domingo, 24 de marzo de 2013

¿ Biochar para mitigar el cambio climático ?

Se llama biocarbón (biochar) a un subproducto vegetal parecido al carbón vegetal. Se elabora a partir de desechos de madera o de algunos subproductos agrícolas como tallos de maíz o, incluso, estiércol. Sus defensores aseguran que usando este tipo de materia energética ayudaría a mitigar el cambio climático, se produciría energía de forma ecológica y se reduciría la deforestación.
 
Biocarbón para mitigar el cambio climáticoPara generar biocarbón hay que calentar la materia vegetal lentamente y sin oxígeno (el proceso se llama pirólisis). El biocarbón se puede usar cono fuente de energía y como fertilizante. Si usa de modo correcto, el biocarbón puede atrapar el carbono bajo tierra sin que el dióxido de carbono (CO2) acabe en la atmósfera, como ocurre si la planta muere y se descompone de modo natural.

El proceso de elaboración de biocarbón es sencillo. Es viable desarrollar un programa mundial para usar biocarbón, lo que atraparía miles de millones de toneladas de carbono al año, según un informe elaborado por científicos del GCEP (Global Climate and Energy Project) de la Universidad de Stanford, California.
El biocarbón debe tener una estabilidad alta para que el CO2 quede atrapado por tiempo indefinido y no contribuya al cambio climático. Dicha estabilidad también depende del tipo de materia prima que se use para elaborar el biocarbón.
 
 
Puede cambiar el pH de los suelos

Biocarbón para mitigar el cambio climáticoPor otra parte, cabe señalar que hay expertos que estudian la influencia potencial del biocarbón en la conservación de los suelos, la biodiversidad y la disponibilidad del agua, una influencia que puede ser negativa. Algunos estudios, en este sentido, señalan que puede haber efectos nocivos en la fertilidad de la tierra si la presencia de biocarbón en un suelo cambia el pH de los suelos.
Los investigadores del GCEP aseguran que los sistemas basados en el biocarbón pueden hacer posible una disminución neta del CO2 en la atmósfera, siempre que ese biocarbón sea fabricado a partir de las ciertas materias vegetales. En cambio, la producción de biocarbón basada en ecosistemas forestales puede dar lugar a un aumento neto de las emisiones de gases de efecto invernadero.


Contestación al biochar

Hay una fuerte oposición desde sectores ecologistas al uso del biochar, considerándolo un negocio. Aquí está un manifiesto de éstos grupos: "Biochar una nueva amenaza para los pueblos, la tierra y los ecosistemas".

Diversos autores también se oponen a su uso, "Biochar: carbón vegetal disfrazado de otro negocio tecnológico para enfrentar el cambio climático".



Y por si sirve para aclarar un poco las cosas, aquí tenéis un Proyecto fín de carrera. Licenciatura de Ciencias Ambientales (2011-2012): "Evaluación de efectos de varios tipos de biochar en suelo y planta".

sábado, 23 de marzo de 2013

Tasas de reciclado de residuos urbanos en Europa

Austria, Alemania y Bélgica son los países que reciclaron la mayor proporción de residuos urbanos en Europa en 2010. Si bien algunos países han logrado un rápido aumento de las tasas de reciclado, Europa sigue desperdiciando grandes cantidades de valiosos recursos enviándolos a los vertederos, y muchos países corren el riesgo de incumplir los objetivos de reciclado que exige la ley.


En total, en Europa se recicló el 35 % de los residuos urbanos en 2010, una mejora significativa respecto al 23 % registrado en 2001. Sin embargo, a muchos países les resultará extremadamente difícil alcanzar los objetivos impuestos por la UE de reciclar el 50 % de los residuos domésticos y similares para el año 2020. La información figura en un nuevo informe de la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA) que analiza la gestión de los residuos sólidos urbanos, que son principalmente residuos domésticos, en los 27 Estados miembros de la UE más Croacia, Islandia, Noruega, Suiza y Turquía.
Aunque cinco países ya han alcanzado el objetivo, la mayoría de los demás tendrán que realizar esfuerzos extraordinarios para conseguirlo en el plazo fijado. Por ejemplo, al parecer Bulgaria y Rumanía reciclan actualmente una pequeña parte de los residuos municipales, lo cual significa que para cumplir el objetivo establecido para el año 2020 deben aumentar las tasas de reciclado en más de 4 puntos porcentuales por año durante la presente década –algo que ningún país consiguió entre 2001 y 2010.
El Reino Unido aumentó el porcentaje de reciclado de residuos urbanos de un 12 % a un 39 % entre 2001 y 2010, mientras que Irlanda aumentó las tasas de reciclado de un 11 % a un 36 % durante el mismo período. Eslovenia, Polonia y Hungría también han mejorado notablemente las tasas de reciclado desde su adhesión a la UE.
Las tasas de reciclado más elevadas se registran en Austria, con una tasa del 63 %, seguida de Alemania (62 %), Bélgica (58 %), los Países Bajos (51 %) y Suiza (51 %). Junto con el informe principal, la AEMA ha publicado también informes nacionales de cada país.
 
El informe de la AEMA es especialmente relevante, dado que los residuos urbanos son responsabilidad sobre todo del sector público y la situación económica actual en muchos Estados miembros de la UE exige prestar más atención a la forma de alcanzar los objetivos de la política del modo más eficiente.
 

Otras conclusiones

  • Según el informe, Europa promueve efectivamente la "jerarquía de gestión de residuos", aunque no al ritmo que requiere la legislación. La cantidad de residuos enviados a los vertederos ha disminuido desde 2001, mientras que ha aumentado el volumen de residuos incinerados, convertidos en abono y reciclados.
  • El reciclado puede ayudar a reducir los gases de efecto invernadero y a ahorrar recursos valiosos gracias al uso de materiales reciclados en vez de materias primas. Desde la perspectiva del ciclo de vida, el cambio del tratamiento de los residuos urbanos entre 2001 y 2010 ha permitido reducir efectivamente las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de los residuos urbanos en un 56 %, es decir, 38 millones de toneladas equivalentes de CO2 en la UE, Noruega y Suiza, señala el informe.
  • Prevenir la generación de residuos en primera instancia es la máxima prioridad de la legislación europea en materia de residuos. Los residuos urbanos generados por cada ciudadano de la UE disminuyeron un 3,6 % entre 2001 y 2010. No obstante, una de las causas puede ser la crisis económica, ya que la generación de residuos per cápita se mantuvo bastante estable entre 2001 y 2007.
  • En promedio, los residuos urbanos producidos por un eslovaco aumentaron un 39 % entre 2001 y 2010, mientras que los noruegos y los croatas aumentaron el volumen anual de residuos urbanos un 30 % y un 25 %, respectivamente. En el otro extremo de la escala, varios países redujeron la cantidad de residuos generados; por ejemplo, Bulgaria (disminución del 18 %), Estonia (17 %), Eslovenia (12 %) y el Reino Unido (12 %).
  • Noruega, Irlanda y Polonia fueron los países que más redujeron el porcentaje de residuos urbanos enviados a los vertederos entre 2001 y 2010.
  • La mejora de las tasas de reciclado se debe principalmente a las tendencias seguidas en el reciclado de materiales, y hubo menos avances en el reciclado de residuos orgánicos.
  • Los países que redujeron con éxito el porcentaje de residuos enviados a los vertederos y aumentaron las tasas de reciclado utilizaron por lo general una serie de instrumentos nacionales y regionales. Entre ellos, la prohibición del vertido de residuos biodegradables o de residuos urbanos que no hayan sido tratados previamente, la recogida selectiva obligatoria de los residuos urbanos, instrumentos económicos como los impuestos sobre el vertido y la incineración y las tasas de recogida de residuos que incentivan el reciclado.
Gestión Residuos Urbanos

