Nuevas tecnologías para el monitoreo de la calidad del aire, Meylin ...

Nuevas Tecnologías en el Control
de la Calidad de Aire
Meylin Terrel Gutierrez, M.Sc.
Institute für f r Siedlungswasserbau, Wassergüte
te- und
Abfallwirtsschaft (ISWA)
Instituto de Ingeniería a Ambiental
Dep. Tecnológico y Analítico de
Control de Polución n de Aire
Universidad de Stuttgart
Alemania
Lima, 24 de Marzo del 2007

ALEMANIA

Las Interrogantes del Cambio
Climático
?
Fuente: Deutsche Welle

Acciones
• Frenar el cambio climático
- Tecnología Limpia en el sector transporte, industria
y los hogares.
• Estar preparados para las consecuencias
- uso del potencial genético de las plantas
Fuente: DIW

“Milagro Económico Alemán”
• Centrales eléctricas
de carbón
La central de Frimmersdorf,
Alemania, entre las cinco más
contaminantes de Europa.
Según el WWF, la sustitución del carbón por el gas
supondría en 2030 un 47,8 por ciento más de cielo
libre de CO2.
Fuente: WWF, 2005

Factor Energético
• La dependencia alemana a los suministros de
gas rusos la hace particularmente vulnerable
Los gasoductos de
Gasprom pasan por
territorio bieloruso
Fuente: Deutsche Welle

Nuevas Tecnologías
• Bio-combustible
• Automóviles "híbridos"
Fuente: KWB

Energías Renovables
• Energía a Solar
• Energía a EólicaE
• Biogás
• Nuevas plantas atómicas
• Reactores termonucleares

Premios Europeos a la Energía
Solar
Proyecto húngaroh
ngaro-alemán
Solanova
Ale
Heliotrop, , casa solar
Fuente: Eurosolar

Programas Preventivos
AGUA
Escasez de agua
Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB)
Proyecto de enriquecimiento de aguas profundas
Fuente: KWB

Cooperación Alemana
OXIGENO
El Amazonas en peligro
• Tala indiscriminada
Alemania financia
proyectos de la OTCA en
la región amazónica
Fuente: BMZ

Fuentes de Información:
• Instituto Max Planck de Meteorología a con sede en Hamburgo
• Instituto de Investigaciones Económicas de la ciudad alemana de Kiel
• Instituto Alfred Wegener para el Estudio de los Polos y los Mares con
sede en la ciudad alemana de Bremerhaven
• Instituto Alemán n de Investigación n Económica (DIW)
• Instituto de investigación n de las consecuencias climáticas, en Potsdam
• Ministerio Federal de Cooperación n y Desarrollo (BMZ)
• Ministerio de Educación n e Investigación n alemán
• Consejo Mundial del Clima
• Consejo Europeo de Energías Renovables
• Centro de Transferencia Tecnológica (TTZ) de Bremerhaven
• Organización n ambientalista internacional World Wildlife Fund (WWF)
• Organización n pro-medioambiente
Greenpeace y EREC
• Confederación n de la Industria Energética y Medioambiental (BDH)
• Organización n alemana para el Medio ambiente, Deutsche Umwelthilfe
• Organización n del Tratado de Cooperación n Amazónica (OTCA)

Nuevas Tecnologías en el Control
de la Calidad de Aire
Meylin Terrel Gutierrez, M.Sc.
Institute für f r Siedlungswasserbau, Wassergüte
te- und
Abfallwirtsschaft (ISWA)
Instituto de Ingeniería a Ambiental
Dep. Tecnológico y Analítico de
Control de Polución n de Aire
Universidad de Stuttgart
Alemania
Lima, 24 de Marzo del 2007

Contenido
• Definición n del Problema
• Motivación
• Términos relevantes
• Estado de Arte tecnológico:
Monitoreo/Tratamiento de emisiones
gaseosas
• Nuevas tecnologías

Definición del problema
• La contaminación n del aire constituye uno de
los principales impactos de la urbanización.
n.
En Europa, más m s del 70% de la población
vive en áreas urbanas, por lo que el control
de la calidad del aire supone uno de los
principales motivos de preocupación
medioambiental.

Motivación
“Aunque la calidad del aire ha mejorado, queda todavía
mucho por hacer…”
• Por ejemplo, respecto a aquellos contaminantes
cancerígenos como el benceno, las partículas finas y ultra-
finas y algunos compuestos orgánicos volátiles producidos
por el ser humano son actualmente causa de serias
preocupaciones. Aunque las investigaciones ya están n en
marcha, el conocimiento sobre estos temas se encuentra en
una etapa inicial.
• Asimismo, la denominada contaminación n fotoquímica
mica,
causada principalmente por el ozono, es un problema
complejo que exige mucha investigación n adicional.

Términos relevantes
• Contaminación fotoquímica
• Red de estaciones de monitoreo de la calidad
del aire
• Emisiones gaseosas: Compuestos orgánicos
volátiles (COVs), aerosoles, compuestos de
relevante olor, material particulado, polvo,
etc.

