تولید نانوذرات هنگام آشپزی در خانه

به گزارش مجله خبری نگار،هوای داخل خانه ممکن است کاملاً تمیز به نظر برسد، اما در عین حال حاوی تعداد بسیار زیادی ذره باشد که آن‌قدر کوچک هستند که با چشم دیده نمی‌شوند.

فعالیت‌های روزمره مانند آشپزی، نظافت، استفاده از رایحه‌ها و گرم کردن محصولات مراقبت شخصی می‌توانند بدون ایجاد دود قابل مشاهده، این ذرات را تولید کنند.

اندازه‌گیری‌های جدید در یک خانه آزمایشی کنترل‌شده نشان می‌دهد جایگزین کردن وسایل احتراقی با وسایل برقی همیشه این نوع آلودگی را از بین نمی‌برد.

گرما، روغن‌ها و چربی‌های مورد استفاده در آشپزی، مواد شیمیایی معطر و واکنش‌های شیمیایی در هوا همگی می‌توانند نانوذراتی ایجاد کنند که انسان ممکن است آنها را تنفس کند.

آلودگی هوای خانه؛ خانه‌ها مملو از آلودگی نامرئی هستند

پژوهشگران دانشگاه Purdue ذرات موجود در هوا را هنگام انجام فعالیت‌های معمول خانگی در خانه آزمایشی Purdue zero Energy Design Guidance for Engineers اندازه‌گیری کردند.

Satya S. Patra، پژوهشگر University of Alabama، نیز در این پروژه همکاری داشت.

دستگاه‌های مورد استفاده قادر بودند ذراتی به کوچکی حدود یک نانومتر را شناسایی کنند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر است. کوچک‌ترین گروه ذرات اندازه‌گیری‌شده در این آزمایش، ذراتی با اندازه کمتر از سه نانومتر را شامل می‌شد.

این ذرات به دلیل اندازه بسیار کوچکشان نانوذره نامیده می‌شوند. برخی از آنها می‌توانند در بخش‌های مختلف دستگاه تنفسی رسوب کنند، در حالی که تحقیقات پیشین نشان داده‌اند بعضی ذرات بسیار کوچک ممکن است از ریه‌ها عبور کرده و به اندام‌های دیگر برسند.

Brandon Boor، استادیار مهندسی عمران و ساخت‌وساز در Purdue University، به همراه همکارش Nusrat Jung در این دانشگاه درباره کیفیت هوای داخل ساختمان تحقیق می‌کند.

«نکته مهم این است که نظافت، ویروس‌ها و باکتری‌ها را از روی سطوح پاک می‌کند، اما می‌تواند آلودگی نامرئی هوا را نیز ایجاد کند. هیچ گردوغبار یا دود قابل مشاهده‌ای در هوا وجود ندارد، اما این ذرات در حال شکل‌گیری هستند.»

آشپزی باعث جهش شدید تعداد ذرات می‌شود

تیم پژوهشی یک اجاق گازی پروپان را با یک اجاق برقی القایی مقایسه کرد. آنها تحت شرایط کنترل‌شده آب جوشاندند و ساندویچ grilled cheese تهیه کردند.

جوشاندن آب روی اجاق القایی باعث افزایش قابل تشخیص نانوذرات نشد. اما اجاق گازی ذرات تولید کرد، زیرا شعله باز آن مستقیماً این ذرات را آزاد می‌کرد.

نتیجه زمانی تغییر کرد که پژوهشگران با استفاده از کره و در دمای بالا grilled cheese پختند. در این شرایط، میزان ذرات در هر دو نوع اجاق بسیار زیاد شد و نشان داد که خود چربی گرم‌شده می‌تواند تعداد عظیمی نانوذره تولید کند.

بالاترین میزان ثبت‌شده در اجاق گازی به حدود ۱.۵ میلیارد ذره در هر اینچ مکعب رسید، در حالی که این رقم برای اجاق القایی حدود ۶۶۰ میلیون ذره در هر اینچ مکعب بود.

