evaluación de black carbón cambio climático
TRANSCRIPT
Evaluación de Black Carbón (BC) y su relación con el
Cambio Climático.
Miryam Gómez Marín | Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
PROYECTO RLA7023 OIEA. PROGRAMA DE
COOPERACIÓN TÉCNICA .
COLOMBIA
EVALUACIÓN DE COMPONENTES DE AEROSOLES
ATMOSFÉRICOS EN ÁREAS URBANAS, PARA MEJORAR
LA GESTIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE Y DE
CAMBIO CLIMÁTICO
Miriam Gómez Marín
Chemical Engineer Esp.
Colombia - Medellín
Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
ARCALL
Carbono negro (Black Carbon) - BC
BC CONTAMINANTE DEL AIRE
provocando daño, molestias o serios problemas alas personas, animales, plantas o vida microbiana; dañanmateriales, o interfieren con el disfrute y el uso de lapropiedad.
Presencia de sustancias químicas, biológicas y formas de energía (radiaciones ionizantes, ruido) que alteran la calidad del aire,
Calidad del aire
2,5 µm
Elementos biológicos
Elementos químicos
Gases
Polvo y polen
Hollín
PM2.5Partículas orgánicas de
combustión, metales etc< 2.5 micras
Calidad del aire
Elementos vitales para la vida
.
.
bn
1,5 Kg de alimentos
7 Kg de agua
15 Kg de aire
EFECTOS EN LA SALUD DEL MATERIAL PARTICULADO
PM10
PM2.5
• Agravan el asma.• Reducen la función
pulmonar.• Favorecen las enfermedades
respiratorias.• Ocasionan disminución en el
tamaño del feto.
• Favorece las enfermedades cardiovasculares.
• Está asociada con el desarrollo de la diabetes.
Fuente: www.aire.df.gob.mx
La Organización Mundial de la Salud (OMS) estimó en 2005 que “… las partículas finas (PM2.5) causan mundialmente aproximadamente 3% de la mortalidad por enfermedades cardiopulmonares; 5% de la mortalidad por cáncer de tráquea, bronquios y pulmón; y 5% de la mortalidad por infecciones agudas en menores de 5 años”*.
*Aaron J. Cohen, H. Ross Anderson, Bart Ostro; Ross Anderson, H; Ostro, B; Pandey, K. D.; Krzyzanowski, M; Künzli, N; Gutschmidt, K;Pope, A; Romieu, I; Samet, J. M.; Smith, K (2005). "The Global Burden of Disease Due to Outdoor Air Pollution". Journal of Toxicology andEnvironmental Health, Part A: 68, (13–14): 1301–7.
PM2.5
Fuente;AMVA 2017 Seminario Calidad Aire Salud
Composición química
COMPOSICIÓN QUIMICA MATERIAL PARTICULADO
Orgánica: Gran Diversidad decompuestos: AromáticosPolicíclicos,
Elemental : Aluminio, calcio, hierro, azufre…..hasta 45
elementos
Iones; sulfatos, nitratos, amonio, cloruros etc.
Black Carbon.
TERMINOLOGÍA
Elemento y compuestos hace parte de todo ser vivo
• Tonalidad –Oscura Mayor absorbente de calor
• Absorbe todas las radiaciones electromagnéticas (todos los colores) y no refleja ninguno.
CARBONO NEGRO
BiomasaCarbón
Petróleo
• El carbono negro (BC) crea calentamiento global porque absorbe la radiación solar entrante y reflejada un millón de veces más que el CO2
• Provoca mayor calentamiento cuando se deposita en superficies de nieve y hielo, disminuyendo la reflexión de la radiación solar y acelerando el derretimiento (Rajendra K. Pachauri, 2007).
• Durante su corta vida en la atmósfera, el BC puede interactuar con los procesos de formación de nubes afectando la precipitación local y la reflectividad de las mismas, pudiendo causar un efecto de enfriamiento localizado. (Comisión para la Cooperación Ambiental CCA, 2012)
Black Carbon (BC)
CARBONO NEGRO
Diferencia entre radiación solar entrante en nieve “blanca” y nieve con Carbono Negro.Fuente: UK Met Office.
¿PROPIEDADES CARBONO
NEGRO (BLACK CARBON) - BC?
