Smog, lluvia ácida y control de la contaminación del aire
Un día de verano en Los Ángeles: el cielo se ve amarillento, las montañas desaparecen en la neblina y a la tarde a los corredores les cuesta respirar. Mientras tanto, a más de 2,000 millas, un lago de los Adirondacks perdió casi todos sus peces, aunque allí no hay ninguna fábrica cerca. ¿Qué tienen en común estos dos problemas y cómo se pueden reducir? Lo vamos a resolver en esta página.
Contaminantes primarios y secundarios
Un contaminante primario sale directamente de la fuente: el tubo de escape de un carro, la chimenea de una planta de carbón. Un contaminante secundario se forma en la atmósfera, cuando los primarios reaccionan entre sí o con la luz solar, el oxígeno o el agua.
| Contaminante primario | Fuente principal | Problema que causa |
|---|---|---|
| Óxidos de nitrógeno (NOx) | Motores de vehículos, plantas eléctricas | Smog, lluvia ácida |
| Compuestos orgánicos volátiles (COV) | Gasolina, solventes, pinturas | Smog |
| Dióxido de azufre (SO₂) | Quema de carbón, fundiciones | Lluvia ácida, partículas |
| Monóxido de carbono (CO) | Combustión incompleta | Tóxico para la salud |
| Partículas (PM) y plomo (Pb) | Combustión, polvo, industria | Problemas respiratorios |
El CO, el plomo, el NO₂, el SO₂, el ozono y las partículas forman el grupo de los contaminantes criterio, regulados por la Ley de Aire Limpio (Clean Air Act) de EE. UU.
Nombra los dos contaminantes primarios que reaccionan con la luz solar para formar el smog fotoquímico y nombra el contaminante secundario clave que resulta.
Nombra los dos contaminantes primarios que reaccionan con la luz solar para formar el smog fotoquímico y nombra el contaminante secundario clave que resulta.
Smog fotoquímico e inversiones térmicas
El smog fotoquímico es una neblina marrón-amarillenta que se forma cuando los NOx y los COV reaccionan bajo la luz solar. Su ingrediente más dañino es el ozono troposférico (O₃), que irrita los ojos y los pulmones y agrava el asma.
Por eso el smog sigue un patrón diario. Por la mañana, la hora pico de tráfico libera NOx y COV. A medida que el sol sube, la reacción avanza y el ozono alcanza su máximo a primera hora de la tarde. Al atardecer, sin sol, la formación se detiene y el ozono baja.
| Hora | NOx | Ozono |
|---|---|---|
| Hora pico de la mañana | Máximo (los carros recién salen) | Bajo (poco sol todavía) |
| 1 p. m. – 3 p. m. | Baja (se consumió en reacciones y se dispersó) | Máximo |
| Noche | Baja | Baja |
Inversión térmica
Normalmente el aire se enfría con la altura. El aire caliente del suelo sube y se lleva los contaminantes. En una inversión térmica (temperature inversion) una capa de aire cálido queda encima de una capa de aire frío. El aire frío, más denso, no puede subir y los contaminantes quedan atrapados cerca del suelo.
Los Ángeles es el caso clásico. Está en una cuenca rodeada de montañas que bloquean el viento. La brisa marina fría del Pacífico queda debajo de aire cálido y seco. Hay muchísimos carros (fuente de NOx y COV) y muchos días soleados (energía para las reacciones). Todos los factores se suman.
Los Ángeles suele tener smog severo. Explica cómo una inversión térmica atrapa los contaminantes cerca del suelo y por qué las montañas de la ciudad y las condiciones…
Los Ángeles suele tener smog severo. Explica cómo una inversión térmica atrapa los contaminantes cerca del suelo y por qué las montañas de la ciudad y las condiciones soleadas y con muchos carros lo empeoran.
