Junio 30 2016

Emisiones contaminantes en ingenios y quemas agrícola

Colaboradores

Agradecimientos Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático CONACYT, por los fondos del proyecto 00000181231 SEMARNAT. Fondo Climático. Proyecto asignado Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco Colegio de Posgraduados Córdoba, Facultad de Biología de la Universidad

Veracruzana, Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas y Presidencia Municipal de Zacatepec por las facilidades brindadas para el muestreo.

Dr. Francisco Hernández Rosas . COLPOS

Mtro. Jesús Figueroa Lara. UAM

Dr. Adolfo hernández. UAM

Mtro. Javier Urbina Soria. UNAM

Dra. Karina Landeros. UNAM

Biol. Salvador Blanco. INECC

Dr. Miguel Magaña. INECC

M. en C. Naxieli Santiago de la Rosa

M. En Psic. Laura Sánchez de Jesús

Ing. Fernando Millán Vázquez

Lic. Pedro Gamas Luna

Ing. Gloria Teresa González Vázquez

Psic. Luis Vidrio Almazán

Psic. Daniel Briones Villegas

Estudiantes de UAM y COLPOS

CONTENIDO

AEROSOLES CARBONÁCEOS IPCC (2001) Aerosoles

Atmosféricos

0.01-10 mm

40% PM2.5 aerosoles

carbonáceos

Provienen de combustión

incompleta (OC y EC o BC)

El carbono negro es un

contaminante de forzamiento

climático de vida corta (SLCF)

.

(Feng et al., 2009; Mugica et al., 2009; Bergstrom et al., 2002; AIDA,2009)

PRODUCCIÓN DE CAÑA DE AZÚCAR

México es el sexto productor mundial de caña de azúcar (CONADESUCA, 2013)

El principal productor nacional es el Estado de Veracruz con el 36%

La agroindustria cañera genera 300 mil empleos directos, y se estima que más de 3 millones de personas dependen directa o indirectamente de la agroindustria cañera” (Servín, 2003).

IMPLICACIONES DE LA COSECHA Y PROCESO DE LA CAÑA EN LA CALIDAD DEL AIRE

Z

• Quema en la pre-cosecha de la caña de azúcar.

• Facilita el corte manual.

Quema de cañaveral. Corte manual de caña de azúcar.

IMPLICACIONES DE LA COSECHA Y PROCESO DE LA CAÑA EN LA CALIDAD DEL AIRE

Implicaciones de la presencia de aerosoles carbonáceos

Salud

Las partículas pueden provocar problemas cardiovasculares y respiratorios (Riojas et al, 2006)

Entre las especies de OC se encuentran componentes tóxicos y cancerígenos como los Hidrocarburos policíclicos aromáticos (Mugica et al. 2010).

El BC es un posible agente cancerígeno (Kumar et al, 2011)

Anualmente 1.8 millones de muertes por exposición al BC en intramuros

Implicaciones en salud • Un incremento de 10 μgm-3 en

PM2.5 aumenta 6% el riesgo de

padecer enfermedades

cardiopulmonares y 8% la

mortalidad a causa de cáncer de

pulmón (Pope et al., 2002).

• Los HPAs y sus derivados se

hallan en el medio ambiente y

son el producto de combustión

incompleta.

9

El carbono negro modifica el balance radiativo del planeta (positivo) (Ramanathan y Carmichael, 2008)

Influencia sobre el ciclo hidrológico (Bachmann, 2009).

Después del CO2 el BC es el principal causante del calentamiento global (40%) (Baron et al., 2009).

El Índice del potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés) a 20 años del BC es de aproximadamente 2000 (UNEP y WMO, 2011).

Implicaciones en el Forzamiento radiativo y clima

Forzamiento radiativo por cultivo y

cosecha de caña

Compromisos de México ante la ONU INDC

• Disminuir los gases invernadero CO2 y CH4 en 25% para el año 2030

• Disminuir en 51% las emisiones de carbono negro para el año 2030.

• En el Plan Especial de Cambio Climático 2012-2018 uno de los objetivos de control es el proceso de la caña.

• El Programa Especial de Cambio Climático (PECC, 2009), en su objetivo 2.3.2 contempló el Fomento a la cosecha en verde de la caña de azúcar.

• Meta M58 relacionada con la cosecha en verde de 188,000 ha de la superficie industrializable de caña de azúcar (Introducción de cosechadoras). Aunque se reporta como meta cumplida se desconoce en qué sitios.