Contaminante de vida corta, dado
que permanece en el aire días o
semanas, a diferencia del CO2 que
permanece años.
Gran ventaja: Efectos de mitigación
del cambio climático y mejora de la
calidad del aire más rápido.
Mediciones directas de Black carbón, estación MED-BEME. Medellín
Abril –diciembre de 2019. Impacto en Cambio Climático
TERMINOLOGÍA MATERIA CARBONACEA
Sustancia negra, negruzca o marrón formado por la combustión, en forma de partículas finas
HOLLÍN
Aerosoles atmosféricos de diferentes orígenes: húmicos del suelo, materiales alquitranados procedentes de la combustión, bioaerosoles, etc. absorbente de la luz
CARBONO MARRÓN
RELACION TECNICAS DE MEDICIÓN
TERMINOLOGÍA MATERIA CARBONACEA
"El carbono elemental" ( "CE") Estructura similar al grafito impuro ,-Oxidación T> 900 grados celcius, forma de esférulas
desde 0,001 hasta 0,005 micras
CARBONO ELEMENTAL
Mezcla similar al hollín
Responsable de la absorción de la luz
visible: resultado de una medición técnica
de absorción óptica Ej Etalómetros.
CARBONO NEGRO BC
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
TE
MP
ER
AT
UR
A, °
C
Atmósfera de He Atmósfera de98 % He y 2 % O2
O1TC O2TC O3TC O4TC E2TC E3TCE1TC
TIEMPO, S
E3TC
E2TC
O4TC
O3TC
O2TC
O1TC
E1TC
RELACION TECNICAS DE MEDICIÓN
TERMINOLOGÍA MATERIA CARBONACEA
Mezcla compleja de compuestos en parte emitida
directamente por fuentes primarias y otra formada en
procesos de reacción secundaria en la atmósfera
SOC -Compuestos orgánicos secundarios, en su mayoría
Compuestos orgánicos secundarios SOC –VOCs-
Carbono Orgánico OC
FUENTES DE BC
COMBUSTIÓN INCOMPLETA DE COMBUSTIBLES FÓSILES, BIOCOMBUSTIBLES Y BIOMASA.
VEHÍCULOS MOTORIZADOS
INCENDIOS – QUEMA DE BIOMASA
PROCESOS DE COMBUSTIÓN Clic
aquí
TRANSICIÓN IMAGEN DE INCENDIOS EB COLOMBIA
Clic
aquí
Combustión de materiales fósiles
¿FUENTES CARBONO NEGRO BLACK CARBON?
DiéselPetroleó, carbón
mineral
Biocombustibles
(bioetanol, biodiesel,
biogás y estiércol)
Biomasa (vegetación,
leña, subproductos de
cosechas, etc).
Clic
aquí
¿QUÉ ES EL CARBONO CAFÉ O BROWN CARBON?
COLOR CAFÉ BROWN
CARBON
(Taninos, Humatos, celulosa
etc.)
(Show 2016)
La eficiencia de absorción
de la luz de las especies
orgánicas ƛ < 550 nm
Proceso del Aerosol de BC en el Sistema Climático
Fuente: Schematic overview of the primary black carbon emission sources and the processes that control the distribution of black carbon in the atmosphere and determine its role in the climate system [Bond et al., 2013].
Carbono Negro, el segundo contribuyente antropogénico más importante en el Calentamiento Global
EFECTOS BC EN LA SALUD
Sustancia de naturaleza
cancerígena (OMS, 2012)
“Las partículas suspendidas tienen
efectos muy considerables en la
salud pública en América Latina
(Global Burden of Disease ), este
contaminante contribuye con más de
13 mil muertes prematuras y con
más de 300 mil días de vida
perdidos en México cada año”.
EFECTOS BC EN LA SALUD
De acuerdo con los datos, 80 por ciento de las partículas
contaminantes más pequeñas que se adhieren a los pulmones y que son cancerígenas -denominadas PM2.5-, están conformadas por carbono negro, cuyo principal
emisor es el transporte de carga que no utiliza diesel ultra bajo
azufre.
Gabriela Niño, coordinadora de Política Pública de Cemda (México ), sostuvo que
"este contaminante puede atraer gran variedad de elementos tóxicos durante
su proceso de combustión, entre los que figura el benceno que es un agente
cancerígeno, además de que es capaz de retener la luz y de transformarla en
calor, lo que en la atmosfera provoca impactos en el cambio climático".