Antecedentes

La fracción reciclada incluye el material que se recicla (como vidrio, papel, metal y plásticos) así como materiales que se convierten en abono. El objetivo de reciclar el 50 % se aplica a los Estados miembros de la UE, Noruega e Islandia. Los países pueden elegir entre cuatro métodos de cálculo diferentes para informar sobre el cumplimiento de este objetivo. La AEMA ha elegido un método para su análisis, por lo que cabe señalar que otros métodos podrían dar lugar a resultados diferentes.
Además, conviene observar que en algunos países las tasas de reciclado reales pueden ser más elevadas de lo que indican los datos notificados, porque sus informes actuales no incluyen el reciclado de los residuos de envases de los hogares. Por otra parte, los países con niveles muy bajos de reciclado pueden solicitar una prórroga del plazo para alcanzar el objetivo.
El 4 de marzo de 2013, Eurostat publicó los datos sobre residuos urbanos de 2011, ofreciendo nuevas posibilidades de análisis. Eurostat emplea categorías que difieren ligeramente de las utilizadas por la AEMA, con lo que los datos no son directamente comparables.

viernes, 22 de marzo de 2013

El INA y el proyecto ESTEEM

El Instituto Universitario de Investigación de Nanociencia de Aragón (INA) de la Universidad de Zaragoza es el centro del consorcio de microscopía electrónica líder de Europa con mayor número de solicitudes por parte de la comunidad científica internacional para realizar sus experimentos.
 El Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA) del INA y sus dos microscopios Titán encabezan el ranking de peticiones de servicio recibidas hasta la fecha en este consorcio, en el que participan tres empresas y 14 universidades y centros de investigación de toda Europa. Este consorcio trabaja desde el año pasado en el proyecto ESTEEM 2, que proporciona libre acceso transnacional a los investigadores y empresas a los microscopios electrónicos más avanzados en la actualidad.
MicroscopioTitán
 
El grupo de trabajo para el desarrollo de la microscopía electrónica (ESTEEM) se creó con el ánimo de fomentar la investigación en sus áreas más avanzadas y facilitar el acceso a las infraestructuras relativas a este ámbito presentes en la Unión Europea. Así, científicos y empresarios pueden acceder a algunas de las técnicas más potentes de caracterización disponibles a escala nanométrica para el desarrollo de nuevos materiales. De este modo, se pretende asegurar que la falta de infraestructura no impida el desarrollo de nuevos experimentos.
La duración de los experimentos se extiende de 1 a 5 días y una de las principales novedades es el acceso transnacional que implica que los usuarios que lo soliciten deben proceder de otros países (pertenecientes a la Unión Europea o estados asociados), diferentes al que dispone de la infraestructura que se quiere utilizar.
 
Así, desde el inicio del proyecto en octubre de 2012, el LMA y sus dos microscopios Titán han recibido grupos de científicos procedentes de Francia (UM2 -Universidad Científico-Técnica de Montpellier e Instituto de Química y Materiales de París, entre otros), Reino Unido (Universidad de Birmingham), Suiza (Escuela Politécnica de Zurich), Austria (Universidad de Johannes Kepler) y Suecia (Universidad de Estocolmo).
Para acceder a algunas de las técnicas más potentes de caracterización disponibles a escala nanométrica, es preciso cumplimentar una solicitud, la cual es evaluada por reconocidos expertos en microscopía electrónica que tienen en cuenta, entre otras cosas, la calidad científica de la propuesta, la necesidad del uso de infraestructura avanzada, la viabilidad del experimento, la posibilidad de aplicación e interés industrial y otras cuestiones como la seguridad y el impacto medioambiental.
Los microscopios Titán (microscopios electrónicos de transmisión de ultra alta resolución) llegaron a la capital aragonesa en el año 2009 y desde el inicio despertaron el interés de la comunidad científica internacional. Fueron los primeros equipos con corrección de aberración esférica instalados en España, y en todo el arco mediterráneo, situando a Aragón en la vanguardia de la investigación en nanociencia y proporcionando un nivel de excelencia en el ámbito internacional.

jueves, 21 de marzo de 2013

La computación cuántica, cada vez más cerca

Un análisis retrospectivo de la última década, publicado en la revista Science, repasa los avances más significativos en la disciplina llamada a revolucionar la informática.



Un prototipo de procesador cuántico, desarrollado en la Universidad de Santa Bárbara (EE.UU.), capaz de descomponer en factores el número 15.

Un estudio que analiza los avances realizados en computación cuántica a lo largo de la última década ha concluido que cada vez está más cerca de convertirse en una tecnología de uso común.
La computación cuántica es una tecnología, hasta hace poco exclusivamente teórica, que pretende dotar de nuevas capacidades a los dispositivos informáticos. Mientras que para la computación clásica la unidad básica de información es el bit (que puede tomar como valores el 0 y el 1), en la computación cuántica pasa a ser el qubit -bit cuántico- (que puede ser 0, 1 o ambos a la vez).
Esta característica permitiría realizar operaciones lógicas -las acciones más fundamentales que realizan los ordenadores- imposibles para la computación clásica.
Se cree que la computación cuántica permitirá realizar cálculos matemáticos extremadamente pesados a velocidades impensables para los equipos informáticos actuales.
 
 
Uno de los campos en los que la computación cuántica representaría un cambio más sustancial es el de la criptografía. La fortaleza de los sistemas de cifrado de datos actuales se basa en la dificultad de la computación clásica para 'descomponer en factores'. Es decir, para encontrar los números primos de cuya multiplicación se obtiene dicha cifra. Mientras que un ordenador convencional tardaría miles de millones de años en descomponer un número de 500 o 600 dígitos, un computador cuántico podría, teóricamente, hacer la misma operación en pocos minutos.
 
Según el artículo retrospectivo publicado en la revista Science, uno de los principales avances de la última década ha sido la capacidad de controlar los qubits a temperatura ambiente. Hasta hace poco tiempo eran necesarias temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 ºC) para manejar qubits.
El informe también destaca las tecnologías que han permitido estabilizar los bits cuánticos durante varios segundos. Otro cambio importante al que apunta el estudio es a la aplicación de estas tecnologías para desarrollar sensores en vez de computadores.

miércoles, 20 de marzo de 2013

Deposición de nanopartículas metálicas y óxidos metálicos en materiales porosos utilizando CO2 supercrítico

El Laboratorio de Equilibrio de Fases y Fluidos Supercríticos de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Complutense ha desarrollado una tecnología para depositar nanopartículas de metales y óxidos metálicos sobre soportes porosos o planos con estructuras complejas utilizando CO2 supercrítico.
La deposición de nanopartículas metálicas u óxidos metálicos sobre soportes porosos presenta mucho interés por el gran número de aplicaciones de estos materiales compuestos. Se utilizan en medicina (como agentes de contraste o en liberación de fármacos), como sensores, materiales para almacenamiento de H2, en mircoelectrónica, células de combustible, para reforzar fibras, en catálisis heterogénea, etc.
El soporte poroso permite estabilizar las nanopartículas inhibiendo su crecimiento y su agregación, a la vez que preserva las propiedades de las nanopartículas. Por otro lado, las nanopartículas depositadas en el soporte crean sitios activos en el material pudiendo provocar una sinergia que mejore las propiedades de los materiales porosos y las nanopartículas por separado.
Fig. 1: Esquema del método de deposición de materiales utilizando CO2 supercrítico.
 
 
 
Fig. 2: Reactor agitado de
alta presión.  
  


