Contaminación Atmosferica y sus efectos en el medio ambiente
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Contaminación Atmosferica y sus efectos en el medio ambiente

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Dioxido de carbono y opciones para reducir este gas en la atmosfera. Oxidos de nitrogeno. Oxidos de azufre. Monoxido de carbono y Metano.

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  • 1. M.C. RAUL CASTAÑEDA CEJA
  • 2. La ingeniería ambiental o ingeniería en tecnología ambiental, es la rama de la ingeniería que estudia los problemas ambientales de forma integrada, teniendo en cuenta sus dimensiones ecológicas, sociales, económicas y tecnológicas, con el objetivo de promover un desarrollo sostenible. La ingeniería ambiental contribuye a garantizar, mediante la conservación y preservación de los recursos naturales, una mejor calidad de vida para la generación actual y para las generaciones futuras.
  • 3. • Esta disciplina, en pleno desarrollo, ve cada vez más claro su objetivo y ha venido consolidándose como una necesidad, ya que proporciona una serie de soluciones propicias para enfrentar la actual crisis ecológica que vive el planeta. Por esto, es considerada por muchas personas como una profesión de gran futuro. • El ingeniero ambiental debe saber reconocer, interpretar y diagnosticar impactos negativos y positivos ambientales, evaluar el nivel del daño ocasionado en el ambiente (en el caso de un impacto negativo) y proponer soluciones integradas de acuerdo a las leyes medioambientales vigentes.
  • 4. El surgimiento de la ingeniería ambiental tuvo lugar en la Antigua Roma, cuando los seres humanos comenzaron a advertir que su salud dependía de las condiciones del entorno. La ingeniería ambiental moderna tuvo sus comienzos en Londres a mediados del siglo XIX, cuando se estableció que una red de alcantarillado adecuada podría reducir la incidencia de enfermedades transmitidas por el agua como el cólera. La introducción desde ese entonces de la purificación del agua y del tratamiento de aguas residuales ha transformado a las enfermedades transmitidas por el agua de principales causas de muerte a rarezas en los países industrializados. En la actualidad la ingeniería ambiental juega un importante papel en la elaboración de proyectos, sometidos a procesos de evaluación de impacto ambiental. En pocas palabras, el cometido principal de la ingeniería ambiental consiste en proteger al medio ambiente de mayor degradación, preservar las partes de éste que se encuentran en buenas condiciones, y mejorarlo y revitalizarlo donde sea necesario.
  • 5. •Realizar estudios de impacto ambiental de los procesos productivos para visualizar sus efectos sobre el entorno. •Se encarga de los sistemas de gestión de calidad ambiental, salud y seguridad ocupacional del personal de la empresa. •Establece métodos de control y vigilancia de la contaminación como sistemas de monitoreos, con la finalidad de minimizar emisiones y residuos. •Desarrolla, calcula y pone en práctica las diferentes soluciones técnicas que minimicen los efectos negativos del proceso industrial sobre el medio ambiente. CUAL ES SU RESPONSABILIDAD PROFESIONAL
  • 6. •Diseña o selecciona los equipos e instalaciones de tratamiento de materiales de desecho gaseosos, líquidos y sólidos, llevando a cabo su seguimiento y control. •Lleva a cabo evaluación de proyectos y asesoría legal a empresas. •Lleva a cabo campañas de sensibilización ciudadana ambiental. •Manejo de control de áreas silvestres protegidas. •Lleva a cabo el control de la contaminación del agua, suelo, aire y residuos en la ciudad. •Diseña redes de abastecimiento y de saneamiento de aguas residuales en zonas urbanas, rurales, recreativas e industriales. •Realiza auditorías ambientales en diversos sectores.
  • 7. •Interpreta y realiza cálculos de evaluación y cuantificación de contaminantes atmosféricos, así como el diseño de equipos y procesos usados en su control. • Realiza estudios, evaluaciones, auditorias, dictámenes y certificaciones ambientales para todos aquellos sectores económicos y sociales que lo requieran. •Docencia e Investigación. •Proponer políticas medioambientales. • Planifica el uso sostenible del ambiente.