METODOLOGÍA DE MEDICIÓN
Equipo Etalómetro AE42 2-
EQUIPO DE MEDICIÓN PM2.5 PQ-200
MUESTRA PM2.5 AMBIENTAL- CONTIENE BC
ANALIZADOR ÓPTICO/TÉRMICO DE CARBONO, DRI
MODELO 2001.
DETERMINACIÓN DE LA MATERIA CARBONACEA
FRACCIONES
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
TE
MP
ER
AT
UR
A, °
C
Atmósfera de He Atmósfera de98 % He y 2 % O2
O1TC O2TC O3TC O4TC E2TC E3TCE1TC
TIEMPO, S
E3TC
E2TC
O4TC
O3TC
O2TC
O1TC
E1TC
MONITOREO Y CARACTERIZACIÓN pm2.5fracciones de materia carbonácea y correlación con fuentes de emisión
PM2.5
El grado en que estas fracciones pueden diferenciar lascontribuciones de diferentes fuentes de combustión, fuedeterminado usando en estudios científicos con un enfoque deMonte Carlo (J. C. Chow, 1985; Judith C. Chow et al., 1992; Javitz& Watson, 1988; J. G. Watson, 1979)
La diferenciación de fracciones de carbono en el método TOR(IMPROVE), es confiable y da componentes químicosrelativamente claros y características físicas de diferentes partesde carbono (Han, Lee, Cao, Ho, & An, 2009).
CARACTERIZACIÓN PM2.5 BC
DETERMINACIONES ANALÍTICA MATERIA CARBONACEA METODO IMPROVE_A ThermalProtocol
(Chow et al., 2005)
Carbono Elemental (hollín o black carbon)
Compuestos orgánicos OC :. Primarios y compuestos orgánicos secundarios (SOC), en su mayoría vocs: PAHs, PCBs and PCDFs.
Carbono Total
OC1OC2,OC3,OC4,EC1,EC2,EC3,OPAporte de fuentes :(Waston et al., 1994;Chow et al., 2004)
REPORTE DE 8 FRACCIONES DE CARBONO
OP: Compuestos orgánicos polares
OC1: Quema de biomasa
OC3 y OC4: Resuspensión en
vías
EC2 and EC1: Combustión de carbón y
exhosto de vehículos
MONITOREO Y CARACTERIZACIÓN pm2.5fracciones de materia carbonácea y correlación con fuentes de emisión PM2.5
ABRIL- DICIEMBRE de 2019
La fracción OC1 6.4 % delPM2.5 -16.4 % del TOC
Potasio (K) 0.01 µg/m3
Trazador para los estudios desalud y comprensión de lacomplejidad del control deestas fuentes difusas deemisión de PM2.5.
CAMPAÑA MONITOREO BC2016-2020
MEDICION DIRECTA
MEDICION FRACCIÓN ABSORBE ENERGIA -HOLLÍN COMBUSTIÓN
FRACCION COLOR NEGRO
NO INCLUYE LA FRACCIÓN DE TANINOS, CELULOSA ETC (Color café, BROWN CARBON)
PM 2.5 (µg/m3) ref. Estación MED-BEME. MedellínAbril –diciembre de 2019
37,09Abr 9-2019
37,86Nov 14-2019
35,29Nov 29-2019
8,15Nov 17-2019
10,06Jul 20-2019
10,63Oct 6-2019
PM 2.5 (µg/m3) ref. Estación MED-BELEN LAS MERCEDES-MedellínAbril –diciembre de 2019
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
3/04/2019 3/05/2019 3/06/2019 3/07/2019 3/08/2019 3/09/2019 3/10/2019 3/11/2019 3/12/2019
Co
nce
ntr
ació
n B
Ce
y O
Ce
(µg/
m3 )
Co
nce
ntr
ació
n P
M2
.5 (
µg/
m3 )
Fecha de monitoreo
CONCENTRACIÓN PM2.5 LOW-VOL ref (µg/m3) CONCENTRACIÓN12:00 - 12:00 BCe (µg/m3)
CONCENTRACIÓN12:00 - 12:00 OCe (µg/m3)
COMPARACIÓN BC ESTACIÓN DE TRÁFICO MDE-PJIC Y ESTACIÓN HABITACIONAL MDE-BEME
COMPARACIÓN BC ESTACIÓN SUBURBANA INDUSTRIAL GIR -ESTACIÓN HABITACIONAL
MDE-BEME
COMPARACIÓN BC ESTACIÓN DE FONDO RURAL -ESTACIÓN HABITACIONAL MDE-BEME
Concentración BC (μg/m³] OC (μg/m³] Estación Politécnico Zona Poblado-Junio 15 – Julio 04. 2016
PM 2.5
28 (μg/m³)
