Contributions of Vehicular Traffic to Carbon Dioxide Emissions in Kaduna and Abuja, Northern Nigeria
Peter Ndoke NDOKE1, Uduak George AKPAN2, Mary Egiganya KATO2
1Department of Civil Engineering, Federal University of Technology, Minna
2Department of Chemical Engineering, Federal University of Technology, Minna, NIGERIA jemeandoke@yahoo.com, ugaekon@yahoo.co.uk, <a href="http://61.183.148.149:8000/rewriter/CNKI_EPUB/http/vdal-hk9-b-cdlhbchqdbs9nqf/cgi-bin/openwebmail/openwebmail-send.pl?sessionid=lori*webmail.academicdirect.org-session-0.660281810596462amp;folder=Urgentamp;page=1amp;sort=dateamp;keyword=amp;searchtype=subjectamp;action=composemessageamp;message_id=amp;compose_caller=readamp;to=marykato@yahoo.com" target="_blank">marykato@yahoo.com
Abstract
The quantity of carbon dioxide (CO2) contributed by automobile emissions to the environment was determined at some areas in Kaduna and Abuja in Northern Nigeria. Five census stations were selected in each of the two towns. In Kaduna, Jabi road in Ungwan Rimi, Kawo Motor park, Stadium round-about, Sabo and Kasuwa (Kaduna Main Market), were selected, while Asokoro (behind ECOWAS), Area One junction, A.Y.A. junction, Wuse market bus-stop, and Mabushi round-about were selected for Abuja. A gas sampling pump and tubes that could detect carbon dioxide were used to detect the quantity of CO2 in the environment at a certain time. The results obtained show a variation in the amount of CO2 in the environment. Areas with relatively heavy congestion show a high concentration of CO2, while areas with minimal traffic show a lower concentration of CO2. Sabo in Kaduna has an average concentration of 1840 ppm being the highest, while Asokoro (behind ECOWAS), Abuja has the least average concentration of 1160 ppm. Review of literature showed that increasing CO2 levels have adverse effects such as the Greenhouse Effect, which may lead to Global Warming, as well as a number of other climatic events. These concentrations are still not high enough to cause any serious health effects but they provide a baseline study for Policy makers and Town planners.
Keywords
Carbon dioxide, Pollution, Concentration, Traffic, Emissions
Introduction
One of the most important human impacts on our environment is the relatively rapid increase in atmospheric carbon dioxide caused by our profligate use of fossil fuels, as well as several activities which produce CO2. The rise in carbon dioxide (CO2) is more rapid than at any time in the past, due to the increase in industrial activities [1]. Although CO2 is not toxic, its release is of interest as small increase of CO2 concentration in the atmosphere can result in increase in ambient temperature and consequent climatic changes [2].
CO2 levels have increased substantially since the Industrial Revolution, and are expected to continue doing so [3]. It is reasonable to believe that humans have been responsible for much of this increase, due to an increased dependence on machines and equipment that burn fossil fuels; such as automobiles and generators, as well as enhanced chemical processes carried out in factories and power plants.
CO2 is an essential ingredient in the cycle of life on earth. Plants directly use CO2 in the process of photosynthesis, where, combined with water, it is converted into sugars and oxygen. Plants use the sugars to fuel their growth, and animals breathe in the oxygen, consume plant matter, and exhale CO2. The more CO2 available, the better plants grow. Carbon dioxide only directly becomes a problem to animal life, including humans, if atmospheric concentrations continue to grow to toxic levels.CO2 is emitted by natural and human-induced activities. The most common natural source is respiration. CO2 emission due to human activities is pinpointed to three major causes: transportation, industry, and power plants. Transportation, however, contributes a greater percentage of CO2 emissions as a result of the combustion of fossil fuels. Another source is fire, used for firewood cooking, bush burning, and refuse disposal. The environment absorbs CO2 from human and natural activities. These are known as lsquo;sinksrsquo;. Sinks are reservoirs that keep a chemical element from another part of its cycle. They include the atmosphere, ocean and land. On land, trees are the main absorbers of CO2 – through the process of photosynthesis. Unfortunately, their efficiency is being reduced due to deforestation practices, thereby causing a greater amount of carbon dioxide to be absorbed by the atmosphere.
Motor vehicles are major sources of air pollutants. As industrialization and technological development continue, there will be a corresponding increase in income and hence cities will experience a greater increase in the number of vehicles on the roads. If vehicles continue to increase, it will become imperative that more attention be paid to vehicular pollutants, most especially CO2 which is a direct product from the combustion of fossil fuels. It has been postulated that for every gallon of oil consumed by a motor vehicle, about 19 pounds of carbon dioxide goes directly into the atmosphere. In other words, for a typical fill up at the service station (estimated at 15 gallons of petrol) about 300 pounds of carbon dioxide are eventually released into the atmosphere [4].
