Skip to main content

MTA FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS ÉS TECHNOLÓGIÁK NEMZETI PROGRAM

Fenntartható technológiák alprogram

Levegőkörnyezeti produktumok fejlesztése a szél- és a napenergia potenciális hasznosíthatósága, valamint a levegőminőségi előrejelzések támogatására

1. Megújuló energiák felhasználásának légkörtudományi támogatása

Egy adott területen, adott időintervallumban potenciálisan felhasználható szél- és napenergia előrejelzéséhez nélkülözhetetlen a légkör aktuális állapotának pontos ismerete, vagyis a hiteles mérőműszerekkel elvégzett megfigyelésekre épülő, folyamatosan frissülő adatbázis. A hagyományos meteorológiai elemeken kívül az adatbázis magába foglalja az időjárási műholdak, a meteorológiai radarok, a vertikális szélprofilok és felhőalapmérők, valamint felhő-kamerák által szolgáltatott információkat.

Tervezett fejlesztéseink legfontosabb része a mért légköri adatok egyéb háttér információkkal történő harmonizálása: az objektív analízis készítése. Az objektív analízis fogalma, a numerikus modellezés kezdetei óta létezik. E fogalom eredetileg a szabálytalan megfigyelési hálózatból származó információk egy szabályos rácson, objektív módszerrel való előállítását jelentette. Később, a háttér mező, illetve más típusú információk megjelenésével, az objektív analízis fogalma is bővült, a hangsúly azonban mindenképpen azon van, hogy az analízis mező előállítása a szabályos rácson automatikusan, közvetlen emberi beavatkozás nélkül történik. Ilyen típusú módszerek megalkotása a numerikus előrejelzés megjelenésével és fejlődésével elengedhetetlenné vált, hiszen számítógépekre csak automatikusan elvégezhető műveletek bízhatók. Az objektív analízis képezi az alapját a lineáris előrejelzésnek, amely a következő 1-2 órára készül. Ezt meteorológiai nowcasting-nak hívjuk: várakozásaink szerint az objektív analízis és a nowcasting területén jelentős módszertani fejlesztési eredmények születnek majd.

Fejlesztéseink a későbbiekben megnyithatják az utat a dinamikus modellekkel való több órára, illetve napokra történő előrejelzések pontosabbá tételére. A légkör nem lineáris fejlődése miatt jelenleg ez az egyetlen lehetőség, hogy a légkör jövőbeli állapotát, így a megújuló energiák hozzáférhetőségét előrejelezzük. A konvencionális modellek mellett a tervezett kutatásainkban és fejlesztéseinkben szerepet kaphat a kutatási és fejlesztési feladatokra is alkalmazott WRF (Weather Research and Forecasting) modell.

2. Levegőminőségi produktumok fejlesztése, valamint szerepük a fenntartható fejlődési célok elérésében

A kutatási téma célja, hogy hozzájáruljon a levegőminőség állapotának megbízhatóbb értékeléséhez emissziós leltárak, mérési információk és modellszámítások felhasználásával. Ez fontos társadalmi-gazdasági előnyökkel járhat azáltal, hogy lehetővé teszi mind az egyén, mind pedig a társadalom számára a rossz levegőminőségnek való kitettség megelőzését/minimalizálását, valamint a szennyezőanyag-kibocsátás és a kapcsolódó negatív egészségügyi hatások csökkentését.

A légszennyezés és a fenntartható fejlődési célok közötti összefüggések feltárása szintén lényeges a társadalom szempontjából. Ezen túlmenően a szennyezést mérséklő, valamint a szennyezést kiváltó tényezők kutatása és e hatások értékelése is fontos a hatékonyabb és eredményesebb éghajlat/levegőminőség politika szempontjából. A levegőminőség tér-időbeli viselkedésének feltárása a fenntartható fejlődés szempontjából is fontos kutatási terület.

Jelentős antropogén terhelésnek kitett környezetek humán- és ökológiai szempontú fenntarthatósága

A városokban a közlekedés és a szél által az utak felületéről felverődő, illetve a gépjárművek mechanikai kopásából származó aeroszol részecskék akár 30-50%-ban is hozzájárulhatnak a városi PM10 terheléshez. A kiülepedett, reszuszpendálható por belélegezhető frakciójának mintavételezésére on-line mintavételi módszert fejlesztettünk ki, mely segítségével lehetőség nyílt korábban nem alkalmazott analitikai vizsgálatok elvégzésére. A légköri PM10 aeroszolban a reszuszpendálható hányad becslése a mai napig csak modellezéssel volt lehetséges. A kutatás során reszuszpendált és légköri PM10 aeroszol minták kémiai összetételéből meghatározzuk ezen aeroszol forrás hozzájárulásának mértékét, továbbá a légkörben található természetes radionuklidokat nyomjelzőként alkalmazva megbecsüljük a reszuszpendált aeroszol tartózkodási idejét. Emellett olyan toxikológiai vizsgálatokat végzünk, melyek során megállapítható, hogy a reszuszpendálható városi por milyen genetikai és sejtbiológiai változásokat, illetve DNS károsodásokat okozhat az emberi szervezetben. A reszuszpendált városi aeroszol azonosítása, hozzájárulás mértékének és tartózkodási idejének meghatározása, illetve humán egészségügyi kockázatának becslése a tudományos eredmények mellett társadalmi és gazdasági szempontból is hasznos, mivel segítségükkel az önkormányzatok és a szakhatóságok hatékony levegőminőség védelmi intézkedéseket dolgozhatnak ki. A nagyvárosok PM10 szennyezettségének csökkentésével mérsékelhető a légzőszervi, valamint a szív- és érrendszeri megbetegedések gyakorisága és súlyossága.

