Konzorciumi tagok
Közreműködők

Alapkutatás jellegű feladatok

1. A légköri vízgőz kondenzációjának kutatása termodinamikai számítások segítségével: a szervetlen és szerves részecskék kondenzációs aktivitása, hatása a felhőképződésre.
2. A légköri aeroszolrészecskék tanulmányozása atomerő-mikroszkóp segítségével: egyedi részecskék felületi tulajdonságainak és higroszkopicitásának vizsgálata.
3. A szerves anyagok felhőkben végbemenő heterogén kémiai folyamatainak feltárása: a másodlagos szerves aeroszol képződési mechanizmusa és a folyamat globális jelentősége.
4. A különböző szerkezetű felhők napsugárzás-visszaverő képességének kiszámítása: közvetett éghajlati hatások lehetséges nagyságrendje Magyarország fölött.
5. A feladat célja, hogy a fotokatalitikus folyamatok megismerésével fotokatalitikus eljárásokat és katalizátorokat fejlesszünk ki a  légterek szennyezőinek lebontására, valamint a természetes és szennyvizek tisztítására.

Alkalmazott kutatás jellegű feladatok

6. Új aeroszol részecske elemző, két hullámhosszú, négydetektoros, lézeres aeroszol részecskeelemző műszer hordozható változatának létrehozása.
7. Az aeroszolok statisztikus jellemzőinek kiértékelése a távérzékeléses nagyfrekvenciás fény mintavételezés módszerével.
8. Az aeroszol szemcsék mikro-Raman spektroszkópiája.
9. A légköri aeroszol nedvszívó képességének tanulmányozása a levegő optikai tulajdonságainak megállapítása céljából: a látástávolság és a relatív nedvesség kapcsolatának vizsgálata mérésekkel (a korábban kifejlesztett eszközökkel) és számításokkal.
10. Nehézfémek és toxikus szerves anyagok légköri ülepedésének vizsgálata a Balaton régiójában.
11. Tüdőmodellek továbbfejlesztése beteg tüdőre és a modellek alkalmazása a konzorciumban mért aeroszolokra felnőttek és gyermekek, betegek és egészségesek esetén.
12. Régiónk aeroszol szennyezettségének jellemzésére mérjük a teljes, a PM10 és PM2.5 aeroszol tömeget, azok elemösszetételét és követjük azok időbeli változását.A sztochasztikus tüdőmodell továbbfejlesztése az AEKI-vel együttműködésben.
13. A levegő aeroszol szennyezettségének a terhességi kimenetelre gyakorolt hatásának felmérése statisztikai adatok alapján. A levegő aeroszol szennyezettségének a terhességi kimenetelre gyakorolt hatás-vizsgálatának megkezdése. A levegő aeroszol szennyezettsége terhességi kimenetelre gyakorolt hatásának értékelése.
14. A meteorológiai időbeli trajektóriák és trajektória sorozatok számítása egyedi pontokra és egyszerre több kiindulási pontra a levegőszennyezettség és a meteorológiai viszonyok összefüggésének tisztázása céljából.

Kísérleti fejlesztés jellegű feladatok

15. A konzorciumon belül kifejlesztett műszerek iparilag hasznosítható változatának kifejlesztése és hasznosítása. Gyártási technológiák kidolgozása.
16. Az előző NKFP projekt keretén belül létrehozott mobil (mikrobuszba épített) környezetvédelmi laboratórium továbbfejlesztése – a közösen fejlesztett és a konzorcium más tagjai által létrehozott műszerek beépítése és beüzemelése a mobil mérőlaboratóriumba. A beépített műszerek egységes vezérlésének kiépítése, szoftverfejlesztés. A mért adatok feldolgozása és kiértékelése.
17. Fotoakusztikus elven működő ózonmérő berendezés fejlesztése, a berendezés integrálása a mobil mérőállomásba, továbbá mérések végzése a mérőállomásba integrált berendezéssel.
18. Lakótérben frakcionált (beltéri) szállópor hosszú-időtartamú mintavételezésére alkalmas alacsony zajszintű hétfokozatú impaktorral összeépített közepes térfogatáramú levegő mintavevő kifejlesztése, mintavételezések kijelölt célcsoportoknál.
19. Informatikai háttér biztosítása, hardver és szoftverfejlesztés.
    