  • 8. Su labor y su importancia hace que cualquier ingeniero ambiental actualmente se encuentre con la posibilidad de encontrar un empleo en multitud de ámbitos y de espacios. Por ejemplo, hay quienes desarrollan su trabajo en organizaciones no gubernamentales, otros que realizan lo propio en empresas industriales y hay quienes, por su parte, dependen de la Administración Pública, a cualquiera de sus niveles, en instituciones dedicadas a la investigación y enseñanza especialmente universitaria, en empresas de consultoría, empresas sanitarias, etc. En la actualidad, la degradación del medio ambiente por el accionar humano hace que las tareas y obligaciones de los ingenieros ambientales sean más importantes que nunca. Los estudios y predicciones de estos especialistas son necesarios para el futuro de la tierra.
  • 9. •Se entiende por medio ambiente a todo lo que rodea a un ser vivo. Entorno que afecta y condiciona especialmente las circunstancias de vida de las personas o de la sociedad en su conjunto. • Es el conjunto de elementos abióticos (energía solar, suelo, agua y aire) y bióticos (organismos vivos) que integran la delgada capa de la tierra llamada biosfera, sustento y hogar de los seres vivos. •El conjunto de todos los ambientes o paisajes de la tierra constituyen la biosfera, y la gran variedad de seres vivos que forman parte de ella es la biodiversidad. EL MEDIO AMBIENTE Y FACTORES QUE LO AFECTAN
  • 10. Dentro de los factores que afectan el medio ambiente se encuentran: Geografía física: Desierto de Sahara, Antártida, Zonas tropicales. Demografía: A mayor población mayores problemas. (stress). Clima: Lluvia, viento, temperatura (calor o frío), luz del sol. Organismos vivos: Vacunos abonan la tierra y los caprinos erosionan con sus pezuñas la tierra. Flora: fuente de alimentos o productores. Relieve: Existen relieves beneficiosos (como los montes repletos de árboles) y perjudiciales, como los volcanes. Deforestación (Selvas) e incendios forestales. Contaminación Ambiental: Aire, Agua y Suelo. Desastres mundiales: Guerras, destrucción de capa de ozono, inundaciones, radiación nuclear (Chernóbil, Ucrania) etc. El 5 de junio de cada año, globalmente se celebra el Día Mundial del Medio Ambiente. Éste fue establecido por la Asamblea General de las Naciones Unidas en 1972.
  • 11. RECURSOS NATURALES Un recurso natural es un bien o servicio proporcionado por la naturaleza sin alteraciones por parte del ser humano. Contribuye al bienestar social y a su desarrollo de manera directa (materias primas, minerales, alimentos, etc.). Los recursos renovables son aquellos recursos que no se agotan con su utilización, debido a que vuelven a su estado original o se regeneran a una tasa mayor a la tasa con que los recursos disminuyen mediante su utilización y desperdicios. Esto significa que ciertos recursos renovables pueden dejar de serlo si su tasa de utilización es tan alta que evite su renovación. Los recursos renovables son: Bosques, agua, suelo, viento, radiación solar, madera, animales , biodiesel y productos de agricultura. Los recursos no renovables son recursos naturales que no pueden ser producidos, cultivados, regenerados o reutilizados a una escala tal que pueda sostener su tasa de consumo, la naturaleza no puede recrearlos en periodos geológicos cortos, como el carbón, el petróleo, los minerales, los metales, el gas natural y los depósitos de agua subterránea, en el caso de acuíferos confinados sin recarga.
