1 Transporte eléctrico – Un aporte a la salud pública - 3º Parte “ Lluvia ácida”. Ampliación del tema “ Polución química” La lluvia ácida es una de las consecuencias más visibles y notorias de lo que la contaminación provocada por las actividades del ser humano está produciendo. En varias regiones del mundo, uno queda realmente anonadado al ver varias hectáreas de bosques y vegetación que parece seca( por ej. coníferas que rodean la ciudad de México), muerta, quemada, como si alguna solución tóxica se les hubiera vertido encima. En muchas grandes ciudades, se puede observar edificios, carteles y hasta monumentos oxidados y muy deteriorados de una forma muy peculiar y todo esto es el resultado de la lluvia ácida. Que desde el cielo nos caiga un líquido capaz de matar nuestros bosques y carcomer nuestras ciudades a nadie le hace gracia, pero tampoco pareciera interesar tanto la cuestión como para al menos hablar al respecto. Te invito a que nos dediquemos a conocer mas en detalle qué es, cuáles son las características y cómo se forma la lluvia ácida. ¿Qué es la lluvia ácida? Es una combinación de sustancias químicas contaminantes y resultantes de las actividades industriales humanas, que se asientan en el aire y luego vuelven al suelo con las lluvias y los naturales ciclos del agua. Los agentes contaminantes que son liberados en la atmósfera por las fábricas, centrales eléctricas y motores de combustión interna. Cuando estos agentes - dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno- se acumulan en el aire pueden alcanzar altos niveles de concentración en contacto con el agua, el oxígeno y otras sustancias químicas, causando una forma de contaminación ambiental que 2 conocemos como lluvia ácida. El problema medioambiental que surge por su elevada concentración está relacionado con el hecho de que ambas son sustancias que se disuelven muy fácilmente en el agua y, además, pueden ser esparcidas por el viento. De este modo, grandes extensiones pueden verse afectadas por un único foco de contaminación. Hay que señalar que la lluvia ácida puede estar originada por causas naturales, como erupciones volcánicas o terremotos, que liberan gran cantidad de partículas contaminantes a la atmósfera. De este modo se origina la lluvia ácida. Es un problema preocupante porque la mayor parte de este tipo de contaminación suele producirse en áreas urbanas o industriales, donde se concentra la mayor parte de la población. Las fábricas o centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles como fuente de energía, suelen tener chimeneas altas para emitir sus desechos -dióxido de azufre, partículas en suspensión y óxidos de nitrógeno-. Como así también el transporte automotor a través de los motores de combustión interna que utilizan naftas o gas-oil como combustible. Con las chimeneas altas se reduce la contaminación local del aire, pero incrementa la contaminación en otras zonas por la acción del viento. En el proceso los contaminantes primarios, que son trasportados a lo largo de kilómetros por los vientos, forman contaminantes secundarios como vapor de ácido nítrico, gotitas de ácido sulfúrico y partículas de sulfatos y nitratos generadoras de ácidos, que terminan volviendo al suelo en dos formas: como lluvia, nieve o niebla ácida y nubes de vapor (sedimentación húmeda) y como partículas de ácido (sedimentación seca). El agua de lluvia tiene un nivel de PH que ronda los 5,6. Es ligeramente ácida debido a la presencia de dióxido de carbono atmosférico (se considera que es lluvia ácida cuando el PH del agua presenta menos de PH 5), pero en muchas ocasiones puede llegar a tener un PH 3, igual al del vinagre. 3 Daños provocados La lluvia ácida provoca grandes daños ambientales, siendo causa fundamental en la peligrosa acidificación del agua de lagos, ríos y mares del mundo. Esto causa un gran impacto en la vida acuática y produce una gran mortandad de peces y muchos otros seres vivos. La lluvia ácida también afecta los suelos. Debido a las cargas eléctricas de los ácidos se produce una especie de limpieza de minerales en el suelo. Como resultado, se tiene un empobrecimiento de los nutrientes esenciales, lo que provoca un fuerte impacto denominado “estrés en las plantas” que las hace menos resistentes a las plagas y enfermedades. Por su característica corrosiva, la lluvia ácida puede deteriorar seriamente algunas construcciones. Es capaz de disolver por ejemplo, monumentos y edificaciones construidas en mármol o caliza. Contribución a la formación de lluvia ácida por parte de los motores de combustión interna. Química de la nafta/gasolina-Diesel: La nafta es una mezcla de hidrocarburos alifáticos (compuesto orgánico acíclico con estructura molecular en cadena abierta) obtenida del petróleo por destilación fraccionada, que se utiliza como combustible en motores de combustión interna con encendido por chispa . 