INSTYTYT OCEANOGRAFII UG al. Marszałka Piłsudskiego 46, Gdynia tel , fax ,

Transkrypt

1 dr hab. Anita Lewandowska prof. nadzw. Gdynia, Zakład Chemii Morza i Ochrony Środowiska Morskiego Instytut Oceanografii Uniwersytet Gdański Al. Marszałka Piłsudskiego Gdynia RECENZJA rozprawy doktorskiej mgr inż. Katarzyny Szramowiat Chemiczna charakterystyka i identyfikacja źródeł aerozoli atmosferycznych pochodzących z aglomeracji krakowskiej w związku z toczącym się postępowaniem o nadanie stopnia naukowego doktora nauk technicznych 1. Przedmiot recenzji Przedmiotem recenzji jest rozprawa doktorska mgr inż. Katarzyny Szramowiat zatytułowana: Chemiczna charakterystyka i identyfikacja źródeł aerozoli atmosferycznych pochodzących z aglomeracji krakowskiej, wykonana pod kierunkiem prof. dr hab. Janusza Gołasia i promotora pomocniczego dr hab. Katarzyny Styszko, na Wydziale Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. 2. Podstawa wykonania recenzji Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Katarzyny Szramowiat została wykonana na podstawie zlecenia Rady Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, z dnia 25 maja 2017 roku oraz dostarczonego egzemplarza pracy. 3. Uwagi wstępne Rozprawa doktorska przedstawiona do recenzji dotyczy zanieczyszczenia powietrza aerozolami atmosferycznymi w aglomeracji krakowskiej i jej okolicach. Jest to temat niezwykle ważny, budzący w ostatnich latach szczególne zainteresowanie tak naukowców, jak i mediów, w związku z sytuacjami smogowymi w Polsce i ich negatywnym wpływem na zdrowie ludzi. Cząstki stałe, zawieszone w powietrzu są jednym z najważniejszych zanieczyszczeń atmosferycznych dużych aglomeracji europejskich. Niestety, Kraków nie stanowi w tej kwestii wyjątku. Wręcz przeciwnie, ze względu na niekorzystną topografię terenu i liczne źródła emisji, takie jak sektor komunalno-bytowy, transport, a także przemysł, mieszkańcy aglomeracji krakowskiej i jej okolic narażeni są na złą jakość powietrza i gorszy komfort życia codziennego. Uzasadnia to wybór tematu naukowego, jakim zajęła się w swojej pracy naukowej Doktorantka. Przedstawiona w pracy charakterystyka składu chemicznego aerozoli i identyfikacja źródeł ich pochodzenia ma charakter niezwykle utylitarny i wpisuje się, zdaniem recenzenta, w trendy badań 1

2 prowadzonych aktualnie na świecie. Przedstawiona do oceny rozprawa doktorska zrealizowana została na podstawie bogatego materiału badawczego. Stanowi ona dobry przykład pracy naukowej o charakterze aplikacyjnym. 4. Merytoryczna ocena rozprawy doktorskiej Zważywszy, że jest to formalna ocena pracy w niniejszym rozdziale recenzent pozwolił sobie na wypunktowanie uwag krytycznych. Bez nich recenzja byłaby niepełna. Ponieważ zawarte uwagi mogą mieć charakter polemiczny, poproszę żeby Doktorantka odniosła się do nich podczas autoreferatu. Recenzowana praca liczy 175 stron i ma klasyczny układ. Składa się z czterech rozdziałów i licznych podrozdziałów. Zaczyna się streszczeniem i wstępem teoretycznym, następnie przedstawiona jest metodyka badawcza zastosowana w pracy oraz podsumowanie i wnioski. W rozprawie doktorskiej uwzględniono także abstrakt w języku angielskim. Na pracę składają się 52 tablice, 49 rysunków oraz 11 załączników, w których zestawiono informacje dodatkowe, ułatwiające czytanie zwłaszcza rozdziału Opracowanie i dyskusja wyników. Wszystkie rozdziały napisano w sposób zwięzły i generalnie nie budzący większych zastrzeżeń pod względem językowym. W pracy wykorzystano 192 pozycje literatury polskiej i obcojęzycznej. Dobór źródeł odpowiada tematowi dysertacji. Publikacje są, poza bardzo nielicznymi przypadkami, poprawnie zacytowane i dobrze wykorzystane. Doktorantka na ich podstawie stworzyła w części teoretycznej rozprawy kompendium wiedzy na temat aerozoli, ich właściwości, składu chemicznego, przemian jakim podlegają w atmosferze