بیش از ۸۰ درصد ذرات شمارش‌شده هنگام این آشپزی در دمای بالا، اندازه‌ای کمتر از سه نانومتر داشتند.

گرما در تولید نانوذرات هنگام آشپزی نقش مهمی دارد

یافته‌ها نشان می‌دهند منبع انرژی تنها بخشی از ماجراست.

وقتی چربی‌ها بیش از حد گرم می‌شوند، ممکن است تجزیه شده و مواد شیمیایی تولید کنند که بعد‌ها به شکل‌گیری نانوذرات در هوا کمک می‌کنند.

این موضوع توضیح می‌دهد چرا اجاق برقی القایی هنگام جوشاندن آب ذرات بسیار کمی تولید کرد، اما هنگام آشپزی در دمای بالا با کره، تعداد بسیار بیشتری نانوذره ایجاد شد. بنابراین، خود فرایند آشپزی نقش مهمی دارد.

هود آشپزخانه در آزمایش اجاق گازی، میزان نانوذرات را حدود ۸۵ درصد کاهش داد.

با وجود این کاهش، میزان ذرات همچنان بالاتر از حدود ۱۶ میلیون ذره در هر اینچ مکعب باقی ماند، زیرا میزان اولیه انتشار بسیار بالا بود.

هود مقدار آلودگی باقی‌مانده در داخل خانه را کاهش داد، اما بخشی از این ذرات را به فضای بیرون منتقل کرد. این موضوع نشان می‌دهد تهویه می‌تواند مواجهه با آلودگی در محیط داخل را کاهش دهد، اما در عین حال بخشی از آلودگی داخل خانه را وارد هوای بیرون کند.

محصولات معطر نیز نانوذرات تولید می‌کنند

آشپزی تنها منبع نانوذرات نبود.

تی کشیدن زمین با یک شوینده معطر، غلظت ذرات را به حدود ۱.۶ میلیون ذره در هر اینچ مکعب افزایش داد و بیشتر این ذرات در کوچک‌ترین گروه اندازه‌گیری‌شده قرار داشتند.

بسیاری از محصولات معطر حاوی مواد شیمیایی به نام ترپن هستند. این ترکیبات به‌طور طبیعی در موادی مانند روغن مرکبات و کاج وجود دارند و به‌طور گسترده در تولید رایحه‌ها استفاده می‌شوند.

«این کار اغلب برای ایجاد یک فضای بویایی دلپذیر در محیط داخلی انجام می‌شود.»

Brandon Boor

«اما هوای پاک نباید بوی مرکبات با غلظت بالا بدهد. در واقع، هوای پاک نباید واقعاً بوی خاصی داشته باشد.»

Brandon Boor

شیمی هوای داخل خانه به‌سرعت تغییر می‌کند

آزمایش‌های یک‌روزه نشان دادند فعالیت‌های مختلف می‌توانند بر یکدیگر تأثیر بگذارند. زمانی که برای تهیه لیموناد، لیمو فشرده شد، ماده‌ای به نام لیمونن آزاد شد؛ همان ماده شیمیایی که بوی آشنای مرکبات را ایجاد می‌کند.

لیمونن پس از پایان فشردن لیمو نیز به واکنش با مواد موجود در هوا ادامه داد. در نتیجه، تشکیل نانوذرات جدید برای مدتی ادامه پیدا کرد.

یک دستگاه پخش‌کننده روغن‌های ضروری، غلظت ذرات را به حدود ۱۶ میلیون ذره در هر اینچ مکعب رساند. در مقابل، یک خوشبوکننده هوا که حاوی ترپن نبود، تغییر قابل اندازه‌گیری چندانی ایجاد نکرد.

یک دستگاه گرم‌کننده موم برقی نیز با وجود استفاده نکردن از شعله، تعداد زیادی ذره بسیار کوچک تولید کرد. این ذرات زمانی شکل گرفتند که مواد شیمیایی معطر با ازن موجود در هوای داخل خانه واکنش دادند.