    Az emberi tevékenység által a légkörbe kibocsátott anyagok a légkör összetételét és tulajdonságait légköri tartózkodási idejüktől és reakcióképességüktől függő módon különböző tér- és időbeli léptékben befolyásolják. Így például a városi levegő minőségét elsősorban közvetlenül a szennyezőforrásokból kibocsátott ún. elsődleges szennyezők (pl. kén-dioxid, szén-monoxid, nitrogén-oxidok) határozzák meg, míg a nagyobb területeket érintő szennyezésért (pl. kénsav, salétromsav, ózon) a légkörben kémiai és fizikai állapotváltozások során keletkező ún. másodlagos szennyezőanyagok a felelősek. A globális hatásokat pedig az esetenként több évtizedes tartózkodási idővel rendelkező üvegházhatású gázok okozzák.
    A levegőszennyezők között az aeroszolrészecskék fontos szerepet töltenek be. Városban a részecskék egészségkárosító hatásait súlyosbítja, hogy belélegezve egy részük a tüdőben marad. Az aeroszolrészecskék lokális (városi) és regionális léptékben is meghatározzák a légkör optikai tulajdonságait, a látótávolságot. A részecskéken felhő- és ködcseppek is képződhetnek. Mivel a Föld felszínére jutó napsugárzás intenzitását a felhőzet kiterjedtsége és tulajdonságai szabályozzák, így az aeroszolrészecskék közvetett módon még az éghajlatot is befolyásolják. A légkörből kiülepedő aeroszolrészecskék a szárazföldi és vízi ökoszisztémákba kerülnek, a belőlük kioldódó toxikus anyagok (pl. nehézfémek) a táplálékláncba kerülhetnek.
    A projekt egyik további célja a légköri aeroszolok emberi egészségre gyakorolt hatásának vizsgálata, a magyarországi legkárosabb komponensek elemzése, az érzékeny csoportok megjelölése és a megnövekedett kockázatuk becslése, valamint a témában preventív módszerek ajánlása. (VE)
    Az említett levegőszennyezők megbízható, pontos meghatározása egy következő célkitűzés. Ehhez több fajta mérőműszer fejlesztését tervezzük, melyeket egyrészt a már meglévő mobil (mikrobuszba épített) mérőlaboratóriumba építenénk be, másrészt önálló berendezésként hasznosulnának. Ezek közé tartoznak olyan, újfajta részecskeszámlálók, amelyek nemcsak a darabszám-koncentráció és méreteloszlás, de a törésmutató és fényelnyelés meghatározására is alkalmasak. Az ilyen mérések alapján a vizsgált aeroszolok eredete, illetve típusa is meghatározható. A másik olyan hordozható műszer, amit szeretnénk kifejleszteni az aeroszolok elektromos töltés-eloszlását mérné, amely alapvetően befolyásolja a depozíciós és szedimentációs tulajdonságokat. Egy harmadik, kifejlesztendő műszercsalád a légkör optikai tulajdonságait vizsgálná, valamint az ózon-koncetrációt mérné. (SZFKI, T-L, K-S, VT)
    Az aeroszol részecskék összetételének és morfológiájának elemzése szintén fontos feladat. Ezen a téren a meglévő műszerpark olyan vizsgálati módszereket tesz lehetővé, mint a mikro-Raman spektroszkópia és az atomerő mikroszkópia. (SZFKI, VE)
    Az utóbbi években egyre több olyan közlemény látott napvilágot tudományos folyóiratokban, amely a környezeti levegőszennyezettség, ezen belül is elsősorban a porszennyezettség és a kedvezőtlen terhességi kimenetelek (koraszülés, kis születési súly, spontán abortusz, stb.) között szignifikáns összefüggésről számolt be. Ezen közlemények döntő többsége ún. ökológiai epidemiológiai vizsgálat eredményeit ismertette, amelyekben mind az expozíció, mind a terhességi kimenetel adatai aggregált jellegűek voltak. Ez azt jelenti, hogy egy-egy település valamennyi lakójának expozícióját egy azonos (pl. átlagos) levegőszennyezettségi adattal jellemezték és a terhességi kimenetel adatait is a település egészére összevontan adták meg. Ily módon a terhességi kimenetelt kedvezőtlenül befolyásoló, számos egyéb tényező jelenlétére vonatkozólag egyedi adatok nem álltak rendelkezésre. (OKI, AEKI, ATOMKI)
    Az aeroszolok egészségi hatása alapvetően függ a belélegzett részecskék légzőrendszeri kiülepedésétől. Légúti aeroszol depozíciós modelljeinket adaptáljuk és továbbfejlesztjük a leggyakoribb légzőrendszeri betegségben szenvedőkre. E módon az aeroszolokra leginkább érzékeny egyénekre specifikus és így realisztikusabb leírásmódokat alkalmazhatunk. (AEKI, ATOMKI)
A légköri transzport folyamatok leírásának legfontosabb eszköze a légrészecskék (és velük együtt a szennyezőanyagok) által követett útvonal, azaz trajektória kiszámolása. Mivel a numerikus előrejelző modellek ma már vertikális szélkomponenst is számolnak, lehetővé vált a légrészecske pályák vertikális komponensének előrejelzése is, izentróp és 3 dimenziós trajektóriák számításával. (OMSZ)
Egy további célkitűzés a folyamatos és kampányszerű mérések folytatása, amelyek adatbázisok létrehozását teszik lehetővé. (ATOMKI, OKI, SZFKI, K-S, T-L)

1. feladat

A légköri vízgőz kondenzációjának kutatása termodinamikai számítások segítségével: a szervetlen és szerves részecskék kondenzációs aktivitása, hatása a felhőképződésre.

Régóta ismert, hogy a vízben oldódó aeroszolrészecskék fontos szerepet töltenek be a felhőképződésben azon tulajdonságuknál fogva, hogy csökkenteni képesek a hidratált részecskék felett a vízgőz egyensúlyi gőznyomását, illetve megváltoztatják a felületi feszültség értékét. Bár e kölcsönhatások szervetlen vegyületek esetében jól ismertek, a szerves vegyületek hatása igen kevéssé ismert, nem kis részben azért, mert a szerves alkotók kémiai meghatározása még napjainkban is gyerekcipőben jár. Pedig a szerves anyag hatásának tisztázása azért is különösen fontos lenne, mert annak jelentős része szennyezőforrásból származik, tehát általa jobban megismerhető lenne az emberi tevékenység felhőképződésre és  ezáltal az éghajlatra kifejtett hatása.

A feladat keretében vizsgáljuk a felhő kialakulásának szakaszában a felületi feszültség alakulását a cseppméret függvényében, különböző modellanyagokkal és légkör aeroszolmintákból. Vizsgáljuk továbbá a szerves anyagok oldódási tulajdonságait a felhőcsepp kialakulásának tartományában, amelyek az egyensúlyi gőznyomás szabályozásában töltenek be meghatározó szerepet. Ezzel párhuzamosan meghatározzuk a folyamatban főszerepet játszó, s más módszerrel csak közvetve becsülhető víz aktivitási tényezőt a gőznyomás ozmometria módszerével .
 