¿Cómo funciona?:

 
Cuando el CO2 se calienta por encima de 31°C a una presión superior a 7,4 MPa se convierte en fluido supercrítico. El CO2 supercrítico tiene densidades intermedias entre las de los líquidos y los gases, pero propiedades de transporte (difusividad, viscosidad) similares a las de los gases. Todas estas propiedades, junto a la baja tensión superficial del CO2 con superficies sólidas, permiten introducir precursores metálicos (metal – orgánicos) disueltos en él en el interior de materiales porosos. Además, las propiedades del CO2 pueden modularse con pequeños cambios de presión o temperatura, lo que permite cambiar las propiedades del material final.
Un esquema del procedimiento utilizado se muestra en la figura 1. El precursor metálico disuelto en CO2 supercrítico impregna el soporte y luego es descompuesto química o térmicamente. La descomposición puede llevarse a cabo tras la despresurización o en condiciones supercríticas. Si la descomposición se realiza tras la despresurización se obtienen nanopartículas metálicas dispersas por el soporte de manera muy homogénea; si la reducción se realiza en condiciones supercríticas se obtienen partículas de mayor tamaño, nanohilos o películas continuas.
Con esta técnica ya se han preparado ópalos inversos de SiO2 y Pd-SiO2 en los que hay presentes macroporos resultantes del molde utilizado y mesoporos producidos en la reacción sol-gel en CO2 supercrítico. También se han depositado distintos metales como Pd, Ru, Ni y sus óxidos sobre sílice mesoporosa ordenada y carbones activos. Los experimentos se han realizado utilizando reactores agitados de alta presión (figura 2). En el caso de los materiales compuestos Pd/SiO2 se ha demostrado la elevada actividad catalítica de los mismos en reacciones de hidrogenación, tanto en agua como en CO2 supercrítico.
La caracterización estructural de los materiales obtenidos se lleva a cabo por rayos X (ángulo bajo y alto), análisis térmico (TGA, DTA), adsorción de N2, espectroscopia FTIR y UV-vis, microscopía electrónica (SEM y TEM), análisis de la composición por EDX e ICP-OES… También se realiza la caracterización funcional de los materiales.

Ventajas:

 
Utilizando CO2 supercrítico como disolvente y medio de reacción en la síntesis de materiales compuestos se pueden introducir precursores metálicos en el interior de los micro y mesoporos de distintos sustratos porosos de manera más eficiente que con los métodos convencionales (en medio líquido o en fase gas). Los materiales producidos son muy homogéneos a nivel microscópico y las nanopartículas presentan una forma y tamaño regular con una distribución estrecha de tamaños a la vez que están dispersas uniformemente en el material (figura 3). El proceso de impregnación del CO2 permite mantener íntegra la estructura del soporte.
El CO2 es considerado como un disolvente sostenible al tener parámetros críticos moderados, ser barato, inocuo, incombustible y poder ser reciclado. Además, el CO2 es un gas en condiciones atmosféricas que se elimina fácilmente del material por simple despresurización y no deja residuos.
Fig. 3: Nanopartículas y nanohilos de Pd depositados en el interior de los mesoporos de SiO2–SBA-15 utilizando CO2 supercrítico.

martes, 19 de marzo de 2013

Primera pila microbiana termoeléctrica

Investigadores del Instituto Cavanilles de la Universitat de València han diseñado una pila termoeléctrica que funciona con microorganismos (Microbial Thermoelectric Cell o MTC). Se trata de un dispositivo que transforma el calor metabólico que desprenden los microrganismos en una corriente eléctrica. La explicación del proceso ha siso publicada en la revista Plos One.
Investigadores de la UV crean la primera pila termoeléctrica microbianaLa nueva tecnología ha sido posible gracias al desarrollo a la investigación bioenergética llevada a cabo por el grupo de Biotecnología y Biología Sintética liderado por Manuel Porcar. El método que permite generar energía de forma limpia y renovable se basa en el llamado “efecto Seebeck” o “efecto termoeléctrico”.

El efecto Seebeck establece que una placa compuesta por dos metales diferentes en cada cara, al ser sometida a una diferencia de temperatura, genera una diferencia de potencial y, por tanto, electricidad.
Así, el sistema MTC es un dispositivo que conecta térmicamente un cultivo de levadura, donde están los microbios, a una placa termogeneradora. Ésta tiene un lado frío que está conectado a un radiador que disipa el calor. Cuando las levaduras crecen, producen calor, de modo que se crea un gradiente térmico y, por fin, también corriente eléctrica.
En las primeras pruebas, con volúmenes de cultivo mínimos, sólo se han generado unos pocos voltios. Pero los científicos trabajan en la mejora del rendimiento del proceso, probando cultivos microbianos exotérmicos y poniendo a punto sistemas preparados especialmente para la producción de electricidad. Lo importante, hasta ahora, es que el proceso funciona.
 
Logo o escudo
 
 
Se puede usar como refrigeración
 
La producción de electricidad gracias a microorganismos es un fenómeno conocido y usado. Hasta ahora se han usado en diversos experimentos las llamadas Microbial Fuel Cell (pilas de combustible microbiano), en las que se produce una transferencia de electrones de la materia orgánica a un ánodo. El MTC es diferente, ya que se vale de un efecto termoeléctrico y supone un hito en este tipo de energía limpia.
Este sistema puede tener diversas aplicaciones. Una de ellas, la generación energética impulsada por empresas biotecnológicas. También se podría usar en fermentaciones alcohólicas y en biorremediación y compostaje. Los investigadores destacan un uso muy especial: se puede producir electricidad regulando la temperatura de los cultivos, de modo que, al mismo tiempo, se pueda ahorrar energía al poder usarse como refrigeración.

lunes, 18 de marzo de 2013

Fumata blanca Fumata negra






Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Química alojado en el blog molesybits.
 
 






Antiguamente, para producir el color oscuro de la fumata se usaba brea o ‘negro de humo’ mientras se quemaban las papeletas en una estufa. Y para el color blanco se utilizaba paja, aunque hay versiones contradictorias sobre si estaba seca o húmeda.
 
Pero debido a varias ocasiones donde la fumata salió gris y confundió a los espectadores, los responsables del Vaticano decidieron pedir ayuda a la química y a la tecnología.
 
Fumata negra tras tercera votación del cónclave sin éxitoEl humo negro que ha salido este martes y en la mañana del miercoles del tejado de la Capilla Sixtina se produce con tres compuestos fumígenos: azufre, perclorato de potasio y antraceno. Es la mezcla con la que se han generado las dos fumatas negras del cónclave que se ha desarrollado esta semana en Roma.
 
El antraceno es, a temperatura ambiente, una sustancia incolora de naturaleza aromática, aunque al quemarse en condiciones con poco oxígeno genera también negro de humo.
 
En las fumatas negras se produce una combustión incompleta donde, aunque también se genera vapor de agua, aparece monóxido de carbono (CO) y negro de humo u hollín, un polvo muy fino que al ser arrastrado hace que el humo se vea negro. Se conoce como negro de humo al material que se produce cuando un combustible carbonado se quema con escasez de aire, de negro de humo está compuesto el típico ahumado que se produce en las lámparas de combustión cuando la llama tiene un tamaño excesivo y la afluencia de aire no es suficiente.
 
La combustión se considera incompleta cuando parte del combustible no reacciona completamente porque el oxígeno no es suficiente. Cuando una sustancia orgánica reacciona con el oxígeno de manera incompleta forma además de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros subproductos, como Carbono (C) y monóxido de carbono (CO). En altas concentraciones los resultados de la combustión pueden ser letales
 
Así, por ejemplo, el benceno arde fácilmente con llama amarillenta y fuliginosa (que humea), debido a la gran masa de carbono que queda sin quemar.

La ecuación que representa la combustión incompleta es:

C6H6 + O2 flecha CO2 + CO + H2O + C

Si en cambio, la reacción sería completa, se reemplazaría la ecuación anterior por:

C6H6 + O2 flecha CO2 + H2O
 
 
Para que se entienda mejor, vamos a ver el ensayo a la llama o de Beilstein: Se pone una pequeña cantidad de sustancia en una espátula de porcelana o de acero inoxidable y se mantiene directamente sobre la llama de un mechero Bunsen. Si el material es una sustancia orgánica arderá. Si el material es una sal que aparece como subproducto de una reacción, no arderá y puede desecharse sin más.
Cuando el material arde surge la pregunta: ¿Puede sacarse alguna conclusión de la observación de la llama?. La respuesta es un sí rotundo. Si el material arde limpiamente con una llama azul sin humo puede suponerse que la relación carbono/hidrógeno será generalmente baja, ya que probablemente la sustancia contiene oxígeno que activa la combustión de la misma. Cuanto menor sea la relación carbono/hidrógeno, más caliente y azulada será la llama. Si la relación carbono/hidrógeno está cercana a 1, como en el benceno, el compuesto arderá con una llama fuliginosa indicativa de combustión incompleta. Los compuestos aromáticos arden generalmente con una llama fuliginosa amarilla. Además, puede quedar ceniza o residuo. La presencia de ceniza es también característica de una combustión incompleta o de un elemento inorgánico.  
 