«ما نشان دادیم واکنش‌های ازن در محیط داخلی با رایحه‌های حاصل از محصولات نظافتی، نانوذراتی تولید می‌کنند که دوز تنفسی آنها قابل مقایسه با، یا حتی بیشتر از، مقداری است که هنگام ایستادن در کنار یک جاده شلوغ در فضای بیرون تجربه می‌کنید.»

Brandon Boor

«ترکیب این ذرات متفاوت است، اما دوز کلی می‌تواند بیشتر باشد. شما دود، گردوغبار یا مهی در هوا نمی‌بینید. در عوض فکر می‌کنید هوا بوی بسیار خوبی دارد، پس حتماً پاک است.»

Brandon Boor

میزان مواجهه روزانه با نانوذرات همچنان بالاست

پژوهشگران همچنین تخمین زدند چه تعداد ذره می‌تواند در دستگاه تنفسی یک فرد بزرگسال رسوب کند.

آنها میزان ذرات اندازه‌گیری‌شده را با مدل‌هایی ترکیب کردند که نشان می‌دهند ذرات با اندازه‌های مختلف هنگام تنفس احتمالاً در کدام بخش‌های دستگاه تنفسی رسوب می‌کنند.

این محاسبه نشان نمی‌دهد که ذرات باعث بیماری یا آسیب شده‌اند. بلکه فقط تخمین می‌زند چه تعداد ذره ممکن است در راه‌های هوایی سر، مجاری تنفسی بزرگ‌تر و بخش‌های عمیق‌تر ریه‌ها رسوب کنند.

در پایان آزمایش‌های یک‌روزه، دوز رسوب‌کرده تخمینی در روز استفاده از وسایل احتراقی به حدود ۴.۴ تریلیون ذره رسید. این میزان در روز استفاده از وسایل برقی حدود ۳.۴ تریلیون ذره بود.

بنابراین، در شرایط آزمایش‌شده، روز استفاده از وسایل برقی کاهش واضحی در مواجهه کلی با نانوذرات نشان نداد. با این حال، محل رسوب ذرات نیز بسته به اندازه آنها متفاوت بود.

اندازه ذرات، میزان و محل مواجهه را تغییر می‌دهد

در روز استفاده از وسایل برقی، تخمین زده شد که حدود ۷۰ درصد ذرات در راه‌های هوایی سر رسوب کنند.

روز استفاده از وسایل احتراقی سهم بیشتری از ذراتی را تولید کرد که به نواحی عمیق‌تر ریه می‌رسیدند.

«تا زمانی که نظافت یک فضای داخلی را تمام می‌کنید، مقدار زیادی نانوذره تشکیل شده و شما آنها را تنفس کرده‌اید.»

Brandon Boor

این یافته‌ها به این معنا نیستند که وسایل برقی هیچ مزیتی برای کیفیت هوا ندارند. این پژوهش بر نانوذرات تمرکز داشت و تمام گاز‌های مرتبط با احتراق را که وسایل برقی می‌توانند از تولید آنها جلوگیری کنند، اندازه‌گیری نکرد.

آلودگی داخل خانه به فضای بیرون منتقل می‌شود

تیم پژوهشی همچنین تخمین زد چه تعداد ذره از طریق تهویه از خانه خارج شده است. هنگام فعالیت‌های خانگی، در هر دقیقه حدود یک تریلیون تا ۱۰ تریلیون ذره در هر دو روز آزمایش به فضای بیرون منتقل شد.

وقتی پژوهشگران این تخمین‌ها را بر اساس مساحت کف ساختمان تنظیم کردند، جریان ذرات به ازای هر واحد سطح دست‌کم ۱۰ برابر بیشتر از جریان‌هایی بود که پیش‌تر برای ترافیک شهری گزارش شده بودند.

این موضوع به این معنا نیست که یک خانه بیشتر از یک جاده کامل آلودگی تولید می‌کند.

