VALIDACIÓN DE SENSORES PARA LA MEDIDA DE LA CALIDAD DEL AIRE EN CONDICIONES REALES María Cruz Minguillón Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA), CSIC JORNADA SOBRE SENSORES PARA LA MEDIDA DE LA CALIDAD DEL AIRE URBANO Madrid, 25 de febrero de 2016 Introducción <5000 eur? <1 kg? • Qué entendemos por sensor: equipo de bajo coste y tamaño reducido apto para su >1 mes? instalación y funcionamiento durante un periodo de tiempo razonable <1 mes? • Recientemente se han desarrollado sensores para la medida de la calidad del aire para caracterizar la exposición en áreas urbanas en lugar de concentraciones de fondo (US-EPA, 2013) • Se entienden como un complemento a las redes de medida de calidad del aire existentes (Kumar et al., 2015) • Su funcionamiento en condiciones de laboratorio es satisfactorio, aunque su validación en condiciones reales todavía presenta ciertas limitaciones (Castell et al., 2013) • OBJETIVO: evaluar el funcionamiento de sensores para la medida de la calidad del aire en condiciones reales Metodología Estación de fondo urbano Palau Reial, IDAEA-CSIC Estación de fondo urbano Palau Reial, IDAEA-CSIC PM: Captador alto volumen y determinación gravimétrica PM: Contador óptico de partículas (GRIMM 180) O3 : espectrometría de absorción UV SIR S-5014 NO y NO2: analizador de quimioluminiscencia SIR S-5012 Sensores probados ELM / CANARIT O3 Óxido de metal CAPTOR O3 Óxido de metal Material particulado Contadores de partículas DYLOS MICROPEM PerkinElmer (antes AirBase) AQMESH O3, NO, NO2 Electroquímico AIRBEAM o3 (µg/m3) CanarIT CanarIT: O3 100 Actualización prevista 80 y = 0.51x + 6.1 R² = 0.66 60 40 20 0 0 50 100 150 O3 (µg/m3) REFERENCE 1 año de medidas O3 (µg/m3) 150 Reference CanarIT 100 50 0 27/dic/12 15/feb/13 6/abr/13 26/may/13 15/jul/13 AQMesh: O3, NO, NO2 300 250 200 150 100 50 0 y = 0.69x - 6.9 R² = 0.90 0 200 400 NO (µg/m3) Reference NO (µg/m3) AQMesh Equipado con un tejado solar para reducir el efecto de la temperatura NO (µg/m3) AQMesh Modificación 400 300 y = 0.82x + 1.1 R² = 0.99 200 100 0 0 200 400 NO (µg/m3) Reference AQMesh: O3, NO, NO2 200 150 y = 0.64x - 0.10 R² = 0.68 100 50 0 0 100 200 NO2 (µg/m3) Reference NO2 (µg/m3) AQMesh NO2 (µg/m3) AQMesh Modificación 600 400 y = 2.1x - 19 R² = 0.90 200 0 0 100 200 NO2 (µg/m3) Reference Mejora en el data processing y la tecnología del sensor resulta en un incremento en la R2 AQMesh: O3, NO, NO2 O3 (µg/m3) AQMesh Modificación 100 80 3 processed data 40 R2 = 0.72 20 Pueden variar en el tiempo. verano que en invierno R2 Unavailable = 0.72 final O 60 OJO! Peores correlaciones en R2= 0.37 0 0 50 100 O3 (µg/m3) Reference Mejora en el data processing y la tecnología del sensor resulta en un incremento en la R2 CAPTOR: O3 • H2020 60 • ciencia ciudadana 40 • ozono rural (concentraciones elevadas) 80 O3 (µg/m3) CAPTOR 80 Reference 20 Captor O3 (µg/m3) 60 40 20 0 1 51 101 151 201 251 301 0 y = 0.95x + 1.9 R² = 0.92 0 20 40 60 80 O3 (µg/m3) REFERENCE Airbeam Unit 4 PM2.5 (µg/m3) AIRBEAM: N<2.5 y = 0.9986x - 25.431 R² = 0.9856 100 50 0 0 50 100 Airbeam Unit 3 PM2.5 (µg/m3) PM2.5 (µg/m3) AIRBEAM AIRBEAM: N<2.5 20 y = 0.80x - 1.4 R² = 0.77 10 PM2.5 (µg/m3) 20 0 0 10 20 PM2.5 (µg/m3) GRIMM GRIMM AIRBEAM 10 0 1 51 101 151 201 DYLOS: N>0.5 y N>2.5 N partículas >0.5 µm N partículas >2.5 µm 300000 700000 Small y = 1.0916x - 10162 R² = 0.9866 600000 Dylos AJ 2 500000 Dylos AJ 2 y = 1.0068x + 916.97 R² = 0.7926 250000 400000 300000 200000 Large 200000 150000 100000 50000 100000 0 0 0 200000 400000 0 600000 100000 Dylos AJ1 Dylos AJ1 700000 N partículas Dylos 0.5-2.5 600000 y = 1.0868x - 9885.1 R² = 0.988 500000 Dylos AJ 2 0.5-2.5 µm 200000 400000 300000 200000 100000 0 0 200000 400000 Dylos AJ1 600000 300000 6 