¿es el gas natural un combustible viable para reducir contaminantes

¿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.
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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
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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
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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)
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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.
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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
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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.
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