  • 12. • Era Arcaica: 3,800-2,500 m.a • La atmósfera, compuesta por elementos como el hidrógeno, metano, amoniaco y CO2, pero carente todavía de oxígeno. • Era Proterozoica: 2,500-560 m.a • Formación del primer oxigeno a través de bacterias procarioticas fotosintéticas (cianobacterias) en estromatolitos y algas verdes azules. De esta manera se empezó a formar la capa de ozono. • Era Paleozoica (periodo Silúrico): 438 m.a. • Vida en la tierra. Primeras plantas terrestres (helechos, líquenes). La atmósfera alcanza un 21 % de oxígeno, como en la actualidad. • Era Paleozoica (periodo Pérmico): 286 m.a. • Erupciones volcánicas cubren la atmosfera con SO2 formando lluvia ácida eliminando 90% especies marinas, 70% de vertebrados y 50% de plantas. LA ATMÓSFERA TERRESTRE NATIVA
  • 13. • La atmósfera es la capa de gas que rodea la Tierra y es retenida por la acción de la gravedad. • Esta mezcla de gases que forma la atmósfera recibe genéricamente el nombre de aire. El 75% de la masa atmosférica se encuentra en los primeros 12 km de altura, desde la superficie del mar. • La atmósfera protege la vida sobre la tierra absorbiendo gran parte de la radiación solar ultravioleta en la capa de ozono. • Además, actúa como escudo protector contra los meteoritos. LA ATMÓSFERA TERRESTRE ACTUAL
  • 14. COMPOSICION DE LA ATMOSFERA ACTUAL
  • 15. • La atmósfera se divide en cinco capas. La atmósfera de la Tierra es más densa cerca de la superficie y su densidad disminuye con la altura, hasta que eventualmente se difumina en el espacio. • 1) La tropósfera es la primera capa sobre la superficie, y contiene el 75% de la masa atmosférica de la Tierra. • Sus principales características son: • Tiene alrededor de 12 km de espesor, a partir del nivel del mar. • Aquí ocurren todos los fenómenos meteorológicos que influyen en los seres vivos (vientos, huracanes, lluvia, nieve, nubes, etc). Concentra la mayor parte del oxígeno y el 99% de vapor de agua. • La T° decrece a razón de 6.5 °C por kilómetro de altura, llegando hasta aproximadamente a -55°C en la tropopausa. • Es la capa de mayor contaminación atmosférica. • En la parte superior de la tropósfera esta la tropopausa, que marca el fin de esta capa e inicio de la estratosfera. CAPAS DE LA ATMOSFERA TERRESTRE
  • 16. • La estratósfera: • Es la capa de la atmósfera terrestre situada encima de la tropósfera, y abarca de los 12 a los 50 km de altura. • La temperatura aumenta muy deprisa porque el ozono absorbe la luz solar (de - 55°C en tropopausa a cero °C en estratopausa). • La capa de ozono se extiende principalmente entre los 20 a 40 km de altura (Ozonosfera). Esta capa absorbe del 97 al 99% de la radiación ultravioleta del sol, convirtiéndola en calor y evitando alteraciones del ADN de los seres vivos o mutaciones, afectaciones a la fotosíntesis por plantas y fitoplancton y enfermedades (cáncer en la piel, arrugas, envejecimiento, afecta sistema inmunológico provocando diversas infecciones en el organismo y daños en los ojos). • En la parte superior de la estratosfera esta la estratopausa, que marca el fin de esta capa e inicio de la mesosfera.
  • 17. • O2 FOTONES O + O (oxígeno atómico) • O + O2 O3 (Ozono) • O + O3 O2 + O2 (Reserva de oxigeno). • El ozono se destruye con el cloro (Cl-) y el bromo libre. El cloro proviene de los clorofluorocarbonos sintetizados por el hombre para diversos usos industriales (aerosoles, spray, extinguidores, gas de aire acondicionado, etc.). • Un átomo de cloro destruye a 100 mil moléculas de ozono. CLO= Monóxido de cloro • CFC + UVB Cl • Cl + O3 ClO + O2 • ClO + O Cl + O2 • Se repite el ciclo. COMO SE FORMA LA CAPA DE OZONO En equilibrio
  • 18. Los clorofluorocarbonos pueden permanecer en la atmósfera entre 50 a 65 años. Los clorofluorocarbonos (CFC), utilizados en refrigeración y aire acondicionado y como gases propulsores en aerosoles y recipientes desechables. También agotan el ozono el clorotetracloruro de carbono y el metil cloroformo. Y figuran en la lista el bromuro de metilo usado como fumigante de múltiples aplicaciones y los halones (gas extintor de incendios). Estos gases se mezclan con la atmósfera y flotan hasta la estratosfera donde la radiación de los rayos ultravioleta rompe sus enlaces químicos. Liberan entonces cloro y bromo, que contribuyen a la destrucción de las moléculas de ozono. O3 ClO (O) (O2) (O2)
  • 19. • El índice ultravioleta es un indicador de la intensidad de la radiación UV proveniente del sol a la superficie terrestre. Su interpretación se observa en el siguiente cuadro. La lectura en la estación meteorológica, se obtiene mediante el uso de un sensor inalámbrico UVN800, conectado por radio a una estación meteorológica WMR-100. INDICE ULTRAVIOLETA Color Riesgo Índice UV Verde Bajo < 2 Amarillo Moderado 3-5 Naranja Alto 6-7 Rojo Muy Alto 8-10 Violeta Extremadamente alto > 11 Tipo de Piel Características 1 Piel muy clara Es extrasensible y siempre se quema, no resiste el bronceado 2 Piel clara Es sensible y siempre se quema con facilidad, raramente se logra un mínimo bronceado. 3 Piel morena clara Se considera normal y se quema con moderación. El bronceado es gradual. 4 Piel morena oscura. Se considera normal y se quema mínimamente. Siempre se broncea 5 Piel oscura Se considera insensible y raramente se quema. El bronceado es profundo. 6 Piel muy oscura (piel con profunda pigmentación) Se considera insensible y no se quema.
