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Metodologías para la cuantificación de las emisiones difusas de material particulado en entornos industriales.

Vicenta Sanfélix Forner
27 de Julio de 2017, Castellón

Directores:
Dr. Eliseo Monfort Gimeno. Universitat Jaume I de Castellón

Dra. Irina Celades López. Instituto de Tecnología Cerámica. Castellón

 


El transporte, almacenamiento y manipulación al aire libre de materiales sólidos pulverulentos conlleva frecuentes episodios de contaminación atmosférica por emisiones difusas de material particulado (PM), cuyo impacto sobre la calidad del aire y el medio ambiente puede llegar a ser significativo.

Este tipo de emisiones tienen mayor relevancia en determinados entornos geográficos con presencia de actividades industriales tales como cerámicas, cementeras, plantas de hormigón, canteras, fundiciones de acero, centros logísticos de biomasa, muelles de graneles sólidos en puertos, entre otras. Asimismo, en zonas donde se estén ejecutando trabajos de construcción o demolición, estas emisiones también pueden llegar a ser importantes.
Desde un punto de vista técnico y legislativo, a la gestión y control de las emisiones difusas de PM se les ha prestado tradicionalmente una atención limitada. Este hecho se refleja claramente en las metodologías de control establecidas actualmente, en las que se detectan una serie de limitaciones: aplicación de valores límites propios de legislación de calidad del aire, y por tanto, desarrollados para núcleos urbanos con una casuística y problemática diferente a la de los entornos mencionados; desconocimiento de la eficacia de las Mejores Técnicas Disponibles (MTD) propuestas en las Autorizaciones Ambientales Integradas (AAI); y falta de información sobre factores de emisión (FE) para inventarios de detalle.
Esta situación probablemente pueda deberse a la complejidad inherente que conlleva la cuantificación y control de las emisiones difusas de PM, influida por diferentes factores como: su naturaleza discontinua y corta duración; la dependencia de las condiciones meteorológicas; la variabilidad de la posición de determinadas fuentes con el tiempo; la presencia simultánea de diferentes fuentes emisoras; y la influencia de las propiedades del material manipulado y de las medidas correctoras implementadas.
En este contexto y con el objeto de conocer con mayor detalle el alcance de las emisiones difusas de PM10 e identificar las necesidades para su control, se ha realizado un estudio exhaustivo en el sector cerámico, por ser uno de los sectores donde este tipo de emisiones son habituales. En una primera fase, se ha procedido a su cuantificación en distintos tipos de escenarios tecnológicos (parques de almacenamiento de materias primas cerrados, semicerrados y abiertos). Con este fin se ha aplicado una metodología analítica, basada en realizar un inventario de detalle de todas las operaciones generadoras de emisiones difusas de PM. Asimismo, se han estimado los rendimientos de mejora alcanzados cuando se implementan un conjunto de MTD recogidas en las AAI otorgadas a empresas del sector cerámico. El estudio se ha completado mediante una caracterización química y morfológica del PM emitido, la cual ha permitido identificar la contribución de fuentes externas (fondo local, regional y focos de emisión colindantes) en el perfil químico y morfológico obtenido.
Los resultados alcanzados muestran que las emisiones difusas de PM10 en el sector cerámico pueden deteriorar significativamente la calidad del aire si no se aplican medidas correctoras de elevada eficacia, tales como el cerramiento parcial o total de los parques de almacenamiento y gestión de materias primas.
En general, la metodología aplicada ha permitido obtener FE globales por tipo de instalación, lo que se considera de enorme interés práctico, ya que permite simplificar la cuantificación de las emisiones difusas para dar respuesta a determinados requisitos legislativos, como, por ejemplo, la cumplimentación del Registro Estatal de Emisiones.
Sin embargo, estos FE globales no permiten identificar las operaciones más problemáticas de un proceso, situación que dificulta la determinación de medidas correctoras específicas para cada operación. Esta información sería de gran interés para la optimización del diseño de las instalaciones, por lo que para un mayor control operacional e inventarios de detalle este tipo de FE puede no ser suficiente.
Por las razones comentadas y, con el objetivo de disponer de información real y precisa sobre las emisiones difusas de PM, se ha desarrollado una metodología experimental para la determinación de FE específicos, para operaciones y materiales de interés, y de la eficacia de MTD concretas. Esta metodología, ha requerido tanto del desarrollo de un modelo de dispersión de contaminantes acorde a las peculiaridades de las emisiones difusas de PM, como de un protocolo de ejecución de las campañas experimentales, el cual permite introducir de forma apropiada en el modelo propuesto las condiciones atmosféricas y las características de la emisión de la forma más realista posible.
Concretamente, el modelo de dispersión desarrollado es un modelo no estacionario que incorpora todas las particularidades con relevancia en los procesos de emisión y dispersión. En consecuencia, permite determinar el campo de velocidades y la dispersión vertical considerando la estructura de la capa límite planetaria, simular los meandros descritos por la pluma resultante de la emisión y tratar fuentes de geometría arbitraria e intermitentes.
La aplicación de dicha metodología a escenarios industriales reales ha permitido obtener de forma satisfactoria FE específicos, tanto para fuentes simples como complejas, debido a la flexibilidad del modelo de dispersión de contaminantes desarrollado y a la parametrización exhaustiva de las fuentes de emisión.
En concreto, se han determinado FE específicos para operaciones y materiales habituales en cerámicas, en plantas de fabricación de hormigón prefabricado, en canteras de áridos, en cementeras y en muelles de graneles sólidos en puertos.
Los FE específicos obtenidos evidencian diferencias significativas en la emisión de PM10 que se genera cuando un mismo material se somete a diferentes operaciones. Estos resultados permiten obtener un escenario más realista en materia de impacto ambiental, dado que estas diferencias no pueden apreciarse si se aplican los FE propuestos en las principales guías utilizadas para la realización de inventarios de PM.
La metodología experimental desarrollada también permite cuantificar la eficacia de medidas correctoras concretas. En este sentido, se ha determinado la eficacia del riego con agua y con aditivos químicos (CMA, acetato de Ca y Mg) en viales no pavimentados.
Si bien, la duración de la eficacia de estas medidas se encuentra muy influenciada por factores meteorológicos, así como por la propia frecuencia de paso de vehículos, se considera muy importante haber establecido una correspondencia entre la cantidad de agua y CMA aplicada y la duración temporal del efecto. De hecho, la información actual disponible proporciona la eficacia de la medida en función de la cantidad de agua aplicada, sin detallar el tiempo durante el que persiste el efecto.
De forma general, se considera que el estudio en detalle de las emisiones difusas de PM10 en entornos industriales, así como las metodologías propuestas, resultan ser muy novedosas y de enorme interés por su aplicabilidad para mitigar el impacto ambiental que generan.
En este sentido, tanto las autoridades públicas como los gestores de las actividades afectadas pueden utilizar la información obtenida para definir estrategias de mitigación más acordes a las necesidades reales requeridas, adoptando MTD con una eficacia reconocida y cuantificada, de modo que permita alcanzar los estándares medioambientales establecidos.

Calificación: Sobresaliente, mención Cum Laude
Premio extraordinario de doctorado

Miembros del Tribunal:
– Dr. Xavier Querol Carceller, IDAEA-CSIC (Barcelona)

– Dr. Andrés Alatuey, IDAEA-CSIC (Barcelona)
– Dr. Jesús Damián de la Rosa Díaz, Universidad de Huelva