Biocombustibles y calidad del aire NÉSTOR Y. ROJAS Grupo Calidad del Aire Universidad Nacional de Colombia – Bogotá D.C. Tel Ext

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.

Partículas Primarias de hollín ~30 nm C 8 H

Moda Aitken Moda Acumulación Partículas gruesas Particle Diameter (  m) Sedimentación Precipitación húmeda Polvo resuspendido + Emisiones + Aerosol marino + Erupciones de Volcanes + Partículas de plantas Coagulación Núcleos de condensación Aglomerados Droplets Coagulación Partículas Primarias de combustión Condensación y formación de núcleos Vapores calientes Gases de baja volatilidad Reacciones químicas en fase gaseosa Coagu- lación Moda Nucleación 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 PM 10 es de menos del 2%

Bickel, 2005

¿Qué emisiones deberían reducir los biocombustibles? Etanol –CO –HC –NO x –CO 2 neto Crecimiento de la caña de azúcar. Energía utilizada para producir etanol. Rendimiento del combustible en el motor. Biodiesel –Material particulado –NO x –CO 2 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…

¿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* –NO x, Formaldehído, Acroleína, Metanol.

¿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.

¿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 CO 2. El valor energético del etanol podría ser negativo (energía para producir es mayor que la energía que produce).

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 Emisiones de combustión de biodiesel

CAMBIO PROMEDIO EN LAS EMISIONES DEL BIODIESEL (EPA) EMISIONES ReguladasB100B20 Hidrocarburos totales -67% -20% Monóxido de carbono-48% -12% Material particulado -47% -12% NOx +10% +2% No Reguladas Sulfatos -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 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.

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 nuevas Ha = nuevos empleos directos. Ahorro en subsidios del ACPM. Pero: Aumento de precio aceite de palma: de 400 U$/Ton a 800 U$/Ton desde 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):

Biocombustibles y calidad del aire NÉSTOR Y. ROJAS Grupo Calidad del Aire Universidad Nacional de Colombia – Bogotá D.C. Tel Ext