oraz wpływowi, jaki wywierają na zmiany klimatu i zdrowie człowieka. Ustosunkowując się do tej części pracy należy podkreślić, że jest to rozdział napisany w sposób poprawny i kompletny pod względem merytorycznym. Drobnym mankamentem jest brak odniesienia do literatury w Tablicach 1 i 2 oraz Rys. 9. Ponadto Rys. 3 i 4 mają opisy w języku angielskim. Pod koniec rozdziału teoretycznego umieszczony został cel badawczy pracy doktorskiej. Doktorantka postanowiła w nim określić skład chemiczny aerozoli atmosferycznych oraz zidentyfikować ich źródła pochodzenia w aglomeracji krakowskiej i jej okolicach. Aby zrealizować cel wyznaczyła liczne zadania badawcze, które konsekwentne realizowała na etapie pobierania próbek, ich analizy chemicznej i statystycznej oraz w dyskusji wyników. W tej części pracy zabrakło ważnego elementu, jakim jest hipoteza badawcza. Bardzo proszę o uzupełnienie tego niedopatrzenia podczas autoreferatu. Proszę także o wyjaśnienie różnic w nomenklaturze dotyczącej węgla elementarnego, węgla czarnego i sadzy. Nie jest to bowiem o samo, jak pisze autorka powołując się na jedną publikację z 2009 roku. Zgodnie np. z definicją IPCC sadza jest częścią BC, podczas gdy EC jest to forma podstawowa, elementarna węgla. Różnią się one nie tylko metodami oznaczania, ale przede wszystkim składem chemicznym. Nie zgadzam się także ze stwierdzeniem, że produkcja ciepła w Polsce oparta jest na spalaniu węgla brunatnego (str. 30 opracowania). Dane te nie są zgodne z podawanymi przez Ministerstwo Ochrony Środowiska, Państwowy Monitoring Środowiska itp. źródła. Głównym nośnikiem ciepła jest spalanie węgla kamiennego, a węgiel brunatny odgrywa znaczenie drugoplanowe pod względem ważności. W rozdziale 4.2.3b opisano prekursory jonów azotanowych, a nie jony azotanowe. Mam także pytanie, w jaki sposób sól morska wpływa na choroby układu krążenia (str. 36 opracowania). 2

3 Kolejny rozdział, zatytułowany Metodyka badań, poświęcono tradycyjnie dla tego typu rozpraw wskazaniu, gdzie znajdowały się stacje badawcze, w jaki sposób pobierano próbki aerozoli, wyznaczano ich masę oraz analizowano je jakościowo i ilościowo Ustosunkowując się do części metodycznej należy podkreślić, że autorka właściwie opisała zastosowane procedury, a warsztat analityczny nie budzi zastrzeżeń recenzenta. Kampanie pomiarowe i dobór lokalizacji stacji były zaplanowane w sposób logiczny i uzasadniony dla tego typu badań. Ciekawym uzupełnieniem metodyki jest zamieszczona w załączniku nr 3 mapa lokalizacji z najważniejszymi emiterami zanieczyszczeń. Na szczególną uwagę zasługuje także, zdaniem recenzenta, przeprowadzona przez autorkę analiza cząstek stałych ze źródeł stacjonarnych i liniowych. Są to badania bardzo ciekawe i rozwojowe, zwłaszcza dla takiej aglomeracji, jak krakowska, w której szczegółowa identyfikacja źródeł pochodzenia zanieczyszczeń może okazać się w przyszłości kluczowa w aspekcie ochrony zdrowia ludzi. Bogata jest także ilość analizowanych w ramach niniejszych badań związków chemicznych. Umożliwiło to wnikliwe i pełniejsze określenie składu chemicznego aerozoli różnych rozmiarów w sezonie grzewczym i poza grzewczym na trzech analizowanych stacjach, w Krakowie, Skawinie i Białce. W tym miejscu proszę jednak Doktorantkę o wyjaśnienie pojęć Limitu Detekcji i Granicy Oznaczalności Metody. W tablicach zamieszczonych w załącznikach zdarzały się wartości, zwłaszcza dla jonów chlorkowych i jonów sodu, które były na granicy oznaczalności metody albo poniżej niej. Dla rtęci LOD wyrażony jest w ng/m 3, podczas gdy w tablicy z wynikami odnotowałam wartości wyrażone w pg/m 3. Nie można także, mówiąc o stężeniach, opisywać ich wartością ujemną, czy stosować zamiennik ilość. Koncentracja, stężenie i udział to pojęcia opisujące co innego. W rozdziale trzecim Doktorantka omówiła w sposób logiczny i uporządkowany wyniki