¿ES EL GAS UN COMBUSTIBLE VIABLE PARA REDUCIR CONTAMINANTES ATMOSFERICOS? Guadalupe ZEPEDA1, Apolonio JUAREZ, M arco A. HERRERA2, Ericka MARROQUIN1 Laboratorio de Ciencias Aplicadas, Universidad Autónoma de Puebla, 1Facultad de Ingeniería Química (colegio de Ingeniería Ambiental), 2Posgrado Regional de Ciencias Ambientales. [email protected] Palabras clave: Contaminantes atmosféricos, combustibles fósiles, óxidos de nitrógeno RESUMEN La industria automotriz ha buscado obtener mayores eficiencias en los motores de combustión interna, así como reducir las emisiones de gases contaminantes. En las últimas décadas se están usando combustibles y dispositivos que tienden a disminuir la producción de contaminantes atmosféricos como CO, NOx, O3 y SO2, entre otros. Dentro de estos combustibles se encuentran el gas natural y el gas LP. El beneficio ambiental del uso de gas en motores, sería la reducción de emisiones a la atmósfera de CO, SO2 y partículas. Sin embargo, diversos estudios reportan que el 90% de las emisiones de óxidos de nitrógeno son producidos por el consumo de combustibles fósiles, entre los que se encuentran el gas natural y LP. Aproximadamente la mitad de las emisiones de óxidos de nitrógeno proviene de fuentes fijas y la otra mitad proviene de fuentes móviles tales como los automotores. En zonas de gran aglomeración de tránsito, los automotores llegan a producir hasta el 60 % del total de óxidos de nitrógeno. Por lo anterior, en este trabajo estudiamos la relación que hay entre el incremento del uso de gas como combustible en los automotores que circulan en la ciudad de Puebla y el incremento en las concentraciones de NO2 en la misma ciudad. Adicionalmente discutimos las consecuencias que tiene esta relación sobre otros contaminantes atmosféricos. Concluimos que el uso de gas natural y gas LP como combustibles alternativos para automotores, podría disminuir algunos de los contaminantes atmosféricos, pero podría propiciar el incremento de otros. 1 INTRODUCCIÓN En los últimos años el problema de la contaminación atmosférica ha tomado gran relevancia. Una de sus consecuencias es el cambio climático global, producto del incremento del efecto invernadero (Gay C. 2000). Este incremento tiene que ver con el consumo y producción de combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón). Los gases de efecto invernadero, generados por la actividad industrial, se concentran en la atmósfera donde quedan atrapados generando también un incremento de la temperatura de la Tierra. Algunas medidas que se están adoptando para mitigar la contaminación atmosférica, consisten en promover el uso de combustibles que disminuyan contaminantes de criterio como CO (monóxido de carbono), NOx (óxidos de nitrógeno), O3 (ozono) y SO2 (dióxido de azufre) y gases de efecto invernadero. Dentro de estos combustibles se encuentra el gas natural y el gas LP en los automotores (CONAE). Según estudios realizados, las principales emisiones a la atmósfera en la década de los sesentas eran SO2 y partículas, producidos por la inadecuada combustión de combustibles (UNAM). Este problema se incrementó con el crecimiento de la población y sus diversas necesidades. Aproximadamente 40 países alrededor del mundo tienen transitando vehículos a gas natural o gas LP. Por ejemplo Argentina, Italia, Rusia, entre otros, con 401 000, 290 000 y 205 000 respectivamente en vehículos convertidos a gas natural (CONAE). Esto se debe a diversas ventajas que desde el punto de vista económico tiene el uso del gas, así como a una percepción de que este combustible constituye una fuente de energía más limpia. La combustión del gas natural prácticamente no genera emisiones de bióxido de azufre, contaminante que causa la lluvia ácida. Se cree que la manera en la que el gas natural puede contribuir significativamente al mejoramiento de la calidad del aire es en el transporte. Por ejemplo, estudios reportados por la CONAE (Comisión Nacional para el Ahorro de Energía), mencionan que los vehículos que funcionan con gas natural pueden reducir las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos reactivos hasta en un 90 por ciento (CONAE). En México tanto el gas natural como el gas LP se están utilizando cada vez más en la industria y en el transporte. Desde 1995 se comenzaron a promover programas para la reconversión de vehículos de gasolina a gas (CONAE). El uso del gas podría representar una alternativa para el mejoramiento de la calidad del aire principalmente en zonas metropolitanas. Así se ha asumido y se ha actuado en consecuencia. Tal es el caso de la Zona Metropolitana del Valle de Puebla (ZMVP), donde la contaminación atmosférica provocada por automotores se incrementa durante los congestionamientos viales en horas pico (REMA). Otro factor muy importante que agrava el comportamiento de los contaminantes en la atmósfera es la altura, la ZMVP está a 2 100 metros en promedio sobre el nivel del mar, una altura similar a la de la Ciudad de México. A esta altura, el menor contenido de oxígeno en el aire reduce en una tercera parte la eficiencia de los motores de combustión (CONAE). 