12

IMPLICACIONES DEL PROCESO DE LA CAÑA EN LA CALIDAD DEL AIRE

MALA CALIDAD DEL AIRE

Quema de residuos

postcosecha Quema pre-

cosecha

Emisiones de los Ingenios azucareros

Operaciones de transporte

FACTOR DE EMISIÓN (FE):es un valor representativo que relaciona la cantidad de contaminante emitido a la atmósfera con una actividad asociada con la emisión de dicho contaminante. En la quema de biomasa el FE se calcula como la cantidad del contaminante por el peso de la biomasa incinerada.

PM2.5

Carbono orgánico

Carbono elemental

Cultivo Referencia

2.49±0.66 0.16+0.09 0.71+0.22 Caña de azúcar

Hall et al., 2012

3.0±0.60 1.9+1.1 0.35+0.16 Trigo Dhammapala et al., 2007

12.95+0.30 8.94+0.42 0.17+0.04 Arroz Hays et al., 2005

OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio sobre el impacto en la calidad del aire en zonas cañeras, determinar los factores de emisión de carbono negro debidos a la quema de caña de azúcar y establecer criterios para la propuesta de un marco normativo.

JUSTIFICACIÓN

Se requieren inventarios de emisión de los

SLCF

No hay estudios sobre emisiones

de CO y BC en México por la quema de la

caña

Información necesaria para

diseño de políticas públicas

Exposición de la población a partículas

carbonáceas tóxicas

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Llevar a cabo campañas de muestreo de partículas en varias

zonas cañeras de México

Determinar el impacto de la época de zafra en la calidad del aire

Cuantificar las emisiones de carbono negro en la época de zafra

Realizar un levantamiento de datos socioeconómicos en la

zona de estudio

Diseñar y construir un equipo para la determinación de emisiones de gases y partículas por la quema de biomasa.

Formular un marco normativo que conlleve a la eliminación gradual de las

quemas en el proceso cañero

Determinar los factores de emisión de gases y carbono

negro por la quema de caña de azúcar

METODOLOGIA Muestreo

Muestreo en época de zafra

Muestreo en ausencia de zafra, Córdoba, Veracruz

Zacatepec, Morelos

Huixtla/Tapachula, Chiapas

Partículas PM10 y PM2.5

Tratamiento de muestras

Filtro de

cuarzo

Calcinado

500°C/8 h

Pesado

Filtro de

cuarzo

Desecado

24h

Pesado

Análisis de OC y EC

OC/EC Analizador termoóptico SunsetLab Sootscan Analizador óptico

Diseño y construcción de un quemador

Masa, tiempo de quema controlados

Proceso isocinético

METODOLOGIA

Pruebas isocinéticas Gravimetría de filtros Quema a varios tiempos Análisis de gases CO y

CO2

Análisis de carbono negro

METODOLOGIA Marco normativo Revisión normatividad internacional

Normatividad nacional

Determinación de barreras por actores involucrados

Cortadores de caña Productores Ingenio

RESULTADOS

RESULTADOS CÓRDOBA

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

mg

/m3

PM10

PM2.5

ZAFRA

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

mg

/m3

PM10

PM2.5

NO ZAFRA

RESULTADOS ZACATEPEC

FECHA

PM2.5

(µg/m^3) IMECA

CALIDAD DEL AIRE

26-mar-13 96.45 168.87 MUY MALA

28-mar-13 91.13 165.80 MUY MALA

30-mar-13 197.07 263.20

EXTREMADAMENTE

MALA

31-mar-13 161.90 216.23

EXTREMADAMENTE

MALA

1-abr-13 143.78 196.18 MUY MALA

2-abr-13 88.91 164.51 MUY MALA

3-abr-13 83.47 185.56 MALA

4-abr-13 89.38 164.79 MUY MALA

5-abr-13 72.24 163.46 MALA

6-abr-13 79.21 177.18 MALA

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

mg

/m3

PM10

PM2.5

ZAFRA

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

mg

/m3

PM10

PM2.5

NO ZAFRA

Individuo de caña Promedio y DS Altura promedio 3.41± 0.48 m

Peso promedio en verde 3.37± 0.42 Kg

Peso promedio seca 1.78± 0.37 Kg

Humedad promedio 65.9 ± 4.32 %

RESULTADOS

CO2 CO PST PM2.5 EC OC Este trabajo 1,752±367 39±7 3.25±2 0.17±0.01 0.971

Hays et al., 2005. NR NR NR 12.95±0.3 0.17±0.04 NR

Neto et al, 2012 1,303±218 65±14 NR 2.6±1.6 NR 0.928

Hall et al. 2012 1,255±287 9.4±3.3 NR 2.49±0.66 0.71±0.22 0.985

López-Carvalho 2009

1,288±167 28±3 NR NR NR NR

Yokelson et al, 2008 1,838 28.3 NR 2.17 NR 0.976

Le Canut et al, 1996 NR NR NR 2.8 NR 0.965

Andreae and Merle, 2001

1,515±177 92±84 NR 3.9 NR 0.943

AP-42, 1995 NR 30-40 NR NR NR NR

FACTORES DE EMISIÓN g/Kg de biomasa

INCERTIDUMBRE EN LA DETERMINACIÓN DE F.E.