  • 20. Índice UV Tipo de Piel 1 2 3 4 5 6 0 Indefinido Indefinido indefinido indefinido indefinido Indefinido 1 112.0 140.0 175.0 218.7 273.5 341.8 2 56.0 70.0 87.5 109.4 136.7 170.9 3 37.3 46.7 58.3 72.9 91.2 113.9 4 28.0 35.0 43.8 54.7 68.4 85.5 5 22.4 28.0 35.0 43.7 54.7 68.4 6 18.7 23.3 29.2 36.5 45.6 57.0 7 16.0 20.0 25.0 31.2 39.1 48.8 8 14.0 17.5 21.9 27.3 34.2 42.7 9 12.4 15.6 19.4 24.3 30.4 38.0 10 11.2 14.0 17.5 21.9 27.3 34.2 11 10.2 12.7 15.9 19.9 24.9 31.1 12 9.3 11.7 14.6 18.2 22.8 28.5 13 8.6 10.8 13.5 16.8 21.0 26.3 14 8.0 10.0 12.5 15.6 19.5 24.4 15 7.5 9.3 11.7 14.6 18.2 22.8 Tiempo máximo de exposición en minutos TIEMPO MAXIMO DE EXPOSICION EN MINUTOS
  • 21. DESTRUCCION DE LA CAPA DE OZONO
  • 22. • Mesósfera: • Se extiende de los 50 a los 80 km de altura. • Está caracterizada por un decremento de las temperaturas, alcanzado los -80 ó -90 °C, a una altitud de 80 km. Es la zona más fría de la atmósfera. • Contiene cantidades despreciables de ozono y vapor de agua. Comprende el 0.1% de la masa total del aire. • Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. • Otro fenómeno observable, en la mesosfera es la caída de meteoritos, que al entrar en contacto, con esta capa y a causa de la fuerza de fricción, emiten luz y forman las estrellas fugaces, que son meteoroides que se han desintegrado en la termosfera. • El límite superior de la mesosfera es la mesopausa, que es el lugar más frío de la atmósfera.
  • 23. • Termosfera: • Abarca de los 80 a los 500 km aproximadamente. • Dentro de esta capa, la radiación ultravioleta, pero sobre todo los rayos gamma y rayos X provenientes del sol, provocan la ionización de los gases, (por eso también se denomina ionosfera). Si el sol esta activo, la T° puede llegar hasta 1,500 °C. • En esta capa la temperatura se eleva continuamente hasta más allá de los 1000 °C. Está constituida por gran cantidad de partículas con carga eléctrica. • Es la capa de la atmósfera en la que operaban los transbordadores espaciales. • También se producen las auroras boreales. • Al ser una capa conductora de electricidad es la que posibilita las transmisiones de radio y televisión por su propiedad de reflejar las ondas electromagnéticas. • Su límite superior es la termopausa.
  • 24. • Exosfera: • La exosfera es la capa de la atmósfera terrestre en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. • Su límite inferior se localiza a una altitud generalmente de 500 km, aproximadamente. Su límite con el espacio llega en promedio a los 10,000 km, en donde se ubica la exopausa. • En ella se pueden encontrar satélites meteorológicos de órbita polar y los satélites artificiales. • Aquí es el único lugar donde los gases pueden escapar ya que la influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande. Los gases que así se difunden en el vacío representan una pequeñísima parte de la atmósfera terrestre. • Los principales gases dentro de la exosfera son los gases más ligeros: Hidrógeno, algo de helio, dióxido de carbono y oxígeno atómico.
