Zürih'te Yapılan Çalışma, Havalimanındaki Aşırı İnce Parçacık Zirvelerini ve Yağ Kalıntılarını Ortaya Çıkardı!

Uçakların kalkış ve iniş sırasında aşırı ince aerosol parçacıkları yaydığını biliyoruz. İsviçre'deki Zürih Havalimanı çevresinde Paul Scherrer Enstitüsünden (PSI) araştırmacıların yaptığı ölçümlerin de açıkça gösterdiği üzere, bu parçacıkların bazıları makine yağı da içeriyor. Mevcut verilere göre düşük kükürtlü yakıtların kullanılması bu soruna kalıcı bir çözüm olabilir.

Araştırma ekibi, 2022 kışında ve 2024 yazında Zürih Havalimanı'nı çevreleyen alanda çeşitli hava kalitesi ölçümleri gerçekleştirdi. Her biri birkaç hafta süren bu iki ölçüm serisinde, havalimanının en yoğun pisti olan 28 numaralı pistten rüzgâr yönünde yaklaşık 1 kilometre uzaklıktaki havadaki parçacık maddeleri yakalamak için özel ekipmanlar kullandılar. Yakalanan bu parçacıkların boyutunu ve kimyasal bileşimini belirlemek üzere spektrometreler kullanılarak neredeyse gerçek zamanlı, yani parçacıklar yakalandıktan hemen sonra detaylı bir analiz yapıldı.

Bu güncel yaklaşım, tüm gün boyunca veri toplayıp ölçümleri ancak daha sonra analiz eden bu alandaki önceki çalışmalara kıyasla önemli bir avantaj sağlıyor; böylece değişen rüzgâr yönlerinin veya mevcut uçak yaklaşma modellerinin etkisini anlık olarak gözlemleyebiliyoruz. Bu sayede emisyon kaynaklarını çok daha hassas bir şekilde haritalandırabiliyoruz. Elde edilen tüm bu bulgular, köklü bilimsel dergilerden biri olan Environmental Science & Technology'de yayımlandı.

Havalimanlarındaki Parçacık Kirliliği

Bu yeni ölçümler, Amsterdam ve Frankfurt gibi diğer bazı büyük Avrupa havalimanlarında elde edilen önceki bulguları da doğruluyor: Uçaklar, özellikle kalkış ve iniş sırasında motorlarından boyutları 100 nanometrenin altındaki aşırı ince parçacıklar yayarlar. Bunlar, yakıtın türbinlerde yanması ve ardından egzoz gazının soğuması sırasında ortaya çıkan katı is ile uçucu sülfat parçacıklarının bir karışımıdır. Araştırmacılar, havadaki santimetreküp başına 300.000'e kadar UFP tespit ettiler. Bu değer, gece havalimanında hiçbir uçağın çalışmadığı zamanlardaki normal arka plan seviyesinin 10 katından daha fazladır.

Şehirlerdeki tipik UFP ölçümlerinin santimetreküp havada yaklaşık 5.000 ila 40.000 parçacık arasında değiştiğini ve havalimanında ölçülen bu değerlerden önemli ölçüde daha düşük olduğunu görebiliyoruz. Ancak, kentsel alanlardaki hava genellikle 2,5 ve 10 mikrometrenin altındaki daha iri parçacık kategorilerinde daha büyük bir oran barındırır. PSI Enerji ve Çevre Bilimleri Merkezinden çalışma yazarı Sarah Tinorua, bu durumu şöyle açıkladı:

Dolayısıyla parçacık kütlesi açısından bakıldığında havalimanındaki kirlilik, temel olarak karayolu trafiği, ısıtma sistemleri ve sanayiden kaynaklanan kirliliğin olduğu şehre kıyasla daha düşük. Ancak havalimanındaki parçacık sayısı belirgin bir biçimde daha fazla.

Daha küçük parçacıklar solunduğunda akciğerlerin ince dallarına kadar derinlemesine nüfuz edebildiği için bu durum insan sağlığı açısından büyük bir önem taşıyor. Bu nedenle havalimanı çalışanları ve yakın çevrede oturan sakinler için bu ayrımın ne kadar kritik olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz.

Her Uçak Yeni Bir Parçacık Dalgası Getiriyor

Araştırmacılar, havalimanındaki bu yüksek aşırı ince parçacık derişimini zaten büyük ölçüde bekliyorlardı. Ancak çalışmalarını asıl yeni kılan şey, aşırı ince parçacıklara yapışmış makine yağı kalıntılarını da ilk kez tespit etmiş olmaları. PSI Enerji ve Çevre Bilimleri Merkezinden proje yürütücüsü Benjamin Brem, bu durumu şöyle açıkladı:

Frankfurt Havalimanı'nda daha önce yapılan bir çalışmada, parçacık kirliliği içinde makine yağı zaten bulunmuştu. Ancak o çalışmada parçacıklar sadece toplanmış ve günlük ortalama değerler belirlenmişti. Bizim ekibimiz ise makine yağı ölçümlerini gerçek zamanlı olarak, yani bir uçak uçup geçtikten hemen sonra kaydetti.

Bir uçak, ölçüm istasyonunun üzerinden 80 ila 100 metre irtifada her geçtiğinde, UFP derişiminde keskin bir artış kaydedildi. Brem bu hızlı artışı şu şekilde açıklıyor:

Bunun nedeni, türbin egzoz gazlarının kanatların arkasındaki aşağı yönlü hava akımıyla yere doğru, yani doğrudan bizim toplama cihazımızın hunisine doğru itilmesidir.