 
 
2. feladat 

A légköri aeroszolrészecskék tanulmányozása atomerő-mikroszkóp segítségével: egyedi részecskék felületi tulajdonságainak és higroszkopicitásának vizsgálata.

Az egyedi aeroszolrészecskék fizikai és kémiai tulajdonságai alapvetően meghatározzák légköri folyamatokban betöltött szerepüket. Ilyen információt azonban csak nagyon kevés technika képes szolgáltatni. Ezek egyike az atomerő mikroszkóp (AFM), amely hasznos kiegészítője más technikáknak, például a transzmissziós elektronmikroszkópnak. Fontos különbség azonban, hogy az atomerő mikroszkóp nem vákuumban, hanem légköri nyomáson mér, s a részecskék kiterjedése és felületi tulajdonsága három dimenzióban, nanométeres méretskáláig tanulmányozható, sőt lehetőség van a változó környezeti paraméterek (pl. relatív nedvességtartalom) hatásainak tanulmányozására is.

A fő kutatási célkitűzés, hogy e technikával egyedi aeroszolrészecskék vízfelvételét és tulajdonságainak változását tanulmányozzuk, melynek révén a légköri folyamatok szempontjából meghatározó, a nemzetközi vonatkozásban is kiemelten fontos információkhoz juthatunk. Például ezáltal feltérképezhetjük a vízfelvétel és a kémiai összetétel-keveredési állapot kapcsolatát, ami a különböző forrásból származó részecskék légköri szerepének tisztázásában nyújthat segítséget. A vízfelvétel tanulmányozása mellett a technikát a részecskék felületének tanulmányozására is felhasználnánk. Az eredmények felhasználhatók lennének a légköri aeroszol éghajlati hatásainak leíró modellek fejlesztésében és pontosabbá tételében.

 

3. feladat 

A szerves anyagok felhőkben végbemenő heterogén kémiai folyamatainak feltárása: a másodlagos szerves aeroszol képződési mechanizmusa és a folyamat globális jelentősége.

A légkörben a felhővízben zajló kémiai reakciók, az ún. felhőfolyamatok rendkívül fontosak számos elem biogeokémiai körforgása szempontjából, és alapvetően befolyásolják a felhővíz, a csapadékvíz és az aeroszolrészecskék kémiai összetételét. A kén esetében például a felhőfolyamatok megértése tette lehetővé a SO₂®SO₄^2- átalakulás mechanizmusának tisztázását, melynek köszönhetően napjainkban a kénvegyületek környezeti sorsa és hatásai (pl. a savas ülepedés) elfogadható pontossággal modellezhetők. A szerves anyag vonatkozásában azonban ezek a folyamatok jórészt ismeretlenek, noha előzetes vizsgálatok eredményei arra utalnak, hogy a légkörben fontos szerepük lehet.

Fő célkitűzésünk, hogy feltárjuk a légkörben lejátszódó, másodlagos szerves aeroszol képződéséhez vezető többfázisú reakciók mechanizmusát, meghatározzuk kinetikai paramétereiket és azok környezeti paraméterektől való függését, hogy légköri modellbe illesztve meghatározható legyen a folyamatok jelentősége és hozzájárulása a másodlagos szerves aeroszol egyelőre jelentős részben ismeretlen összetételéhez. A kísérletek során kapott eredményeket a légköri humuszanyagnak a felhőcseppek optikai tulajdonságain keresztül, a légköri sugárzásátvitelre gyakorolt hatása kapcsán is értelmezzük, melynek révén hozzájárulhatunk az ún. többlet felhőabszorpció talányának megoldásához. 

Kutatási munkánkat három, egymásra épülő kísérleti szinten kívánjuk végezni.
 

4. feladat 

A különböző szerkezetű felhők napsugárzás-visszaverő képességének kiszámítása: közvetett éghajlati hatások lehetséges nagyságrendje Magyarország fölött.

Az emberi tevékenység által megnövelt légköri aeroszolkoncentráció egyik fontos következménye lehet, hogy a felhőképződés során a nagyobb számú kondenzációs magon több, de kisebb méretű felhőcsepp jön létre, amelynek következtében a felhő nagyobb mértékben veri vissza a Napból érkező sugárzást, csökkenti a felszínre jutó sugárzási energia mennyiségét, ezáltal befolyásolván az éghajlatot. E folyamatok fontos eleme a részecskék felhőképződésben játszott szerepének tisztázása, mely egy másik feladat célkitűzése, a különböző szerkezetű felhők sugárzásátviteli tulajdonságainak feltárása, valamint a különböző felhőtípusokhoz rendelhető éghajlati kényszer mértékének meghatározása.

A feladat célkitűzéseinek megvalósítása során a felhőcsepp spektrumok kialakulását modellezzük a feláramlási sebesség és a felhő vastagságának függvényében, ammónium-szulfát és szerves összetételű, külső-belső keverék formájában jelenlévő kiindulási aeroszolpopuláció feltételezésével. Figyelembe vennénk a felhőcseppek koagulációját és a stratus és cumulus felhők felhőcsepp spektrumának időbeli alakulását is modelleznénk, az eredményeket pedig rendelkezésre álló mérési adatokkal hasonlítanánk össze.
A számítások alapján lehetőségünk nyílna különböző évszakokban kialakuló stratus és cumulus felhők albedójának (fényvisszaverő képességének) meghatározására. A szennyezőforrások felhőzetre gyakorolt hatását e modell alapján a kémiai összetételből származtatnánk. Ennek alapján megbecsülnénk az emberi tevékenység által előidézett közvetett éghajlati hatás (kényszer) mértékét regionális léptékben (Magyarországra), s visszafejtenénk e hatás időbeli változásának alakulását az elmúlt néhány évtizedre.



