PIERCING THE HAZE
SALT LAKE CITY-Winters pode ser tóxico aqui. Durante dias ou mesmo semanas, uma densa névoa se instala sobre esta cidade de esquiadores e excursionistas, à medida que o ar poluído fica preso numa bacia rodeada por montanhas. Pode ser difícil ver o próximo carro na estrada. Visitas hospitalares para pneumonia e pico de asma, escolas suspendem o recesso ao ar livre, e até mesmo residentes saudáveis reclamam de arranhões na garganta e tosse.
Os meteorologistas dizem que o fenômeno, conhecido como uma inversão, é fácil de explicar: Um sistema de alta pressão prende o ar frio na bacia, colocando uma tampa sobre a poluição. Mas os ingredientes específicos do smog, e como eles interagem na atmosfera, têm sido algo de um mistério. E há uma pressão crescente para resolvê-lo: A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) julgou a cidade como estando em “grave” violação dos padrões de ar limpo durante parte de cada ano, obrigando as autoridades estaduais a apresentar um plano para reduzir a ameaça – algo que até agora não conseguiram fazer.
No último ano, num esforço para ajudar a desenvolver esse plano, pesquisadores de seis universidades e várias agências estaduais e federais lançaram um esforço sem precedentes para entender melhor a composição química precisa e as fontes da poluição. Durante duas inversões que duraram um total de 17 dias, eles coletaram dados de aeronaves, balões e estações terrestres.
As largas pinceladas do que encontraram vieram como pouca surpresa. A névoa era composta principalmente de pequenas partículas, de menos de 2,5 microns de diâmetro (PM2,5), que podem se alojar nos pulmões e contribuir para a morte prematura. Algumas das partículas eram pó, fumo, ou fuligem, mas cerca de três quartos eram constituídas por nitrato de amónio. Ele se forma quando óxidos de nitrogênio produzidos por veículos, fornos e equipamentos industriais se combinam com amônia, que tipicamente são produzidos em fazendas que usam fertilizantes líquidos à base de amônia ou produzem pilhas de esterco animal.
Os pesquisadores ficaram assustados, no entanto, com os níveis de amônia pura que mediram, uma vez que as fazendas de Utah são em sua maioria ociosas no inverno. “Normalmente não pensamos nos meses de inverno como sendo meses grandes para amônia”, diz a química Jennifer Murphy, da Universidade de Toronto, no Canadá, que participou do estudo. Pesquisadores e reguladores estão agora tentando descobrir exatamente por que esses níveis eram tão altos, e se cortar essas emissões poderia ajudar a limpar o ar sobre o que alguns residentes vieram a chamar de “Smog Lake City”
Embora sua abundância, o papel do gás incolor, de cheiro aguçado e que rega os olhos na poluição mortal do ar é mal compreendido. Em parte, isso se deve ao fato de ser notoriamente difícil de ser rastreado. As moléculas de amônia são “pegajosas” e avidamente combinadas com outros compostos, o que dificulta o monitoramento dos instrumentos para capturá-las. E o gás pode ter um tempo de vida muito curto – às vezes apenas alguns dias. “A amônia é horrível”, diz o engenheiro ambiental Mark Zondlo, da Universidade de Princeton. “É realmente um dos piores gases para medir na atmosfera”
A volta do mundo, novos sensores terrestres, aéreos e espaciais estão ajudando a trazer as fontes, movimentos e destino do amoníaco para um foco mais claro. O monitoramento melhorado vem à medida que algumas nações, incluindo o Reino Unido, estão se movendo para reduzir as emissões de amoníaco. Mas outras, incluindo os Estados Unidos, não fizeram da limitação da amônia uma prioridade, em parte por causa da incerteza em torno das fontes, bem como das preocupações de que controles caros possam fazer pouco para melhorar a qualidade do ar. Em vez disso, os reguladores têm frequentemente optado por visar outros ingredientes-chave do smog, incluindo óxidos de azoto e enxofre criados pela combustão.
