木灰是撒哈拉以南非洲的沉默杀手吗？
获得能源是全球发展的一个关键问题。改善能源获取与营养、教育、健康和卫生设施息息相关，联合国指出，“能源是当今世界面临的几乎所有重大挑战和机遇的核心。”然而，能源的使用不可避免地导致温室气体的排放和污染——尽管这与能源的类型有很大的不同。
在发达国家，家庭使用的能源通常来自所谓的“清洁”燃料:由联合国定义的术语，包括沼气、乙醇、液化石油气、天然气和电力。这些来源产生的污染物比它们的“不洁”同行，如煤、木材和煤油少。
但在发展中国家，这是一个不同的故事。世界各地的许多国家都有有限的进入清洁能源，这比在撒哈拉以南非洲国家的国家更真实。在这50个国家，70％的人口使用传统烹饪灶来燃烧木材。这不仅导致空气污染，还产生了巨大的灰分，含有重金属和致癌物质，包括有毒物质。
木灰:有害还是无害?
尽管存在与灰烬相关的危险，但通常它不被视为危险物质，可能丢弃人们生活的地方，或散落在用于种植作物的土地上。它可能是灰烬的危险组分可以集中在土壤或水中，并在食物链中生物累积，最终达到人类。孩子们也很可能 - 谁花更多时间更接近地面 - 被这种活动的不成比例地受到影响。有限的进入自来水和低识字率意味着儿童在进食前也不太可能洗手，复合效果。已知消费这些污染物的污染物导致认知，残疾，寿命甚至死亡的永久性丧失。
量化灰烬中的污染物
尽管在撒哈拉以南非洲地区燃烧木材的炉子可能会产生影响，但由此产生的煤灰中污染物的浓度尚不清楚。尼日利亚圣约大学的Ayotunde Etchie和尼日利亚洛科亚联邦大学的Tunde Etchie正与剑桥大学的Nedunchezhian Swaminathan合作，以确定接触污染物的潜在危害。
他们最近的研究旨在量化整个撒哈拉以南地区暴露于木灰的情况，并了解这种暴露可能如何影响健康。但研究如此大的区域是困难的，特别是有许多因素影响着一个人口的火山灰暴露。
因此，团队使用Monte Carlo仿真来帮助他们的估计。Monte Carlo仿真可用于模拟具有许多不确定变量的现象。这是美国海岸卫队使用的技术，以确定救援行动中船舶可能的位置，以及政府间气候变化小组分析温室气体的影响，其中两者都有许多未知的变量。
蒙特卡罗模拟的相关因素
有多种相关变量：每个国家的人口和人口密度，以及用木材烹饪的比例，所燃烧的木材数量和产生的灰烬，以及不同种类的树木的密度。模拟所得灰分的效果还需要意外木灰消耗的估计，灰中的每种毒素的量，以及那些毒素的生物利用度和效力。
每年在一平方公里的土地上倾倒多达4000公斤的木灰。
这些数据中有一些比其他的更容易确定——例如，联合国保存着准确的人口数据，并且有一些关于不同树种密度的信息。然而，传统炉灶产生的木灰的数量，以及木灰中不同类型的毒素的数量，都没有得到充分的记录。
非洲传统炉灶
为了为记录不足的变量产生价值，该团队开始从尼日利亚中部随机选择的家庭和工厂收集数据。
传统的非洲厨师有两种主要设计。首先是三石火，通常用于家庭，小型烹饪，由水泥和沙子制成。通常，这些促进了树枝，树枝和树皮，以及来自建筑工地的废木材。第二种类型是由泥土构建的内置烹饪灶，作为Mogogo，Jiko，Kilakala或Aro amo。这些炉子更有可能被木质茎从森林而不是局部材料燃料。
这两种结构之间的差异是相当大的:三石火在其结构上类似于篝火，而用于制作面包的内置炉灶就像披萨烤箱一样大。研究小组研究了每种炉子中的六种。
测量尼日利亚中部的灰分
超过六个月，进行了72次测量 - 12种不同的炉灶连续射出灰分 - 并且称量灰分，蒸汽迅速储存在冰上并在实验室进行分析。