  • 25. Primer satélite artificial
  • 26. • En general se puede definir un contaminante del aire como aquel componente presente en la atmósfera, a niveles perjudiciales para la vida del hombre, plantas o animales. • Algunos de los principales contaminantes atmosféricos son substancias que se encuentran de forma natural en la atmósfera (CO2). Los consideramos contaminantes cuando sus concentraciones son notablemente más elevadas que en la situación normal. • Los principales mecanismos de contaminación atmosférica son todos los procesos en donde se queman de combustibles fósiles, que implican combustión, tanto en industrias como en automóviles y calefacciones residenciales, que generan dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros contaminantes. Igualmente, algunas industrias emiten gases nocivos en sus procesos productivos, como cloro o hidrocarburos que no han realizado combustión completa. CONTAMINACION ATMOSFERICA
  • 27. • Los contaminantes primarios son los que se emiten directamente a la atmósfera como el dióxido de azufre SO2, CO2, NO, CO. • Los contaminantes secundarios son aquellos que se forman mediante procesos químicos atmosféricos que actúan sobre los contaminantes primarios, ejemplo: H2SO4, que se forma por la oxidación del SO2, ozono, etc. • Los principales contaminantes atmosféricos son: • Óxidos de carbono: CO2 y CO. • Óxidos de azufre: SO2 (dióxido de azufre) y SO3 (Trióxido de azufre). • Óxidos de nitrógeno: NO (óxido nítrico); NO2 (dióxido de nitrógeno) y N2O (óxido nitroso). • Metano :(CH4) • Clorofluorocarbonos: CCL3F (Freón-11) o CCL2F2 (Freón-12). • Ozono troposférico : (O3). Principales contaminantes atmosféricos Efecto invernadero Lluvia ácida Acidez del mar Destrucción O3 Emisión de gases
  • 28. GASES DE EFECTO INVERNADERO
  • 29. EL CARBONO EN LA LITOSFERA •Aún cuando hay un total de 92 elementos que se encuentran de manera natural en la corteza terrestre, sólo ocho de ellos abundan en las rocas que forman la capa externa de la tierra. Juntos, estos ocho elementos, representan el 99.2% de la corteza terrestre. Los ocho elementos más abundantes en la Corteza terrestre son: 46.0% Oxígeno(O) 27.0% Silicón(Si) 8.2% Aluminio(Al) 6.3% Hierro(Fe) 5.0% Calcio(Ca) 2.3% Sodio(Na) 1.5% Potasio(K) 2.9% Magnesio(Mg) 0.19% Carbono (Carbonatos y fósil)
  • 30. • Toda la materia viva está constituida por la combinación de elementos como (C, H, O, N, S, P). El 97.90 % de la materia que forma a los seres vivos está compuesta en su mayoría por la combinación de estos seis elementos. PORCENTAJES DE LOS SEIS ELEMENTOS QUÍMICOS QUE PRINCIPALMENTE FORMA LA MATERIA DE LOS SERES VIVOS ELEMENTOS PORCENTAJE % CARBONO 19.37 HIDRÓGENO 9.31 NITRÓGENO 5.14 OXÍGENO 62.81 FÓSFORO 0.63 AZUFRE 0.64 TOTAL: 97.90 EL CARBONO EN LOS SERES VIVOS
  • 31. •Los océanos contienen alrededor de 36,000 gigatoneladas de carbono ((Gt=gigaton=Mil millones de ton), sobre todo en forma de ion bicarbonato. Cuando el CO2 entra en el océano, se forma ácido carbónico: CO2 + H2O ⇌ H2CO3 •Otra reacción importante es la liberación de iones hidrógeno y bicarbonato. Esta reacción controla los grandes cambios de pH: Ca2+ + 2 HCO3 − = CaCO3 + H2O + CO2 H2CO3⇌H+HCO3− HCO3= H + CO3 Ca + CO3= CaCO3 •El carbonato puede combinarse con el calcio para formar piedra caliza (carbonato de calcio, CaCO3), que precipita al suelo del océano. La piedra caliza es el reservorio más grande de carbono en el ciclo del carbono. EL CARBONO EN LOS OCEANOS
  • 32. • Alotropía: Es la propiedad de algunos elementos químicos de poseer estructuras químicas diferentes. • Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, desde el punto de vista económico, es de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). • Carbono. Variedades alotrópicas: grafito, diamante, grafeno, fulereno y carbino.
  • 33. • El carbono es un elemento notable por varias razones. Así, con el oxigeno forma el dióxido de carbono, vital en el crecimiento de las plantas; con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos (etano CH3- CH3; propano CH3-CH2-CH3), esenciales para la industria y el transporte, en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxigeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los esteres que dan sabor a las frutas, etc.
  • 34. COMBUSTIBLES FÓSILES Término general para designar los depósitos geológicos de materiales orgánicos combustibles que se encuentran enterrados y que se formaron por la descomposición de plantas y animales que fueron posteriormente convertidos en petróleo crudo, carbón, gas natural, al estar sometidos al calor y presión de la corteza terrestre durante cientos de millones de años.