5. feladat

A feladat célja, hogy a fotokatalitikus folyamatok megismerésével fotokatalitikus eljárásokat és katalizátorokat fejlesszünk ki a  légterek szennyezőinek lebontására, valamint a természetes és szennyvizek tisztítására.

A kutatómunka továbbfejlesztéseként ebben a projektben egyrészt valós szállóporokon tanulmányozzuk a már eddig is vizsgált modell-vegyületek átalakulását, másrészt a modellvegyületek körét kívánjuk bővíteni részben a halogéntartalmú telített szénhidrogének, másrészt az oxigéntartalmú illékony szerves vegyületek bevonásával. Ezen munkával alapkutatás szinten ismereteket szerzünk a légköri heterogén fotokatalitikus folyamatok mechanizmusáról. Kellő számú adatot összegyűjtve számítógéppel modellezhetővé válnak a feltételezett reakciómechanizmusok, meghatározhatók bizonyos kinetikai paraméterek és összefüggések. Ezek az eredmények hozzájárulnak az aeroszolokon végbemenő reakciók jobb megértéséhez és azoknak a meteorológiai paraméterekre gyakorolt hatásainak behatóbb megismeréséhez.

A már elkezdett munka folytatásaként illetve új irányvonalként:
A) tanulmányozzuk fotokatalitikus tulajdonságú aeroszol részecskéken megkötődő illékony szerves vegyületek (Volatile Organic Compounds, VOC) átalakulását 
B) új szerkezetű kompozit katalizátorokat fejlesztünk ki és minősítünk.  

(SZTE)                   
 


Alkalmazott kutatás jellegű feladatok

 
6. feladat

Új aeroszol részecske elemző, két hullámhosszú, négydetektoros, lézeres aeroszol részecskeelemző műszer hordozható változatának létrehozása.

Olyan berendezés létrehozását tervezzük, amellyel nemcsak a darabszám-koncentráció és méreteloszlás, de a törésmutató és extinkció meghatározása is lehetséges széles méret- és koncentráció-tartományban. Az ilyen berendezéssel a vizsgált aeroszolok eredete, illetve típusa is meghatározható; a különböző fizikai és optikai tulajdonságú aeroszolok szelektálhatók. Ennek különösen ipari körülmények között végzett mérések esetén van nagy jelentősége. A mérés elve a különböző hullámhosszokon, különböző térszögekben detektált szórt fény zajszűréses elemzésén alapul, amit az általánosított szóráselmélet alapján kifejlesztett szoftverrel lehet értékelni.

Olyan berendezés megvalósítását tervezzük, amellyel a különböző hullámhosszú fény szóródásából meghatározható az aeroszol részecskék darabszám-koncentrációja, méreteloszlása, törésmutatója és fényelnyelése. Az ilyen műszerrel a vizsgált aeroszolok eredete, illetve típusa is meghatározható. Ez különösen ipari környezetben jelent nagy előnyt (gyógyszergyárak csomagolóüzemében, cukorgyárakban, és malomüzemekben, ahol robbanásveszély lehet, stb.)

3. év. A berendezés mintapéldányának a beüzemelése, kalibrálása, tesztelése.
(SZFKI)
 

7. feladat

Az aeroszolok statisztikus jellemzőinek kiértékelése a távérzékeléses nagyfrekvenciás fény mintavételezés módszerével.

Megemlítjük, hogy az aeroszol minta statisztikus kiértékelésére az egyedi részecske számláláson alapuló berendezések a hosszabb stacioner állapot igénye miatt nem alkalmasak.
Az általunk korábban elméletileg kidolgozott eljárás szerint lehetőség nyílik az aeroszol minta fő statisztikus jellemzőinek kiértékelésére, egy megfelelően kiválasztott lézer impulzus sorozatra adott szórt impulzussor amplitúdó és idő-amplitúdó eloszlásának mérésével. A javasolt módszer további várható előnye, hogy a kisméretű részecskék fénybeli járuléka (szemben az egyedi számlálókkal) nem vész el, az eloszlásba beintegrálódik. A javasolt módszerrel kontaktusmentesen meghatározható a részecske-sokaság átlagos koncentrációja, méreteloszlása és törésmutatója.

Az aeroszolok statisztikus jellemzőinek kiértékelése a távérzékeléses nagyfrekvenciás fény mintavételezés módszerével. Az általunk elméletileg kidolgozott eljárás szerint lehetőség nyílik az aeroszol minta fő statisztikus jellemzőinek kiértékelésére egy megfelelően kiválasztott lézer impulzus sorozatra adott szórt impulzussor amplitúdó és idő-amplitúdó eloszlásának mérésével.


 
8. feladat
 
Az aeroszol szemcsék mikro-Raman spektroszkópiája.

Az SZFKI Lézeralkalmazási osztályának Raman spektroszkópiai laboratóriumában lévő új Renishow 1000 Raman spektrométerrel, amely össze van építve egy Leitz mikroszkóppal lehetőség van a 1 mikrométernél nagyobb aeroszol szemcsék vizsgálatára. A berendezéshez 2 különböző gerjesztő lézer is tartozik, így a vizsgálat gyakorlatilag minden fajta mintára kiterjed. Ennek a vizsgálatnak különösen akkor van jelentősége, amikor kis koncentrációban kell meghatározni bizonyos elemeket az aeroszol szemcse összetételében – pl. égéstermékek, vegyi üzemekben keletkező ipari aeroszolok, vagy toxikus aeroszolok esetén.