در عوض، این نتیجه نشان می‌دهد آلودگی ایجادشده در داخل خانه‌ها نیز می‌تواند به بخشی از هوای شهری در فضای بیرون تبدیل شود. بنابراین، فعالیت‌های خانگی ممکن است هم برای کیفیت هوای داخل و هم کیفیت هوای بیرون اهمیت داشته باشند.

محدودیت‌های این مطالعه درباره آلودگی هوای خانه

این آزمایش‌ها در یک خانه آزمایشی کنترل‌شده انجام شدند.

پژوهشگران همچنین روز‌هایی را که فقط از وسایل برقی استفاده می‌شد با روز‌هایی مقایسه کردند که تنها وسایل احتراقی مورد استفاده قرار می‌گرفتند، در حالی که بسیاری از خانه‌های واقعی از ترکیبی از هر دو نوع وسیله استفاده می‌کنند.

اندازه‌گیری ذرات کوچک‌تر از سه نانومتر نیز با مقداری عدم قطعیت همراه است. تیم پژوهشی سمیت ذرات تولیدشده از هر منبع را بررسی نکرد و تمام مواد شیمیایی دخیل را در طول روز کامل اندازه‌گیری نکرد.

بنابراین، نتایج نشان نمی‌دهند وسایل برقی و وسایل احتراقی تأثیرات کلی یکسانی بر سلامت دارند.

این یافته‌ها نشان می‌دهند گرما، روغن‌ها و چربی‌ها، رایحه‌ها و واکنش‌های شیمیایی در محیط داخلی می‌توانند حتی بدون وجود شعله نیز منابع مهمی برای تولید نانوذرات باشند.

این مطالعه در نشریه Journal of Hazardous Materials منتشر شده است.

سؤالات متداول

آیا هوای خانه ممکن است آلوده باشد، حتی اگر دود یا گردوغبار دیده نشود؟

بله. نانوذرات بسیار کوچک هستند و می‌توانند بدون ایجاد دود یا گردوغبار قابل مشاهده، در تعداد بسیار زیاد در هوای داخل خانه وجود داشته باشند.

آیا اجاق برقی همیشه هوای پاک‌تری نسبت به اجاق گازی ایجاد می‌کند؟

این مطالعه نشان داد هنگام جوشاندن آب، اجاق القایی نانوذرات بسیار کمی تولید کرد، اما آشپزی در دمای بالا با چربی می‌تواند حتی روی اجاق برقی نیز نانوذرات زیادی ایجاد کند.

آیا محصولات معطر می‌توانند باعث آلودگی هوای داخل خانه شوند؟

بله. برخی مواد معطر، به‌ویژه ترکیبات حاوی ترپن، می‌توانند با مواد موجود در هوای داخل واکنش داده و نانوذرات جدید تولید کنند.

آیا هود آشپزخانه میزان نانوذرات را کاهش می‌دهد؟

در آزمایش اجاق گازی، هود آشپزخانه میزان نانوذرات را حدود ۸۵ درصد کاهش داد، اما بخشی از این ذرات از طریق تهویه به فضای بیرون منتقل شد.

آیا این پژوهش نشان می‌دهد وسایل برقی و گازی تأثیر یکسانی بر سلامت دارند؟

خیر. این مطالعه تمام آلاینده‌ها و اثرات سلامت را بررسی نکرد و فقط نشان داد نانوذرات می‌توانند حتی بدون وجود شعله نیز از فعالیت‌های خانگی تولید شوند.

جمع‌بندی

آلودگی هوای خانه همیشه قابل مشاهده نیست. این پژوهش نشان می‌دهد گرما، آشپزی با چربی، مواد معطر و واکنش‌های شیمیایی در هوای داخل می‌توانند حتی در خانه‌های مجهز به وسایل برقی، میلیارد‌ها و تریلیون‌ها نانوذره تولید کنند. 

منبع: فوت و فن