2 El gas natural se obtiene directamente del subsuelo. Está formado principalmente por metano (CH4), llegando a alcanzar concentraciones de 90 a 95% (EDUC). La estructura molecular del metano hace que sea más ligero que el aire. El metano o gas natural puede utilizarse de dos formas, comprimido o licuado (líquido). Por otra parte el gas LP se obtiene como subproducto de la refinación del crudo. El gas LP está constituido principalmente de C3H8 (propano) y C4H10 (butano) (sus concentraciones pueden ser de 90% y de 6% respectivamente, el resto lo compone propileno y butileno como residuos) (SMADF). En la ZMVP se utiliza para el auto transporte público mayoritariamente el gas LP. Algunos vehículos ligeros del servicio público funcionan con base en motores Bi-fuel (gas/gasolina o Diesel), esto hace que el vehículo opere satisfactoriamente cuando el gas natural no esta disponible. Los vehículos de servicio pesado funcionan con motores Dual-fuel. La conversión del motor a Dual-fuel aplica en motores a Diesel. También se le conoce como pilot inyection debido a que el Diesel inicia la combustión, consumiendo al mismo tiempo gas y Diesel. Cuando un vehículo se transforma a gas ya sea natural o LP requiere para su funcionamiento mayor consumo de combustible, reduciendo la potencia del automotor de un 10% a un 15 % en el caso de gas natural, y de un 10% a 20% cuando se emplea gas LP. Como consecuencia de este proceso, se incrementa la temperatura del motor durante la combustión, propiciando la formación de contaminantes como los NOx (CONAE). RESULTADOS En la ZMVP más del 90% de los óxidos de nitrógeno son producidos por el consumo de combustibles. Aproximadamente la mitad de NOX proviene de fuentes fijas y el resto de fuentes móviles tales como: motores de automóviles y camiones (Wark K y Warner C.1998), (REMA). Con base en datos proporcionados por la Red Estatal de Monitoreo Atmosférico del Estado de Puebla (REMA), determinamos las concentraciones promedio del contaminante NO2 (dióxido de nitrógeno) en los últimos años. La REMA cuenta con cuatro estaciones de monitoreo ubicadas al norte, sur, este y centro de la ZMVP. En la gráfica 1 mostramos la variación promedio anual del NO2 en el periodo 2000-2005 en concentraciones de ppm (partes por millón). Se tomó como referencia al NO2 por su peligrosidad para la salud humana y porque su principal fuente de emisión son los escapes de automotores Por otra parte, como el comportamiento de las concentraciones de los contaminantes atmosféricos depende de las condiciones meteorológicas (en este caso NO2), en la gráfica 2 se muestra como influyen estas condiciones meteorológicas en las concentraciones de este contaminante 3 CONCENTRACION PROMEDIO DE DIOXIDO DE NITRÓGENO 2000-2005, ZMVP 0.025 0.02 PPM 0.015 0.01 0.005 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Gráfica1. Concentración promedio anual de dióxido de nitrógeno de 2000 a 2005 (REMA). DIOXIDO DE NITROGENO (ESTACIONAL) CONCENTRACION EN PPM 0.03 0.025 0.02 Frío Calor 0.015 Lluvia 1 0.01 Lluvia 2 0.005 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 AÑO Gráfica 2. Concentración promedio estacional de NO2 de 2000 a 2005 (REMA). Con fines comparativos, dividimos el año en cuatro temporadas climáticas escogidas de la siguiente forma: frío (de diciembre a febrero), calor (de marzo a mayo), lluvia 1 (de junio a agosto), lluvia 2 (de octubre a noviembre). En la gráfica 3 mostramos el aumento que ha tenido el parque vehicular en la ZMVP, entre 2003 y 2005 4 CRECIMIENTO DEL PARQUE VEHICULAR ZMVP 390000 380000 370000 UNIDADES 360000 350000 340000 330000 320000 310000 300000 290000 280000 Unidades 2003 2004 2005 315631 333078 377647 AÑO Gráfica 3. Incremento del parque vehicular en la ZMVP de 2003-2005 (REMA) En la gráfica 4 mostramos el aumento en el número de automotores que funcionan con base en gas. en los últimos 6 años en la ZMVP. VEHICULOS QUE TRANSITAN EN LA ZM VP CON COM BUSTIBLE GAS 7000 No. UNIDADES 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 AÑO Gráfica 4. Vehículos automotores que ocupan gas como combustible en la ZMVP, de 2000 a 2005 (REMA) 5 A partir de la gráfica 4, podemos concluir que en los últimos años se ha incrementado el uso del gas como combustible para los automotores en la ZMVP. En el año 2000 había 3920 unidades a gas, mientras que en el 2005 esta cantidad llegó a 5757. DISCUSION Y CONCLUSIONES A pesar de que en los últimos años se han tomado medidas institucionales (verificación vehicular y reformulación de las gasolinas, entre otras), para reducir las concentraciones de gases contaminantes en la ZMVP, se puede indicar que estas medidas han funcionado sólo parcialmente, ya que algunos contaminantes atmosféricos han incrementado sus concentraciones en la ZMVP. Tal es el caso del NO2, contaminante precursor del ozono. La gráfica 1 muestra el incremento en las concentraciones de