Az elmúlt időszakban a városi állatpopulációk szaporodási sikere jelentősen változott az urbanizált területek megváltozott táplálékkínálata és a természetes táplálékforrások hiánya miatt. Az intenzív emberi zavarás negatív hatással lehet a városi állatok reprodukciójára, ugyanakkor számos városban élő állatfaj alkalmazkodik az állandó emberi zavaráshoz. Ez gyakran konfliktusok forrása, ezért a városi állatpopulációkkal való tartós együttélési stratégiák megtalálásához szükség van az emberrel szembeni tolerancia/bátorság kialakulását eredményező mechanizmusok feltárására. A projekt során összefüggéseket keresünk a releváns lokális környezeti jellemzők és a városi állatok szaporodási sikere, túlélése és viselkedése között. Terepi, térinformatikai és rádió-telemetriás nyomkövetésen alapuló, kombinált megközelítéssel jellemezzük a frissen kirepült madarak mortalitását és területhasználatát, és azonosítjuk ebben az érzékeny életszakaszban legkedvezőbb városi élőhelytípusokat. Vizsgáljuk városi madárfészkeknél az antropogén táplálékforrások szaporodási sikerre, valamint a fiókák fejlődésére és egészségi állapotára gyakorolt hatásait. Teszteljük kísérletesen azt a hipotézist, miszerint a vadon élő állatok zavaráshoz történő gyors alkalmazkodásában és az ehhez kapcsolódó bátorság kialakulásában epigenetikai változások is szerepet kapnak. Vizsgáljuk az emberi zavarás közösségi szintű hatásait, azaz hogy mely fajok reagálnak érzékenyen a tartós zavarásra, és melyek nem. Vizsgálataink hozzájárulnak az urbanizáció életközösségekre gyakorolt hatásainak alaposabb megértéséhez, a városi élővilágra nehezedő kihívások és az ezekre adott válaszok feltárásához. Mindez elengedhetetlen feltétele annak, hogy az eredeti ökoszisztémát eredményesebben és fenntarthatóbban őrizhessük meg épített környezetünkben.

A klímaváltozás és nyersanyaghiány szélsőséges hatásai miatt átalakuló környezetünk már rövidtávon is kihívást jelent. Elengedhetetlen, hogy minden szinten felkészüljünk az elkerülhetetlen változások társadalmi és gazdasági hatásainak előrejelzésére és enyhítésére. Ennek legfontosabb pillére a szemléletformálás, mely a mitigációs és adaptációs célkitűzések megvalósíthatóságának előfeltétele. A projekt során az adaptációs felkészültség mérését és annak értékelését lehetővé tevő módszertant fejlesztünk ki, az adaptációs felkészüléssel összefüggő képzési tematikát dolgozunk ki, online képzési formákat valósítunk meg magyar és angol nyelven, végül megfelelő tudással rendelkező szakembereket képzünk. Létrehozunk egy tudományos alapú és igényességű, magyar nyelvű információs adatbázist. A platform célja az adaptációval kapcsolatos, közérthető képi, hangi és írott információk rendszerezett módon történő terjesztése, hogy segítse a szervezetek, közösségek és magánszemélyek felkészülését az erőforrások kimerülése, az éghajlatváltozás összetett következményei és számos egyéb tényező együttes hatásai miatt bekövetkező gyorsuló változásokra. A folyamatokat és összefüggéseket bemutató, a legfontosabb nemzetközi kutatásokat érthetővé tévő hiteles adaptációs platform segítségével rendszerezett módon terjeszthetők az alkalmazkodással kapcsolatos, hiteles és közérthető képi, hangi és írott információk. Lehetővé teszi a párbeszédet az érdeklődők között, továbbá az aktuális tudományos információk gyors feldolgozásával és eljuttatásával segíti őket a változásokkal kapcsolatos tájékozódásban.

Műtrágyázásból eredő nitrogénveszteség mértékének vizsgálata. A környezeti nitrogénterhelés becslése szántóföldi kultúráknál, fizikai mérési módszerekkel.