4 ¿Qué son los hidrocarburos? Los hidrocarburos son compuestos que sólo contienen dos elementos: el carbono y el hidrógeno. Hay una variedad de hidrocarburos y por eso se agrupan en familias. Una familia es la de los alcanos, que son hidrocarburos que tienen los átomos de carbono unidos por enlaces covalentes simples, la mayoría de los hidrocarburos del petróleo son de esta familia. La nafta una densidad de 680 g/L (un 20 % menos que el gasoil, que tiene 850 g/L). Un litro de nafta proporciona al arder una energía de 34,78 MegaJoules aproximadamente un 10 % menos que el gasoil, que proporciona 38,65 MegaJoules por litro de carburante. Sin embargo, en términos de masa, la nafta proporciona un 3,5 % más de energía. El carbono puede formar cuatro enlaces y los átomos de carbono se unen entre sí formando cadenas. Después, por ejemplo, forman hidrocarburos en este caso es el octano (C8H18). Algunas propiedades de los alcanos cambian en función de la longitud de la cadena de carbono. Al crecer la cadena, la temperatura de ebullición también crece y por tanto los alcanos son cada vez menos volátiles. Así, los alcanos con cadenas cortas son gases a temperatura ambiente. Los alcanos con cadenas que contengan entre 5 y 19 átomos de carbono son líquidos y los que contengan más de 20 átomos de carbono son sólidos. 5 Podemos decir que la nafta/gasolina contiene alcanos con cadenas entre 5 y 19 átomos de carbono, porque la gasolina es un combustible líquido. Para ser mas específico, la nafta tiene de 5 a 10 átomos de carbono en las moléculas o cadenas de hidrocarburos. El azufre es una impureza de la nafta y se debe a que, por su origen volcánico, muchos de los depósitos subterráneos de petróleo contienen azufre en ciertas cantidades y este no se elimina durante la destilación fraccionada del petróleo para la obtención de las naftas (entre otros productos). El azufre debe eliminarse por otros medios que obviamente tienen un costo y encarecen un producto más limpio. El azufre que se quema dentro de la nafta produce bióxido de azufre, de olor picante e irritante de los ojos además de irrespirable. Claro que quizás no lo notemos por que se dispersa en el aire. También produce cierta cantidad de tritóxido de azufre que al combinarse con la humedad del aire deja disuelto en este ácido sulfúrico en bajas concentraciones. A continuación se enumeran los principales componentes de los gases de combustión: Nitrógeno (N2): Con el 79 % en volumen, el nitrógeno es el principal componente del aire. Este gas incoloro, inodoro e insípido se aporta mediante el aire de combustión pero no tiene un papel directo en la misma; pasa como medio inerte y medio para disipar el calor y se devuelve a la atmósfera. Anhídrido carbónico (CO2): El anhídrido carbónico es un gas incoloro e insípido, con un gusto ligeramente ácido, y se genera en todos los procesos de combustión y durante la respiración. Debido a su propiedad de filtrar el calor radiante, es una contribución importante al efecto invernadero. Vapor de agua (humedad): El hidrógeno contenido en el combustible se une con el oxígeno para formar agua (H2O). Dependiendo de la temperatura de los gases de combustión , aparece luego conjuntamente con el agua del combustible y el aire de la combustión o como humedad de los gases de combustión. 6 Sustancias sólidas (polvo, hollín): Las sustancias sólidas en los gases de combustión se originan a partir de los constituyentes incombustibles de los combustibles sólidos y líquidos. Estas incluyen, por ejemplo, óxidos de silicio, aluminio, calcio, etc., en el carbón y los sulfatos de diversas sustancias en el fueloil pesado. El efecto nocivo del polvo sobre las personas está producido particularmente por la deposición de sustancias tóxicas y cancerígenas en las partículas de polvo. Monóxido de carbono (CO): El monóxido de carbono es un gas tóxico incoloro e inodoro. Se genera en gran medida como consecuencia de la combustión incompleta de combustibles de motor y otros materiales que contienen carbono. Óxidos de nitrógeno (NO y NO2, fórmula total NOx): En los procesos de combustión, el nitrógeno del combustible y, a temperaturas elevadas, el del aire de combustión se une en cierta medida con el oxígeno del aire de combustión para formar óxido nítrico NO (NO combustible y NO térmico) en primera instancia, que luego se oxida cuando entra en contacto con el oxígeno en el conducto de los gases de combustión y posteriormente en la atmósfera, para formar el peligroso dióxido de nitrógeno (NO2). Ambos óxidos son tóxicos; el NO2 en particular es un peligroso veneno respiratorio y en combinación con la luz solar contribuye a la formación de ozono. Anhídrido sulfuroso (SO2): El anhídrido sulfuroso es un gas incoloro, tóxico con un olor picante. Se produce como resultado de la oxidación del mayor o menor volumen de azufre contenido en el combustible. Sulfuro de hidrógeno (H2S): El sulfuro de hidrógeno es un gas tóxico que huele mal incluso en concentraciones mínimas (aprox. 