Concentración BC (μg/m³] OC (μg/m³] – Zona Laureles Universidad UPB. Medellín, Antioquia, Colombia. 7 al 26 de
agosto 2016
PM 2.5
26 (μg/m³)
Concentración BC (μg/m³] OC (μg/m³] – Zona de Fondo, Marinilla, Antioquia, Colombia.23 de noviembre al 12 de
diciembre 2016
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
nov-23
nov-24
nov-25
nov-26
nov-27
nov-28
nov-29
nov-30
dic-01
dic-02
dic-03
dic-04
dic-05
dic-06
dic-07
dic-08
dic-09
dic-10
dic-11
dic-12
(2016)
[OC]
[BC]
[µg/m³]
PM 2.5
11 (μg/m³)
CONCLUSIONES
❑ El carbono negro es importante en la fracción respirable del AMVA, con cerca
del 40 % de su composición
❑ La fracción mas abundante es la fracción elemental procedente de los
vehículos
❑ Se hace necesario fortalecer los sistemas de mitigación y control del BC por
sus efectos cancerígenos
❑ Se requiere intercambiar resultados y fortalecer capacidades para seguir
trabajando para alcanzar cada sus propios objetivos, normas, reglamentos y
políticas de mitigación de este tipo de contaminantes atmosféricos.
❑ Continuar la evaluación como indicador de calidad del aire el contenido de
BC en el PM.5
CONCLUSIONES
❑ Correlacionar las estrategias de mitigación de cambio climático en cuanto al
CO2 y BC
❑ Enfocar el cálculo de la huella de carbono también hacia la reducción de BC
por procesos de eficiencia Energética
❑ Se requiere fortalecer los inventarios de BC en las regiones urbanas.
BIBLIOGRAFÍA
ÁREA METROPOLITANA DEL VALLE DE ABURRÁ. (2009). Conocimientos Metropolitanos. Medellín: Universidad Nacional.
ÁREA METROPOLITANA DEL VALLE DE ABURRÁ, UPB (2014). Seminario de gases de efecto Invernadero. Medellín, marzo 21 de2014.
C2ES. CENTER OF CLIMATE AND ENERGY SOLUTIONS –What´s the Black Carbon. Apr. USA, 2010.
DOERNER, M. (1984). el carbono negro. Harcourt: Notes on the Techniques of the Old Masters.
GELENCSÉR., A. y. (2006). Black Carbon o Carbono negro. Atmospheric Chemical, 6, 3131-3148.
GOMEZ, M. (2011). Proceedings 101 Annual Meeting And Exhibition Of The Air And Waste Management Association AWMA. Study ofstationary combustion source fine particulate matter (PM2.5) emissions and chemical compositions and their relationships tooperation conditions. Orlando: AWMA USA.
IDEAM. Protocolo para la vigilancia y seguimiento del modulo aire del sistema de información ambiental,, septiembre 20 de 2005.
MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO TERRITORIAL DE COLOMBIA. Protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire. Bogotá, 2007.
Ministerio de Vivienda, Ambiente y desarrollo Territorial. Resolución 610-2010.
NACIONES UNIDAS. (2011). Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. Estados Unidos.
NTC-ISO/IEC 17025, Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración, noviembre 8 de 2005.
UNIVERSIDD NACIONAL DE COLOMBIA, Universidad de Medellín y otros. Metodología de rediseño de rutas de transporte público colectivo complementarias al sistema integrado de transporte en el Valle de Aburrá, Medellín., octubre 2010.
DISMINUCIÓN CARBONO
NEGRO (BLACK
CARBON)DISMINUCIÓN
CALENTAMIENTO GLOBAL
