Evaluación de concentraciones ambientales de carbono negro y material particulado 2,5 con mediciones móviles en la comuna de Quintero

Abstract

El carbono negro (BC) es un aerosol contaminante de la atmosfera que forma parte de la fracción carbonosa del material particulado 2,5 (MP2.5). Posee un gran forzamiento radiativo positivo considerándose la segunda causa del calentamiento global después del CO2. Se forma durante la combustión incompleta por fuentes tanto naturales y antropogénicas. Para enfrentar este tipo de contaminante con alta variabilidad en la atmósfera, se plantea el uso de mediciones móviles. A partir de esto, nace el desafío de plantear nuevas metodologías para el buen rendimiento de los equipos portátiles. En Chile, específicamente Quintero, considerada una zona de sacrificio dada la alta carga contaminante que rodea a esta comuna, se hace importante saber si las emisiones de BC aportan a dicha contaminación y si se pueden asociar a ciertas fuentes. Los objetivos de este trabajo son medir las concentraciones de BC y MP2,5 en la península de Quintero, a través de caminatas locales con instrumentos móviles; y comparar los datos obtenidos con aquellos de las estaciones de monitoreo de calidad de aire del SINCA. Se realizaron un total de siete caminatas a lo largo de la península para la medición de los contaminantes de interés. Para estas, se utilizaron 4 microetalómetros y 1 GRIMM 11-D. Dichas caminatas se clasificaron según el horario, en muestreos de mañana y de tarde. Los resultados señalan que la concentración de BC presenta distribuciones muy distintas y que cada caminata es un microambiente a analizar por sí mismo. Sin embargo, se repitieron dos hotspots: los terminales de buses y el sector NE de la península. El primero se asoció al uso de diésel por parte de la flota de buses, mientras que el sector NE, se podría asociar al complejo industrial Ventanas que está próximo a esta zona. Las concentraciones de BC medidas en las caminatas de la mañana varían entre 0,40 – 1,31 μg/m3; y las de MP2.5 22 – 23 μg/m3. En el caso del horario de tarde, las concentraciones de BC están en el rango de 0,15 – 1,30 μg/m3, y para MP2.5 13 – 22 μg/m3. Al comparar los resultados de MP2,5 obtenidos, con aquellos de las estaciones del SINCA, se observó que las concentraciones obtenidas siempre son mayores. El uso del GRIMM 11-D fue clave al momento de identificar fuentes de combustión incompleta en el MP2,5 y MP1. Con esto, se logró distinguir el momento exacto en el que la composición de MP presentó BC y determinar la cantidad (en %) de BC en las fracciones de MP. Los resultados muestran la necesidad de seguir fortaleciendo una metodología para este tipo de análisis, para así poder utilizar estos en la toma de decisiones y formulación de estrategias de mitigación de las emisiones de BC. Por último, el uso complementario del monitoreo móvil y estacionario, entrega posibilidades para nuevos enfoques en el desarrollo de redes y programas de monitoreo de la calidad del aire, en donde se considere el BC.

Black carbon (BC) is an atmospheric pollutant that is part of the atmospheric carbonaceous particulate matter 2.5 (PM2.5), it has a high positive radiative forcing and is considered the second most important driver of global warming after CO2. It is formed during the incomplete combustion in natural and anthropogenic processes. To approach this type of pollutant, which has high variability in the atmosphere, the use of mobile measurements is proposed. From this, the challenge of developing strategies to improve the overall performance of these instruments is also emerging. In Chile, specifically Quintero, considered a sacrifice zone, due to the high pollution load that surrounds this town, it is important to know if BC emissions contribute to this pollution and if they can be associated to some specific sources. The objectives of this work are to measure BC and PM2.5 concentrations in the Quintero peninsula, through local walks with mobile instruments and to compare the results with those from the SINCA air quality monitoring stations. A total of seven walks were performed along the peninsula to measure the pollutants of interest. For these, 4 microaethalometers and 1 GRIMM 11-D were used. These walks were classified into morning and afternoon samplings, according to the time of day. The results indicated that BC concentration has very different distributions and that each walk is a microenvironment to be analyzed by itself. However, two hotspots were repeated: the bus terminals and the NE sector of the peninsula. The former was associated with the use of diesel by the bus fleet, while the NE sector could be associated with the Ventanas industrial complex that is close to this area. The BC concentrations measured at morning walks varied between 0.40 - 1.31 μg/m3 and PM2.5 22 - 23 μg/m3. During afternoon walks, BC concentrations were in the range of 0.15 - 1.30 μg/m3 and for MP2.5 13 - 22 μg/m3. When comparing the results of MP2.5 obtained through the walks with those of the SINCA stations, it was found that the resulting concentrations are always higher than those from SINCA stations. The use of GRIMM 11-D was crucial for identifying sources of incomplete combustion in PM2.5 and PM1. Therefore, it was possible to recognize the exact moment when the PM composition exhibited BC, and to determine the amount (in %) of BC in PM fractions. The results showed the need to continue improving a methodology for this type of analysis, in order to be able to use them for decision making and formulation of BC emission mitigation strategies. Finally, the combined use of mobile and stationary monitoring, provides possibilities for new approaches in the development of air quality monitoring networks and programs, where BC is considered