La tabla muestra los niveles promedio diarios de ozono y óxidos de nitrógeno (NOx) en una ciudad grande en un día entre semana de verano. | Hora | NOx (ppb) | Ozono…
La tabla muestra los niveles promedio diarios de ozono y óxidos de nitrógeno (NOx) en una ciudad grande en un día entre semana de verano.
| Hora | NOx (ppb) | Ozono (ppb) |
|---|---|---|
| 6 a. m. | 60 | 10 |
| 9 a. m. | 90 | 25 |
| 1 p. m. | 40 | 85 |
| 6 p. m. | 55 | 60 |
(a) Explica por qué el NOx alcanza su máximo por la mañana.
(b) Explica por qué el ozono alcanza su máximo a primera hora de la tarde y no en la hora pico de la mañana.
(c) Propón dos estrategias, una tecnológica y otra de política pública, para reducir el máximo de ozono y explica cómo funciona cada una.
Lluvia ácida
La lluvia normal es ligeramente ácida, con un pH de alrededor de 5.6, porque el CO₂ del aire se disuelve y forma ácido carbónico. La lluvia ácida (deposición ácida) tiene un pH menor que 5.6, normalmente por debajo de 5.
Sus causas principales son el SO₂ (sobre todo de plantas de carbón) y los NOx (de vehículos y plantas). En el aire reaccionan con oxígeno y agua:
$$\text{SO}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 \quad\text{(ácido sulfúrico)}$$ $$\text{NO}_x \rightarrow \text{HNO}_3 \quad\text{(ácido nítrico)}$$La deposición puede caer como lluvia, nieve, niebla o partículas secas. Los vientos llevan estos contaminantes cientos de millas: por eso las emisiones de plantas del Medio Oeste dañaron bosques y lagos del noreste.
La escala de pH
El pH es logarítmico: cada unidad es un factor de 10 en la concentración de H⁺.
Efectos
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Lagos: el pH baja y los peces y anfibios mueren o no se reproducen. El ácido libera aluminio de los suelos, que es tóxico para los peces.
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Bosques: los nutrientes del suelo (calcio, magnesio) se lavan, y las hojas y raíces se dañan. Los árboles quedan debilitados y más expuestos a plagas y sequías.
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Edificios y estatuas: el ácido disuelve la piedra caliza y el mármol, y corroe el metal.
¿Cuáles dos contaminantes emitidos al quemar combustibles fósiles son las principales causas de la lluvia ácida? Indica el pH aproximado de la lluvia normal sin…
¿Cuáles dos contaminantes emitidos al quemar combustibles fósiles son las principales causas de la lluvia ácida? Indica el pH aproximado de la lluvia normal sin contaminar.
La lluvia en una región de lagos del noreste de EE. UU. tiene un pH de 4.6, mientras que la lluvia normal tiene un pH de alrededor de 5.6. (a) ¿Por qué factor es más…
La lluvia en una región de lagos del noreste de EE. UU. tiene un pH de 4.6, mientras que la lluvia normal tiene un pH de alrededor de 5.6.
(a) ¿Por qué factor es más ácida esta lluvia que la lluvia normal? Recuerda que cada unidad de pH es un cambio de diez veces.
(b) Explica dos efectos de la deposición ácida en los bosques o los lagos.
Cómo reducir la contaminación del aire
Hay tres grandes estrategias: prevenir (usar menos combustible o uno más limpio), tratar las emisiones antes de que salgan y regular mediante leyes.
| Tecnología | Qué reduce | Cómo funciona |
|---|---|---|
| Depurador (scrubber) | SO₂ | Rocía una mezcla de agua y caliza (CaCO₃) en los gases; el SO₂ reacciona y forma un lodo sólido |
| Precipitador electrostático | Partículas | Carga las partículas y las atrae a placas de carga opuesta |
| Convertidor catalítico | NOx, CO, COV | En el escape de un carro, un catalizador convierte esos gases en N₂, CO₂ y H₂O |
| Carbón bajo en azufre | SO₂ | Se quema un combustible que contiene menos azufre desde el principio |
| Energías renovables y eficiencia | Casi todos | Se quema menos combustible fósil |
Comparación: carbón bajo en azufre frente a depurador
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Carbón bajo en azufre: previene el SO₂ en la fuente. Limitación: suele ser más caro o estar lejos de la planta (costos de transporte), y no elimina otros contaminantes ni el CO₂.