Estado de Arte – Monitoreo (1)
Ozono (O3)
Contaminante
Óxidos de nitrógeno (NO,
NO2, NOx)
Dióxido de azufre (SO2)
Monóxido de carbono (CO)
PM10
PM2.5
Ácido sulfhídrico (H2S)
Principio de operación
Fotometría a ( rango UV)
Quimiluminiscencia
Fluorescencia pulsante
Espectroscopia no dispersiva
Atenuación n de radiación n beta
Balanza de Oscilación
Detector de Ionización n de
Flama (FID)

Estado de Arte – Monitoreo (2)
• COV‘s: FID Portable, GC-MS
• Compuestos de relevante olor:
Olfactómetro
ECOMA T08,
resultado: concentración n de olor
(OU/m3)

Estado de Arte- Tratamiento (1)
• Adsorción n con carbón n activado
• Oxidación n catalítica
tica
• Incineración n térmicat
• Biofiltración

Estado de Arte- Tratamiento (2)
• Biofiltros
El proceso de degradación biológica
ocurre por oxidación:
Organic Pollutant + O2 CO2 + H2O + Heat + Biomass

Nuevas tecnologías – Monitoreo (1)
Tecnología a del laser
TDLAS: Tunable diode laser absorption spectroscopy
Sighting scope
Aiming
Laser
Laser
Diode
Control
Electronics
Calibration
Reference
Cell
Detector
Remote
Retro-reflector
Detector
Signal
Processing
&
Display
Computer

Ventajas del TDLAS (1)
• Límites de detección(
presición)

Ventajas del TDLAS (2)
• Monitoreo continuo

Nuevas tecnologías – tratamiento (1)
• En particular se han investigado reactores
de plasma a baja temperatura para remover
toxinas de corrientes gaseosas a presión
atmosférica, resultando atractivos debido a
su alta eficiencia para producir radicales
químicos y agentes oxidantes para
promover las reacciones químicas.

Nuevas tecnologías – tratamiento (2)
• Exhaust gas air purification by
Pulsed Corona Discharge plasma
reactor for the removal of hardly-
biodegradable or non-biodegradable
contaminants from waste gas by
means of pulsed corona discharges

Referencias principales
• [ 1 ] Barterls, P., 2004: Kompostierung – Messung und toxikologische Bewertung
flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) in der Abluft von Kompostieranlagen,
Dissertation, Kiel.
• [ 2 ] Weber, K.; Ropertz, , A; Kuttler, , W.: Measurement and analysis of the air quality
within the region of urban green area using optical remote measurement techniques,
Gefahrstoffe-Reinhaltung
der Luft 64 (2004), 271-279.
279.
• [ 3 ] VDI-Richtlinie 3477, 2004: Biologische Abgasreinigung – Biofilter, Beuth-Verlag,
Berlin.
• [ 4 ] Mäule, M
M. und Reiser, M., 2005: Neue Techniken zur Abgasreinigung in der
Abfallwirtschaft durch nichtthermische Plasmatechnologie (NTP), DBU, Osnabrück.
• [ 5 ] Yuwono, , A. and Schulze, P., 2004: Odor Pollution in the Environment and the
Detection Instrumentation, Agricultural Engineering International: the CIGR Journal of
Scientific Research and Development, Invited Overview Paper. Vol. . VI.
• [ 6 ] Strecker, , A., 2003: Biofilter - Practical Experiences from Plant Monitoring, TÜV T
Technische Überwachung
Hessen, , Am Römerhof
15, 60486 Frankfurt/Main, HLUG
Biowaste Composting - New Developments and Solutions for the Reduction of Odour
Emissions.
• [ 7 ] Powers, W., 2004: Development of procedures for Odour Evaluation Techniques,
International Conference on Odour and VOC’s: : Measurement, Regulation and Control
Techniques, Iowa State University, Sydney, Australia.

Gracias por la atención
prestada!!☺
Contacto: meylin.terrel@iswa.uni-stuttgart.de

TDLAS

Conceptos básicos (1)
Como se puede monitorear emisiones
gaseosas con un láser? l
Aplicación del láser en la espectroscopia
Ley de Beer-Lambert :
Where: I0(ν) : intensity of the incident light
α : optical absorption coefficient of the gas and function of
the wave number ν
C is the concentration of the gas
L is the path length.
Un láser emite luz a una longitud de onda especifico.

Conceptos básicos (2)
• Láser de diodo sintonizable( TDL) emite luz en
el infrarrojo cercano (NIR) - Longitud de onda:
750-2600 nm.
• Muchos gases de interés absorben luz en el
infrarrojo cercano. Cada gas tiene un único
espectro de absorción constituido por un gran
numero de “ líneas de absorción”.
• Un láser puede ser sintonizado de acuerdo al gas
de interés que se quiera monitorear

Ejemplo: CH4
• En suma, las moléculas son grupos de átomos, los cuales
se han combinado para formar compuestos químicos. Por
ejemplo, el metano contiene un átomo de carbono (C) y
cuatro átomos de hidrógeno (H).
Las uniones específicas
entre los átomos vibran a
una cierta frecuencia, y
cada tipo de estas uniones
químicas dentro de una
muestra absorberán rayos
NIR de una longitud de
onda específica, mientras
todas las demás
longitudes de onda son
reflejadas.

Esquema de Funcionamiento
Las señales ópticas son convertidas en forma de longitudes de onda y
luego procesadas por el microcontrolador para determinar la
concentración real de gas a lo largo del camino óptico.
Sighting scope
Aiming
Laser
Laser
Diode
Control
Electronics
Calibration
Reference
Cell
Detector
Remote
Retro-reflector
Detector
Signal
Processing
&
Display
Computer

Casos de estudio
“CH4”
“H2S”
(i) Relleno sanitario
(ii) Sedimentador de lodos
activados

Metodología