949): 123-125 . Bibcode : 2009Sci...326..123R . doi : 10.1126/science.1176985 . PMID 19713491. S2CID 2100618 .  
  5. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية. "أجهزة مراقبة الهواء لأكاسيد النيتروجين (NOy)" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 10 أكتوبر 2015.
  6. 1 2 سينفيلد، جون هـ.؛ بانديس، سبيروس ن. (29-03-2016). كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي : من تلوث الهواء إلى تغير المناخ ( الطبعة الثالثة). وايلي. ISBN   978-1-119-22116-6. OCLC 929985467 . 
  7. ↑ بوركهولدر، جيه بي؛ ساندر، إس بي؛ أبات، جيه؛ باركر، جيه آر؛ كابا، سي؛ كراونس، جيه دي؛ ديبيل، تي إس؛ هوي، آر إي؛ كولب، سي إي؛ كوريلو، إم جيه؛ أوركين، في إل؛ بيرسيفال، سي جيه؛ ويلموث، دي إم؛ واين، بي إتش (2019). الحركية الكيميائية والبيانات الكيميائية الضوئية لاستخدامها في الدراسات الجوية (تقرير فني). مختبر الدفع النفاث، باسادينا. منشور مختبر الدفع النفاث 19-5.
  8. 1 2 3 سينفيلد، جون هـ.؛ بانديس، سبيروس ن. (2006). كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي: من تلوث الهواء إلى تغير المناخ (الطبعة الثانية المنقحة). وايلي. ISBN  978-0-471-72018-8.
  9. ↑ بيتر، وارنيك (2000). كيمياء الغلاف الجوي الطبيعي ( الطبعة الثانية). دار النشر الأكاديمية. رقم ISBN  978-0-12-735632-7. OCLC 162128886 . 
  10. ↑ "الآثار الصحية والبيئية لأكاسيد النيتروجين " . وكالة حماية البيئة الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-12-2007 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  11. ↑ موراي، لي ت. (25 أبريل 2016). "أكاسيد النيتروجين الناتجة عن البرق وتأثيراتها على جودة الهواء" . تقارير التلوث الحالية . 2 (2): 115-133 . doi : 10.1007/s40726-016-0031-7 . ISSN 2198-6592 . 
  12. ↑ هوغلوستين، ديدييه؛ إيمونز، لويزا؛ نيوتشرش، مايك؛ براسور، غاي؛ تاكاو، توشينوري؛ ماتسوبارا، كوجي؛ جونسون، جيمس؛ ريدلي، برايان؛ ستيث، جيف (مارس 2001). "حول دور أكاسيد النيتروجين الناتجة عن البرق في تكوين أعمدة الأوزون في طبقة التروبوسفير: منظور نموذج عالمي". مجلة كيمياء الغلاف الجوي . 38 (3): 277-294 . Bibcode : 2001JAtC...38..277H . doi : 10.1023/a:1006452309388 . ISSN 0167-7764 . S2CID 91569139 .  
  13. 1 2 أوت، ليزلي إي.؛ بيكرينغ، كينيث إي.؛ ستينشيكوف، جورجي إل.؛ ألين، ديل جيه.؛ ديكاريا، أليكس جيه.؛ ريدلي، برايان؛ لين، روي-فونغ؛ لانغ، ستيفن؛ تاو، وي-كو (2010). "إنتاج أكاسيد النيتروجين الناتجة عن البرق وتوزيعها الرأسي المحسوب من محاكاة نموذج النقل الكيميائي ثلاثي الأبعاد على نطاق السحابة" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 115 (D4): D04301. Bibcode : 2010JGRD..115.4301O . doi : 10.1029/2009JD011880 . hdl : 10754/552104 .