Así, por ejemplo:
 
el heptano CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 con C/H=0,44, arde con llama azul limpia
 
 
el benceno C6H6 con C/H=1,00 arde con llama amarilla fuliginosa
 
 
 
 
 
el antraceno C14H10 con C/H=1,4
 
 
 
 

 
Por su parte, el azufre es un agente ‘entrecruzante’ de la materia carbonosa, así que se usa porque ayuda a que la mezcla se queme peor. El azufre es un material con singulares propiedades. En determinadas circunstancias, forma cadenas de sus propios átomos. El carbono y el silicio pueden formar también esas cadenas.

El azufre al reaccionar con las moléculas orgánicas forma una red tridimensional entre los segmentos de la cadena formando enlaces C-C, C-S-C y C-Sx-C, a todo este proceso se le conoce como vulcanización, curado, entrecruzamiento o reticulación.
 
En general, los entrecruzantes que más se utilizan son los que se usan para generar enlaces cruzados, produciendo un polímero entrecruzado, termoestable a partir de un polímero inicialmente lineal o ramificado En este caso, las cadenas de polímero se unen químicamente una con otra en varios puntos a lo largo de su molécula. 
 
 El ejemplo clásico es el proceso de vulcanización del caucho, que hace uso de este fenómeno. A lo largo de la molécula del caucho, hay un número de sitios que son atractivos para los átomos de azufre. Son los llamados sitios de cura. En cada sitio de cura, un átomo de azufre se puede unir a sí mismo, y a partir de allí la cadena de átomos de azufre puede crecer hasta que alcance el sitio de cura de otra molécula. Estos puentes de azufre son usualmente de 2 a 10 átomos de largo, en contraste con los polímeros más comunes en los que la «columna vertebral» de carbonos puedes ser varios miles de veces de larga.
 
Proceso de vulcanización con azufre.
 
Y respecto al clorato y el perclorato, son muy parecidos: los dos son oxidantes, ayudan a que no se detenga la combustión y aportan oxígeno extra. En la fumata negra se utiliza una proporción baja de perclorato, lo suficiente para asegurarse que no se detenga la combustión y no se acabe antes de tiempo.
La diferencia consiste en que como un oxidante, el perclorato de potasio puede ser usado de manera segura en la presencia de azufre, mientras que el clorato de potasio no puede. La mayor reactividad del clorato es típica, ya que los percloratos son cinéticamente oxidantes más pobres. El clorato produce ácido clórico (HClO3), que es altamente inestable y puede llevar a una ignición prematura de la composición. En cambio, el ácido perclórico es bastante estable.
 
 
Para producir las fumatas blancas, se usa lactosa, clorato de potasio y colofonia. Esta última, conocida como ‘pez de Castilla’, es la resina ámbar de los pinos y otras coníferas.
La lactosa es un azúcar que se quema muy bien, y la colofonia, una resina, también arde de maravilla en exceso de oxígeno. En estas condiciones, la combustión completa de la materia orgánica da solo CO2 y vapor de agua, que es el que hace que el humo se vea blanco. Y así, Habemus Papam.

viernes, 15 de marzo de 2013

24 horas para prohibir los pesticidas letales

Varios estudios de primer nivel lo habían señalado y ahora la Unión Europea lo confirma: los pesticidas son un riesgo para las abejas. En concreto, unos pesticidas neurotóxicos relacionados con la nicotina llamados neonicotinoides, cuyo uso está muy extendido en los campos de cultivo de todo el mundo. Algunos países de Europa ya habían limitado su uso para no perjudicar a las abejas, pero el informe presentado esta mañana por la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA por sus siglas en inglés) señala el camino para que la Comisión Europea actúe de algún modo contra estos insecticidas.
 
Tanto en Europa como en muchos otros lugares la incidencia de estos plaguicidas en la salud de las abejas lleva ya mucho tiempo siendo un motivo de preocupación. Países como Francia, Alemania e Italia han restringido el uso de algunos de estos neonicotinoides porque consideraban que era una amenaza real para las colmenas. En concreto, la EFSA se ha centrado en tres productos (tiametoxam, imidacloprid y clotianidina), evaluando sus efectos en determinados puntos de contacto con las abejas, recomendando que se limite su uso en determinados cultivos, semillas y escenarios. Por ejemplo, la autoridad europea considera inaceptable el uso de estos pesticidas sobre cultivos donde el polen y el néctar sean atractivos para las abejas.
En marzo de 2012, la revista Science ofreció evidencias consistentes sobre los daños que estos pesticidas comunes podrían estar causando. Dos estudios, conducidos en Francia y el Reino Unido, relacionaban trazas de estos agentes pesticidas en néctar y polen de flores con la disminución del tamaño de las colmenas y una grave merma en la producción de reinas en colonias de abejas y abejorros. Tras la publicación de estos trabajos, la Comisión Europea reclamó a la EFSA que estudiara los resultados y ofreciera una evaluación sobre los riesgos de los neonicotinoides en cuanto a su impacto en la salud de las abejas para poder dictaminar en consecuencia. Aunque se esperaba para diciembre, el informe no ha estado listo hasta hoy.
 
Otro estudio, esta vez publicado en Nature, ofreció nuevas claves en octubre para entender cómo perjudican estos plaguicidas a las colonias de polinizadores. Los abejorros mueren el doble al exponerse a una combinación de pesticidas comunes como neonicotinoides y piretroides y ven mermada su capacidad para la recoleción de alimentos, según este trabajo de la Universidad de Londres. En muchos casos, las abejas intoxicadas mueren al regresar a la colmena, pero en otros muchos los insecticidas provocan que la abeja no sea siquiera capaz de volver al desorientarse.
 

Los insecticidas, una de las causas

Alrededor de un tercio de las abejas de una colonia sale al campo a por comida y se expone a estos plaguicidas, y su pérdida a veces daña mortalmente a las colmenas, muy estresadas por culpa de otros factores como el clima, las enfermedades y la escasez de alimento. El síndrome de despoblamiento de colmenas, que en España mata al 25%-30% de las abejas cada año, es un problema multifactorial, y no sería responsabilidad exclusiva de los pesticidas, ya que las sequías, la merma de superficie verde, las especies invasoras y los patógenos como la varroa y la nosema tienen su parte de culpa.
Es un grave problema, ya que en torno al 75%-85% de la producción de alimentos y de las especies de plantas dependen de la labor polinizadora de las abejas. Un trabajo gratuito que solo en España genera 3.000 millones de euros anuales en favor de la agricultura. De ahí que el Gobierno español haya lanzado un programa piloto de estudio del estado de las colonias que comenzó en otoño y que pondrá la lupa en 200 explotaciones apícolas de todo el país. Antes, la UE había destinado 3,3 millones de euros para que los países miembros afectados realizaran las investigaciones pertinentes.
 
Las empresas dedicadas a la producción de estos insecticidas, como Bayer y Syngenta, ya tenían preparadas sus respectivas notas de respuesta para el momento en que la EFSA hiciera público su informe. Estas compañías consideran una victoria que la EFSA no haya recomendado prohibir sus productos e insisten en los beneficios que sus plaguicidas proporcionan para la eficiente producción de alimentos. Ayer mismo se hacía público un cálculo que asegura que la prohibición de estos pesticidas en la UE provocaría pérdidas de 17.000 millones de euros y la desaparición de 50.000 puestos de trabajo por el daño causado a la agricultura.
En ambos casos, las compañías consideran que los principales responsables de la pérdida de abejas son las enfermedades que las atacan y aseguran que el uso correcto y mesurado de sus productos no es nocivo para las colmenas. Mientras Francia prohíbe su uso, Reino Unido asegura que no provocan daño, y en EEUU siguen estudiando la materia. Con el informe de EFSA en la mano, el futuro de los neonicotinoides está en manos de la Comisión Europea.
 
