Héctor Jorquera González - Introducción a la contaminación atmosférica

El libro se plantea como objetivo primordial servir como introducción a los distintos problemas que se presentan en el marco del análisis cuantitativo de ellos: epidemiología, meteorología, química atmosférica, ingeniería de procesos, análisis económico, etcétera. La metodología analítica implica que hay ecuaciones y cálculos numéricos que aprender a manejar, para lo cual se incluyen ejemplos, problemas propuestos y resueltos, y bibliografía en cada capítulo, de modo de apoyar el autoaprendizaje. La mayoría de los problemas han sido probados en el curso respectivo que se dicta en la Escuela de Ingeniería desde el año 2000, y varios de ellos incluyen datos reales tomados de la realidad nacional o extranjera.

El texto se ha beneficiado enormemente con sugerencias y aportes de numerosas personas; entre ellos, los profesores Gregory Carmichael (CGRER, U. of Iowa, EE.UU.), Velisa Vesovic (Imperial College, Londres), Daniel Jacob (Harvard University, quien generosamente cedió figuras de sus propios apuntes de clases), y los memoristas de ingeniería que he supervisado en los últimos años, con quienes hemos aprendido juntos a través del tiempo. También ha habido una retroalimentación con los comentarios de los alumnos que han tomado el curso, quienes a menudo se las ingenian para proponer soluciones alternativas a los problemas que les planteamos.

El tema del curso es muy amplio, por lo que hemos dejado de lado algunos temas, tales como la contaminación intramuros y los problemas de carácter regional como transporte de contaminantes entre cuencas, lluvia ácida e impactos en ecosistemas. En algunos capítulos se ha hecho un tratamiento más exhaustivo que en otros, lo cual es prerrogativa del autor. Confiamos en que los lectores podrán profundizar por su propia cuenta en otros temas relacionados después de haber hecho el ejercicio de cubrir el texto, resolviendo problemas cuantitativos.

Agradezco en forma especial a Marcia Álamos, Daniela Stocker y Soraya Ruiz, por su paciencia en revisar y editar las numerosas figuras incluidas en el texto. También al apoyo de Fondedoc para el desarrollo de este libro. Finalmente, agradezco a mi familia, por el apoyo incondicional que me han brindado a lo largo de estos años.

HÉCTOR JORQUERA GONZÁLEZ

Capítulo 1

La cadena causal:

de emisor a receptor

LA CADENA CAUSAL: DE EMISOR A RECEPTOR

En este capítulo se presenta una metodología para analizar el problema de la contaminación atmosférica, mediante un enfoque de análisis secuencial de impactos que se puede resumir en la siguiente figura.

FIGURA 1.1

Esquema del método de análisis: cadena causal de la contaminación

En este esquema se puede apreciar que el problema de la mala calidad del aire en una cierta zona (urbana, industrial, rural) se debe al incremento excesivo en las emisiones de contaminantes, las que llevan a mayores concentraciones de contaminantes en la atmósfera. Esto a su vez ocasiona varios efectos negativos, que se pueden clasificar, dependiendo del receptor afectado, en:

• Efectos en la salud de la población

•Alteración en ecosistemas y agricultura

•Daños a materiales y patrimonio cultural

•Resultados estéticos (pérdida de visibilidad)

Estos efectos han sido ampliamente estudiados en la literatura especializada (Vedal, 1997; Wilson y Spengler, 1996; Ayres y otros, 2006; Pope y Dockery, 2006). De todas las consecuencias, sin duda las más importantes son los efectos en la salud de la población expuesta, por lo que nos concentraremos solo en ellos, especialmente en el caso del material particulado en suspensión.

Por otro lado, la Figura 1.1nos indica que para poder mejorar la calidad del aire la única solución viable es reducir las cantidades de contaminantes liberados a la atmósfera. Hacer esto tiene un costo, tanto para los privados (evaluaciones de impacto ambiental, implementación de procesos de reducción de emisiones, etc.) como para el sector público (monitoreo ambiental, fiscalización de emisores, generación de normativa ambiental, etc.).

Las intervenciones hechas por la sociedad pueden variar desde mejoras en la eficiencia energética, mejora de los combustibles, hasta estándares de emisión, normas de calidad, instrumentos económicos, etc., que se representan como retroalimentaciones que intentan reducir las emisiones.

Hasta qué punto es racional gastar en reducción de emisiones va a depender de los beneficios sociales aportados por la mejor calidad del aire conseguida. Históricamente, los errores que se han cometido han sido sobreestimar la capacidad de autodepuración de la atmósfera o de políticas de abatimiento de emisiones mal focalizadas (Elsom, 1996).

En este texto vamos a seguir el esquema analítico descrito en la Figura 1.1, y veremos cómo se analiza cada etapa de la secuencia, desde el cambio en emisiones de contaminantes, a los cambios en concentraciones ambientales, cambio en los efectos en salud, hasta la valoración económica (social) de dichos impactos a la salud, tal como se muestra en la Figura 1.1.

En los siguientes capítulos se desarrolla la metodología para cada etapa del método, partiendo con las emisiones y llegando hasta la evaluación de beneficios en salud pública asociados a medidas de mejoramiento de la calidad del aire. En este capítulo nos dedicaremos a revisar dos aspectos del problema: síntomas y causas.

1.1 Los síntomas del problema: calidad del aire

Las primeras preguntas que uno puede hacerse al analizar una situación dada de calidad del aire son:

a)¿Existe realmente un problema de calidad del aire?

b)¿La calidad del aire está mejorando o empeorando?

Para hacer esto se emplea el monitoreo ambiental de los contaminantes más abundantes que se encuentran en la atmósfera y se recurre a utilizar instrumental especializado para medir los impactos a la calidad del aire en la zona de estudio, los que se comparan con estándares de calidad del aire, para diagnosticar la magnitud del problema y su evolución en el tiempo.

Los contaminantes que se miden en forma rutinaria son los que más daño causan a la salud de las personas ( Capítulo 2), y normalmente son los que más abundan en zonas urbanas o industriales. A continuación se describen los contaminantes regulados en todo el mundo.

a)Material particulado respirable total (MP 10): se trata de partículas sólidas suspendidas en el aire, de tamaño aerodinámico 1menor a 10 μm, emitidas por el uso de combustibles fósiles (transporte, industria, comercio y residencia), por el procesamiento de grandes volúmenes de materiales sólidos en la minería, construcción y agricultura, y por la industria de manufactura en general. Pueden penetrar en las vías respiratorias sin mayor resistencia.

b)Se ha encontrado que la fracción fina del MP 10(MP 2.5) está asociado a daños severos a la salud de las personas, como incrementos en mortalidad prematura, bronquitis crónica, etc. (ver capítulo 2); esta fracción más pequeña en tamaño puede penetrar hasta nivel alveolar en los pulmones. Debido a esto es que esa fracción fina se ha incluido en la lista de contaminantes regulados, en forma adicional al caso del MP 10.

c)Monóxido de carbono (CO): es un gas incoloro e inodoro generado en procesos de combustión incompleta, principalmente asociado a los vehículos propulsados a gasolina.