• Diferencias entre especies agrícolas derivadas del contenido de lignina.

• Factores de emisión determinados solamente en la fase de pre-ignición y llama y no en la fase de humo.

Estudio psicosocial

Estudio con productores

FACTORES DE EMISIÓN

CONSIDERACIONES PARA MITIGAR LAS EMISIONES DURANTE LA ZAFRA

Como una medida inmediata para abatir las emisiones de dióxido de carbono, partículas y carbono negro en la zona de cañaverales, debe considerarse la prohibición de la quema post-cosecha que realizan los agricultores para preparar el terreno, ya que adicionalmente empobrece el suelo.

En cuanto a la toma de medidas para evitar la quema en la pre-cosecha esta es una situación más compleja. El uso de maquinaria aunque facilita la cosecha en verde es costosa y tiene una importante implicación socioeconómica.

Se requieren medidas de protección a los cortadores y los empresarios tendrían que pagar más cara la tonelada de caña a los cortadores, ya que sin la quema les representa una merma de al menos 30%.

CONCLUSIONES La concentración de PM2.5 y PM10 aumenta significativamente en la época de

zafra.

Las concentraciones de partículas, principalmente de PM2.5 exceden en forma frecuente las normas de calidad del aire durante la época de quema de la caña en las zonas de cañaverales.

El caso más crítico es Zacatepec donde se registra frecuentemente la calidad del aire extremadamente mala en las PM2.5. Esta situación representa un importante riesgo a la salud para la población expuesta.

Se determinaron por primera vez en México en forma experimental los factores de emisión por la quema de caña. Los estimados promedio en gkg-1 fueron: 1,752 ± 367 para CO2, 39 ± 7 para CO, 3.25 ± 2 para PST y de 0.13±0.03 para el carbón elemental. Deben ser ajustados para incluir todas las fases de quemado.

Es necesario que el proceso agrícola en México se modifique, con base en un desarrollo tecnológico adecuado a la región tomando en cuenta el aspecto social.

REFERENCIAS AIDA (2009) El Carbono Negro:Concepto, Efectos Climáticos y Oportunidades En Su Control

Asociación Interamericana para la Defensa del Ambiente.

Bachmann, J. (2009) BLACK CARBON:A Science/Policy Primer, Pew Center on Global Climate Change.

Badu,S.S. y Moorthy K.K. (2002) Aerosol Black Carbon over a Tropical Coastal Station in India,

Geophysical Research Letters, 29(23), 2098.

Eck, T.F., Holben B.N., Reid J.S., et al. (1999) Wavelength Dependence of the Optical Depth of Biomass

Burning, Urban, and Desert Dust Aerosolos, Journal of Geophysical Research 104 (D24), 31333–31349.

Feng, J., Chan, C.K., Fang, M., Hu, M., He, L., Tang, X., 2006. Characteristics of organic matter in PM2.5

in Shanghai. Chemosphere 64, 1393–1400.

Fruin, S.A., Winer, A.M., y Rodes, C.E. (2004) Black Carbon Concentrations in California Vehicles and

Estimation of In-vehicle Diesel Exhaust Particulate Matter Exposures, Atmospheric Environment 38,

4123–4133.

IPCC, 2007. Changes in Atmospheric Constituents and Radiative Forcing, Contribution of Working Group to the

4th Assessment Report of the IPCC. Cambridge University Press, New York.

Kumar, K.R., Narasimbulu, K., Balakrishnaiah, G., et al. (2011) Characterization of Aerosol Black Carbon

over a Tropical Semi-arid Region of Anantapur, India, Atmospheric Research, 100, 12–27.

Lara, L.L., Artaxo, P., Martinelli, L.A., et al. (2005) Properties of Aerosols from Sugar-cane Burning

Emissions in Southeastern Brazil, Atmospheric Environment 39, 4627–4637.

Mugica, V., Hernández, S., y Torres, M. (2010)a. Seasonal Variation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon

Exposure Levels in Mexico City. Journal of the Air & Waste Management Association, 60. 548-555. May 2010.

Ramanathan, V., Crutzen, P.J., Kiel, J.T., Rosenfeld, D., 2001. Aerosols, climate, and the hydrological cycle.

Science 294, 2119–2124