Pese a su desarrollo tecnológico, los vehículos diésel livianos y medianos siguen emitiendo preocupantes niveles de partículas finas y otros contaminantes
Terminar con la mala calidad del aire en Santiago se ha convertido en un problema de nunca acabar. Más aún después del decepcionante balance 2007.Pero como la esperanza es lo último que se pierde, en esta nota damos a conocer un interesante estudio que puede contribuir a que el flagelo de la contaminación atmosférica en la capital de Chile comience su retirada definitiva.
Para empezar, cabe señalar que en el análisis de este tema se deben tener en cuenta tres aspectos importantes: las fuentes emisoras de contaminantes, que pueden ser naturales y/o antropogénicas; la presencia de elementos químicos, físicos y/o biológicos emitidos directamente desde sus fuentes y aquéllos que luego de este proceso han experimentado alguna transformación en la atmósfera.
Todos ellos, en su conjunto, determinan la “calidad del aire” y también las acciones que se emprendan para mejorarlo.Existen a la fecha innumerables trabajos científicos de investigadores nacionales y extranjeros, así como informes entregados por las autoridades ambientales respectivas, que han establecido desde hace muchos años que la atmósfera de la Región Metropolitana (RM) no tiene la calidad adecuada. En todos los casos se identifica a las fuentes móviles como causantes importantes del deterioro del aire, en especial por la presencia de material particulado.Diversos estudios epidemiológicos demuestran que existe una relación entre exposición a material particulado atmosférico (o partículas) y la mortalidad y morbilidad humanas. Sin embargo, las causas biológicas que producen efectos adversos en la salud por exposición a material particulado fino (MP 2,5) no están claras. Se desconoce qué característica física (masa, tamaño, forma o área superficial) o química (presencia de metales de transición, de radicales libres o de hidrocarburos aromáticos policíclicos asociados a las partículas, o la combinación de ellas) produce los efectos negativos observados.
Importancia del Tamaño
Algunos autores sostienen que la toxicidad de la partícula aumenta en la medida que su tamaño disminuye, aún cuando sea “intrínsecamente” no nociva, pudiendo provocar reacciones adversas en el pulmón.Partículas menores a 0,05 µm son más dañinas por poseer, en conjunto, mayor área superficial y permitir una interacción mayor entre la partícula y las células del epitelio pulmonar. Su tamaño, entonces, es un factor crítico para la salud, pues determina cuáles penetrarán en las vías respiratorias, cuáles serán eliminadas en su tránsito y cuáles llegarán hasta los alvéolos e interactuarán con las células epiteliales pulmonares, facilitándose su paso hacia el medio interno.A nivel internacional, los inventarios de emisiones señalan a los vehículos como grandes generadores de material particulado fino en ambientes urbanos, aunque pocos de ellos se han enfocado específicamente en las partículas más finas (menores de 1 µm).En la Región Metropolitana de Chile, los vehículos también tienen una importante participación en la emisión de partículas finas.
Por otra parte, se ha producido un elevado crecimiento anual del parque de vehículos livianos y medianos a diésel y gasolina, así como de pesados que usan diésel.El número de vehículos vendidos por año aumentó de 175.475 unidades en 1997 a 190.639 en 2006. Hace una década el porcentaje de vehículos diésel comercializados respecto al total fue de 8,3 %, mientras que en el año 2006 fue de 26,9 %.A nivel internacional, existe un amplio debate acerca de qué vehículos son mayores emisores de partículas, lo que al parecer dependería del modelo usado en la evaluación.Para algunos investigadores la diferencia es clara: el factor de emisión promedio para vehículos diésel es de 1 a 2 órdenes de magnitud mayor al de vehículos a gasolina.
Otras Propiedades
Los estándares de emisión y de calidad del aire actuales, con material particulado menor a 10 µm (MP 10) y menor a 2,5 µm (MP 2,5), se expresan como concentración en masa. Sin embargo, la masa de las partículas más finas, más tóxicas y más numerosas es insignificante en comparación con la masa total de las partículas, toda vez que una partícula más grande contribuye más a la masa que varias pequeñas. Por lo tanto, cuando se evalúa la toxicidad de las partículas se deben estudiar además otras propiedades, como la composición química, la concentración expresada en número de partículas, la distribución por tamaños, el área superficial y la forma. No obstante, no se puede aplicar un factor de conversión directo para establecer una correlación entre concentración en masa y número de partículas.