在实验室中，每个样品都用气相色谱法分析了16种多环芳烃的含量，以及11种重金属的浓度——砷、镉、铬、铝、钴、铜、铁、铅、镍、锌和汞。所有被研究的炉灶产生的灰烬都超过了原始木材质量的1%，这表明灰烬是所有传统非洲炉灶的主要副产品。然而，这两种炉灶之间的差异非常显著——三石炉灶产生的热量几乎是内置炉灶的两倍。
这些结果可能反映了它们不同的结构——内置式炉灶只有一个开口，因此可以保存更多的热量——但这些差异也可能反映了每种炉灶的通常使用方式。废弃的木材、树皮、树叶和树枝，通常用于三石炉，被认为会产生更多的灰烬。三石炉的使用时间也更短——大约4或5小时，而不是6至10小时——这使得灰燃烧的时间更短，达到的温度也比内置炉具低。
木灰中的有毒金属
在测试的重金属中，铝和铁最突出，两者都占灰烬的1％以上。这种金属的分布可能是烧焦的树种和土壤的组成的结果，它们在它们种植中的成长。
尽管存在痕量水平，但仍然存在铅和汞的存在，两者都比锌或铜更浓缩。鉴于以前的研究发现全球其他地方的逆效应，这可能是因为尼日利亚土壤具有特别高的毒性金属。这与先前对尼日利亚土壤的评估相匹配了其他研究，该研究已经发现尼日利亚铅的高背景浓度，已知通过尼日利亚矿石和煤矿加剧的效果。
人们发现，三石火堆产生的灰烬中所含的铅和汞比内置炉子中所含的多，这表明当地生长的灌木、树枝树皮和废弃木材比木质茎含有更多的这些成分。
以前锁在地下和树木上的毒素正在被转化为灰烬并散落在生活空间上
和农田。
致癌物质
在多环芳烃中，在三石火炉中，3环分子更加突出，并且在堆垛机炉灶中较重的4环分子更加突出。据认为，在木材的热解期间，环形结构形成在自由基反应中，因此具有更多环的分子可能是燃烧温度较高，燃烧时间和内置炉灶中较低的通风的结果。
在这项研究中，这些多环芳香烃的总体浓度要远远高于此前在世界各地对更高效燃烧系统(如火炉和烤箱)的研究中发现的生物质灰。
问题的规模
这两种炉灶产生的灰汞含量都高于芬兰和瑞典用于森林肥料的灰汞限量。砷、汞和多环芳香烃的含量高于美国环境保护署(epa)规定的住宅处置上限。
撒哈拉以南地区每年产生约1900万吨火山灰。根据这项研究的估计，这些火山灰含有数百吨的砷、镉和铬，以及超过1000吨的汞和3000吨的铅。这些毒素以前被锁在地下和树上，现在被转化为灰烬，散布在生活空间和农田里。
在当地思考
卢旺达，布隆迪，乌干达，尼日利亚，几内亚比绍的人口是最暴露于木材灰毒毒素之一。在这些国家，一平方公里的土地每年可以有4000公斤的木灰倾倒在它上。
摄入这种物质对人类健康的风险是惊人的。根据蒙特卡罗模拟的估计，在火山灰含量最高的国家，五岁以下儿童很可能经常接触到足以导致永久性认知障碍的铅。苯并(a)芘的含量也是如此。据了解，这些毒素本身会影响大脑发育，而实际上，如果这些毒素对健康的影响更加复杂，情况可能会更糟。
更好的厨师，还是更好的处置？
但它不一定是这样的。虽然在燃烧烹饪灶具的不同建筑物产生的灰烬中存在差异，但是在限制人类健康风险方面的一个更重要的因素可能是如何处理木灰。
将木灰作为危险物质治疗，而不是烹饪的惰性副产物，可以减少暴露于这些毒素的可能性。未来的研究可以检查常见木材种类的灰烬如何不同，因此可能有限地产生毒性灰分。
个人反应
鉴于木灰处理不足的可能规模和不利影响，需要做些什么变化，以及如何完成这些变化？
可再生技术，如太阳能光伏电池，也可与现代电烹饪设施一起使用，但这些产品可能不是撒哈拉地区家庭的经济上可行的选择。