Műszer- és módszerfejlesztés

A projektben kifejlesztésre kerül egy olyan mérőrendszer, amely az NH3 mellett alkalmas az üvegház hatású és sztratoszferikus ózonbontó N2O fluxus egyidejű mérésére is, melynek forrása a talaj, de a növény is kibocsáthatja. Klímakamrás kísérletek tervezése. Modellfejlesztés a talaj – növény és a légkör közti NH3 és N2O fluxus szimulálására.

További tervezett feladat egy, az aeroszol részecskék koncentráció mérésére alkalmas nyitott kamrás, fotoakusztikus (PA) mérőrendszer tesztelése, kalibrációja és az analitikai paraméterek meghatározása. Áramlásakusztikai és PA jelkeltési numerikus modellezések végzése az áramlási sebesség növelésével. A PA mérőrendszer drónra telepítésének, illetve terepi használat tervének kidolgozása. A lézer fényforrás és a nyitott kamra integrálása, tesztelése.

Lézeres gerjesztésű biomassza és elemi szén (korom) részecskék kontrollált laboratóriumi modellezésére alkalmas mérési elrendezés kifejlesztése. Gázfázisú kereszteffektusok és hatásaik feltérképezése.

Szántóföldi vizsgálatok

Egyik cél az NH3 és N2O fluxus folyamatos nagyfrekvenciás PA mérése örvény-kovariancia módszerrel szántóföld fölött. Ezen kívül kiegészítő talaj, növény, meteorológiai méréseket tervezünk, több ponton a talaj NH3 és N2O kibocsátásának folyamatos mérésével. Az állomány teljes gázkibocsátásának és a talaj kibocsátásának párhuzamos mérése, a talaj és növény NH3 és N2O fluxusainak elkülönítése céljából.

A talaj – növény és a légkör közti NH3 és N2O fluxus modellezése. Modellek kidolgozása, tesztelése és alkalmazása.

Klímakamrás vizsgálatok

Klímakamrás tenyészedény kísérletek végzése. NH3 és N2O koncentráció mérése a kamrákban PA módszerrel, külön a növényeknél, külön a talajoknál, annak a megállapítására, milyen mértékben történik a gázcsere a talaj – légkör, illetve a növény – légkör között.

A növényi szárazság stressz és a nitrogénellátottság hatása a gázok kibocsátásának mértékére. A klímaváltozás hatásának becslése a gázemisszióra. Fontos kérdés, hogy a klímaváltozás miatt jelenleg és a jövőben is várhatóan gyakrabban előforduló abiotikus eredetű növényi stressz (pl. hő stressz, szárazság stressz) hogyan befolyásolja a kibocsátást ezért klorofill fluoreszenciás vizsgálatokat végzünk stresszhelyzetekben és kontroll körülmények között.

A 14N/15N izotóparány PA nagy pontosságú, ppb szintű mérésének kifejlesztése. 14N/15N izotóparány mérése. A talaj – növény – légkör rendszerben lejátszódó folyamatokat nyomon követhetjük a 14N/15N stabilizotóp-arány mérésével, ugyanis minden fizikai és kémiai átalakulás izotópdúsulás-változással jár. Mivel a 15N aránya csupán 0,36% szükség lehet a dúsításra, a szubsztráthoz adagolt 15NH4Cl formájában. További vizsgálati lehetőségek és célok között szerepel a 15N nyomjelzéses technika alkalmazása a 15NH4+ mellett a 15NO3– izotóp dúsítással is. A két módszer vagy-vagy kombinációjával és a felszabaduló gázok izotóparány mérésével fontos információt nyerhetünk a talajban végbemenő, nem teljes mértékben tisztázott folyamatok mechanizmusára vonatkozóan.

Égetés eredetű részecskék vizsgálata

Biomassza és alacsony érettségű elemi szén részecskék kontrollált laboratóriumi körülmények közötti előállítása és fotoakusztikus vizsgálata. Hullámhossz és lézerparaméter meghatározás a PA rendszerfejlesztéshez. Rezonátor és PA detektoregység tervezése és fejlesztése. Drónra telepíthető nyitott kamrás rendszer tervezése, fejlesztése. Biomassza eredetű részecskék spektrális válasza és az energetikai sajátosságai közötti összefüggések vizsgálata drónra telepített rendszerrel. Légköri emissziós mérések. Kátránygömb részecskék spektrális válaszának laboratóriumi körülmények közötti mérése. Szavanna tüzek emissziós vizsgálata nemzetközi együttműködések keretein belül. Biomassza eredetű részecskék spektrális válaszának vizsgálata drónra telepített rendszerrel. Mérési modell kidolgozása és véglegesítése. Spektrális válasz alkalmazhatóságának igazolása a kibocsátó biomassza forrás beazonosítására. Klimatikus hatások becslése. Drónra telepített PA rendszerek alkalmazhatóságának igazolása a kibocsátás közvetlen közelében és távoli emissziós környezetben. A spektrális válaszban rejlő összetétel és kibocsátó forrás jellemzők feltárása.