Debido a la preocupación creciente sobre los efectos negativos que las partículas más finas pueden tener en la salud, los estudios para caracterizarlas han aumentado, especialmente para determinar su distribución por tamaño, morfología y estructura cristalina. Investigaciones recientes han demostrado, además, la importancia de analizar las diferencias de comportamiento, posterior a la emisión, en el proceso de oxidación de diversos tipos de hollín, los cuales se asocian a las diversas microestructuras. Por ejemplo, los vehículos tipo (EURO IV) se caracterizan por contar con estructuras altamente desordenadas y que se oxidan más rápidamente que las muestras bien grafitizadas del hollín.Así, se requiere disponer de una gran base de datos que contemple los cambios en la tecnología y en las especificaciones de los combustibles para comprender el comportamiento de las partículas después de su emisión. Lo anterior puede llegar a ser cada vez más importante si el desarrollo de motores diésel modernos hace a la partícula de hollín más pequeña y más reactiva, pero también estructuralmente más susceptible al cambio y la pasivación (formación de una capa protectora en la superficie).Este estudio incluye información acerca de la caracterización de las partículas emitidas desde vehículos diésel livianos y medianos que operan actualmente en el país.
Detalles del Estudio
Los filtros analizados se seleccionaron durante el procedimiento de homologación de vehículos nuevos livianos y medianos que se realiza en el laboratorio del Centro de Certificación Vehicular (3CV) del Ministerio de Transportes, organismo oficial para la certificación de ingreso de un vehículo a comercializar en Chile. Este laboratorio posee un dinamómetro de chasis Clayton ECE-50, un sistema de ayuda al conductor y un sistema de dilución de gases a volumen constante. Los vehículos son sometidos a ensayos transientes de conducción, simulando las condiciones de uso normal en tránsito urbano.
El ensayo completo consiste en la ejecución de dos fases (o ciclos) de conducción simulada: el primero se caracteriza por la partida del motor en frío y el segundo por la partida del motor en caliente. Para cada fase o ciclo se obtiene un filtro primario y otro secundario.Para determinar la distribución por tamaño y número de partículas retenidas en los filtros se utilizó un contador de partículas Master Mastersizer X, cuyo software asume que las partículas son esféricas y de densidad unitaria. Se estudió un total de 10 vehículos diésel livianos y medianos, 6 de los cuales cumplen la norma EURO III y otros 4 no aprobaron la norma EPA 91. Los tamaños considerados se encuentran en el rango 0,05µm - 64,92µm.Para el estudio morfológico de las partículas se utilizó un sistema de barrido (MEB) con una microsonda de energías dispersivas de rayos X (EDS) acoplada (JEOL modelo JSM-5900 LV/OXFORD) que permitió además el análisis semi-cuantitativo elemental.Para esta técnica, los filtros analizados pertenecen a dos vehículos medianos.
Los campos se eligieron aleatoriamente y se evaluaron con más detalle algunas de las partículas
más representativas, considerando su tamaño, forma y demás elementos morfológicos. Estas se analizaron con la microsonda electrónica mediante el método semicuantitativo ZAF de 4 repeticiones.En los numerosos estudios realizados para determinar en forma directa el número de partículas emitidas se han utilizado distintos instrumentos de medición, como un impactador de baja presión y un analizador eléctrico de aerosol. Estos equipos se basan en la hipótesis de que la partícula es esférica. Su tamaño se define en función del diámetro aerodinámico o mediante el diámetro móvil que se mide considerando el comportamiento aerodinámico de una partícula cargada eléctricamente. Pero como se ha demostrado en investigaciones previas, la mayoría de las partículas emitidas presenta una estructura en forma de racimo, que son agregados de partículas esféricas pequeñas. Por lo tanto, el diámetro equivalente determinado mediante estos equipos comerciales puede no representar las reales dimensiones de la partícula.
