IMPORTANCIA DE LA ELIMINACIÓN DE OZONO TROPOSFÉRICO CONTAMINANTE

IMPORTANCIA DE LA ELIMINACIÓN DE OZONO TROPOSFÉRICO CONTAMINANTE

5. INGENIERIAS

(1) Barrera Gámez, Jesús Gabriel, Pérez Aguilar, Nancy Verónica*

(1) Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Químicas, Boulevard Venustiano Carranza y José Cárdenas Valdez, 25280, Saltillo, Coahuila, México.

*nancyperez@uadec.edu.mx

Resumen

El objetivo de esta investigación es identificar los principales efectos del ozono en la atmósfera terrestre, desde su ciclo de formación y eliminación natural, hasta los riesgos altamente perjudiciales asociados a la presencia de este gas en la tropósfera, tanto para la salud humana, el medio ambiente y las condiciones climáticas del planeta, cuando su concentración excede los límites establecidos en las normas. Además, se presenta cómo funciona la fotocatálisis heterogénea, una de las tecnologías más utilizadas actualmente para eliminar o disminuir la concentración del agente precursor más importante del ozono. Con la eliminación de este gas se busca prevenir enfermedades asociadas a las exposiciones de altas concentraciones, como lo son las infección, irritación e inflamación del sistema respiratorio, asma, bronquitis y fibrosis pulmonar.

Palabras clave: Ozono troposférico, Contaminación, Óxido de nitrógeno, Efectos en la salud, Fotocatálisis heterogénea.

Introducción

La Ley de Hidrocarburos establece como órgano regulador a la Comisión Nacional de Hidrocarburos, creada a finales de 2008, como la institución para gestionar las actividades de exploración y extracción de hidrocarburos en el país, contando con autonomía y jurisdicción necesaria para la toma de decisiones (Ley de Hidrocarburos, 2014). Esta misma ley tiene como finalidad regular la exploración y extracción de los recursos de manera eficiente y apelando a la explotación positiva del recurso. Otra de las leyes investigadas es la NOM-020-SSA1-2014 que establece los valores límites permisibles de concentración de ozono (O3) en el aire para la protección de la salud humana. Esta Norma establece un límite máximo permisible de 0.070 ppm la concentración ambiental de O3, para proteger la salud de la población más susceptible.

Los hidrocarburos son compuestos de origen orgánico que constituyen la fuente energética más importante tanto industrial como en la vida diaria; su aprovechamiento es uno de los negocios más rentables en el área industrial y petroquímica, sin embargo, su explotación debe estar enmarcada en la legalidad para evitar el uso desmedido del recurso. México cuenta con un marco normativo adecuado que se deriva de las leyes mencionadas previamente.

Uno de los principales contaminantes que se producen de manera indirecta a partir de la combustión de hidrocarburos es el ozono. Este gas está presente en diferentes niveles en la atmósfera, se identifican principalmente el ozono en la estratósfera donde juega un papel fundamental. La estratósfera protege al planeta de la radiación solar ultravioleta tipo B, que es biológicamente nociva y perjudicial para el medio ambiente y la salud humana, ya que puede interferir en la capacidad fotosintética y el crecimiento de diversos tipos de flora, así como producir cáncer de piel tanto en personas como en animales (Sánchez Vega, 2016). También se ha encontrado al ozono en la tropósfera, una capa que abarca desde el nivel del suelo hasta una altura de 10 km, a esta altura, el ozono representa riesgos para la salud de los seres vivos. El ozono en la tropósfera puede originarse por alguna de las siguientes fuentes: (1) por la transferencia de moléculas de la estratósfera; (2) como resultado de la reacción fotoquímica de óxidos de nitrógeno de formación natural: (3) a partir de la intervención de compuestos orgánicos volátiles derivados de actividades humanas. En esta investigación se presenta una revisión de los problemas asociados a la presencia de ozono en la tropósfera, los compuestos que lo originan y las reacciones químicas que lo producen, los riesgos a la salud de la población expuesta al ozono, así como la principal tecnología disponible para mitigar este contaminante atmosférico.

Metodología

Para identificar los aspectos legales relacionados con la contaminación de la tropósfera por ozono, se consultaron las leyes y normas vigentes en México y en otras partes del mundo. En cuanto a las causas históricas y los efectos en la salud de la población y en el ambiente, se realizó una búsqueda de literatura especializada, principalmente artículos y revistas enfocadas en la investigación de la contaminación del ozono troposférico. Finalmente se hizo una búsqueda especializada en artículos científicos para identificar las tecnologías de eliminación de NOx, uno de los principales gases en la formación de ozono en la tropósfera, encontrando que la tecnología más importante es la fotocatálisis heterogénea.