Igen hatékonynak bizonyult az a mikro-Raman vizsgálat, ahol a gázturbinákba beömlő gáz tisztaságát, illetve a benne lévő szemcsék összetételét vizsgáltuk. Ezek alapján meg lehetett határozni a szemcsék eredetét – így azt a korrodált csőszakaszt, ahonnan azok származnak (Újpesti erőmű). További feladat lehet a gázturbinák és más égéstermékekből keletkező aeroszolok vizsgálata, valamint az ipari üzemekben keletkező toxikus szemcsék elemzése.
A módszer előnyeihez tartozik, hogy igen alacsony koncentrációk kimutatását teszi lehetővé mikronos méretű szemcsékben.

 

9. feladat
 
A légköri aeroszol nedvszívó képességének tanulmányozása a levegő optikai tulajdonságainak megállapítása céljából: a látástávolság és a relatív nedvesség kapcsolatának vizsgálata mérésekkel (a korábban kifejlesztett eszközökkel) és számításokkal.

A légköri aeroszol hatásainak tanulmányozásához a részecskék méret szerint kémiai összetételének ismerete szükségeltetik. A tömegmérleg ismerete lehetővé teszi annak megállapítását, hogy a különböző mérettartományokban az aeroszol mely komponensei játsszák a meghatározó szerepet. A légkör aeroszol optikai tulajdonságai a légkörkutatás fontos területét képezik.

Az éghajlat szabályozásában az üvegházhatású gázok mellett az aeroszolrészecskék is fontos szerepet töltenek be. A Napból érkező sugárzást legnagyobb hatékonysággal a fény hullámhosszával összemérhető méretű részecskék szórják. A kölcsönhatás természetét a részecskék kémiai összetétele is befolyásolja: az ammónium-szulfát és a szerves aeroszolrészecskék a szórásért, a koromrészecskék pedig az elnyelésért felelősek. Mindkét hatás szempontjából lényeges a részecskék vízgőzzel való kölcsönhatása, az ún. higroszkópos növekedés, mivel a vízfelvétel megnöveli a részecskék méretét és ezen keresztül azok optikai hatékonyságát is. Az éghajlati hatás mellett a látótávolságot is a részecskék és a látható fény kölcsönhatása befolyásolja. Az Egyesült Államokban már két évtizeddel ezelőtt mérőhálózatot hoztak létre a nemzeti parkokban és távoli területeken bekövetkező levegőminőség-romlás felmérésére és tanulmányozására. Hasonló kezdeményezésre Magyarországon és Európában is nagy szükség lenne.

 
 
10. feladat
 
Nehézfémek és toxikus szerves anyagok légköri ülepedésének vizsgálata a Balaton régiójában.

Az aeroszolrészecskék száraz és nedves ülepedése nyelő folyamat a légkör szempontjából, egyben anyagforgalmat jelent a hidroszféra, pedoszféra és ezáltal az ökoszisztémák számára is. E szempontból alapvető fontosságú az aeroszolrészecskék toxikus alkotóinak koncentrációja, de az sem közömbös, hogy ezek az aeroszolban mobilizálható vagy kötött formában fordulnak-e elő. Például a nehézfémek esetében bizonyított, hogy ökotoxicitásuk és a felszín alatti vizek szennyezésének mértéke elsősorban a felvehető (mobilis) frakció mennyiségétől, nem pedig összes koncentrációjuktól függ.
Az aeroszolban található toxikus szerves anyagok közül kiemelkedően fontosak a rákkeltő többgyűrűs aromás szénhidrogének, melyek a korom kísérővegyületeiként főleg dízelüzemű járművek kipufogógázaiból és egyéb égési folyamatokból származnak. E szerves vegyületek környezeti sorsa és hatása illékonyságuk és környezeti paraméterek függvénye. A gázfázisú vegyületek ugyanis kevésbé károsak, mint az aeroszolrészecskékhez kötöttek, ez utóbbiak ugyanis a tüdőbe jutva és ott lerakódva sokkal hosszabb időn keresztül képesek hatásukat kifejteni.

A feladat fő célkitűzése a toxikus nehézfémek és a karcinogén többgyűrűs aromás szénhidrogének aeroszolfázisbeli koncentrációjának, előbbiek felvehető frakciójának, utóbbiak gáz-részecske megoszlásának meghatározása, elsősorban a Balaton régiójában. A kutatás fő célja ugyanis a szennyezőanyagok különböző földi szférák közötti anyagtranszportjának megállapítása a kiválasztott, kiemelt fontosságú célterületen. Ennek során meg kívánjuk állapítani, hogy a légköri anyagtranszport a vizsgált alkotók esetében milyen mértékben járul hozzá a tó víztestébe jutó szennyezőanyagok koncentrációjához.
 
 
 
11. feladat
 
Tüdőmodellek továbbfejlesztése beteg tüdőre és a modellek alkalmazása a konzorciumban mért aeroszolokra felnőttek és gyermekek, betegek és egészségesek esetén.