The basic process by which carbon dioxide is released fro
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卡杜纳和阿布贾,尼日利亚北部的车辆交通碳排放量
Peter Ndoke NDOKE, Uduak George AKPAN, Mary Egiganya KATO
1土木工程系,联邦理工大学,明娜
2化学工程系,联邦理工大学,明娜,
jemeandoke@yahoo.com, ugaekon@yahoo.co.uk, <a href="http://61.183.148.149:8000/rewriter/CNKI_EPUB/http/vdal-hk9-b-cdlhbchqdbs9nqf/cgi-bin/openwebmail/openwebmail-send.pl?sessionid=lori*webmail.academicdirect.org-session-0.660281810596462amp;folder=Urgentamp;page=1amp;sort=dateamp;keyword=amp;searchtype=subjectamp;action=composemessageamp;message_id=amp;compose_caller=readamp;to=marykato@yahoo.com" target="_blank">marykato@yahoo.com
摘要
在尼日利亚北部一些地区比如卡杜纳和阿布贾，汽车对环境的二氧化碳(CO2)排放量是可确定的。在这两个城镇中各选了五个普查站。在卡杜纳,UngwanRimi的Jabi路,Kawo运动公园、环形体育场,Sabo和Kasuwa(卡杜纳主要市场)被选中,而Asokoro(在ECOWAS后面), A.Y.A.枢纽站,Wuse市场公共汽车站,Mabushi圆环道是在阿布贾的选择。在一个特定的时间内用气体采样泵和管道来检测环境中的二氧化碳的排放量。获得的结果显示环境中的二氧化碳的量的变化。相对较大的地区交通拥堵，显示的二氧化碳排放量的浓度较高,而最小的地区交通量小，显示的二氧化碳浓度较低。Sabo的碳排放量是卡杜纳五个试验点中平均浓度最高的，达到1840 ppm,而Asokoro(ECOWAS的后面)的碳排放量是阿布贾五个试验点中最小，平均浓度达到1160 ppm。回顾以往文献,二氧化碳含量增加会产生负面影响,如温室效应,这可能会导致全球变暖,以及许多其他的气候事件。以上10个试验点的浓度虽然没有高到可以造成任何严重的健康影响,但他们为决策者提供了一个基本研究路线和城市规划路线。
关键字
二氧化碳,污染、浓度、交通,排放
介绍
人类对环境最严重的一个影响是我们挥霍无度地使用化石燃料,以及一些生产活动产生的二氧化碳使得大气二氧化碳的相对快速增长。二氧化碳(CO2)的增长比过去任何时候都更迅速,由于工业活动的增加[1]。虽然二氧化碳没有毒,但它的释放会一点点地增加大气中的二氧化碳浓度，导致环境温度的变化最终以至于改变气候[2]。
自工业革命以来二氧化碳排放量水平大幅增加,并将继续保持增加态势[3]。由于增加了依赖化石燃料燃烧而发动机器和设备,如汽车和发电机,以及更多的化学进程运用到工厂和发电厂，有理由相信人类需要对这类事负责。。
二氧化碳是地球上的生物圈的一个重要组成部分。植物在光合作用的过程中,直接使用二氧化碳,与水相结合,转化为糖和氧气。植物用糖来促进它们的生长,动物呼吸氧气,食用植物,呼出二氧化碳。二氧化碳越多,植物生长越好。如果二氧化碳浓度继续增长到有毒的水平那也只对动物来说是个问题,包括人类。二氧化碳排放来自自然和人为活动。最常见的自然来源是呼吸。由于人类活动而产生的二氧化碳排放有三个主要原因:交通、工业、和发电厂。然而,交通碳排放的比例更大，因为它是通过化石燃料的燃烧。另一个来源是火,用柴火做饭,木头的燃烧,和废物的燃烧处理。环境从人类和自然活动的吸收二氧化碳，被称为“汇”。汇是储藏，使它从另一个化学元素周期的一部分变成一个化学元素。其中包括大气、海洋和陆地。在陆地上,树木是主要吸收二氧化碳的重要角色——通过光合作用。不幸的是, 由于毁林行为他们的效率被降低,从而导致大量的二氧化碳被大气吸收。