oraz przeprowadziła ich dyskusję. Jest to bardzo bogaty rozdział, omawiający wieloaspektowo i przy wykorzystaniu wielu technik obliczeniowych, skład chemiczny aerozoli w rejonie badań i źródła ich pochodzenia. Na szczególną uwagę zasługuje wyznaczenie dla rejonu badań epizodów wysokich stężeń PM10 i PM2,5. Jest to istotna informacja w aspekcie określenia źródeł pochodzenia zanieczyszczeń i składu chemicznego aerozoli w rejonie Krakowa i okolic. Ciekawe jest także porównanie wyników badań własnych z prowadzonymi przez WIOŚ oraz próba interpretacji uzyskanych różnic. Za znaczące osiągnięcie Doktorantki, zaprezentowane w tej części pracy uważam także rekonstrukcję masy pyłu z zastosowaniem modelu mass closure oraz próbę wytypowania indykatorów chemicznych dla stacjonarnych i liniowych źródeł pochodzenia zanieczyszczeń. Nowatorskie jest także wykorzystanie modelu macro tracer celem przystosowania go jako narzędzia w identyfikacji źródeł pochodzenia zanieczyszczeń w rejonach z dominującą rolą energetyki węglowej. Praca kończy się podsumowaniem, w którym Doktorantka stwierdza, że: 1. Różnice w składzie chemicznym pyłów zawieszonych wynikają ze średnicy aerodynamicznej cząstek pyłu zawieszonego, lokalizacji i sezonu, w jakim prowadzono badania. 2. Warunki meteorologiczne wpływają w istotny sposób na usuwanie aerozoli z powietrza lub sprzyjają ich tworzeniu. 3

4 3. W danym okresie pomiarowym pochodzenie aerozoli może być identyfikowane na podstawie składu chemicznego z wykorzystaniem technik obliczeniowych mass closure i macro tracer. 4. Skład chemiczny cząstek stałych emitowanych z poszczególnych źródeł umożliwia wytypowanie charakterystycznego dla danego źródła wskaźnika chemicznego. 5. Model macro tracer może stanowić narzędzie do szybkiej identyfikacji źródeł emisji aerozoli atmosferycznych. 6. Konieczna jest dalsza optymalizacja modelu macro tracer, co umożliwi wykorzystanie tej metody dla regionów z dominującą rolą energetyki węglowej. Powyżej zacytowane wnioski zostały, zdaniem recenzenta, napisane zbyt ogólnie i trywializują osiągnięcia Doktorantki. Wszak wiadomym jest od wielu lat, że skład chemiczny aerozoli i zmienność stężeń podstawowych ich składników ma charakter sezonowy, zależy od lokalizacji stacji i panujących warunków meteorologicznych. Ponieważ w pracy poruszono wiele wartościowych aspektów, proszę o wskazanie w autoreferacie, co stanowi najważniejsze osiągnięcia Doktorantki? W jaki sposób lokalizacja stacji w aglomeracji krakowskiej/w jej okolicach oraz panujące warunki synoptyczne kształtowały skład chemiczny aerozoli w trakcie badań prowadzonych w sezonie grzewczym i poza nim? Proszę także o wskazanie, jakie źródła pochodzenia odgrywały największe znaczenie dla odnotowywanych wysokich stężeń zanieczyszczeń i w jakich warunkach meteorologicznych epizody te stanowiły największe zagrożenie dla zdrowia ludzi Krakowa i okolic? Dlaczego techniki obliczeniowe mass closure i macro tracer są tak dobrym narzędziem w określaniu pochodzenia aerozoli? Na wyciągnięcie jakich wniosków pozwoliło zastosowanie w/w metod w odniesieniu do aglomeracji krakowskiej i okolic? Doktorantka przeprowadziła także szczegółową analizę chemicznych profili stacjonarnych i liniowych źródeł zanieczyszczeń pyłowych. Jakie na tej podstawie wyciągnęła wnioski? To niezwykle ważna część pracy i zasługuje na wnikliwsze jej podkreślenie w autoreferacie. I wreszcie, do jakich wstępnych wniosków doprowadziło Doktorantkę zastosowanie modelu macro tracer? Jakie wytyczne sugeruje ona na przyszłość, aby metoda ta mogła zostać w pełni wykorzystana w rejonach z dominującą rolą energetyki węglowej w kształtowaniu jakości otaczającego powietrza? W całej pracy Doktorantka posługuje się poprawnym językiem polskim, a błędy stylistyczne i interpunkcyjne są nieliczne. Przy redagowaniu pracy w formie publikacji proszę jednak zwrócić