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Depurador: elimina hasta la mayor parte del SO₂ de los gases. Limitación: es costoso de instalar y operar, y produce un lodo que hay que desechar.
Política y costos
La contaminación no respeta fronteras estatales: el SO₂ y los NOx de un estado viajan con el viento y causan lluvia ácida en otro. Por eso hace falta regulación federal, como la Clean Air Act, que fija estándares nacionales y estableció un sistema de permisos negociables para las emisiones de SO₂.
Al evaluar una regla, compara costos y beneficios. Por ejemplo, si exigir depuradores sube la electricidad un 4%, ese costo se debe comparar con menos visitas al hospital por asma, bosques y lagos más sanos y menos daño a edificios. Un buen análisis también reconoce quién paga y quién se beneficia, que no siempre son los mismos.
Identifica el dispositivo que se usa en las plantas de carbón para eliminar el dióxido de azufre de los gases de escape y el que se usa para eliminar las partículas.
Identifica el dispositivo que se usa en las plantas de carbón para eliminar el dióxido de azufre de los gases de escape y el que se usa para eliminar las partículas.
Compara dos formas de reducir la contaminación del aire de una planta eléctrica de carbón: (a) cambiar a carbón bajo en azufre y (b) instalar un depurador (scrubber).…
Compara dos formas de reducir la contaminación del aire de una planta eléctrica de carbón: (a) cambiar a carbón bajo en azufre y (b) instalar un depurador (scrubber). Explica cómo cada una reduce las emisiones y nombra una limitación de cada una.
Un estado considera una regla que exige que todas las plantas de carbón instalen depuradores y que los camiones diésel tengan convertidores catalíticos. Los dueños de…
Un estado considera una regla que exige que todas las plantas de carbón instalen depuradores y que los camiones diésel tengan convertidores catalíticos. Los dueños de las plantas dicen que subirá los precios de la electricidad un 4%.
(a) Describe cómo cada tecnología reduce un contaminante que causa lluvia ácida o smog.
(b) Explica cómo reducir el SO₂ y los NOx ayudaría a los bosques y lagos que están a favor del viento fuera del estado.
(c) Evalúa la regla considerando los costos, los beneficios para la salud y el hecho de que la contaminación cruza las fronteras estatales.
Vuelve al principio: el smog de Los Ángeles y la lluvia ácida del lago tienen un origen común, la quema de combustibles fósiles. Los NOx, los COV y el SO₂ son contaminantes primarios que se transforman en la atmósfera en ozono y ácidos, y los vientos los llevan lejos de su fuente. Se reducen con tecnología, mejores combustibles y leyes que se aplican en todo el país.
Resumen
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Los contaminantes primarios salen de la fuente; los secundarios (como el ozono troposférico) se forman en la atmósfera.
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El smog fotoquímico resulta de NOx + COV + luz solar. El ozono alcanza su máximo a primera hora de la tarde.
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Una inversión térmica atrapa el aire frío y los contaminantes bajo una capa cálida; las montañas y el tráfico la empeoran (Los Ángeles).
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La lluvia ácida (pH menor que 5.6) viene del SO₂ y los NOx. Cada unidad de pH es un factor de 10. Daña lagos, bosques y edificios.
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Scrubber para SO₂, precipitador electrostático para partículas, convertidor catalítico para NOx, CO y COV; también ayuda usar menos combustible fósil.
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La contaminación cruza fronteras, por lo que se necesitan leyes federales y análisis de costos y beneficios.