[A munka egy részét, a sztochasztikus tüdőmodell fejlesztését és alkalmazását, az ATOMKI-val (szintén konzorciumi partnerrel) közösen végezzük. A szükséges input paraméter értékeket a Korányi TBC szanatórium, valamint a SOTE Anatómia és Patológia Intézetének segítségével szerezzük.]
A sztochasztikus tüdőmodellt továbbfejlesztjük és adaptáljuk beteg tüdőre, pl. az asztmásokra jellemző geometriai és légzési változások fontosabb paramétereit beépítjük a modellbe.
A felső és centrális légutakban a FLUENT computational fluid dynamics (CFD) kóddal realisztikus, három-dimenziós geometrián a levegő áramlásának és sorsolt aeroszol részecskék pályájának számítása mind stacioner, mind időfüggő áramlás esetén. E kutatások célja a lokális terhelések számítása, a sejtszintű terhelés eloszlásának becslése.
A sztochasztikus tüdőmodellt alkalmazzuk a partnerek által mért aeroszolokra, mind felnőttekre, mind gyermekre, különböző jellemző légzésintenzitásoknál, egészséges és asztmás betegek esetén. Meghatározzuk a teljes, a regionális és a légúti generációnkénti kiülepedés valószínűségét, tömegét és sűrűségét.
Néhány fontosabbnak adódó esetben, a sztochasztikus tüdőmodellel, szimuláljuk a tracheobronchiális mucociliaris tisztulást is.
Folytatjuk a radon és leánytermékei légzőrendszeri depozíciójának számítását lakásokra, bányákra és barlangokra vonatkozóan, mind a sztochasztikus- mind a CFD modellek segítségével.
A légúti megbetegedések gyakoriságának elemzését az OKK-OKI (Konzorciumi partner) által végzett statisztikai, epidemiológiai felmérések közös értelmezésével együttesen végezzük.

A feladat keretében a légúti aeroszol depozíciós modelljeinket két irányban fejlesztenénk tovább – egyik a sztochasztikus tüdőmodell adaptálása asztmás tüdőre, a másik a lokális depozíció eloszlásának leírása numerikus áramlástani módszerekkel. Az elsővel a teljes, a regionális és a légúti generációszám szerinti kiülepedés-eloszlást jellemezzük, a másikkal a helyi, sejtszinti depozíció sűrűség eloszlásokat írjuk le. Az egészségre gyakorolt hatás szempontjából mindkettőre nagy szükség van.

 
 
12. feladat
 
Régiónk aeroszol szennyezettségének jellemzésére mérjük a teljes, a PM10 és PM2.5 aeroszol tömeget, azok elemösszetételét és követjük azok időbeli változását.
A sztochasztikus tüdőmodell továbbfejlesztése az AEKI-vel együttműködésben. 

A légkör szennyezettsége, az egészségkárosító hatások miatt különösen a nagyvárosi környezetben jelent nagy gondot. A vizsgálatok azt mutatták, hogy korreláció van az aeroszol részecskék koncentrációja és a megnövekedett halálozási arány között. Az is kiderült, hogy a finom (PM2.5) aeroszol egészségkárosító hatása erősebb a durva (PM10) aeroszolénál. A finom aeroszol a globális klíma alakulásában is fontos szerepet játszik. Ezért az aeroszol vizsgálatok az utóbbi években a finom aeroszolra koncentrálódnak.

Ebben a feladatban a légköri aeroszolok mintavételezésével és elemzésével foglalkozunk. A légköri aeroszol minta kémiai analízishez történő gyűjtéséhez általában valamilyen szűrőt, kaszkád impaktort, ciklonokat, vagy ezek kombinációit alkalmazzák. Azt, hogy a mintagyűjtéshez milyen mintavevőt és abban milyen szűrőt használunk több tényező mellett (mi a kutatás célja, milyen elemeket akarunk meghatározni), elsősorban az alkalmazandó analitikai módszer határozza meg. Mi a PIXE módszert alkalmazzuk. A PIXE módszernél jól bevált a polikarbonát membránszűrők alkalmazása. A szűrő és a felületére gyűjtött aeroszol réteg együtt analizálható, minden további előkészítés nélkül.

 

13. feladat
 
A levegő aeroszol szennyezettségének a terhességi kimenetelre gyakorolt hatásának felmérése statisztikai adatok alapján.
A levegő aeroszol szennyezettségének a terhességi kimenetelre gyakorolt hatás-vizsgálatának megkezdése.
A levegő aeroszol szennyezettsége terhességi kimenetelre gyakorolt hatásának értékelése.

Az általunk tervezett ökológiai vizsgálat során elemezni kívánjuk néhány városunk levegőszennyezettségi viszonyainak alakulása és a terhességi kimenetelre vonatkozó statisztikai adatok közötti összefüggéseket. A vizsgálatsorozat további részében viszont a terhességi gondozásra jelentkező új kismamák terhességének kimenetelét követjük majd egy kohorsz vizsgálat formájában, amelynek során lehetőség nyílik - a porszennyezettség naponkénti meghatározása mellett - számos egyéb kockázati tényező egyidejű figyelembevételére is.

A terhesség kimenetele és a porkoncentráció illetve annak összetétele között összefüggéseket mutattak ki. Ezek vizsgálata és kvantifikálása a jövő nemzedék szempontjából sem közömbös.

3.      év: A környezeti levegő szálló-por szennyezettsége és a terhességi kimenetel közötti összefüggések követéses vizsgálata II.
(OKI)
 
 
14. feladat
 
A meteorológiai időbeli trajektóriák és trajektória sorozatok számítása egyedi pontokra és egyszerre több kiindulási pontra a levegőszennyezettség és a meteorológiai viszonyok összefüggésének tisztázása céljából.   

