Biocombustibles y calidad del aire NÉSTOR Y. ROJAS Grupo Calidad del Aire Universidad Nacional de...

Biocombustibles y calidad del aire

NÉSTOR Y. ROJASGrupo Calidad del Aire

Universidad Nacional de Colombia – Bogotá D.C.Tel. 3165000 Ext. 14304

nyrojasr@unal.edu.co

Contaminantes del aire y la atmósfera

Escala local/regional:• Interés: Salud y bienestar

de la población– Regulados

• PM10• Ozono (O3)• Óxidos de nitrógeno (NOx)• Óxidos de azufre (SOx)• Hidrocarburos (HC) o VOCs• Monóxido de carbono (CO)

– No regulados• Hidrocarburos aromáticos

policíclicos (PAHs)• Benceno, Tolueno, Xileno

Escala global:• Interés: equilibrio de

ecosistemas– Calentamiento global por

gases de efecto invernadero• CO2• Metano• CFCs• Otros

– Destrucción de la capa de ozono

• CFCs• HCFCs• Otros

– Lluvia ácida– Otros

Principales contaminantes del aire en Bogotá

• Material particulado– Mayor número de excedencias de la norma.– Concentraciones especialmente altas en

Puente Aranda, Kennedy, Fontibón

• Ozono– Segundo en número de excedencias de la

norma.

Material Particulado

• Material particulado:– Aumento de mortalidad por todas las causas.– Aumento de morbilidad por enfermedades

respiratorias y cardio vasculares.– Reducción de la capacidad pulmonar.– Irritación e inflamación de células alveolares, , sin

importar su composición química.

• Ozono:– Irritación de vías respiratorias y mucosas.

PartículasPrimarias dehollín~30 nmC8H

ModaAitken

ModaAcumulación

Partículasgruesas

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Particle Diameter ( m)

Sedimentación

Precipitaciónhúmeda

Polvo resuspendido+

Emisiones+

Aerosol marino+

Erupciones de Volcanes+

Partículas de plantasCoagulación

Núcleos de condensación

Aglomerados

Droplets

CoagulaciónPartículasPrimarias

de combustión

Condensación y formación de núcleos

Vapores calientesGases de baja volatilidad

Reacciones químicas en fase gaseosa

Coagu-lación

ModaNucleación

Activación

Condensación

Emisiones de material particulado por diversas fuentes

• Vehículos pesados: 99% de las emisiones de PM10 (Uniandes, 2004)

• Atribuible a combustible diesel de baja calidad, tecnologías viejas, conducción agresiva

Emisiones de la Flota Vehicular Bogotana (Behrentz, 2006)

El aporte de Transmilenio al inventario de emisiones de PM10 es de menos del 2%

Km/dia CO VOC NOX PM10

Vehiculos particulares 20,000,000 950 70 40 0.15

Motos 2,000,000 85 45 1

Taxi 12,000,000 270 25 20 0.3

Bus 4,000,000 690 40 60 3.5

Camion 1,500,000 490 30 30 2

Total 40,000,000 2500 200 150 6

Emisiones (toneladas/dia)

Bickel, 2005

¿Qué emisiones deberían reducir los biocombustibles?

• Etanol– CO– HC– NOx

– CO2 neto• Crecimiento de la caña

de azúcar.• Energía utilizada para

producir etanol.• Rendimiento del

combustible en el motor.

• Biodiesel– Material particulado– NOx

– CO2 neto• Crecimiento de la

palma.• Energía utilizada para

producir biodiesel.• Rendimiento del

biodiesel en el motor.

Reducción de emisiones de material particulado en motores diesel

• Usar combustible diesel de muy bajo azufre.

• Usar mezclas de biodiesel con diesel.– Reducción del contenido

de azufre.– Reducción potencial de

emisiones.– Algunos problemas de

lubricación y depósitos.

• Convertir a CNG.• Convertir a híbrido.• Usar celdas de

combustible / hidrógeno.Rojas, 2007

Etanol en la gasolina

(Niven, 2005)

¿El uso de etanol reduce las emisiones de contaminantes?

• Reduce emisiones de:– HC y CO (en algunos

casos pueden incrementarse).

– Benceno, tolueno y xileno.

– Material particulado.

• Pero…

www.club4x4distoyota.com/noticia9.htm

¿El uso de etanol reduce las emisiones de contaminantes?

• Aumenta emisiones evaporativas (en 20% a 80%) debido a alta RVP.

* Difíciles de transformar en el convertidor catalítico.

• Aumenta emisiones de:– Acetaldehído* (en 100% a 700%), probable cancerígeno y

precursor de PAN, irritante respiratorio y altamente tóxico.– Etanol*– NOx, Formaldehído, Acroleína, Metanol.

www.helsinki.fi/research/news/2006/week47.html

¿El uso de etanol reduce las emisiones de contaminantes?

• Las mayores reducciones se dan para vehículos viejos y de alta emisión.

