Estimación de emisiones de los ciclos de aterrizajes y despegues de aeronaves en el aeropuerto Adolfo Suárez Madrid-Barajas

Abstract

La aviación ha experimentado una rápida expansión a medida que la economía mundial ha crecido. El aeropuerto Adolfo Suárez Madrid-Barajas fue el aeropuerto que más pasajeros registró en 2015 en España, con 46,8 millones (23% de cuota respecto al resto de aeropuertos españoles), el tráfico creció en 11,5 millones de movimientos de pasajeros respecto a 2014 según la Dirección General de Aviación Civil del Ministerio de Fomento.
Los impactos climáticos de los gases y de las partículas emitidas y creadas debido a la aviación son más difíciles de cuantificar que las emisiones con un efecto perjudicial para la calidad del aire.
Las emisiones de los aviones producen contaminantes del aire como óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos (HC) y partículas finas (PM), que a su vez pueden afectar a cuestiones ambientales más amplias relacionadas con el ozono troposférico (O3), la lluvia ácida y el cambio climático, y presentan riesgos potenciales relacionados con la salud pública y el medio ambiente. Los aviones viajan a distintas altitudes por tanto la generación de emisiones tienen un impacto en la calidad del aire en los ambientes locales, regionales y globales, si bien los principales impactos se producen en el entorno de los aeropuertos y se asocian a las operaciones de aterrizaje y despegue o ciclos LTO (Landing / Take-Off).
El inventario de emisiones de contaminantes atmosféricos es un instrumento estratégico de gestión ambiental debido a que permite identificar quiénes son los generadores de emisiones y su aporte de contaminantes a la atmósfera por sector. El Área de Gobierno de Medio Ambiente y Movilidad del Ayuntamiento de Madrid, elabora con periodicidad anual el Inventario de Emisiones Contaminantes a la Atmósfera a través de la Dirección General de Sostenibilidad, trabajo que lo realizan conjuntamente con la Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid.
En la actualidad la estimación de emisiones para el sector de la aviación utiliza una metodología simplificada que se basa en el uso de: factores de emisión por cada tipo de contaminante, consumo de combustible y número de ciclos LTO. Estos datos son valores promedios para una aeronave genérica, debido a la dificultad de disponer de datos detallados de la flota de aeronaves que operan en los aeropuertos de la región.
Por lo tanto, el principal objetivo de este proyecto es estimar con mayor detalle las emisiones provenientes del sector de la aviación a una escala menor tomando en cuenta solo las emisiones provenientes del aeropuerto Adolfo Suárez Madrid-Barajas ubicado en la Comunidad de Madrid y utilizando un método de estimación más preciso que tiene en cuenta que cada tipo de aeronave produce diferentes cantidades de contaminantes atmosféricos.
La metodología utilizada en la mayoría de los diferentes tipos de aeronaves que tuvieron actividad en el aeropuerto se basa en la utilización del banco de datos recopilado y publicado por la Organización de Aviación Civil Internacional (ICAO), este banco de datos contiene información sobre las emisiones de escape de los motores de los aviones que han entrado en producción. Los fabricantes de motores presentan voluntariamente sus datos a la autoridad encargada de la certificación primaria (CA) para su aprobación como parte del proceso de certificación y una vez aprobados los datos estos se presentan a la sede de ICAO. Los valores de los datos se basan en un ciclo idealizado de aterrizaje / despegue (Condiciones atmosféricas de referencia ISA a nivel del mar) y el ciclo LTO sólo evalúa emisiones por debajo de 3000 pies, aproximadamente 915 metros.
Se estudiaron 144 tipos de aeronaves. Para 103 de dichas aeronaves, las estimaciones se calcularon con ayuda del banco de datos de ICAO. Para las restantes se aplicó la metodología de nivel 2 explicada en el capítulo 2 del presente trabajo, y que ofrece un mayor detalle debido a que se fundamenta en factores y ciclos LTO específicos para cada tipo de aeronave.