Az OMSZ-nál jelenleg fejlesztés alatt álló FLEXTRA trajektória számoló modell 5-féle trajektóriát képes számolni, backward és forward módon. A 3D és az izentróp trajektóriákon kívül számol trajektóriákat a keveredési rétegben, az időjárás-előrejelző modell felületeire és a hagyományos izobár szintekre. A vertikális koordinátát megadhatjuk tengerszint feletti magasságban (m), földfelszín feletti magasságban (m) vagy izobár módon (hPa). Ezeket a modell futtatása előtt egy input fájlban szükséges beállítani. A trajektória irányát (forward vagy backward), hosszát, indulási és érkezési időpontját, az áttekinteni kívánt tartományt az input fájlok előállításánál kell megadni.
A fenti, „hagyományos” funkció mellett a modell több lehetőséget is tartogat. Egyedi trajektóriákon kívül egyszerre több kiindulási pontra tud hosszú időbeli trajektória sorozatokat előállítani úgy, hogy ugyanabból a pontból bizonyos időközönként új trajektóriákat indít. A modell rendelkezik azzal a lehetőséggel, hogy beágyazott módon a felhasználót érdeklő területen sűrűbb felbontást használjon, tudja becsülni az előállított trajektóriák bizonytalanságát véletlenszerű hibák hozzáadásával, alkalmas CET (coherent ensemble of trajectories) számolásra, a kezdő időpont és kezdő hely minden egyes trajektóriára való megválasztásával pedig akár egy repülőútvonal mentén is tud trajektóriát számolni.

A meteorológiai trajektóriák vizsgálata terén a normál futtatás során a trajektóriák számítása FLEXTRA modell segítségével a felhasználó által definiált pontból kiindulva előre meghatározott időközönként. Ekkor trajektóriák hosszú időbeli sorozatát kapjuk, azaz például egyetlen modell futtatással kiszámíthatunk 3 óránként induló trajektóriákat egy hónapos időtartamra. A sorozat minden trajektóriája ugyanabból a kiindulási pontból ered, és persze több kiindulási pont is definiálható. Így, mivel időbeli értelemben a trajektóriák átfedhetik egymást, sok azonos pontból induló trajektóriát kell kiszámolni.
 
2. év:  Beágyazott mezők számolása a FLEXTRA modellben: a globális mező 2°x2° felbontású, az első beágyazott mező, amely Európát és az Atlanti Óceán északi részét fedi 1°x1° felbontású, végül az ebbe beágyazott mező, amely Közép-Európát fedi 0.4°x0.4°-os.
 


Kísérleti fejlesztés jellegű feladatok

 
15. feladat
 
A konzorciumon belül kifejlesztett műszerek iparilag hasznosítható változatának kifejlesztése és hasznosítása. Gyártási technológiák kidolgozása.

A konzorciumon belül folyó alkalmazott kutatási és műszerfejlesztési eredmények kommercializálása az első mintapéldányoktól a már eladható termékig jelentős ráfordítást igényló feladat. Ennek megvalósításához szükség van gépészeti tervező és kivitelező háttérre, opto-mechanikai kivitelező kapacitásra, a kissorozatú gyártáshoz szükséges tervdokumentáció összeállítására, a létrehozott berendezések kalibrálására és tesztelésére, a megfelelő átalakítások elvégzésére, stb. További cél a marketing tevékenység beindítása, amikor a kísérleti berendezésből vagy mintapéldányból már EU szabványoknak megfelelő, eladható termék lesz.

A konzorciumon belül folyó alkalmazott kutatási és műszerfejlesztési eredmények kommercializálása az első mintapéldányoktól a már eladható termékig. Az aeroszol elemző berendezés kalibrálására és tesztelésére, a megfelelő átalakítások végrehajtása. Az ehhez szükséges tervezési és gépészeti feladatok elvégzése. A termék-szintű gyártási dokumentációk és gépkönyvek elkészítése. A megfelelő szervizhálózat biztosítása.
További cél a marketing tevékenység beindítása, amikor a berendezésből már termék lesz - bemutatás kiállításokon, reklámfilmeken, szimpóziumok, workshop-ok szervezése.

 
 
16. feladat
 
Az előző NKFP projekt keretén belül létrehozott mobil (mikrobuszba épített) környezetvédelmi laboratórium továbbfejlesztése – a közösen fejlesztett és a konzorcium más tagjai által létrehozott műszerek beépítése és beüzemelése a mobil mérőlaboratóriumba. A beépített műszerek egységes vezérlésének kiépítése, szoftverfejlesztés. A mért adatok feldolgozása és kiértékelése.

A fenti feladatok tartalmazzák a mobil mérőlaboratórium átépítésén kívül az új műszerek célszerű átalakítását és beépítését, próbamérések és hosszabb idejű tesztelések elvégzését, mérési kampányok megszervezését a konzorcium többi résztvevőivel, mérési adatbázisok összeállítását és a mért adatok elemzését. A projekt második szakaszában az eredmények bemutatását tervezzük konferenciákon és kiállításokon.

A mobil (mikrobuszba épített) környezetvédelmi laboratórium továbbfejlesztése - a konzorcium más tagjai által létrehozott műszerek beépítése és beüzemelése a mobil mérőlaboratóriumba. A beépített műszerek egységes vezérlésének kiépítése, szoftverfejlesztés.
A fenti feladatokon kívül próbaméréseket és mérési kampányokat tervezünk a konzorcium többi résztvevőjével, valamint mérési adatbázisokat állítunk össze.

 

17. feladat
 
Fotoakusztikus elven működő ózonmérő berendezés fejlesztése, a berendezés integrálása a mobil mérőállomásba, továbbá mérések végzése a mérőállomásba integrált berendezéssel.
 