2,5 µm/m3). Es un componente que se encuentra naturalmente en el gas natural y el petróleo y por consiguiente está presente tras la combustión incompleta en los convertidores catalíticos de vehículos. Cianuro de hidrógeno (HCN): El cianuro de hidrógeno (también conocido como ácido cianhídrico) es un líquido extremadamente venenoso con un punto de ebullición de 25,6°C; donde está presente, adopta la forma gaseosa en los gases de combustión. Gran parte de los estudios sobre la contaminación por vehículos se inició en California, USA, a principios de los años 40. La combinación de un rápido incremento en la población y por consiguiente en el número de automóviles en la zona geográfica enfocó la atención de los políticos y de los científicos para conocer qué reacciones se llevan a cabo en la atmósfera entre los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno. Las voces aumentaron de tono y se crearon comités que recabaron datos de la calidad del aire. 7 En 1952, el profesor A. J. Haagen-Smit del Instituto de Tecnología de California publicó estudios que mostraban que algunos hidrocarburos, en combinación con los óxidos de nitrógeno de los automóviles reaccionaban con la luz solar para producir sustancias oxidantes, entre ellas el ozono y otros productos que causan irritación de los ojos y la desintegración del hule de los neumáticos. Estos estudios marcan las bases para que la comunidad científica examinara más a fondo el efecto de los gases de escape sobre la salud. Y determinara que el estadote California tiene desde hace décadas una de las legislaciones mas avanzadas en el mundo en relación a la contaminación atmosférica. Hay tres criterios oficiales para clasificar los compuestos tóxicos en el aire también que causan problemas ecológicos. Según la siguiente jerarquización: • causan serios problemas de salud, como cáncer, defectos en los recién nacidos, muerte inmediata. • son emitidos a la atmósfera en cantidades lo suficientemente grandes como para ser tóxicas. Esto se calcula con mediciones directas de las sustancias en muestras de aire recolectadas o bien empleando modelos de emisión. • afectan a gran cantidad de personas. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) de USA establece una lista de las 20 sustancias más peligrosas y prioritarias en su abatimiento en orden decreciente de amenaza. De los primeros cinco, dos están asociados con los combustibles: 1) plomo, 2) arsénico, 3) mercurio, 4) cloruro de vinilo, 5) benceno. Los combustibles líquidos contaminan de dos maneras: 1) por sus vapores, y 2) por los productos de su combustión. La evaporación del combustible en algunas partes del sistema motriz contribuyen a la emisión global de hidrocarburos en alrededor de 30% del total de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (cov) de fuentes móviles. Cada vez se imponen regulaciones más estrictas a la emisión de los gases de la combustión vehícular, pero no a la emisión evaporativa, que se hará cada vez más importante. Con las tecnologías 8 disponibles, trampas de carbón activado que absorben cov del tanque del combustible y unidades de recuperación de vapores en las estaciones de gasolina, se podría reducir la emisión evaporativa de 70 a 90%. La volatilidad de los combustibles líquidos es el parámetro a controlar para reducirlas. Las refinerías producen naftas para el verano, el invierno y ciertas regiones. La presencia de moléculas de peso ligero en ellas, como el butano, causan que el combustible sea más volátil. Los vapores de la nafta/gasolina pueden emanar de la ventilación del ducto de entrada al tanque, o bien del carburador y representan 20% de los contaminantes que arroja un vehículo. Otro 20% proviene del cárter (parte de abajo del motor de combustión) y lo constituyen hidrocarburos con poco CO y pequeñas cantidades de NOx. En los vehículos nuevos 95% de la contaminación viene del escape, y la formación de hidrocarburos, CO2 CO y NOx. En el caso ideal de una