  14. ↑ شومان، يو.؛ هانترايزر، إتش. (2007). "مصدر أكاسيد النيتروجين العالمي الناتج عن البرق" (ملف PDF) . كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي . 7 (14): 3823. Bibcode : 2007ACP.....7.3823S . doi : 10.5194/acp-7-3823-2007 . تاريخ الاسترجاع: 31 مايو 2016 .
  15. ↑ غالاوي، جيه إن؛ وآخرون . (سبتمبر 2004). "دورات النيتروجين: الماضي والحاضر والمستقبل". الكيمياء الحيوية الجيولوجية . 70 (2): 153-226 . Bibcode : 2004Biogc..70..153G . doi : 10.1007/s10533-004-0370-0 . S2CID 98109580 .  
  16. ↑ ديفيدسون، إي. أ. وكينجرلي، و. (1997). "جرد عالمي لانبعاثات أكسيد النيتريك من التربة". دورة المغذيات في النظم الإيكولوجية الزراعية . 48 ( 1-2 ): 37-50 . Bibcode : 1997NCyAg..48...37D . doi : 10.1023/A:1009738715891 . S2CID 22290176 . 
  17. ^ لاجزي، استفان؛ مزاروس، روبرت؛ جيليبو، جيورجي؛ ليلوسي ، آدم (2013). “6.3. نزع النتروجين”. كيمياء الغلاف الجوي (PDF) . جامعة يوتفوس لوراند. ص. 63. 
  18. ↑ هولتون، بن. "دراسة جديدة تكشف أن الأسمدة النيتروجينية تُساهم بشكل كبير في تلوث الهواء في كاليفورنيا | مقال | EESI" . www.eesi.org . تاريخ الاطلاع: 18 أكتوبر 2018 .
  19. ↑ فرايلينغ، كيفن (22 يناير 2019). "دراسة جامعة إنديانا تتوقع زيادة تلوث الهواء من تربة الغابات الأمريكية" . أخبار جامعة إنديانا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يناير 2019 .
  20. ↑ "أكاسيد النيتروجين: ما هي NOx؟ | E Instruments | e-inst.com" . E Instruments | e-inst.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 نوفمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 نوفمبر 2018 .
  21. ↑ "أكاسيد النيتروجين (NOx)، لماذا وكيف يتم التحكم بها" (ملف PDF) . مركز تكنولوجيا الهواء النظيف، قسم نقل المعلومات وتكامل البرامج، مكتب تخطيط ومعايير جودة الهواء، وكالة حماية البيئة الأمريكية . نوفمبر 1999.
  22. 1 2 بيتشوك، ميلتون ر. (مارس 1973). "انبعاثات أكاسيد النيتروجين من احتراق الوقود الخاضع للتحكم". مجلة النفط والغاز : 53-56 .
  23. ↑ زيلدوفيتش، ي.ب. (1946). "أكسدة النيتروجين في انفجارات الاحتراق". مجلة الفيزياء الكيميائية للاتحاد السوفيتي . 21 : 577-628 .
  24. ↑ لافوا، جي إيه؛ هيوود، جيه بي؛ كيك، جيه سي (1970). "دراسة تجريبية ونظرية لتكوين أكسيد النيتريك في محركات الاحتراق الداخلي". علوم وتكنولوجيا الاحتراق . 1 (4): 313-326 . doi : 10.1080/00102206908952211 . S2CID 98781153 . 
  25. ↑ "1.1.3.3 أكاسيد النيتروجين". تجميع عوامل انبعاث ملوثات الهواء (ملف PDF) (تقرير فني). المجلد الأول (الطبعة الخامسة ). الولايات المتحدة: وكالة حماية البيئة. يناير 1995. AP–42 . تاريخ الاسترجاع: 27 ديسمبر 2023 .  
  26. ↑ فينيمور، سي بي (1971). "تكوين أكسيد النيتريك في لهب الهيدروكربونات الممزوج مسبقًا". ندوة (دولية) حول الاحتراق . 13 (1): 373-380 . doi : 10.1016/S0082-0784(71)80040-1 .