NO2 entre los años 2000-2005, de acuerdo con datos obtenidos por las cuatro estaciones de la REMA. Aunque se aprecia un descenso en los años 2003-2005, que puede ser explicados con base en las fuertes lluvias que cayeron sobre la ZMVP en la temporada respectiva, la tendencia neta es un incremento en las concentraciones del contaminantes en el periodo señalado. En la gráfica 2 se muestran las tendencias para cada una de las cuatro temporadas escogidas en este trabajo. Sobresale por su tendencia a la baja la temporada que llamamos lluvia 2 para el año 2005 (meses de septiembre, octubre y noviembre). Esta disminución notable en las concentraciones se puede explicar al considerar las constantes lluvias provocadas por los huracanes que ocurrieron en ese periodo. También el periodo que llamamos lluvia 1 (junio, julio y agosto), se caracteriza por una concentración menor del contaminante NO2, comparado con otros periodos. Como se puede observar de la gráfica 2, los niveles más altos en las concentraciones del dióxido de nitrógeno, corresponden a las temporadas que llamamos de calor y de frío. Específicamente, la temporada de frío es la que presenta los niveles más altos de concentración de NO2 comparándola con las demás temporadas Para explicar la tendencia neta en el aumento de las concentraciones promedio anuales reportados para NO2, podemos acudir a la gráfica 3, donde se muestra un incremento sostenido en el parque vehicular en la ZMVP. Específicamente en el año 2005, hubo un incremento en 62 016 unidades respecto al año 2003. También se podría considerar, de acuerdo con lo que planteamos en este trabajo, que estos aumentos en las concentraciones del NO2, podrían estar relacionados con el incremento en el número de vehículos que funcionan con base en gas, ya que según diversos estudios, el proceso de combustión del gas LP y natural, incrementa los niveles de NOx (CONAE). Adicionalmente y de acuerdo a información proveniente de los establecimientos que realizan la sustitución de dispositivos de gasolina a gas, muchas veces, en este proceso, se desconectan los convertidores catalíticos de tres vías, que serían los que se encargan de eliminar los NOx. 6 Para concluir se puede decir que el gas natural es una de las principales fuentes de generación de electricidad en el mundo. Adicionalmente cada vez se alienta más su uso en el sector del auto transporte, en la industria y millones de personas lo usan en sus hogares, tanto para cocinar como para calefacción. En casi todo el mundo tiende a ser un combustible predilecto, en gran parte por la percepción de que emite niveles relativamente bajos de contaminantes y por su, hasta ahora, menor precio comparado con los precios del petróleo (BBC). Se asume que el uso del gas como combustible alterno al petróleo, podría contribuir a disminuir la concentración de algunos contaminantes atmosféricos, pero, de acuerdo a los resultados presentados en este trabajo, también podría propiciar el incremento de contaminantes como el NO2, que a su vez es precursor en la producción de ozono. Mención especial merecen las emisiones de metano como consecuencia del uso del gas natural. El metano es un gas de efecto invernadero que favorece el incremento de la temperatura global del planeta. Recordemos que el incremento del efecto invernadero en nuestro planeta favorece el cambio climático global y que este cambio es considerado como una amenaza global para la vida en el planeta. Por esta razón algunos países europeos se han manifestado en contra del uso del gas natural como combustible, tanto por su ineficiencia energética como por la contaminación que produce (CP). Para finalizar, si tomamos en cuenta que el uso gas LP eleva las concentraciones de NOx en la atmósfera hasta en un 63%, siendo este precursor del ozono (O3) y que el gas natural no es del todo un combustible limpio ya que su uso incrementa, entre otros, las concentraciones de gases de invernadero, entonces podremos concluir que el uso del gas como alternativa para disminuir la contaminación atmosférica, no es del todo viable. AGRADECIMIENTOS G. ZEPEDA agradece a la vicerrectoría de docencia de la UAP, el apoyo brindado para la elaboración de este trabajo REFERENCIAS Gay C. (2000). México: una visión hacia el siglo XXI. El cambio climático en México. Wark K, Warner C. F. (1998) Contaminación del aire.Editorial Limusa CONAE, 2006 http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/Alternos#gaslp: ficha técnica UNAM http://www.tuobra.unam.mx/publicadas/030115172514.html: antecedentes de la contaminación atmosférica 7 EDUC http://tq.educ.ar/tq03028/html/gn.htm: composición del gas natural. SMADF,2006 http://www.sma.df.gob.mx/sma/modules.php?name=News&file=article&sid=156 : composición del gas LP BBC, 2006 http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/science/newsid_4965000/4965354.stm: Lo que cuesta producir gas y su uso. CP http://www.concienciaplanetaria.org/gnl003.htm: Gas natural, contaminante, ineficiente, innecesario. 8