Resultados y Discusión

El O3 es gas presente en la atmósfera que ocurre de manera natural por un ciclo continuo que ocurre por reacciones fotoquímicas con algunos compuestos gaseosos que se emiten por la combustión de hidrocarburos. El problema que se detectó fue que el ozono en el aire al nivel de la tropósfera supera los límites establecidos en las leyes y normas vigentes en México.  Esto es causado por las actividades humanas de industria y transporte, al igual que las emisiones de hidrocarburos. El ozono es considerado un contaminante secundario porque no se emite directamente a la atmósfera, si no que se forma a partir de ciertos precursores, por ejemplo, compuestos orgánicos volátiles no metálicos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y en menor medida metano, los cuales tienen su origen en los procesos de combustión. Para el caso de ozono generado a partir de NOx, se ha documentado el ciclo fotoquímico que ocurre cuando la luz solar descompone el dióxido de nitrógeno (NO2) en monóxido de nitrógeno (NO) y oxígeno atómico (O); este último se une con el oxígeno del aire (O2) para formar el ozono. Este ciclo natural se cierra cuando el O3 reacciona con el NO y forma de nuevo NO2 y O2 (EPA, 1999).

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A falta de otra reacción secundaria, la descomposición del NO2 se conserva en equilibrio con la formación de O3 troposférico solo por el efecto de la luz solar. En fase estacionaria, en el que el O3 se produce y desaparece pronto debido a sus bajas concentraciones, sus efectos sobre la salud y el medio ambiente no llegan a ser nocivos (EPA, 1999).

Los vehículos motorizados contribuyen aproximadamente con 50% de los óxidos de nitrógeno que son emitidos. Las calderas de las plantas termoeléctricas producen alrededor del 40% de las emisiones de óxido de nitrógeno provenientes de fuentes estacionarias (EPA, 1999). Otras fuentes son originadas por calderas industriales, incineradores, turbinas de gas, motores de Diesel y de encendido por chispa, fábricas de hierro y acero, manufactura de cemento, vidrio y ácido nítrico, y refinerías de petróleo (Velázquez de Castro, 2003).

Las concentraciones de ozono emitidas a lo largo del tiempo hasta la actualidad presentan una serie de problemas concatenados. El primero es las repercusiones en la salud, ya que varios grupos poblacionales son más sensibles a estos cambios y tendrán consecuencias más graves. La segunda es el efecto en la vegetación, esto no solo afecta a nivel ambiental, sino también económico, ya que la perdida de cosechas por el exceso de ozono es una realidad. Por último, y el más grave de todos a mi consideración, el efecto invernadero que ha impulsado el calentamiento global considerablemente.  

La importancia de la eliminación del Ozono y de sus agentes formadores radica en los daños del contaminante a la salud de las personas, ya que es un irritante respiratorio, debido a su capacidad de disolución, entra en las vías respiratorias e irrita los tejidos pulmonares. A altas concentraciones, sumado a largas exposiciones temporales pueden causar graves efectos en la salud: disminución de la función pulmonar, agravamientos asmáticos, falta de aliento, dolor de pecho en respiraciones profundas, respiración silbante y tos (Delgado Saborit, 2005).

En algunos países la población está expuesta a elevados niveles de ozono en el aire, por lo que se registrado un importante incremento en la mortalidad, ingresos hospitalarios y visitas a las salas de urgencias debido a problemas respiratorios. La exposición reiterada de las personas les hace más propensas a infecciones respiratorias e inflamaciones pulmonares, así como puede agravar enfermedades preexistentes como el asma, bronquitis o fibrosis pulmonar (Delgado Saborit, 2005). En concentraciones superiores a los 200 µg/m3 se pueden observar síntomas como: irritación de los ojos y vías respiratorias provocando tos, irritación de garganta y/o una sensación incómoda en el pecho, dolor de cabeza y respiración dificultosa.

Hay que tener en cuenta otros elementos sustanciales a la hora de establecer las consecuencias sobre la salud, tales como el tiempo de exposición, el volumen de aire inhalado o el tipo de sujeto que se trate. Los efectos varían según la sensibilidad de cada persona y de la concentración de ozono en la atmósfera, pero hay tres secciones de la población que son específicamente sensibles: niños, adultos que realizan actividades físicas amplias en el exterior y personas con enfermedades respiratorias (asma, bronquitis crónica). Hablando en términos de mortalidad, existe una relación dependiente de la concentración de ozono, cuyos efectos son directamente proporcionales al aumento de concentración. No parece haber un umbral límite de mortalidad, sin embargo, se establece el LOAEL (Lowest observed adverse effect level (nivel más bajo de efectos adversos observados)) en 40 µg/m3, el porcentaje de incremento de visitas a salas de urgencias por causas respiratorias es del 8.6% al 14.2% por 20 µg/m3 en un promedio de 5 h.

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