机动车是空气污染的主要来源。随着工业化和技术的不断发展,收入会有相应的增加,因此城市道路上的车辆会经历大量的增加。如果车辆数量继续增长,就需要更加注意车辆排放的污染,尤其是直接由化石燃料的燃烧产生的二氧化碳。假定一辆机动车消耗一加仑油,大约19磅的二氧化碳将直接排放到大气中。换句话说,一般来说在加油站加一次油(估计15加仑的汽油)约300磅的二氧化碳释放到大气中[4]。
汽车二氧化碳的释放基本过程是通过燃烧，化石燃料,或石油进行的。烷烃的反应和氧形成二氧化碳,水和热量的主要反应发生在内燃机汽车。大多数汽车燃料液体燃料和相应的空气在燃烧室内部混合燃烧的。这种混合加压然后点燃压缩引发设备产生热量。燃烧得到的产物由二氧化碳、水蒸气、氮气、氧气、氮氧化物、硫氧化物、可吸入颗粒物、一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物[5]组成。
二氧化碳是一种无色气体。它的密度在25摄氏度的密度是1.98 kgm-3,是空气的1.5倍。二氧化碳分子(O = C = O)包含两个双键,线性形状。它没有电偶极子。完全氧化,它不是很容易起化学反应,并且很不易燃的[6]。在浓度2500 ppm到5000 ppm,二氧化碳会使人头痛。在极高水平的100000 ppm,十分钟内人会失去意识,在200000 ppm,二氧化碳会使人死亡[7]。
在尼日利亚,人口从1950年的3340000快速增长到1990年的38159000，并且到1995年,大约有4000万人生活在尼日利亚的城市和城镇。人口增长导致人们从农村转移到城市地区。世界各地的城市带来了机会和局限性。在尼日利亚和许多其他发展中国家, 城市人口大量集中和快速增长给整个生活环境的服务的提供和管理带来严重的问题[8] 。城市会提供各种机遇，同时也会有许多问题的产生比如城市交通拥堵,环境的恶化,失业、贫困、暴力和各种各样的环境风险。交通是一个基本的活动。良好的道路援助适用于任何环境。但问题是,特别是在尼日利亚,在过去的几年里许多城市的几乎所有的道路以及许多城际高速公路和高速公路由于缺乏维护,已经不能通行 [9]。越发达的地区，城镇和城市的需要大量的交通流动。但是这些城市由于新建筑比如房屋、办公室、购物中心、银行和很多新建筑已经变得如此拥挤，很难到达那些地方。
理由
在现在这个阶段,不能保证二氧化碳的增加会导致未来发生什么,但对可能产生的影响有一个警惕性是必要,尤其是极端天气事件,如全球变暖,它会导致剧烈的气候变化。这将减少化石燃料的过度使用,甚至在不久的将来找到替代化石燃料的方法。
工业革命以来,大气中二氧化碳的浓度以及其他温室气体大幅增长。这些气体浓度的增加可能会加快气候变化的速度,这也是全球变暖的一个潜在因素。
简而言之,全球变暖的原因可能是:地球的气候是由通过太阳能而持续流动的气体决定的。这种能量主要以可见光的形式到达。约30%是立即分散回太空,但大多数的70%向下穿过大气层吸收,使地球表面温暖。地球将能量返回到空间以红外辐射的形式。由于地球温度比太阳的温度要低得多,地球不以可见光的形势发射能量。相反,它发出红外或热辐射。大气中温室气体阻挡红外辐射从地表逃离太空。这就是所谓的“温室效应”[10]。
主要的温室气体有水蒸气、二氧化碳(CO2),臭氧、甲烷、氧化亚氮、氯氟烃。这些气体的增加是人类活动的直接结果。除了全球变暖,温室气体还会导致一种现象，称为臭氧层耗竭。据预测, 如果按照目前的排放趋势发展下去，全球平均气温到2100年将上升2摄氏度(3.6) [3]。
二氧化碳的不断增加在一定程度上是由于地球人口的增长,好友部分原因在于森林的减少(从而减少光合作用使用二氧化碳)和部分化石燃料燃烧的增加。如果增加变得严重,它可以增强温室效应,导致全球变暖。这种变暖可能足以融化极地冰帽的一部分,提高海洋水平线，并使温带的一部分地区变成沙漠[5]。
材料和实验过程
材料
实验使用了气体检测管和RAE系统的取样泵等等.这是一个活塞式手动泵,可选择50毫升或100毫升的固定体积的气体,通过旋转手柄进行操作，用一个柱塞密封垫进行严格的真空密封。锥形橡胶进口提供一系列管直径为不同类型的管。进气过滤器可以防止玻璃碎片和灰尘进入轴。气体采样完成后处理最终结果。一个泵冲程计数器旋转来记录完整的振幅数量。