Mas é provável que o foco na amónia se intensifique. As emissões globais do gás dobraram nos últimos 70 anos e estão previstas para continuar a aumentar, em grande parte devido à crescente demanda por fertilizantes químicos. Isso tem pressionado os pesquisadores e reguladores para entender melhor as implicações para a qualidade do ar.
Smog preenche uma rua no centro da cidade de Salt Lake City em dezembro de 2017.
George Frey/REUTERS
Neste verão, o cientista atmosférico Jeff Collett da Universidade Estadual do Colorado em Fort Collins ficou em uma clareira no Parque Nacional de Rocky Mountain, cercado por instrumentos que destacaram o quão desafiador é rastrear a amônia. Outros poluentes atmosféricos, tais como ozônio e monóxido de carbono, são geralmente monitorados por redes de instrumentos automatizados que coletam e retransmitem dados em tempo real. Mas para rastrear a amônia, a equipe de Collett deve fazer uma viagem de uma hora do campus ao campo várias vezes por semana para coletar amostras manualmente de seus instrumentos.
Um é um simples balde que coleta água da chuva, que os pesquisadores analisam para ver quanta amônia ficou presa no vapor de água. Outro depende de uma esponja revestida com um ácido para absorver o gás. (Amônia, uma base, reage avidamente com ácidos.) Há também uma espiral de vidro revestida com ácido, que retira as moléculas de amônia pegajosas das amostras de ar antes de separar outros componentes da matéria particulada.
É um processo minucioso, mas as amostras são vitais para o esforço de Collett em documentar como a amônia deriva de fazendas a cerca de 80 quilômetros de distância em Greeley, Colorado, para o parque, onde o nutriente pode danificar ecossistemas sensíveis, e para Denver, onde contribui para o smog. O trabalho, em curso desde 2011, tem ajudado a aguçar o quadro das fontes e movimentos de amoníaco da região. Por exemplo, quando grupos de fazendeiros do Colorado argumentaram que os campos de golfe estavam desempenhando um papel de grande porte nas emissões de amônia por causa de seu uso liberal de fertilizantes, Collett colocou um monitor perto de um campo de golfe local e mostrou que isso não era correto; as fazendas eram a maior fonte. O monitoramento também permitiu ao estado estabelecer um sistema que avisa os agricultores quando as condições climáticas são previstas para empurrar a amônia para Denver, encorajando-os a limitar voluntariamente as aplicações de fertilizantes e cobrir pilhas de esterco.
Fresh off the farm
Regiões agrícolas podem ser as principais fontes de amônia (NH3, áreas escuras), especialmente durante a estação de crescimento quando o uso de fertilizantes líquidos é alto. Incêndios (algumas áreas amarelas perto do topo do mapa) também podem produzir plumas do composto.
Elsewhere, outros esforços de monitorização – incluindo uma rede nacional de 66- locais geridos pela EPA que relata leituras a cada 2 semanas – têm pintado um quadro maior, a nível continental, incluindo como as emissões de amoníaco podem variar de acordo com o tempo e a estação do ano. Os avanços na monitorização móvel tornaram possível uma recolha mais rápida de medições como a Collett’s. E desde 2008, os satélites da NASA têm fornecido uma visão global da assinatura do amoníaco na atmosfera. Tais ferramentas estão ajudando os cientistas a montar uma imagem mais completa das fontes de amônia, incluindo os incêndios florestais, que são estimados em 10% das emissões globais de amônia ao liberar o composto das plantas.