• En todo caso, tiene más impacto sobre las emisiones sacar a los vehículos viejos que introducir etanol en la gasolina.

www.carrosyclasicos.com/nuke/categoria.php?cid=13

¿El uso de etanol reduce las emisiones de gases de efecto

invernadero?• Menor contenido energético,

aumenta consumo de combustible.

• Ciclo de vida completo para E10 produce reducciones marginales (1% - 5%) en emisiones de CO2.

• El valor energético del etanol podría ser negativo (energía para producir es mayor que la energía que produce).

http://www.briefblog.com.mx/files/ad_wwf_calentamiento_global.jpg

Niven, 2005

¿Es sostenible la producción de etanol?

• Requiere, en el momento, de subsidios.

• Necesita áreas muy extensas para cultivos, amenazando biodiversidad.

• Utiliza fertilizantes que pueden tener alto impacto sobre el suelo.

• El impacto que no ha sido tomado en cuenta parece sobrepasar la marginal ganancia ambiental.

Biodiesel en diesel

Información suministrada por International Fuel Quality Center, comunicación personal con Dr. Paulo César Narváez, Universidad Nacional de Colombia

PRUEBAS, PROYECTOS PILOTO O ESTUDIOS EN CAMINO

MEZCLAS DE BIODIESEL EN DESARROLLOMEZCLAS DE BIODIESEL IMPLEMENTADAS

Visión global del uso de biodiesel, 2005

Tomado de U. S. Enviromental Protection Agency, A Comprehensive Analysis of Biodiesel

impacts on Exhaust Emissions, October 2002.

Emisiones de combustión de biodiesel

CAMBIO PROMEDIO EN LAS EMISIONES DEL BIODIESEL (EPA)

EMISIONES

Reguladas B100 B20

Hidrocarburos totales -67% -20%Monóxido de carbono -48% -12%Material particulado -47% -12%NOx +10% +2%

No ReguladasSulfatos -100% -20%PAH (Hidrocarburos aromáticos policíclicos) -80% -13%nPAH (PAH nitrogenados) -90% -50%Hidrocarburos que afectan la capa de ozono -50% -10%

Tomado de U. S. Enviromental Protection Agency, A Comprehensive Analysis of Biodiesel impacts on Exhaust Emissions, October 2002.

Emisiones de combustión de biodiesel

Alton R. The potential of using vegetable oil fuels as fuel for diesel engines. Energy Convers. Manage. 2001;42:529–38, citado por Agarwal, Progress in Energy and Combustion Science 33 (2007) 233–271.

Agarwal, Progress in Energy and Combustion Science 33 (2007) 233–271.

Emisiones de combustión de biodiesel

• Ganancia ambiental marginal con B5 (2008).

• Reducción en emisiones de material particulado. No significativa estadísticamente (Baldassarri, 2001).

• Reducción en potencial mutagénico de las partículas emitidas.

http://www.drgdiaz.com/eco/salud/certificadogases3.jpg

Aceite de palma

• Crudo– Potencia similar a la del diesel, tanto crudo

como mezclas en diversas proporciones (Sapaun et al., 1996).

– Reducción en eficiencia de combustión y aumento en CO a baja carga (EI-Awad et al., 2004).

Aceite de palma

• Refinado– Reducción en opacidad de humo al usar mezclas

hasta del 20% (Acevedo et al., 2006).– Aumento del 15% en consumo específico de

combustible y desgaste en los anillos de compresión. Emisiones similares al diesel (Prateepchaikul and Apichato, 2003).

– Reducción en emisiones de HAPs y eficiencia óptima con B15 en motores para plantas generadoras. Aumento en consumo con la proporción de biodiesel en la mezcla (Yuan-Chung Lin, 2006).

Oportunidades

• Sustitución del 30% del ACPM requeriría 270.000 nuevas Ha = 70.000 nuevos empleos directos.

• Ahorro en subsidios del ACPM.Pero:• Aumento de precio aceite de palma: de

400 U$/Ton a 800 U$/Ton desde 2006.• Se plantean subsidios y exenciones para

el biodiesel.

Otros factores: agricultura

• Uso intensivo de fertilizantes

• Uso intensivo del suelo en monocultivos

• Cambio en el uso del suelo

• Pérdida de bosque nativo

• Tenencia de tierras

• Contaminación de agua

Otros factores: energía

• Producir diésel de petróleo requiere menos energía que la conversión de aceites en biodiésel (Frondel, 2007): 52 kWh/Ton, sin incluir la extracción el aceite y purificación de glicerina.

• Consumo de energía fósil en la producción de biodiésel podría ser mayor que la contenida en él (Pimentel y Patzek, 2% más).

• En contraste, NREL* reporta que la energía contenida en biodiésel es 3.2 veces la energía fósil consumida en el proceso.

* National Renewable Energy Laboratory (NREL): http://www.nrel.gov/

Biocombustibles y calidad del aire

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