实验的过程
检测管两端用小口管子连接,然后按照箭头所示插入到取样泵根据管上。然后选择50毫升的样品体积。迅速处理了,直到停在二分之一振幅处,这表明50毫升。留下1分钟时间让空气通过管子。空气流动完成时,最终结果显示明亮,表明取样的气体是完整的。完成后的采样时间1分钟内,试剂在管中的颜色从白色到淡黄色。测量和记录颜色变化的长度。另一个采样使用一样的体积和重复的过程。间隔5分钟。使用这个过程的每个时期的读数并且计算得出平均值。
结果
卡杜纳和阿布贾站点的二氧化碳每小时平均浓度如图1和图2所示。同时每日平均浓度在表1中给出。
表1 各个站点每日平均二氧化碳浓度
|
简单站点 |
平均浓度 (ppm) |
|
JABI ROAD |
1170 |
|
KAWO |
1710 |
|
STADIUM R/ABOUT |
1780 |
|
SABO |
1840 |
|
KASUWA |
1630 |
|
ASOKORO |
1160 |
|
AREA 1 JUNCTION |
1360 |
|
A.Y.A. JUNCTION |
1530 |
|
WUSE MARKET |
1380 |
|
MABUSHI R/ABOUT |
1520 |
图1 平均每小时卡杜纳的二氧化碳浓度
图2。平均每小时阿布贾的二氧化碳浓度
讨论的结果
与标准值进行比较
尼日利亚的环境空气质量标准不包括二氧化碳的限制。然而,图表显示大海旁干净，干燥的空气中二氧化碳大约占0.035mol%。二氧化碳在大气中一般占千分之3到千分之4。
基于结果的数据分析
在卡杜纳和阿布贾选定的项目区域中卡杜纳相比阿布贾二氧化碳浓度更高,。这是因为卡杜纳比阿布贾更工业化。位于卡杜纳的行业包括;NNPC,理想面粉厂,太阳镜,尼日利亚联合纺织品有限公司尼日利亚啤酒厂Plc、国际啤酒和饮料行业等。
每个地区的结果能给出一个拥堵和二氧化碳的浓度之间的关系。控制区域使区域以最少的车辆活动。因此,这里获得的价值是远远低于那些严重拥挤的地区。对于拥挤地区来说在下午3.00-6.00车辆高峰期价值会得到显著体现。随着车辆密集度提升的同时由于石油的燃烧二氧化碳的浓度也会有显著提高。
变量之间的关系
图1和图2显示, 卡杜纳和阿布贾的二氧化碳的浓度与时间。存在一个单独的曲线为所有5个普查站在每个区域。获得的曲线显示值的波动。这是因为每一个工具都对大气中二氧化碳浓度产生影响,这反过来受气象条件的影响,如风速、风向,降水,这可能会导致空气污染物的扩散; 还有地形因素,其中包括山谷,海洋,湖泊,树叶,甚至人造元素,如桥梁和道路。这就意味着二氧化碳的浓度在任何给定的时间从来都不是常数。然而,更拥挤地区大气中二氧化碳浓度越高,反之亦然。
结论
环境中的二氧化碳的浓度目前不仅是由于汽车排放影响的。它受到电力消耗等其他因素的影响, 包括制造业和建筑业,炼油以及其他化工行业,甚至是居民区。但大部分是由交通业决定的。
从这个研究中获得的数据看,很明显,与交通堵塞的小地区相比，大地区的二氧化碳更多。这些二氧化碳浓度增加表明,在任何时候在一个特定区域, 由于燃烧化石燃料,随着交通拥堵和汽车的数量的增加,二氧化碳排放的浓度会越来越高
一般说来，数据显示了拥挤地区二氧化碳的高浓度，卡杜纳的Sabo为1840ppm，卡杜纳的环形体育场为1780ppm，阿布贾的A.Y.A.枢纽站为1530ppm，交通不拥挤的地区二氧化碳排放量较少——卡杜纳的Jabi路为1170ppm，阿布贾的Asokoro(在ECOWAS后面)为1160ppm。Greiner（1995）说过，这个浓度不足够高来导致健康危害,但随着交通的发展, 这些城市的二氧化碳浓度在不久的将来公布时足以让当时的政府担心。尼日利亚再也不能继续忽视全球气候变化对其基础石油经济的潜在影响了，由于气候变化在其经济、社会和环境资源的负面影响为了符合其利益开始采取措施减少温室气体排放。必须充分注意用减少化石燃料的生产和消费的方式使尼日利亚经济多样化。只有这样才能将某些国家从因气候变化需要减排而导致的经济崩
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