  • 35. Es un combustible fósil que se ha formado durante millones de años por el deposito y caída a la tierra de material vegetal. Representa cerca del 70% de las reservas energéticas mundiales de combustibles fósiles y es la más utilizada en la producción de electricidad a nivel mundial. Emite a la atmósfera gases como el óxido de azufre, óxido de nitrógeno y dióxido de carbono, provocando los siguientes efectos: 1.- Efecto invernadero 2.- Lluvia ácida. CARBON
  • 36. Es un combustible natural líquido constituido por una mezcla de hidrocarburos. Procede de la transformación, por acción de determinadas bacterias, de enormes masas de plancton sepultadas por sedimentos y, en determinadas condiciones de presión y temperatura. Éste combustible causa contaminación tanto al usarlo, al producirlo como al transportarlo. Es contaminante y contribuye al efecto invernadero (por la emisión de CO2 a la atmósfera), asimismo, provoca la lluvia ácida. PETROLEO
  • 37. El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energía no renovables formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentra en yacimientos naturales, o de petróleo, o en depósitos de carbón. Consiste en más de un 90% en metano, y el resto es mayoritariamente, etano, propano y butano, y suele contener otros gases como nitrógeno, -ácido sulfhídrico, helio y mercaptanos. El gas natural produce mucho menos CO2 que otros combustibles como los derivados del petróleo, y sobre todo el carbón. gas natural
  • 38. • El más importante óxido de carbono es el dióxido de carbono(CO2), un componente minoritario de la atmósfera terrestre (del orden de 0.036%) producido y usado por los seres vivos. • Es un gas cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Su fórmula molecular es CO2. • Como parte del ciclo del carbono; las plantas, algas, y cianobacterias usan la energía lumínica del Sol para fotosintetizar carbohidratos a partir del dióxido de carbono y el agua, expulsando oxígeno como desecho de la reacción • El otro óxido es el monóxido de carbono (CO). El monóxido se forma durante la combustión incompleta de materias orgánicas y es incoloro e inodoro. • La peligrosidad del CO radica en que dicho gas presenta una gran afinidad por la hemoglobina (250 veces superior a la del oxígeno), dando lugar a la carboxihemoglobina, que al desplazar al oxígeno de la hemoglobina de la sangre provoca isquemia e hipoxia, situaciones a las que el corazón y el cerebro son especialmente sensibles. OXIDOS DE CARBONO
  • 39. Dióxido de carbono (CO2) Se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad: 1) Es un gas que produce un importante efecto de atrapamiento del calor, el llamado efecto invernadero. Es uno de los gases que más influye en el problema ambiental del calentamiento global del planeta (54-60%) y el consiguiente cambio climático. 2) Su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques. Se ha pasado de unas 280 ppm en la era preindustrial (1751) a unas 390 ppm actualmente. Si la tendencia continua se estima que par el año 2020 la cantidad de CO2 se habrá duplicado. Es un gas sin color, olor, ni sabor que se encuentra presente en la atmósfera de forma natural. Soluble en agua. Desempeña un importante papel en el ciclo del carbono en la naturaleza.
  • 40. • 1) Combustión de combustibles fósiles: La principal fuente de emisión de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera es la quema de combustibles fósiles. Los 3 tipos de combustibles fósiles más utilizados son el carbón, el gas natural y el petróleo. Al producirse la combustión de los combustibles fósiles, el carbón contenido es devuelto casi por completo como CO2, en procesos industriales, transporte, y actividades domiciliarias (cocina y calefacción). • Del 80 al 96.5% del CO2 de la atmósfera proviene de estas fuentes. Fuentes de dióxido de carbono (CO2) C + O2= CO2 + calor (Carbón natural) CH4 + 2O2= CO2 + 2H2O + calor (Gas natural) 2C8H18+25O2=16CO2+18H2O+calor (Gasolina)
  • 41. • Combustión es una reacción química de un combustible con el oxigeno con desprendimiento de calor. Puede ser completa o incompleta. • Los combustibles están constituidos principalmente por carbono e hidrógeno, y al combinarse con el oxígeno queman, desprendiendo calor. • Para que se produzca la combustión se necesita oxígeno, el cual se encuentra en el aire en un 21%. • La combustión completa ocurre cuando los combustibles reaccionan hasta el máximo grado de oxidación. No habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción. • La combustión incompleta ocurre cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de combustible en los gases o humo en la reacción. • En el combustible también se puede encontrar el azufre desde 0.5 % en combustible líquidos hasta 1 o 1.5 % en carbones, y el nitrógeno ( en carbones) de 0.7 hasta 9.3 %. • El Poder calorífico de la madera es de 4,500 cal/kg y de la antracita (carbón fósil) es de hasta 8,600 cal/kg, tienen gran contenido de carbono. Esto es en una combustión completa. En una incompleta la antracita produce 7,800 cal/kg del material. Poder calorífico (Calor) = cal/kg de combustible. Combustión del Carbón C + O2 = CO2 + calor 2C + O2 = 2CO + calor 2C8H18+25O2= 16CO2+18H2O+calor
  • 42. Combustión completa del metano(CH4) Los tipos más frecuentes de combustible son las materias orgánicas que contienen carbono e hidrógeno. En una reacción completa todos los elementos que forman el combustible se oxidan completamente. Los productos que se forman son el dióxido de carbono(CO2) y el agua, el dióxido de azufre(SO2) (si el combustible contiene azufre) y pueden aparecer óxidos de nitrógeno (NOx), dependiendo de la temperatura, la cantidad de oxígeno en la reacción y, sobre todo de la presión.