  27. ↑ بفايفل، مارك؛ جورجيفسكي، يوري؛ جاسبر، أهرن دبليو؛ كليبنستين، ستيفن جيه. (28-08-2017). "دراسة نظرية للانتقال بين الأنظمة في جزيء السيانونيترين، 1 NCN → 3 NCN". مجلة الفيزياء الكيميائية . 147 (8): 084310. Bibcode : 2017JChPh.147h4310P . doi : 10.1063/1.4999788 . ISSN 0021-9606 . OSTI 1377972. PMID 28863540 .   
  28. ↑ شريستا، كريشنا براساد؛ سيدل، لارس؛ زويش، توماس؛ ماوس، فابيان (2019-05-02). "النمذجة الحركية لتكوين واستهلاك أكاسيد النيتروجين أثناء أكسدة الميثانول والإيثانول". علوم وتكنولوجيا الاحتراق . 191 (9): 1628-1660 . Bibcode : 2019CST...191.1627S . doi : 10.1080/00102202.2019.1606804 . ISSN 0010-2202 . S2CID 155726862 .  
  29. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية. التقييم العلمي المتكامل لأكاسيد النيتروجين - المعايير الصحية (التقرير النهائي، 2016). وكالة حماية البيئة الأمريكية، واشنطن العاصمة، EPA/600/R-15/068، 2016.
  30. ↑ الأوزون ، وكالة حماية البيئة.
  31. ↑ هواء لندن - ما هو الأوزون؟، كلية كينجز لندن، مجموعة البحوث البيئية
  32. ↑ بوتيرا، كارول (2008). "تلوث الهواء: رذاذ الملح هو التوابل المناسبة للأوزون" . مجلة منظورات الصحة البيئية . 116 (7): A288. doi : 10.1289/ehp.116-a288 . PMC 2453175. PMID 18629329 .  
  33. ↑ لاميل، جيرهارد؛ جراسل، هارتموت (1995). "تأثير الاحتباس الحراري لأكاسيد النيتروجين". مجلة علوم البيئة وبحوث التلوث . 2 (1): 40-45 . doi : 10.1007/bf02987512 . ISSN 0944-1344 . PMID 24234471. S2CID 42621955 .   
  34. ↑ العولمة والنقل والبيئة (ملف PDF) . منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية. 2010. ISBN 978-92-64-07919-9.
  35. 1 2 3 4 فينلايسون-بيتس، باربرا جيه؛ بيتس، جيمس إن (2000). كيمياء الغلاف الجوي العلوي والسفلي : النظرية والتجارب والتطبيقات . سان دييغو: أكاديميك برس. ISBN  978-0-08-052907-3. OCLC 162128929 . 
  36. ↑ تحليل شامل لتأثيرات وقود الديزل الحيوي على انبعاثات العادم (مسودة تقرير فني) (PDF) (تقرير فني). الولايات المتحدة: وكالة حماية البيئة. أكتوبر 2002. EPA420-P-02-001.
  37. ↑ ماكورميك، آر إل؛ ويليامز، إيه؛ أيرلندا، جيه؛ بريمهال، إم؛ هايز، آر آر (أكتوبر 2006). تأثيرات مزيج الديزل الحيوي على انبعاثات المركبات (ملف PDF) (تقرير فني). الولايات المتحدة: المختبر الوطني للطاقة المتجددة. NREL/MP-540-40554 . تاريخ الاسترجاع: 17 نوفمبر 2018 .
  38. ↑ حلول Wärtsilä منخفضة أكاسيد النيتروجين ، مؤرشفة بتاريخ 29-09-2015 في أرشيف Wayback Machine ، Wärtsilä ، 2008
  39. ↑ بوب جوينت وستيفن وو، دراسة أساسية حول معايير انبعاثات أكاسيد النيتروجين لأجهزة الغاز المنزلية، استشاري هندسة الاحتراق؛ فبراير 2000