Más de 2,5 millones de personas firmamos la petición que abrió la puerta a la propuesta que se votará esta semana. Ahora ha llegado el momento de exigir a nuestros políticos que se pongan del lado de la ciencia y salven las abejas. Inundemos el correo del Ministro de Agricultura, ahoguemos el lobby pesticida y asegurémonos de que nuestro gobierno salva las abejas y nuestros alimentos. Envía un mensaje y comparte esta urgente campaña con tus amigos.
 

jueves, 14 de marzo de 2013

Impactos sobre la salud de la contaminación atmosférica

Fuente: ecodes

Los principales efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud van desde alteraciones de la función pulmonar, problemas cardíacos y otros síntomas y molestias hasta un aumento del número de defunciones, de ingresos hospitalarios y de visitas a urgencias, especialmente por causas respiratorias y cardiovasculares.
El efecto de la contaminación atmosférica mantiene una gradación tanto en la gravedad de sus consecuencias como en la población a riesgo afectada (Figura. 1). Así, a medida que los efectos son menos graves, el porcentaje de población afectada es mayor.
Representación de los diferentes efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud.
Figura 1. Representación de los diferentes efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud.
Los efectos de la exposición crónica superan en magnitud a los efectos agudos debidos a exposiciones en el corto plazo.
 
En los últimos años ha habido un importante avance en el conocimiento y comprensión de los efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud proporcionado por un gran número de trabajos científicos en todo el mundo. Estos estudios han puesto de manifiesto la importancia de la calidad del aire en la salud de la población y han permitido identificar los principales mecanismos de acción por los cuales la exposición a contaminación atmosférica causa daños en la salud.
A finales de los años 70 y durante la década siguiente, la mayoría de expertos pensaban que, con los niveles que se registraban en la mayoría de ciudades de los países más desarrollados, la contaminación atmosférica no representaba un peligro importante para la salud. Hoy en día, unos 30 años después, las principales agencias encargadas de la protección de la salud y del medio ambiente -como la OMS, la Agencia Europea de Medio Ambiente o la Agencia de Protección Ambiental de los EEUU (EPA)-, reconocen que la inhalación de contaminantes, especialmente de partículas finas, representa un aumento de riesgo de defunción prematura. Este cambio tan importante, comenzó con el análisis de los efectos agudos, o a corto plazo, de los incrementos de la contaminación atmosférica. Con el tiempo, y los resultados de estudios posteriores, se sabe que los efectos debidos a la exposición crónica (efectos a largo plazo), pueden ser considerablemente más importantes en términos de reducción de la esperanza de vida y morbilidad crónica.
 

EFECTOS SOBRE LA SALUD DE LAS FUENTES PRINCIPALES DE CONTAMINACIÓN Y LOS VALORES FIJADOS POR LAS DIRECTRICES DE LA OMS

Partículas en suspensión (PM)

Valores fijados en las Directrices
PM2.5: 10 µg/m3 de media anual - 25 µg/m3 de media en 24h
PM10: 20 µg/m3 de media anual - 50 µg/m3 de media en 24h
Las Directrices fijan por primera vez un valor de referencia para las partículas en suspensión (PM). El objetivo consiste en reducir al máximo las concentraciones. Como no se conoce un umbral de PM por debajo del cual desaparezcan los efectos nocivos para la salud, el valor recomendado debe representar un objetivo aceptable y alcanzable a fin de minimizar dichos efectos en función de las limitaciones, las capacidades y las prioridades locales en materia de salud pública.
Definición y fuentes principales
Las PM afectan a más personas que cualquier otro contaminante y sus principales componentes son los sulfatos, los nitratos, el amoníaco, el cloruro sódico, el carbón, el polvo de minerales y el agua. Las PM consisten en una compleja mezcla de partículas líquidas y sólidas de sustancias orgánicas e inorgánicas suspendidas en el aire. Las partículas se clasifican en función de su diámetro aerodinámico en PM10 (partículas con un diámetro aerodinámico inferior a 10 µm) y PM2.5 (diámetro aerodinámico inferior a 2,5 µm). Estas últimas suponen mayor peligro porque, al inhalarlas, pueden alcanzar las zonas periféricas de los bronquiolos y alterar el intercambio pulmonar de gases.
Efectos sobre la salud
Los efectos de las PM sobre la salud se producen a los niveles de exposición a los que está sometida actualmente la mayoría de la población urbana y rural de los países desarrollados y en desarrollo. La exposición crónica a las partículas aumenta el riesgo de enfermedades cardiovasculares y respiratorias, así como de cáncer de pulmón. En los países en desarrollo, la exposición a los contaminantes derivados de la combustión de combustibles sólidos en fuegos abiertos y cocinas tradicionales en espacios cerrados aumenta el riesgo de infección aguda en las vías respiratorias inferiores y la mortalidad por esta causa en los niños pequeños; la polución atmosférica en espacios interiores procedente de combustibles sólidos constituye también un importante factor de riesgo de enfermedad pulmonar obstructiva crónica y cáncer de pulmón entre los adultos. La mortalidad en ciudades con niveles elevados de contaminación supera entre un 15% y un 20% la registrada en ciudades más limpias. Incluso en la UE, la esperanza de vida promedio es 8,6 meses inferior debido a la exposición a las PM2.5 generadas por actividades humanas.

Dióxido de nitrógeno (NO2)

Valores fijados en las Directrices
40 µg/m3 de media anual - 200 µg/m3 de media en 1h
El valor actual de 40 µg/m3 (de media anual) fijado en las Directrices de la OMS para proteger a la población de los efectos nocivos para la salud del NO2 gaseoso no ha cambiado respecto al recomendado en las directrices anteriores.
Definición y fuentes principales
Como contaminante atmosférico, el NO2 puede correlacionarse con varias actividades:
  • Como contaminante atmosférico, el NO2 puede correlacionarse con varias actividades: En concentraciones de corta duración superiores a 200 mg/m3, es un gas tóxico que causa una importante inflamación de las vías respiratorias
  • Es la fuente principal de los aerosoles de nitrato, que constituyen una parte importante de las PM2.5 y, en presencia de luz ultravioleta, del ozono.
Las principales fuentes de emisiones antropogénicas de NO2 son los procesos de combustión (calefacción, generación de electricidad y motores de vehículos y barcos).
Efectos sobre la salud
Estudios epidemiológicos han revelado que los síntomas de bronquitis en niños asmáticos aumentan en relación con la exposición prolongada al La disminución del desarrollo de la función pulmonar también se asocia con las concentraciones de NO2 registradas (u observadas) actualmente en ciudades europeas y norteamericanas.

Dióxido de azufre (SO2)

Valores fijados en las Directrices
20 µg/m3 de media en 24h - 500 µg/m3 de media en 10 min
La concentración de SO2 en períodos promedio de 10 minutos no debería superar los 500 µg/m3. Los estudios indican que un porcentaje de las personas con asma experimenta cambios en la función pulmonar y síntomas respiratorios tras períodos de exposición al SO2 de tan sólo 10 minutos.
La revisión de la directriz referente a la concentración de SO2 en 24 horas, que ha descendido de 125 a 20 µg/m3, se basa en las siguientes consideraciones:
  • Los efectos nocivos sobre la salud están asociados a niveles de SO2 muy inferiores a los aceptados hasta ahora.
  • Se requiere mayor grado de protección.
  • Pese a las dudas que plantea todavía la causalidad de los efectos de bajas concentraciones de SO2, es probable que la reducción de las concentraciones disminuya la exposición a otros contaminantes.
Definición y fuentes principales
El SO2 es un gas incoloro con un olor penetrante que se genera con la combustión de fósiles (carbón y petróleo) y la fundición de menas que contienen azufre. La principal fuente antropogénica del SO2 es la combustión de fósiles que contienen azufre usados para la calefacción doméstica, la generación de electricidad y los vehículos a motor.
Efectos sobre la salud
SO2 puede afectar al sistema respiratorio y las funciones pulmonares, y causa irritación ocular. La inflamación del sistema respiratorio provoca tos, secreción mucosa y agravamiento del asma y la bronquitis crónica; asimismo, aumenta la propensión de las personas a contraer infecciones del sistema respiratorio. Los ingresos hospitalarios por cardiopatías y la mortalidad aumentan en los días en que los niveles de SO2 son más elevados. En combinación con el agua, el SO2 se convierte en ácido sulfúrico, que es el principal componente de la lluvia ácida que causa la deforestación.