1.2x10 2 R = 0.87 1.0 2 R = 0.30 0.8 3 N0.5-2.5 (#/ft ) DYLOS DYLOS: N>0.5 y N>2.5 0.6 0.4 0.2 0 5 10 15 20 25 3 3 40 30 10 0 20/Feb/15 27/Feb/15 6/Mar/15 40 0.8 30 20 0.4 10 0 0.0 0.8 3/Jul/15 0.4 0.0 10/Jul/15 17/Jul/15 24/Jul/15 3 20 50 1.2x10 PM2.5 GRIMM N0.5-2.5 DYLOS 3 PM2.5 (µg/m ) GRIMM 3 PM2.5 GRIMM N0.5-2.5 DYLOS 6 6 N0.5-2.5 (#/ft ) DYLOS 50 1.2x10 N0.5-2.5 (#/ft ) DYLOS PM2.5 (µg/m ) GRIMM PM2.5 (µg/m ) GRIMM DYLOS: N>0.5 y N>2.5 700000 1 600000 1 Dylos AJ2 500000 2 400000 300000 700000 Ref 30 600000 Dylos AJ2 25 500000 0 0 18/10/2015 100000 13/10/2015 5 08/10/2015 200000 03/10/2015 10 28/9/2015 300000 23/9/2015 15 18/9/2015 400000 13/9/2015 20 100000 0 0 5 10 15 20 25 PM2.5 Ref 800000 2 700000 600000 Dylos AJ2 35 DylosPM2.5 AJ (número/pie3) 800000 08/9/2015 PM2.5 Ref (µg/m3) 200000 40 500000 400000 300000 200000 100000 0 0 10 20 PM2.5 Ref 30 40 DYLOS: N>0.5 y N>2.5 Ref 30 Dylos AJ2 25 1400000 1400000 1200000 1200000 1000000 1000000 22/1/2016 21/1/2016 0 20/1/2016 0 19/1/2016 200000 18/1/2016 5 17/1/2016 400000 16/1/2016 10 15/1/2016 600000 14/1/2016 15 13/1/2016 800000 12/1/2016 20 Dylos AJ2 35 PM2.5 Ref (µg/m3) 1600000 1600000 DylosPM2.5 AJ (número/pie3) 40 800000 600000 400000 200000 0 0 10 20 PM2.5 Ref 30 40 MicroPEM: N<2.5 o N<10 MicroPEM: N<2.5 o N<10 80 MicroPEM PM10 60 Reference PM10 40 20 0 10/mar 15/mar 20/mar 25/mar 30/mar Intercomparación Aveiro 1st EuNetAir Air Quality Joint Intercomparison Exercise Aveiro (Portugal) 13-27 October 2014 Aveiro IDAD-Institute of Environment and Development Air Quality Mobile Laboratory Parámetros medidos: • CO, NOx, O3, SO2, • PM10, PM2.5, • temperatura, humedad Intercomparación Aveiro Team Cambridge CAM10 and 11 boxes AUTh-ISAG AQMesh ECN NanoEnvi VITO/EveryAware SB Measured Parameter NO2 NO Number of microsensors 2 2 Measuring Principle Electrochemical Electrochemical PM10 2 OPC 0.38 – 17.4 micron O3 CO NO2 O3 NO NO2 O3 CO PM10, PM2.5 NO2 NO2 CO O3 CO CO NO2 CO O3 2 2 1 1 3 3 3 3 2 2 1 1 1 3 3 3 3 3 Electrochemical Electrochemical Metal oxide Metal oxide Electrochemical Electrochemical Electrochemical Electrochemical Optical Electrochemical Electrochemical Electrochemical Metal oxide Electrochemical Metal oxide Metal oxide Metal oxide Metal oxide 0-5 ppm 0-500 0.05-5 ppm 10-1000 ppb 0-4000 ppb 0-4000 ppb 0-1800 ppb 0-6000 ppb 0-200 µg.m-3 0-1000 ppb 0-4000 ppb 0-6000 ppb 20-200 ppb 0-5000 ppm 1-1000 ppm 0,05-1 ppm 1-1000 ppm 10-1000 ppb Measurement range 0-20 ppm 0-20 ppm Intercomparación Aveiro • Buenos resultados para O3, CO y NO2 • Resultados pobres para PM y SO2 R 2: R 2: O3: 0.12-0.77 PM10: 0.13-0.36 CO: 0.53-0.87 PM2.5: 0.07-0.27 NO: 0.34-0.80 SO2: 0.09-0.20 NO2: 0.02-0.89 1st EuNetAir Air Quality Joint Intercomparison Exercise: Assessment of Microsensors Versus Reference Methods Borrego et al., 2016, Submitted, Atmospheric Environment Conclusiones Funcionamiento satisfactorio o aceptable para algunas unidades Generalmente buen acuerdo entre unidades del mismo tipo Cambios en el tiempo: necesaria validación frecuente con equipos de referencia Influencia de la temperatura en los resultados de gases Medidores ópticos de partículas representan bien la masa solo para partículas finas (<2.5 µm) Sensores para partículas no adaptados para su uso a la intemperie Se requieren más pruebas y una mejora de las tecnologías y el procesado de datos La posibilidad de usar sensores para la evaluación de la calidad del aire puede ser una realidad si se implementan las mejoras y validaciones necesarias Gracias por su atención mariacruz.minguillon@idaea.csic.es Agradecimientos IDAEA-CSIC: Mar Viana, Cristina Reche, Fulvio Amato, Xavier Querol COST Action TD1105 EuNetAir AGAUR 2014 SGR33 Direcció General de Qualitat Ambiental