  • 43. • Los sectores más importante de emisiones de CO2 a nivel mundial provienen de la generación de electricidad, residencias, transporte e industrias. El 99% de la energía utilizada para transportar pasajeros y productos alrededor del mundo proviene de combustibles fósiles. También están las grandes industrias y fábricas, aunque se estima que la contaminación atmosférica que producen los vehículos es mayor. • La combustión de un litro de gasolina genera 2.3 kg de CO2 y un litro de diesel 2.6 kg de CO2 a la atmósfera. Se estima que en mundo existen mil millones de vehículos.
  • 44. • El mayor productor de emisiones de dióxido de carbono son las plantas de energía que producen electricidad. Las plantas de energía queman grandes cantidades de carbón y deben producir energía las 24 horas del día. Otras industrias que producen grandes cantidades de dióxido de carbono son las industrias de transportación, cementera, minera, productoras de papel y vidrio, la química, la alimentaria, refinería de petróleo, la de cerámicas, entre otras. (CaCO3+calor=CaO +CO2), las T° son de 1000°C.
  • 45. Energía eólica
  • 46. Distribución porcentual de la energía en México En México hay 30 plantas termoeléctricas, 13 plantas hidroeléctricas y una planta dual -termoeléctrica e hidroeléctrica. Termoeléctricas alimentadas por carbón Termoeléctricas e hidroeléctricas
  • 47. • LOS INCENDIOS forestales afectan de manera negativa al medio ambiente por la deforestación, la erosión, la pérdida de la biodiversidad y la generación de CO2, CO y NO (1,658 kg de CO2/Ton de combustible quemado), afectando al paisaje y al hábitat de la fauna silvestre. Un 90% de los incendios forestales ocurridos a nivel mundial, son provocados por el hombre. • Son también los responsables de aprox 20% de las emisiones de dióxido de carbono que se producen como consecuencia de las actividades humanas. • Causas Naturales: La más significativa y común es la caída de rayos producidos por tormentas eléctricas principalmente cuando estas no son acompañadas de lluvia. Otra causa que puede producir incendios en algunas regiones es la actividad volcánica. Representan menos de un 5 % de los casos.
  • 48. • Cuando la humedad del terreno desciende a un nivel inferior al 30% las plantas son incapaces de obtener agua del suelo, con lo que se van secando poco a poco. Este proceso provoca la emisión a la atmósfera de etileno (CH2=CH2), un compuesto químico presente en la vegetación y altamente combustible. Tiene lugar entonces un doble fenómeno: tanto las plantas como el aire que las rodea se vuelven fácilmente inflamables, con lo que el riesgo de incendio se multiplica. Y si a estas condiciones se suma la existencia de períodos de altas temperaturas y vientos fuertes o moderados, la posibilidad de que una simple chispa provoque un incendio se vuelven significativa.