Ozono (O3)

Valores fijados en las Directrices
100 µg/m3 de media en 8h
El límite (fijado previamente en 120 mg/m3 de media en 8h) ha descendido a 100 mg/m3 de media en 8h en base a la relación concluyente establecida recientemente entre el nivel de ozono y la mortalidad diaria en concentraciones inferiores a 120 mg/m3.

Definición y fuentes principales
El ozono a nivel del suelo -que no debe confundirse con la capa de ozono en la atmósfera superior- es uno de los principales componentes de la niebla tóxica. Éste se forma por la reacción con la luz solar (fotoquímica) de contaminantes como los óxidos de nitrógeno (NOx) procedentes de las emisiones de vehículos o la industria y los compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por los vehículos, los disolventes y la industria. Los niveles de ozono más elevados se registran durante los períodos de tiempo soleado.
Efectos sobre la salud
El exceso de ozono en el aire puede producir efectos adversos de consideración en la salud humana. Puede causar problemas respiratorios, provocar asma, reducir la función pulmonar y originar enfermedades pulmonares. Actualmente se trata de uno de los contaminantes atmosféricos que más preocupan en Europa. Diversos estudios europeos han revelado que la mortalidad diaria y mortalidad por cardiopatías aumentan un 0,3% y un 0,4% respectivamente con un aumento de 10 µg/m3 en la concentración de ozono.

miércoles, 13 de marzo de 2013

Las causas de la contaminación atmosférica y los contaminantes atmosféricos más importantes

Fuente: ecodes

La calidad del aire que nos rodea viene determinada principalmente por la distribución geográfica de las fuentes de emisión de contaminantes y las cantidades de contaminantes emitidas.
Los procesos físico-químicos que se producen en la atmósfera, la meteorología y la orografía condicionan enormemente los procesos de dispersión y transporte de estos contaminantes. Dentro de esta dinámica atmosférica, los aportes son producidos por emisiones primarias, bien desde fuentes naturales, lo que incluye los fenómenos naturales tales como erupciones volcánicas, actividades sísmicas, actividades geotérmicas o incendios, fuertes vientos, aerosoles marinos o resuspensión atmosférica o transporte de partículas naturales procedentes de regiones áridas o bien desde fuentes antropogénicas (derivadas de las actividades humanas).
 
 
Fuentes, tipos de contaminantes, procesos y efectos generales en contaminación atmosférica
 Figura 2. Fuentes, tipos de contaminantes, procesos y efectos generales en contaminación atmosférica.
 
Contaminantes primarios son: óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), aerosoles, hidrocarburos, halógenos y sus derivados (Cl2, HF, HCl, haluros), arsénico y sus derivados, ciertos componentes orgánicos, metales pesados (Pb, Hg, Cu, Zn,…) y partículas minerales (asbesto y amianto).
 
Por otra parte están los contaminantes secundarios, son los que se forman en la atmósfera mediante reacciones químicas de otros contaminantes que proceden en su mayor parte de fuentes antropogénicas: ozono (O3), sulfatos, nitratos, aldehídos, cetonas, ácidos, peróxido de hidrógeno (H2O2) y radicales libres.
Además de esta clasificación de contaminantes (atendiendo a su origen) y si nos fijamos en su estructura, encontramos que los contaminantes atmosféricos se subdividen en: partículas y gases. También se pueden agrupar en función de sus posibles efectos sobre la salud humana y el medio ambiente.
 

PARTÍCULAS

Son los contaminantes atmosféricos más complejos, ya que engloban un amplio espectro de sustancias, tanto sólidas como líquidas, procedentes de diversas fuentes, entre las que destacan las siguientes: polvo (producido por desintegración mecánica), humos (procedentes de combustiones), brumas (por condensación de vapor) y aerosoles (mezcla de partículas sólidas y/o líquidas suspendidas en un gas).
Aunque los elementos que integran las partículas varían según las fuentes locales, en general:
PM10 (partículas gruesas o de diámetro aerodinámico = 10 µm) suelen tener un importante componente de tipo natural, siendo contaminantes básicamente primarios que se generan por procesos mecánicos o de evaporación: minerales locales o transportados, aerosol marino, partículas biológicas (restos vegetales) y partículas primarias derivadas de procesos industriales o del tráfico (asfalto erosionado y restos de neumáticos y frenos generados por abrasión); de entre los pocos contaminantes secundarios que entran a formar parte de su estructura destacan los nitratos.
PM2.5 (partículas finas o de diámetro aerodinámico = 2,5 µm) su composición es más tóxica, ya que su principal origen es antropogénico, especialmente las emisiones de los vehículos diesel, estando fundamentalmente formadas por partículas secundarias: nitratos y sulfatos (originados por oxidación de NOx y SOx), aerosoles orgánicos secundarios, como el peroxiacetil nitrato (PAN) y los hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPA).
Por el contrario, son pocas las fuentes primarias de partículas finas, por ejemplo los procesos industriales de molienda y pulverización y los procesos rápidos de condensación de gases expulsados a altas temperaturas.
Por este motivo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) aconseja utilizar como indicadores de la calidad del aire las concentraciones de PM2,5 en vez de las de PM10.
Los niveles de partículas pueden verse influenciados en España por las condiciones atmosféricas, debido a la menor precipitación y acción eólica con respecto a otros países de la zona norte de Europa, y a los aportes de partículas procedentes del norte de África (polvo sahariano) en el caso de las PM10 y PM10-2,5.
Dado que en las PM2,5 la proporción de material mineral es sustancialmente menor, sus niveles no suelen verse afectados por las intrusiones de polvo sahariano. Mientras que las PM10 pueden permanecer en el aire durante minutos u horas, las partículas finas, debido a su menor tamaño y menor peso, si las condiciones meteorológicas son propicias, consiguen mantenerse suspendidas en el aire durante días o incluso semanas.
 

GASES

Un amplio abanico de sustancias, en forma gaseosa, de diversa naturaleza y con comportamientos y dinámicas químicas muy diferentes, constituyen los principales gases contaminantes atmosféricos.
Algunos se emiten de forma natural, además de por las actividades humanas. Mientras que unos son emitidos directamente a la atmósfera (contaminantes primarios), como los óxidos de azufre o de carbono, otros pueden surgir del fruto de reacciones químicas en la atmósfera, como algunos óxidos de nitrógeno, o la compleja generación del ozono, uno de los principales contaminantes atmosféricos secundarios y de mayor importancia en nuestro medio mediterráneo.

Compuestos de azufre

Asociados con el contenido en azufre de los combustibles fósiles, están por tanto relacionados con la combustión del gasóleo en los vehículos y producción de energía y carbón en las centrales térmicas, determinados procesos industriales y con las calefacciones domésticas. En la atmósfera urbana está representada una amplia gama de compuestos de azufre, pero desde un punto de vista práctico los más importantes son el dióxido de azufre gaseoso, el ácido sulfúrico y los sulfatos. Los cambios en tipos de combustibles en Europa Occidental han llevado a una disminución considerable de las emisiones de SO2 aunque aún se pueden dar altas concentraciones puntuales a nivel local asociadas a emisiones ocasionales.

Compuestos de nitrógeno

Su principal fuente de emisión no natural proviene de los combustibles fósiles utilizados para el transporte, calefacción y generación de energía. La mayoría de combustiones producen monóxido de nitrógeno (NO) que, por procesos de oxidación da lugar al dióxido de nitrógeno (NO2). Algunas veces la información que se suministra se refiere en términos de NOX, indicando una mezcla de óxidos de nitrógeno.