Las estimaciones se realizaron para el año 2013 con el objetivo de obtener la desviación del método estudiado respecto al método aplicado para la realización del inventario de emisiones del Ayuntamiento de Madrid para ese mismo año. Se obtuvo para el NOx una desviación de 145% respecto al método que se utiliza actualmente, (3456,69 toneladas frente a 1413 toneladas de NOx).
Esta desviación es debida a que en términos de NOx, las emisiones varían de acuerdo con el ajuste de empuje de la aeronave y, por tanto, con la actividad (LTO o crucero), puesto que la metodología utilizada en la actualidad toma factores de emisión “representativos” de una aeronave genérica y número de ciclos LTO total sin especificar qué tipo de aeronaves los produce, esto puede contribuir significativamente a la incertidumbre.
Para el CO2 la desviación es de -28%, con el método utilizado en el proyecto se estimó un 28% menos respecto al otro método.
Para las estimaciones de las emisiones del CO las diferencias entre los dos métodos comparados pueden considerarse despreciables debido a que el porcentaje de desviación es del 7%.
Estos resultados implican que, pese a requerir mayor cantidad de información e incrementar la complejidad de los cálculos, puede ser preciso revisar y actualizar el método utilizado para estimar los contaminantes provenientes de la aviación en el Inventario del Ayuntamiento de Madrid.
Actualizar el método supondría para el Ayuntamiento de Madrid contar con datos que tienen un menor grado incertidumbre, para el desarrollo de sus competencias en el ámbito de la protección de la calidad del aire, eficiencia y producción energética y prevención del cambio climático, además de la posibilidad de adoptar estrategias de política ambiental más adecuadas y controlar las actividades que inciden en la calidad del aire.
Disponer de resultados con mayor fiabilidad proporciona una base sólida para el análisis coste-beneficio de las medidas de reducción de las emisiones y definición de las políticas de minimización de la carga de contaminante, por otra parte es posible alimentar con estos datos de emisiones a modelos de simulación de la calidad del aire.
Las estimaciones realizadas para el año 2015 permitieron cuantificar la cantidad de emisiones provenientes de cada tipo de vuelo, se obtuvo que la mayor parte de las emisiones son debidas a los vuelos internacionales comerciales. Gracias a que los cálculos se realizaron para todos los meses del año, se puede distinguir el mes en el que más contaminantes se vertieron a la atmósfera, que naturalmente es el mes de julio debido a un mayor número de ciclos LTO.
Con la finalidad de aportar datos que puedan ser utilizados en un futuro para crear regulaciones o aplicar una nueva gestión del tránsito aéreo se realiza una clasificación de aeronaves según las emisiones que tuvieron lugar en el año 2015 en el aeropuerto de estudio.
La aeronave que mayor cantidad de emisiones tuvo en el año 2015 fue Airbus A330-200, debido a que es la aeronave con mayor número de ciclos LTO, además que también tiene unos factores de emisiones altos para algunos de los contaminantes estudiados. Esto supone que si se quiere intervenir para reducir estas emisiones se puede trabajar en función de aquellas aeronaves más contaminantes y que tienen una mayor actividad en el aeropuerto.
Finalmente se ha estudiado la evolución de los contaminantes para el año 2013 y 2015.
A pesar de que la cantidad de ciclos LTO aumento en 9,1% con respecto al 2013, se observó una disminución de la cantidad de hidrocarburos en el año 2015, revisando los cálculos se llega a la conclusión que las aeronaves que más emiten hidrocarburos a la atmósfera han tenido una menor actividad en el aeropuerto, como es el caso del Airbus 330-200 cuyos ciclos LTO han pasado de 8979 en 2013 a 8448 en 2015.
Para el resto de contaminantes la evolución ha ido en aumento, el CO aumento 2,97%, el NOx 9,91% y el CO2 8,56%.