Morfología y Composición Química
La literatura indica la existencia de partículas que conforman tres tipos morfológicos dominantes: grandes agregados de partículas más pequeñas, en forma de racimos; cadenas de esferas; y partículas esféricas individuales.Los resultados obtenidos en el presente estudio coinciden con otros análisis realizados en vehículos diésel pesados que emitieron partículas de agregados en el rango de 0,01 µm a 0,040 µm y en un espectro de 0,060 µm a 1,70 µm.Un análisis básico en algunos puntos muestra la presencia, entre otros, de elementos como Carbono (C), Oxígeno (O), Fluor (F), Cobre (Cu), Zinc (Zn) y Bario (Ba). Los espectros obtenidos permitieron la determinación semi-cuantitativa de los elementos presentes en las partículas evaluadas. La tabla 1 da a conocer los rangos de porcentajes cuantificados para C, Zn y Ba.Con respecto a las partículas de hollín, los avances en la tecnología diésel están provocando la producción de partículas cada vez más pequeñas. En ese sentido, un punto importante será determinar si ellas son o no más reactivas y/o más susceptibles al cambio y la pasivación.Otro aspecto del estudio reveló la presencia de compuestos orgánicos lineales y de compuestos aromáticos policíclicos como fluoranteno, benzo(b) fluoranteno y benzo(k) fluoranteno.
Distribución por Tamaño
Existen grandes diferencias en el número de partículas emitidas por los diferentes vehículos, especialmente entre los aprobados bajo la norma EURO III y los rechazados por la norma EPA 91 (ambas normativas en concentración en masa). También se observó una fuerte diferencia en la cantidad de partículas emitidas por uno de los vehículos medianos. Los EURO III generan diferentes cantidades de partículas, a pesar de estar incluidos en la misma categoría y cumplir con la normativa. En todos los casos el mayor porcentaje de partículas tiene un diámetro inferior a 0,32 µm. Claramente el vehículo liviano de pasajeros de 2006 kg es el que emite el menor número de partículas, tanto en frío como en caliente, mientras que el de tipo comercial de 2015 kg es el caso contrario, aunque en frío emite algo menos
En los cuatro vehículos restantes hay algunas otras diferencias. En los livianos de pasajeros de 2001 kg y el comercial liviano de 2050 kg el número de partículas emitidas es mayor en caliente que en frío, pero el aumento es más
pronunciado en el primero de ellos.Los resultados revelan que la forma de las curvas que representan la distribución del número de partículas en función de su tamaño y diámetro medio, correspondiente al 50% de todas las partículas (rango de medición 0,05 µm-64,92 µm), son similares para todos los vehículos estudiados, aún cuando existen importantes diferencias en los números relativos de partículas emitidas. Esta cantidad varía con el estado del motor, frío o caliente, y depende de cada vehículo.
Por otra parte, en todos los casos estudiados, entre un 80% y un 90% del total de partículas tiene un diámetro menor a 0,5 µm.Cabe agregar que el número de vehículos diésel livianos y medianos ha tenido en los últimos 10 años un incremento notable y la tendencia indica que esa situación no se detendrá. Asimismo, la incorporación de adelantos tecnológicos en los motores diésel tiende a generar partículas cada vez más pequeñas. Esto, desde el punto de vista de la salud, puede significar un retroceso, aunque las últimas investigaciones en el área indican que la solución podría plantearse desde el punto de vista de la reactividad química post-emisión de las partículas.
Conclusiones
Como la legislación actual se basa en la concentración en masa (ejemplo: EURO III = 0,05 mg/km), todos los vehículos estudiados tienen una emisión en masa que cumple con la normativa, sin embargo emiten un número muy alto de partículas pequeñas con el consiguiente impacto negativo en la salud. La forma de la curva que representa la distribución por tamaño de partículas (estudiadas desde el filtro) y su diámetro medio, correspondiente al 50% de todas las partículas en el rango de medición, son similares para todos los vehículos estudiados, tanto en frío como en caliente.
En cambio, existen importantes diferencias en la cantidad de partículas emitidas desde los distintos vehículos. Además, no se observa que la emisión con el motor en frío sea mayor a la emisión con el motor en caliente, principio utilizado en la mayoría de los programas empleados para calcular el factor de emisión. El análisis químico muestra la emisión de elementos pesados como Zn y Ba, además de C y algunos otros elementos, así como también de algunas especies orgánicas con un efecto negativo sobre la salud.
Los resultados de este estudio alertan acerca de la necesidad de reconsiderar la normativa aplicada a los vehículos diésel livianos y medianos que siguen entrando al país cada vez en mayor número, así como también sobre la política de precios al diésel para vehículos de trabajo, lo que, a su vez, fomenta el ingreso de los vehículos diésel para uso particular.
Por Margarita Préndez, Alejandra Punta, José Sepúlveda y Pablo MedinaV Congreso Interamericano de la Calidad del Aire AIDIS
Fuente: Revista
InduAmbiente 