Ancak 300 metrenin üzerindeki irtifalarda bu tür zirve değerlerin artık saptanamadığını görüyoruz; zira parçacıklar rüzgâra da bağlı olarak havada hızla dağılıyor ve zemin seviyesindeki havayla daha fazla karışmıyor.

Araştırma verileri incelendiğinde rüzgarın da oldukça önemli bir etken olduğu ortaya çıktı: Parçacık miktarındaki zirveler inişler sırasında kalkışlara kıyasla çok daha belirgindi. Kalkışlar sırasındaki zirveler yalnızca, rüzgar UFP bulutunu pistten ölçüm istasyonuna doğru uçurduğunda güçlü bir şekilde meydana geldi. Dahası, zayıf rüzgarlarda parçacıklar zamanla daha kolay kümelenip daha büyük kümeler oluşturduğu için şiddetli rüzgarlarda yapılan ölçümlerde ince parçacık sayımları çok daha yüksek çıktı.

Uçakların ağırlıklı olarak aşırı ince parçacıklar yayması, diğer motor türlerine kıyasla yakıtın sıcak gaz türbinlerinde nispeten daha tam (eksiksiz) yanmasından kaynaklanıyor. Atmosfer kimyageri olan Brem, "Ancak uçak motorları yüksek irtifa uçuşları için optimize edilmiştir." diyerek durumu açıklıyor. Bu tasarım tercihi, uçakların kalkış ve iniş sırasında yerdeki yanma sürecinin nispeten daha eksik gerçekleştiği ve dolayısıyla etrafa daha fazla parçacık kirliliği yaydığı anlamına geliyor.

Görünüşe göre bazı motorlar egzozlarına yarı uçucu bir organik bileşik olan makine yağı kalıntılarını da bırakıyor. Ölçülen bu değerlerin net bir şekilde havalimanı faaliyetleriyle ve artan parçacık derişimleriyle bağlantılı olduğunu söyleyebiliriz. Tinorua bu konuda şu uyarıda bulunuyor:

Bu tür yağlayıcı maddelerin akciğerlerin derinliklerine kadar solunmasının olası sağlık etkileri henüz tam olarak araştırılmış değil.

Elbette her halükarda ihtiyati bir önlem olarak, bu tür emisyonların mümkün olduğunca azaltılması ve hatta ortadan kaldırılması zorunludur.

Motorların doğrudan kendilerinden alınan önceki ölçümler, bahsi geçen makine yağı emisyonlarının her uçak tipinde meydana gelmediğini açıkça gösteriyordu. Dolayısıyla söz konusu kirlilik motorun özel tasarımına veya havacılık şirketlerinin yürüttüğü bakım sıklıklarına doğrudan bağlı olabilir.

Emisyonlara Karşı Alınan Önlemler

İsviçre Federal Sivil Havacılık Ofisi açıklanan bu sonuçlara büyük ilgi gösterdi ve makine yağından kaynaklanan emisyonların azaltılmasına yönelik olası önlemler uluslararası çalışma gruplarında çoktan tartışılmaya başlandı. Bahsi geçen ofisin, aşırı ince is parçacıkları ve makul emisyon sınırları konusundaki bilimsel araştırmaları yıllardır aktif olarak destekleyip finanse ettiğini de ekleyelim.

Brem'in açıklamalarına göre, düşük kükürtlü kerosenin (uçak yakıtı) devreye sokulması son derece bariz bir çözüm potansiyeli taşıyor. Bir yakıtın kükürt içeriği ne kadar yüksekse o kadar fazla parçacık madde üretildiğini biliyoruz; özellikle uçucu kirleticiler büyük ölçüde bu kükürt bileşiklerinden kaynaklanır. Ne yazık ki kerosen, günümüzde hiçbir sıkı sınırlandırmaya tabi olmayan nadir ulaşım yakıtlarından biridir.

Uçakları kalkıştan önce taksi yolundan piste taşımak ya da inişten sonra doğrudan kapıya çekmek için havalimanlarında elektrikli çekicilerin kullanılması da makul ve etkili bir yaklaşım olacaktır. Böyle pratik bir uygulama, eksik yanmaya maruz kalan kerosen miktarını gözle görülür ölçüde azaltacaktır.

Aslında Zürih Havalimanı, parçacık emisyonlarını olabildiğince kısmak için çeşitli önlemleri çoktan hayata geçirmiş durumda. Örneğin, ana motorlar kapatıldıktan sonra elektrik üretmek amacıyla uçakların kendi içlerindeki yardımcı güç ünitelerini çalıştırmaları kesinlikle yasaktır. Bunun yerine tüm uçakların, yanaştıkları kapıda havalimanı tarafından sağlanan güç kaynağını kullanmaları bir zorunluluktur.

Araştırma ekibinden Brem, daha uzun vadeli çözümler düşünüldüğünde sürdürülebilir havacılık yakıtı olarak da bilinen sentetik kerosen kullanımının yaygınlaşmasının ciddi şekilde yardımcı olabileceğini belirtiyor. Bu alternatif yakıtın çok daha verimli ve tamamen çevre dostu bir şekilde nasıl üretilebileceği uzun yıllardır PSI bünyesinde aktif bir araştırma konusu olmaya devam ediyor. SAF'ın, parçacık madde söz konusu olduğunda geleneksel fosil kerosinlere kıyasla en büyük avantajı, hiç kükürt içermemesi ve çok daha az sayıda is öncülü barındırmasıdır. Sonuç olarak alternatif sürdürülebilir yakıtlar çok daha temiz yanarak atmosfere daha az is ve zararlı kirlilik bileşeni bırakıyor.