A légkörállapot-monitorozás egyik alapvető fontosságú eleme a légkör ózontartalmának folyamatos mérése. Ennek megfelelően a telepített illetve mobil mérőállomások alapműszerei között szinte kivétel nélkül található ózonmérő berendezés is. Az ózon mérésére napjainkban az UV hullámhossztartományban működő, optikai abszorpciós elven alapuló műszerek terjedtek el. Ezeknek a berendezéseknek az érzékenysége csak részben felel meg a gyakorlati igényeknek, továbbá megbízhatóságuk is erősen korlátozott, mivel működésüket a környezeti feltételek (pl. a mért levegőminta hőmérséklete és nedvességtartalma) erősen befolyásolja. Általánosan jellemző ezekre a berendezésekre, hogy használatuk során gyakori újrakalibrálásukra van szükség. Mindezek alapján komoly igény létezik alternatív, nagyobb megbízhatóságú és érzékenyebb ózonmérő berendezések iránt. A Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék munkatársai mérésekkel igazolták, hogy lehetséges egy frekvencia négyszerezett Nd:YAG lézeren alapuló fotoakusztikus ózonmérő rendszer megépítése a szükséges érzékenységgel és megbízhatósággal, amely nemzetközi viszonylatban is újdonságnak számít. A VIDEOTON Holding Rt. célja a javasolt projekt keretében - a fenti eredményekre támaszkodva - a fotoakusztikus ózonmérő-rendszer egy kísérleti példányának elkészítése. A javasolt téma a pályázati kiírás „környezetszennyező anyagok kimutatása és ártalmatlanítása szennyezés-csökkentési programok kidolgozásával” prioritásához illeszkedik.

Fotoakusztikus elven működő ózonmérő berendezés fejlesztése, a berendezés integrálása a mobil mérőállomásba, továbbá mérések végzése a mérőállomásba integrált berendezéssel.
A tervezett tevékenység három feladatra bontható. Az első feladat a fotoakusztikus ózonmérő berendezés kísérleti példányának elkészítése (ez a feladat alkalmazott kutatás jellegű), a második feladat a kísérleti példány telepítése és integrálása a mobil mérőállomásba (alkalmazott kutatás), míg a harmadik feladat a telepített rendszer kalibrálása majd a telepített rendszerrel mérések végzése (alkalmazott kutatás és kísérleti fejlesztés). A fotoakusztikus ózonmérő berendezés kísérleti példányával szemben elvárt követelmény, hogy alkalmazásával a 0-200 ppb. ózon koncentráció tartományban ppb. pontossággal lehessen méréseket végezni, illetve, hogy a stabilitása olyan mértékű legyen, hogy a mérés helyére kiszállított berendezés egyszerű, - nem szakember által elvégzendő - beállítások után megbízhatóan működőképes legyen legalább 24 órán keresztül folyamatosan. Továbbá a berendezés rendelkezni fog számos önellenőrző funkcióval, figyelmeztető jelzést fog kiadni, amennyiben a működése eltér az üzemszerűtől.
A feladatokat az alábbi feladatokra bontva tervezzük elvégezni.

 
 
18. feladat
 
Lakótérben frakcionált (beltéri) szállópor hosszú-időtartamú mintavételezésére alkalmas alacsony zajszintű hétfokozatú impaktorral összeépített közepes térfogatáramú levegő mintavevő kifejlesztése, mintavételezések kijelölt célcsoportoknál.

A feladat célja, a beltéri d(ae) = 0,05-5 [mm] mérettartományú  aeroszol porrészecskék egészségkárosító hatásának  vizsgálatára, hosszú időtartamú mintavételezésére olyan hétfokozatú impaktor és alacsony zajszintű mintavevő készülék kifejlesztése, mely elegendő mennyiségű mintát szolgáltat gravimetriás, nehézfém, radioaktivitás koncentráció biztonságos meghatározásra.

Az ismert mintavevők átszívott levegőmennyisége, mérési tartománya, mérete, zajszintje nem alkalmas lakóterekben történő használatra. Ezeket a készülékeket főként zajos – pl.: személygépkocsi hátsó platója vagy magas alapzajjal terhelt munkahely - területeken történő használatra tervezték.
A feladatban a beltéri - d(ae) = 0,05-5 [mm] mérettartományú  aeroszol, porrészecskék egészségkárosító hatásának  vizsgálatára, hosszú időtartamú mintavételezésére olyan hétfokozatú impaktor és alacsony zajszintű mintavevő készülék kifejlesztése mely elegendő mennyiségű mintát szolgáltat gravimetriás, nehézfém, radioaktivitás koncentráció biztonságos meghatározásra.


 
19. feladat
 
Informatikai háttér biztosítása, hardver és szoftverfejlesztés.

A méréstechnikai műszerfejlesztés, az adatgyűjtés, adatfeldolgozás és elemzés (műszervezérlés, adatbázisok statisztikai feldolgozása, kiértékelés, stb.) fontos része a megfelelő informatikai háttér.  Ennek biztosítása a felsorolt tematikák nagy részében nélkülözhetetlen. Egy informatikai csoport létrehozása a konzorciumon belül nagymértékben elősegítené az ilyen feladatok magas szintű, professzionális kezelését, honlapjaink fejlesztését és karbantartását, valamint a szükséges hardver egységek létrehozását. 

Ebben a feladatban a tervezett tevékenység a méréstechnikai műszerfejlesztés, az adatgyűjtés, adatfeldolgozás és elemzés (műszervezérlés, adatbázisok statisztikai feldolgozása, kiértékelés, stb.), amely nélkülözhetetlen az alkalmazott kutatás és kísérleti fejlesztés számos területén. Az ilyen feladatokat egy informatikai csoport végezné, amely együttműködne a résztvevő műszerfejlesztési, mérési és modellezési csoportokkal.