“Há uma década atrás, nós tínhamos talvez uma dúzia de medições de longo prazo em todo o país, e apenas uma ou duas medições de aeronaves de sempre”, diz o químico atmosférico Daven Henze da Universidade do Colorado em Boulder. “Agora, podemos obter regularmente informações sobre o tempo, magnitude, variabilidade e fontes”
Poucos esforços para inventariar o amoníaco, no entanto, foram tão minuciosos quanto o realizado na região de Salt Lake City, no inverno de 2017. Os dois eventos de inversão documentados pela campanha terrestre e aérea duraram cada um mais de uma semana, e os pesquisadores foram capazes de reunir observações em cada um dos três principais vales da área: Salt Lake, Cache, e Utah.
Os contos existentes de fontes de amônia de Utah sugeriram que os níveis de amônia seriam similares em cada um dos três vales. Na verdade, os pesquisadores descobriram que os níveis variavam por geografia – e que as leituras eram mais altas do que esperavam.
Agora, Murphy e pesquisadores aliados estão trabalhando para entender essa variação e descobrir de onde a amônia está vindo. A equipe está usando uma rede de monitores terrestres, combinados com medidas aéreas, para mapear as concentrações de amônia dentro da cidade. Eles estão examinando os padrões dos ventos para ver como a amônia poderia derivar das áreas agrícolas próximas. E eles estão procurando fontes que podem ter sido negligenciadas.
Autos em áreas urbanas, por exemplo, podem estar contribuindo com mais amônia do que previamente entendido. Em um estudo recente, Zondlo implantou instrumentos móveis que usam lasers para medir as plumas de amônia liberadas por veículos em cidades dos Estados Unidos e da China. Ele descobriu que veículos – que produzem amônia como subproduto de seus conversores catalíticos de limpeza de emissões – emitiam cerca de duas vezes mais amônia do que se supunha. “No grande esquema das coisas, os veículos eram uma fonte bastante pequena”, observa ele. Ainda assim, as emissões poderiam desempenhar um papel importante na poluição por partículas nas cidades, diz ele, porque a amônia está sendo produzida nas proximidades de outros compostos de combustão que alimentam a criação de PM2,5,
Em Utah, os reguladores estaduais esperam que um melhor entendimento das fontes de amônia de Salt Lake City os ajude a construir melhores simulações computadorizadas dos eventos de poluição do ar, o que pode ser fundamental para identificar soluções. Por exemplo, se se verificar que a amônia está à deriva na cidade a partir de fazendas em vales vizinhos, o estado poderia tentar conter essas fontes – talvez pedindo aos agricultores para limitar o uso de fertilizantes – quando o clima estiver maduro para inversões. Mas essa estratégia pode não fazer sentido se as fontes urbanas de amônia, como os carros, estiverem desempenhando um papel maior na condução da química que produz smog. “Com tantos fatores, precisamos entender o quadro completo”, diz Murphy.
Reguladores também querem ter certeza de que controles potencialmente caros em fazendas ou outras fontes de amônia produzirão um benefício, o que significa quebrar a composição química do smog. Nos Estados Unidos, por exemplo, os regulamentos existentes sobre poluição do ar reduziram drasticamente as concentrações atmosféricas de óxidos de nitrogênio, o que significa que menos moléculas desses compostos estão disponíveis para combinar com amônia e formar partículas. Portanto, reduzir as emissões de amônia pode não fazer muita diferença em áreas onde outros ingredientes do smog já estão em falta. Em outras áreas, entretanto, sufocar plumas de amônia poderia ser a chave para reduzir as partículas. “Ainda não estamos num lugar”, diz Murphy, “onde podemos até dizer que medidas difíceis vão ter impacto”
A situação é muito diferente na Europa, onde os reguladores ambientais há muito tempo colocam o amoníaco em evidência, em parte devido à preocupação com o seu impacto nos ecossistemas. (O amoníaco pode infiltrar-se em cursos de água e rios, por exemplo, onde pode ser tóxico para os organismos aquáticos). A Comissão Econômica para a Europa, uma iniciativa das Nações Unidas, estabeleceu limites para o amoníaco em 2012, e os países europeus têm usado uma variedade de estratégias para reduzir as emissões agrícolas globais em 24% desde 1990. A Alemanha, por exemplo, colocou limites por hectare para o uso de certos tipos de fertilizantes, e a Holanda criou incentivos financeiros para o uso mais eficiente de fertilizantes.