nafta que fuera totalmente oxidada, es decir combustión completa, (la combustión es una reacción de oxidación) durante la combustión en el motor, se producirían sólo dos compuestos: CO2 y vapor de agua. Aunque el primero no es nocivo (de hecho generamos CO2 al quemar nuestra "combustible" interno: carbohidratos y grasas), cuando se acumula en la atmósfera es el mayor responsable del efecto invernadero. De aquí que, en el mejor de los casos, los gases de la combustión de la gasolina alteren el equilibrio atmosférico. Por cada litro de gasolina consumido por un automotor, unos 2.4 kg de CO2, se van a la atmósfera. El oxígeno no utilizado en el proceso de combustión, si hay exceso de aire, aparece como gas en los gases de combustión y es una medida de la eficiencia de la combustión. Se usa para determinar los parámetros de combustión y como variable de referencia. Los óxidos de nitrógeno, NOx, no son producto de la combustión; se forman cuando la presión y la temperatura son muy altos. Controlar las emisiones de NOx es difícil y el único método es reducir la compresión y temperatura de combustión. Pero el motor es un convertidor térmico que libera la energía de la gasolina en forma de calor y la emplea en forma de gases expandidos para empujar el pistón y propulsar el vehículo. Si se disminuyera la presión y la temperatura máxima de combustión no utilizaríamos toda la energía del combustible, reduciendo así la eficiencia del motor. La utilización del transporte eléctrico. Parte de la reducción del problema. Las agencias gubernamentales y los científicos no son los únicos que pueden tomar medidas para controlar la lluvia ácida. Todos también podemos ser parte de la solución. Como la generación de energía eléctrica por quema de combustible produce cantidades de los contaminantes que causan la lluvia ácida, una medida importante que podemos tomar es la de ahorrar electricidad. Puedes hacerlo de varias maneras: • Apagar las luces, computadoras, aparatos de televisión, juegos de video y otros equipos eléctricos cuando no los estés usando. 9 • Comprar equipo que consuma menos electricidad, incluido el alumbrado, el aire acondicionado, los calentadores, refrigeradores y lavarropas. Estos equipos tienen el rótulo que dice "Energy Star" ( que garantiza un consumo más eficiente de electricidad). • • • • • • • • Trata de limitar el uso del aire acondicionado. Obligar a las industrias la filtración y desintoxicación de las aguas antes de abocar a los ríos, y también como regulación de los gases, sobretodo en las centrales de generación eléctrica. Reducción de los combustibles fósiles. Medidas respecto a los coches y sus tubos de escape: catalizadores de 3 vías reducen un 90% de los contaminantes. Restringir el uso de los vehículos por motor. Utilizar energías como la solar o energías poco contaminantes. Fomentar la investigación respecto a las energías renovables o alternativas, como lo son la solar y la eólica. Éste punto es, probablemente, el más importante de todos. Modernización de las leyes que regulen la producción de contaminantes en fábricas. Éste punto también es de vital importancia, ya que las leyes deben modernizarse/adaptarse en este aspecto. Obviamente los automóviles y los camiones con motor de combustión interna producen grandes cantidades de óxidos de nitrógeno, que causan lluvia ácida. Para ayudar a reducir la contaminación proveniente de estos vehículos, puedes viajar en automóvil junto con otras personas o usar transporte público, tal como el autobús o el tren. Los vehículos eléctricos, tantos autos como buses, son los móviles necesarios para una disminución efectiva del la problemática ocasionada por la lluvia ácida, mas aún , cuando la energía que los alimenta esta generada con “combustibles” renovables. 10 Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, la biomasa y los biocombustibles. Un concepto similar, pero no idéntico es el de las energías alternativas: una energía alternativa, o más precisamente una fuente de energía alternativa es aquella que puede suplir a las energías o fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante, o fundamentalmente por su posibilidad de renovación. Según esta definición, algunos autores incluyen la energía nuclear dentro de las energías alternativas, ya que generan muy pocos gases de efecto invernadero. Bibliografía: http://www.epa.gov/acidrain/ http://lctblluviaacida.wordpress.com es.wikipedia.org/wiki/ http://www.climatechange2013.org/report/ El transporte eléctrico como factor de atenuación del cambio climático Ing. Ricardo Berizzo Ing. Ricardo Berizzo U.T.N. Regional Rosario