Óxidos de carbono

Fundamentalmente son el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2). Se liberan a la atmósfera como consecuencia de las combustiones incompletas (CO) y completas (CO2). La fuente principal del CO son los humos procedentes del escape de los vehículos a motor. Por otro lado, el CO2, es uno de los principales contaminantes responsables del efecto invernadero.

Compuestos orgánicos volátiles (COV)

Los COV son un grupo variado de compuestos presentes en la atmósfera que incluyen un amplio espectro de hidrocarburos como alcanos, alquenos, hidrocarburos aromáticos, cetonas, alcoholes, ésteres y algunos compuestos clorados. El benceno (C6H6) es un COV aromático que ha recibido mucha atención debido a su carcinogenicidad. El tolueno (C6H5CH3) es un COV que actúa como importante precursor del ozono. En algunas ocasiones el metano (CH4) se mide de forma independiente al resto de los COV y entonces se habla de los compuestos orgánicos volátiles no metánicos (COVNM).

Otros compuestos

Además de las sustancias anteriormente citadas, en la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan más raramente pero que pueden producir efectos negativos sobre determinadas zonas por ser su emisión a la atmósfera muy localizada. Entre otros, se encuentran como más significativos los siguientes: halógenos y sus derivados; arsénico y sus derivados; partículas de metales ligeros y pesados como el plomo, el mercurio, cobre y zinc; partículas de sustancias minerales como el amianto y los asbestos, así como sustancias radiactivas.
A título de ejemplo que aglutina cómo aparecen en la práctica estos contaminantes, en la tabla 1 se muestran los principales contaminantes primarios presentes en una atmósfera urbana, como es el caso de la ciudad de Madrid, las cantidades anuales que se emiten de cada contaminante y cuál es el sector que más contribuye a su emisión.
Como puede observarse es el tráfico rodado en principal causante de la contaminación en una atmósfera urbana, con una contribución superior al 75% en aquellos contaminantes que más preocupan en este tipo de atmósferas como son las partículas materiales (PM10 y PM2,5) y los óxidos de nitrógeno (NOx).
 
 

Emisiones anuales de los contaminantes primarios más importantes en la ciudad de Madrid en 2006.
Tabla 1. Emisiones anuales de los contaminantes primarios más importantes en la ciudad de Madrid en 2006.
 
LOS CONTAMINANTES SECUNDARIOS Y LA CONTAMINACIÓN FOTOQUÍMICA. EL OZONO TROPOSFÉRICO.
La contaminación fotoquímica se produce como consecuencia de la aparición en la atmósfera de sustancias denominadas oxidantes. Éstas se originan al reaccionar entre sí los óxidos de nitrógeno, los hidrocarburos y el oxígeno en presencia de la radiación ultravioleta de los rayos de sol. La formación de los oxidantes se ve favorecida en situaciones estacionarias de alta presión (anticiclones) asociados a una fuerte insolación y vientos débiles que dificultan la dispersión de contaminantes primarios.
El ozono (O3) es, desde el punto de vista toxicológico, el más importante de estos contaminantes. Dado que los contaminantes primarios procedentes de las emisiones de los automóviles reaccionan con él, puede encontrarse a concentraciones considerables incluso en zonas alejadas de las fuentes de emisión, y son, a menudo, más altos los niveles en los alrededores de las grandes ciudades que en el interior de las mismas.

El ozono troposférico. Su formación y difusión.

El ozono troposférico, denominado así porque se refiere al ozono existente en la baja atmósfera (0-20 km) denominada troposfera para distinguirlo del que existe en la alta atmósfera (20-40 km) o estratosfera, puede tener un origen natural o ser producto de las actividades humanas.

El tráfico rodado es el principal causante de la contaminación en una atmósfera urbana, con una contribución superior al 75% en aquellos contaminantes que más preocupan.
 
De forma natural, procede de las intrusiones del ozono presente en la estratosfera. También puede formarse a partir de las descargas eléctricas de las tormentas que alteran el oxígeno atmosférico o aparecer a partir de emisiones procedentes de actividades naturales como la vegetación (robledales), los volcanes y las fermentaciones.
Pero quizá la principal fuente del ozono troposférico sea la del origen antropogénico como contaminante secundario, es decir, no emitido directamente por ninguna fuente, sino producido a partir de otros contaminantes denominados precursores, en presencia de radiación solar.
A comienzos de la década de los 50 del siglo pasado fueron identificados los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COV), especialmente los hidrocarburos, como los dos precursores químicos clave en la formación del ozono troposférico.

Los niveles de ozono son, a menudo, más altos en los alrededores de las grandes ciudades que en el interior de las mismas.
 
Aunque el 66 % de los NOx tiene un origen natural (emisión de los suelos, fenómenos tormentosos, emisiones desde el mar, etc.) es evidente que en la atmósfera urbana los principales focos de emisión son de origen antrópico y se refieren a la combustión de materiales orgánicos tanto en fuentes estacionarias (calefacciones, procesos industriales y centrales térmicas) como en fuentes móviles (vehículos de gasolina y de gasoil).
Los COV, fundamentalmente constituidos por hidrocarburos, también pueden tener un origen natural y otro antrópico. En el primero destacan como emisores los robles y los sicomoros; también pueden emitirse COV desde los pantanos o desde el océano. Entre los emisores antropogénicos destacan las emisiones procedentes por la de descomposición térmica de compuestos orgánicos, fundamentalmente por la combustión incompleta de éstos.

Estas reacciones químicas del ozono tienen varias implicaciones que explican su comportamiento espacial y temporal:
  • en primer lugar la necesidad de luz solar hace que a escala temporal de un día el proceso se inicie a primera hora de la mañana, alcanzándose las máximas concentraciones de ozono en las primeras horas de la tarde comenzando a decaer a medida que disminuye la insolación.
  • Por otro lado en entornos urbanos contaminados el monóxido de nitrógeno (NO) recién emitido puede combinarse inmediatamente con el ozono según la reacción (3) reduciendo sus concentraciones en el ambiente. Esto hace que, normalmente, los máximos de ozono no se den en el centro de la ciudad sino en los parques y en la periferia de las grandes urbes, donde son menores las emisiones a la atmósfera de NOx. Debido a este proceso, una reducción de las emisiones de NOx en las ciudades puede dar lugar a un aumento en las concentraciones de ozono. En estos casos son los COV los que deberían controlarse.
  • En cuanto al ciclo anual los factores meteorológicos implicados como son la fuerte insolación, la estabilidad atmosférica, la ausencia de vientos y las altas temperaturas hacen que los niveles de inmisión máximos de este contaminante secundario se den, fundamentalmente, en los meses de verano, al contrario que ocurría con otros contaminantes primarios en los que las máximas concentraciones se producen en los meses de invierno coincidiendo con el encendido de las calefacciones y la peor dispersión de los contaminantes en la atmósfera por las situaciones de bloqueo o estancamiento atmosférico.
LA QUÍMICA DEL OZONO

La contaminación fotoquímica

Además de las reacciones de formación y destrucción del ozono a través del ciclo fotolítico del NO2, pueden formarse también radicales libres.
La presencia en el aire de hidrocarburos hace que el ciclo fotolítico se desequilibre al reaccionar éstos con oxígeno atómico y el ozono generado, produciendo radicales libres muy activos, del siguiente modo:
O3 + 3HC>3HCO-
Estos radicales libres reaccionan con otros radicales dando lugar a la formación de otras sustancias como aldehídos, cetonas y nitratos de peroxiacilo (PAN).
La mezcla de todas estas sustancias da lugar a la denominada contaminación fotoquímica o smog fotoquímico. Este tipo de contaminación se presenta cada vez con más frecuencia en las grandes ciudades de los países industrializados y al necesitar de la luz solar y por la naturaleza de las complejas reacciones químicas implicadas, suele ser máxima al mediodía.

lunes, 11 de marzo de 2013

Las 10 revoluciones tecnológicas de 2013

Reactores nucleares de cuarta generación, coches eléctricos que se mueven por Internet, sensores que inoculan insulina cuando el cuerpo lo pide, dióxido de carbono bueno, agua desalinizada con menos coste... son algunas de las tecnologías que se desarrollarán en 2013, según el Foro Económico Mundial.
El Consejo de la Agenda Global sobre Tecnologías Emergentes del Foro Económico Mundial ha identificado las 10 tecnologías que, en 2013, prometen dar pasos decisivos para lograr avances inconcebibles hace apenas una década en campos como la medicina, la producción energética, la industria manufacturera, la seguridad vial, la lucha contra el cambio climático...
 
