Pavimentos fotocatalíticos para la eliminación de NO2 de atmósferas urbanas

Abstract

La contaminación atmosférica es uno de los principales problemas de la sociedad actual, las grandes ciudades presentan elevados niveles de concentración de agentes contaminantes viéndose afectadas por esta problemática, la ciudad de Madrid no es una excepción. Uno de los principales gases contaminantes, cuyos niveles de concentración son superiores a los límites máximos legislados por la Organización Mundial de la Salud, es el NO2 el cual proviene en mayor parte del tráfico rodado y que presenta una serie de efectos nocivos tanto para la salud humana como para el medio ambiente. Este proyecto surge como parte del proyecto LIFE-Photoscaling llevado a cabo de forma conjunta entre varias instituciones entre las que han participado la ETSII-UPM y el Ayuntamiento de Madrid, coordinadas por el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja del Centro Superior de Investigaciones Científicas (IETcc-CSIC), nace con el objetivo de demostrar la viabilidad del uso de pavimentos fotocatalíticos como medida real para la reducción de la contaminación del aire en zonas urbanas reduciendo los niveles de NO2, y llevando los procesos del laboratorio a la aplicación en la realidad y el desarrollo de indicadores para la evaluación integral de la eficiencia, la durabilidad y de los impactos de dicho proceso en un determinado entorno urbano. Los pavimentos fotocatalíticos aparecen como una alternativa sostenible para la reducción de los niveles de NO2 atmosférico y se basan en el proceso denominado fotocatálisis que consiste en la activación de un compuesto fotocatalizador y semiconductor, en este caso el TiO2, con ayuda de la radiación solar, posteriormente se lleva a cabo la promoción de determinados electrones, desde la banda de valencia a la banda de conducción generándose así un par electrón-hueco, esos huecos libres son ocupados por radicales hidroxilos, OH·, generados en la superficie del TiO2 a partir del agua presente en el aire. Asimismo, los electrones promocionados a la banda de conducción reaccionan con el oxígeno dando lugar al anión oxigeno excitado, O2 *-. Es por ello, que los objetivos del presente proyecto son los siguientes: por una parte, comprobar la validez del método de captación pasivo para la obtención de valores de concentración de NO2 a partir de la comparación de los valores obtenidos en el laboratorio con dicho método con los valores proporcionados por la estación remota de medición de Méndez Álvaro de la Red de Vigilancia del Ayuntamiento de Madrid en la que se emplea el método de medición en continuo, y por otra parte, evaluar el rendimiento del pavimento fotocatalítico como medida correctora para reducir los niveles de NO2, en zonas urbanas a partir del análisis de los tubos pasivos expuestos utilizando el método de Griess-Saltzman para conocer la cantidad de NO2 presente en el ambiente. Para la medición en campo de la concentración de NO2 se pueden emplear dos métodos, bien el método de medición en continuo basado en la quimioluminiscencia o bien el método de medición pasivo mediante el uso de captadores pasivos. Es este último el que se ha empleado para la obtención de dichos valores de concentración de NO2 presente en la atmósfera y para ello se han colocado hasta un total de 60 tubos pasivos en dos calles de Madrid, C/ José Antonio Armona y C/ Bernardino Obregón, durante un tiempo de exposición de unos 30 días, posteriormente se recogen los tubos y se llevan al laboratorio para su análisis. Para determinar la cantidad de NO2 absorbido en los tubos pasivos se utiliza trietanolamina como absorbente y que reacciona con el NO2 presente en el ambiente dando lugar a iones nitrito (NO2 -), estos iones nitrito se pueden determinar cuantitativamente mediante un análisis espectrofotométrico empleando el método Griess-Saltzman. En el cual el ion nitrito reacciona con un reactivo de color formado por una mezcla acuosa de sulfanilamida (SAM), ácido ortofosfórico y N-(1-naftil)-etilendiaminadiclorhidrato (NEDA). En primer lugar, los iones nitritos reaccionan con la sulfonamida, en medio acido, por ello se añade ácido ortofosfórico, obteniendo como producto una sal de diazonio. Posteriormente, la sal de diazonio resultado de la reacción anterior reacciona con el NEDA dando como producto final un colorante azoico de color rojo-violeta que se analiza mediante espectrofotometría Visible obteniendo así la cantidad de NO2 - absorbida en el tubo y por tanto la cantidad de NO2 presente en el ambiente. A la vista de los resultados obtenidos sobre el rendimiento del pavimento fotocatalítico se demuestra su viabilidad como medida correctora para la reducción de los niveles de concentración de NO2 en el ambiente, ya que se han obtenido en las distintas campañas realizadas un descenso de los niveles de concentración de NO2 tras la puesta del pavimento fotocatalítico. En cuanto a los resultados obtenidos correspondientes al método de medición pasivo en comparación con el método de medición en continuo, se ha comprobado que los valores obtenidos mediante uno y otro método de medición han sido similares en todas las campañas concluyendo por tanto la validez de dicho método como método de referencia para la medición de la concentración de NO2 en el ambiente. Finalmente, tras el análisis de los resultados obtenidos en las diferentes campañas se ha llegado a la conclusión de que el nivel de calidad del aire presente en la ciudad de Madrid es preocupante ya que los niveles de concentración de NO2 son superiores a los 40 μg/m3 anuales, valor límite legislado según la OMS. Esto supone graves efectos nocivos sobre la población y sobre el entorno medioambiental de la ciudad de Madrid.