La lluvia ácida

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