Vehículos eléctricos 'online'
 
La tecnología wireless, sin cables, puede proporcionar electricidad para vehículos. En la próxima generación de coches eléctricos una serie de bucles instalados bajo el suelo del automóvil reciben la energía vía un campo electromagnético que emite desde los cables instalados bajo la carretera. La corriente también carga las baterías de abordo que propulsan al vehículo cuando este se encuentra fuera del campo. Como la electricidad es suministrada externamente, a través de los bucles, estos coches tan solo necesitan un quinto de la capacidad de almacenamiento de los coches eléctricos estándar, y pueden lograr una eficiencia de transmisión superior al 80%. Los vehículos eléctricos online están siendo sometidos a test en carretera en Seúl, Corea del Sur.
 
Impresión 3D y manufacturación a distancia
 
La impresión tridimensional permite la creación de estructuras sólidas partiendo de un archivo digital. Esta nueva tecnología potencialmente puede revolucionar la economía manufacturera si los objetos pueden ser impresos a distancia, en casa o en la oficina. El proceso consiste en la colocación que la impresora hace, capa a capa, del material que constituirá el futuro objeto independiente, desde la base a la cúspide del mismo. Los proyectos diseñados en el ordenador son cortados en secciones cruzadas para las plantillas de impresión, lo que permite que objetos creados virtualmente puedan ser usados para “copias reales” de plástico, metal, aleación...
 
Materiales autocurantes
 
Una de las características definitorias de un organismo vivo es su intrínseca habilidad para reparar un daño. Una creciente tendencia en biomimetismo es la creación de estructuras inertes que tienen la capacidad de repararse a sí mismas cuando han sufrido cortes, desgarros o han sido rajados. Estos materiales, capaces de reparar un daño sin la intervención del ser humano, podrían dar a los productos manufacturados una mayor esperanza de vida, reduciendo así la demanda de materias primas. Del mismo modo, el mejorar la seguridad inherente al material usado en la construcción o para formar el armazón de un avión puede revolucionar la seguridad.
 




Purificación del agua energéticamente eficiente

La escasez de agua es un problema ecológico creciente en muchas partes del mundo debido a la agricultura, las cada vez más grandes y numerosas ciudades y a otros usos humanos. Cuando las fuentes de agua natural están sobreexplotadas o agotadas, la desalinización ofrece una casi ilimitada cantidad de agua, pero a un gran coste energético. Tecnologías emergentes ofrecen la posibilidad de una mayor eficiencia energética en la desalinización o purificación de aguas residuales que pueden reducir el consumo de energía en un 50%.
 
Transformación y uso del dióxido de carbono
 
La captura y almacenamiento subterráneo de dióxido de carbono todavía tiene que ser probado como una alternativa comercialmente viable, incluso a escala de tan solo una gran central. Nuevas tecnologías que convierten CO2 indeseado en productos comercializables pueden corregir tanto los inconvenientes económicos como energéticos de las estrategias contra el cambio climático. Una de las líneas más prometedoras es el uso de una bacteria fotosintética, fruto de la ingeniería biológica, que transforma CO2 en combustibles líquidos o químicos. Se espera que sistemas individuales alcancen cientos de hectáreas en dos años. Siendo de 10 a 100 veces más productivo por unidad de terreno, estos sistemas solventan una de las principales limitaciones ambientales de los combustibles biológicos, desde la agricultura a la alimentación de ganado y podría proveer de combustibles bajos en carbono para automóviles, aviación y otros grandes consumidores de combustible líquido.
 
Nutrición mejorada a nivel molecular
 
 Incluso en los países desarrollados millones de personas sufren malnutrición debido a deficiencias nutritivas en sus dietas. Ahora, nuevas técnicas genómicas pueden determinar, al nivel de la secuencia génica, el amplio número de proteínas consumidas que son importantes en la dieta humana. Las proteínas identificadas pueden tener ventajas sobre los suplementos proteicos estándar, como proveer un gran porcentaje de aminoácidos esenciales. También han mejorado la solubilidad, el sabor y la textura. La producción a gran escala de proteínas dietéticas para humanos, basada en la aplicación de biotecnología a la nutrición molecular, puede alumbrar beneficios para la salud como el desarrollo muscular, el control de la diabetes o la reducción de la obesidad.
 
Sensores a distancia
 
 El cada vez más extendido uso de sensores que habilitan la respuesta pasiva a estímulos externos va a cambiar la forma en que respondemos a nuestro entorno, particularmente en el área de la salud. Algunos ejemplos son los sensores que monitorizan de un modo continuado funciones corporales como el ritmo cardiaco, los niveles de oxígeno y azúcar en sangre y que, si fuese necesario, provocan una respuesta médica como el suministro de insulina. Estos avances dependen de la comunicación wireless entre aparatos. Otras aplicaciones son los sensores entre vehículos, lo que también puede mejorar la seguridad en la carretera.
 
Administración de medicamentos a través de ingeniería a nanoescala
 
Fármacos que pueden ser aplicados a nivel molecular dentro o en torno a una célula enferma ofrecen oportunidades sin precedente para desarrollar tratamientos más efectivos en la lucha contra enfermedades como el cáncer, además pueden reducir los efectos indeseados de estos tratamientos. Localizar nanopartículas que se adhieran al tejido enfermo permite, a microescala, la liberación de potentes compuestos terapéuticos mientras se puede reducir su impacto sobre el tejido sano. Después de casi una década de investigación, estas nuevas aproximaciones están ofreciendo señales de utilidad clínica.
 
Electrónica orgánica y fotovoltaica
 
La electrónica orgánica, un tipo de electrónica impresa, es el uso de materiales orgánicos como polímeros para crear circuitos electrónicos y aparatos. En contraste con los tradicionales semiconductores de silicio, que son fabricados con caras técnicas fotolitográficas, la electrónica orgánica puede ser impresa a bajo coste. Poder producirlos a escala los convertiría en productos extremadamente más baratos que los aparatos electrónicos tradicionales. Tanto en términos de coste por aparato como en los costes del equipamiento necesario para producirlos. Mientras que la electrónica orgánica es poco probable que pueda competir ahora mismo con el silicio en velocidad y densidad, la tecnología tiene el potencial de proveer ventajas en costes y versatilidad. El coste de la impresión a escala de placas fotovoltaicas podría, por ejemplo, acelerar la transición hacia la energía renovable.
 
Reactores de cuarta generación y reciclado de residuos nucleares
 
Los actuales reactores nucleares usan solo el 1% del potencial energético disponible en el uranio, dejando el resto radiactivamente contaminado como basura nuclear. Mientras que el desafío tecnológico es manejable, el político que representan los residuos nucleares limita seriamente el llamamiento para una tecnología energética sin emisiones de CO2 y altamente expandible. El reciclado de combustible y el cultivo de uranio-238 para transformarlo en nuevo material fisible, conocido como Nuclear 2.0 extendería durante siglos los recursos del uranio ya extraído, lo que reduciría radicalmente tanto el volumen explotado como la toxicidad de los residuos, cuya radioactividad va a descender por debajo del uranio original en una escala de tiempo no de milenios sino de siglos. Esta nueva tecnología convierte los desafíos presentados por los residuos nucleares en un problema medioambiental menor en comparación con el producido por otras industrias. Las tecnologías de cuarta generación están siendo desarrolladas en varios países y son ofrecidas por compañías de ingeniería nuclear de referencia.