Regimen Fotoquímico de la Atmósfera Urbana del Área Metropolitana de Monterrey M.C. Edson Carrillo Dr. Alberto Mendoza Departamento de Ingeniería Química, Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey

O3 y otros contaminantes secundarios Sistema NOx-COV-O3 La producción de O3 varia según la concentración de sus precursores. El reactivo limitante puede cambiar. Dependiendo de la proporción COV/NOx se pueden originar tres regímenes químicos: Sensible a COV (típico en zonas urbanas) Sensible a NOx Régimen de transición O3 y otros contaminantes secundarios Radiación solar COV NOx

Modelo de calidad del aire Modelo de calidad del aire California/Carnegie Institute of Technology (CIT) Difusión atmosférica 𝑃 𝐻𝑁𝑂 3 >2 𝑃 𝑝𝑒𝑟𝑜𝑥 →𝐶𝑂𝑉−𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒

Modelo CIT Mecanismo fotoquímico SAPRC90. 215 reacciones. Fenómenos modelados Emisión Transporte advectivo y difusivo Depositación seca Reacción química en fase gaseosa Mecanismo fotoquímico SAPRC90. 215 reacciones. 97 especies químicas.

Modelo de caja 𝑑 𝑐 𝑖 𝑑𝑡 = 𝑞 𝑖 𝐻 + 𝑅 𝑖 − 𝑣 𝑑,𝑖 𝐻 + 𝑐 𝑖 0 − 𝑐 𝑖 𝜏 𝑟 Es necesario contar con información para acotar la solución del modelo. Se emplearon mediciones de NOy obtenidas en para el núcleo urbano del AMM.

Preparación del modelo CIT   Modelaciones realizadas Otoño 2012 Primavera 2013 Escenarios 1 – 8 de septiembre (escenario 1) 22 – 29 de septiembre (escenario 2) 6 – 13 de marzo (escenario 3) 12 – 19 de mayo (escenario 4) Se seleccionaron periodos de otoño y primavera debido a que históricamente el O3 en el AMM reporta sus mayores niveles en estas temporadas del año. Superficie de modelación: 16 km2 (4 x 4 km). Seis niveles de altura (altura total de 3100 m).

Preparación del modelo CIT Datos del Sistema Integral de Monitoreo Ambiental (SIMA). Condiciones iniciales y de frontera Inventario Nacional de Emisiones. Se estimó la fracción de emisiones totales que corresponderían al dominio de modelación. Especiación química de NOx y COV por medio de SPECIATE (Mendoza y García, 2009). Tasas de emisión CO, SO2, NO2, NO, O3, isopreno, formaldehído, acetaldehído e “hidrocarburos reactivos” (RH). Mediciones de COVs y carbonilos en esatción “Centro” (Menchaca y Mendoza, 2014). Estimación de HNO3, PAN y HONO utilizando mediciones de NOy (Carrillo y Mendoza, 2013). Estimación de H2O2. Datos de calidad del aire (inputs)

Resultados

Tasas de producción El modelo CIT proporcionó información (constantes de reacción) para calcular las tasas de producción de HNO3 y peróxidos. Se utilizó la información del periodo de mayor actividad fotoquímica (12:00 a 18:00). 𝑃 𝑥 = 𝑘 𝑖 𝐴 𝐵 − 𝑘 𝑗 𝐶 𝑥 Px: la tasa de producción de la especie química x. ∑ki[A][B]: generación de x. ∑kj[C][x]: consumo de la especie x. Ki: constantes de reacción para la generación kj: constantes de reacción para el consumo.

Tasas de producción 𝐻𝑂 ∙ + 𝑁𝑂 2 → 𝐻𝑁𝑂 3 𝐻𝑂 2 ∙ + 𝐻𝑂 2 ∙ + 𝐻 2 𝑂→ 𝐻 2 𝑂 2 + 𝑂 2 + 𝐻 2 𝑂 𝑅𝑂 2 𝑅 ∙ + 𝐻𝑂 2 ∙ →2 𝑂𝑂𝐻 𝑅𝑂 2 ∙ + 𝑅𝐶𝑂 3 ∙ → 𝑅𝑂 2 ∙ − 𝑅𝑂 2 ∙ −𝑃 𝑅𝑂 2 ∙ + 𝐻𝑂 2 ∙ → 𝐻𝑂 2 ∙ − 𝐻𝑂 2 ∙ −𝑃 Los casos en los que se registran valores negativos de esta proporción se deben a la tasa de producción de peróxidos. 𝐻 2 𝑂 2 +ℎ𝑣→ 𝐻𝑂 ∙ Solo en 11 horas de un total de 224, incumplieron la desigualdad propuesta con una tasa de producción de peróxidos positiva.

Conclusiones Estimación del régimen Comprobación mediante tasas de producción de HNO3 y peróxidos Modelo CIT bajo condiciones del AMM Régimen sensible a COV

Conclusiones Para O3 > 100 ppbv: (Sillman, 2002) O3/NOy < 6 Sensibilidad a COV O3/NOy > 8 Sensibilidad a NOx 6 < O3/NOy < 8 Transición de regímenes La proporción O3/NOy en el AMM sugiere que el régimen atmosférico es sensible a COV (Carrillo y Mendoza, 2013).

Gracias edson.carrillotr@gmail.com