uwagę na liczne powtórzenia, zamienne stosowanie pierwszej osoby i formy bezosobowej, jak również mieszanie czasu teraźniejszego i przeszłego. Doktorantka ma także tendencję do nadmiernego wykorzystywania spójników współrzędnych łącznych. Pani mgr inż. Katarzyna Szramowiat nie uniknęła także niezręcznych sformułowań, typu: ilość pary wodnej jest uzależniona; jony amonowe wchodzą w reakcję z jonami amonowymi; rozpady biologiczne; sezonowość pyłu; sól jest udziałowcem; brak stężenia Cl; udział jonów był nikły i nawet niewidoczny na rysunkach; zaobserwowane współczynniki itp. Na pozytywną uwagę zasługuje natomiast forma prezentacji rysunków zamieszczonych w pracy. Są one wykonane niezwykle starannie i poprawnie pod względem statystycznym. Zastrzeżeń nie budzą także tablice, poza nielicznymi brakami w odniesieniu do cytowanej literatury. Cała praca prezentuje się w sposób bardzo estetyczny i nie budzi zastrzeżeń pod względem edytorskim. 4

5 5. Wniosek końcowy Problematyka przedstawiona przez Doktorantkę jest niezwykle istotna, aktualna i atrakcyjna dla naukowców na całym świecie. Wpisuje się w wymogi dyrektywy Parlamentu Europejskiego w sprawie jakości powietrza atmosferycznego i w sprawie czystszego powietrza dla Europy (CAFE; 2008/50/WE). Ze względu na licznie odnotowywane w aglomeracji krakowskiej i jej okolicach wysokie stężenia PM10 i PM2,5 podjęte przez Doktorantkę badania wydają się być niezwykle ważne i rozwojowe. Po zapoznaniu się z przedstawioną do recenzji dysertacją stwierdzam, że Doktorantka wykazała się wystarczającą ogólną wiedzą teoretyczną w opisywanym temacie oraz umiejętnością samodzielnego prowadzenia badań naukowych. Przeprowadzony przez nią zakres badań jest znaczący, a uzyskane wyniki poddano wnikliwej interpretacji. Metody badawcze zostały dobrze dobrane i umożliwiły zrealizowanie zamierzonego celu pracy. Zdaniem recenzenta uzyskane wyniki wykraczają poza wstępnie wyznaczone przez mgr inż. Katarzynę Szramowiat cele. Zmienność składu chemicznego dotyczyła wszak nie aerozoli w ogólnym tego słowa znaczeniu, ale aerozoli różnych rozmiarów (PM1, PM2,5, PM10 i TSP) z podziałem na sezon grzewczy i nie grzewczy oraz z uwzględnieniem wpływu zmiennych warunków synoptycznych. W rozprawie doktorskiej w nowatorski sposób podjęto się także próby charakterystyki składu chemicznego aerozoli emitowanych z różnych źródeł oraz przeprowadzono rekonstrukcję masy pyłu zawieszonego z zastosowaniem modelu mass closure. Ważnym aspektem pracy było ponadto opracowanie modelu macro tracer dla obszarów z dominującą rolą energetyki węglowej. Wymienione powyżej osiągnięcia stanowią istotny element nowości naukowej z dziedziny nauk technicznych. Oczywiście Doktorantka nie ustrzegła się pewnych błędów. Należy jednak w tym miejscu wyraźnie zaznaczyć, że nie wpływają one znacząco na pozytywną ocenę recenzowanej pracy. W związku z powyższym uznaję, że przedstawione do oceny opracowanie Chemiczna charakterystyka i identyfikacja źródeł aerozoli atmosferycznych pochodzących z aglomeracji krakowskiej spełnia wymogi formalne i merytoryczne stawiane przez Ustawę o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki i Rozporządzeniem Ministra Edukacji Narodowej i Sportu (Dz.U poz. 882 i 1311). Wnoszę do Wysokiej Rady Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie o dopuszczenie mgr inż. Katarzyny Szramowiat do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Jednocześnie wnioskuję o wyróżnienie przedstawionej do oceny rozprawy doktorskiej. Moim zdaniem wnosi ona istotne elementy nowości naukowej, zwłaszcza w aspekcie zastosowanych metod modelowania mass closure i macro tracer. W przyszłości mogą one być z powodzeniem wykorzystywane do identyfikacji źródeł pochodzenia zanieczyszczeń w aglomeracji krakowskiej. Zatem praca ma także charakter praktyczny. dr hab. Anita Lewandowska prof. nadzw. 5