No início deste ano, o Reino Unido revelou um plano abrangente de qualidade do ar que inclui planos para reduzir as emissões de amônia da agricultura do país em 16% até 2030. A mudança veio na sequência de uma descoberta da Agência Ambiental do Reino Unido de que o amoníaco era o único grande poluente atmosférico do país a aumentar desde 2013, e que as emissões das fazendas continuariam a aumentar sem “ações urgentes”. Essa tendência ameaçou a tentativa do governo de reduzir pela metade, até 2025, o número de pessoas respirando ar com níveis de PM2,5 considerados inseguros pela Organização Mundial da Saúde (OMS). (O padrão de partículas da OMS é 10 microgramas de PM2,5 por metro cúbico de ar, em média ao longo de um ano; o padrão anual dos EUA é de 12 µg/m3.)
Para alcançar o corte de amônia, o governo planeja exigir que os agricultores limitem as aplicações de fertilizantes e cubram as pilhas de esterco, e imporá controles mais rígidos nas operações leiteiras. A indústria agrícola, que foi consultada sobre o plano, tem sido amplamente receptiva. Os agricultores já tomaram voluntariamente medidas semelhantes, observaram os funcionários da indústria, e eles deram as boas vindas aos planos do governo para ajudar a financiar a implantação de tecnologias de controle de amônia.
Gerenciar fontes de amônia nas fazendas, como este monte de esterco de galinha em Maryland, poderia ser a chave para limitar as emissões.
EDWIN REMSBERG/ALAMY STOCK PHOTO
Outras nações com elevadas emissões de amoníaco ainda não estão prontas para seguir a liderança do Reino Unido. A China, que é conhecida por ser um ponto quente global de emissões de amônia, mas não tem um inventário confiável de fontes, não regula o composto. Nem os Estados Unidos, embora a EPA considere a amônia como um precursor das PM2.5.
Um grande problema enfrentado pelos reguladores americanos é a falta de dados abrangentes sobre as fontes de amônia. “É difícil regular algo se você não estiver medindo”, diz Collett. Grupos de fazendeiros dos EUA têm, até o momento, rejeitado esforços para exigir que os fazendeiros reportem as emissões de amônia, argumentando que o esforço seria desnecessariamente oneroso. Em 2013, a EPA lançou um estudo de monitoramento de amônia de dois anos, em conjunto com as indústrias de suínos, laticínios e aves, envolvendo 24 locais em nove estados. Mas o projeto foi parado depois que os consultores científicos da agência criticaram a qualidade dos dados que estavam sendo coletados.
Se a EPA seguisse os regulamentos de amoníaco, a política provavelmente representaria um obstáculo. Grupos de agricultores argumentaram que, como o gás tem muitas fontes e pode percorrer longas distâncias, qualquer controle teria que ser cuidadosamente projetado; uma correção não seria tão simples como, por exemplo, instalar um purificador químico em uma usina de energia. Eles também observam que os agricultores já tomaram medidas voluntárias para limitar as emissões, tais como a redução da quantidade de precursores de amônia usados na alimentação animal e a mudança das práticas de manejo de esterco.
Still, os reguladores americanos poderiam enfrentar pressão para agir se estudos de Salt Lake City e de outros lugares fornecessem evidências de que a amônia se tornou um importante motor da poluição por particulados. E pelo menos um cientista acredita que as respostas poderiam vir mais cedo do que tarde – em “anos, não décadas”, prevê Henze, que faz parte do painel consultivo da EPA, considerando o assunto. “A EPA não tem estado disposta a empurrar a bola para a frente por causa da incerteza” que envolve o amoníaco, diz ele. “Agora estamos a empurrar a incerteza.”