  • 49. • Las causas antropogénicas que originan un incendio forestal se agrupan en tres categorías principales:1 • Intencionados: Representan un 60-70 % de los casos. Los Incendios Intencionados son provocados premeditadamente por diferentes intereses, como pueden ser los motivos económicos, por personas que sufren alguna alteración patológica, como los pirómanos o por personas asociales y conflictivas. Como la quema no autorizada, ilegal e incontrolada de superficies agrícolas, ya sea para la eliminación de rastrojos o matorrales ("quema agrícola") o para la regeneración de pastos para el ganado (42%). Otras motivaciones menos corrientes detrás de un incendio provocado son la piromanía, vandalismo, venganzas personales, etc. Cabe señalar que el delito de incendio está tipificado en muchas legislaciones. • Negligencias y otras causas accidentales: Representan un 15 %- 25 % de los casos. En este apartado, las quemas agrícolas (en este caso autorizadas, pero en las que los autores perdieron el control del fuego extendiéndose éste por la superficie forestal colindante) están también entre las causas habituales. Otras causas son las colillas y hogueras mal apagadas, quema de basuras, trabajos forestales, etc. • Por último, en contadas ocasiones (menos del 2 %) un incendio es una reproducción de un incendio anterior que no llegó a extinguirse del todo y se extiende a una nueva zona.
  • 50. • La desaparición de la cubierta vegetal impide que el agua de escorrentía se retenga y se infiltre en el terreno, alterando la alimentación de los acuíferos. El suelo queda expuesto a la erosión del viento y la lluvia, y el agua de escorrentía puede llegar a generar fenómenos de inundación. • El suelo no escapa a los daños causados por el fuego. Las altas temperaturas que se generan en el interior de los incendios pueden llegar a eliminar los organismos encargados de desintegrar los materiales orgánicos, como hongos, protozoos y bacterias, comprometiendo su fertilidad y la recolonización posterior por especies vegetales. • El agua de las cuencas incendiadas se enturbia de cenizas y no deja pasar la luz del sol a las plantas acuáticas, alterando sus procesos fotosintéticos. La alta concentración de sustancias sólidas también provoca alteraciones en el sistema respiratorio de la fauna acuática.
  • 51. •Los incendios forestales pueden alterar el clima de las zonas afectadas, pues la eliminación de la cubierta vegetal altera los ciclos hidrológicos (transpiración) y los intercambios gaseosos con la atmósfera. • Las emisiones de importantes cantidades de CO2 a la atmósfera como consecuencia de la combustión contribuyen al calentamiento global del planeta (1,658 kg de CO2/Ton de combustible quemado) • Los incendios forestales tienen un gran impacto sobre la economía y formas de vida de la población rural que depende directamente del monte. La producción de madera sufre un duro y directo revés cuando el fuego acaba con el bosque.
  • 52. Incendios Forestales en el mundo En el mundo, según los últimos datos disponibles, se quemaron más de 350 millones de hectáreas de bosques en el año 2000 (Aprox. 35 mil millones de árboles y vegetación secundaria), una superficie igual a la de India. El 70% de los incendios registrados en el mundo se producen en África.
  • 53. • En México, en el 2012 se presentaron 7,170 incendios forestales en 32 entidades federativas. El 92.2% de la superficie afectada (320,264 hectáreas) correspondió a pastizales, arbustos y matorrales. El 7.76% de la superficie afectada (26,961.20 ha) correspondió a áreas con arbolado. Las entidades con mayor superficie afectada fueron: Sonora, Chihuahua, Durango, Coahuila y Baja California. Estas entidades representaron el 68.5% del total nacional. Incendios Forestales en México
  • 54. •La deforestación es la destrucción a gran escala de los bosques por la acción humana. Millones de hectáreas se degradan o destruyen anualmente. Está directamente causada por la acción del hombre sobre la naturaleza, principalmente debido a las talas realizadas por la industria maderera, así como para la obtención de suelo para la agricultura, minería, ganadería y vivienda. •Talar árboles sin una eficiente reforestación resulta en un serio daño al hábitat, en pérdida de biodiversidad y en aridez. Tiene un impacto adverso en la fijación de gas carbónico (CO2). Las regiones deforestadas tienden a una erosión del suelo y frecuentemente se degradan a tierras no productivas.
  • 55. Una tercera parte del total de la tierra está cubierta por bosques, lo que representa cerca de 4´000, 000, 000 (cuatro mil millones) de hectáreas. Hay 10 países que concentran dos tercios (2´660,000 ha) de este patrimonio forestal: Australia, Brasil, Canadá, China, la Republica Democrática del Congo, India, Indonesia, Perú, la Federación Rusa y los Estados Unidos de Norteamérica. Cuando se destruyen los bosques, el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera contribuye al calentamiento global de la Tierra, y esto origina multitud de efectos secundarios problemáticos.
  • 56. AGENTES IMPORTANTES DE LA DEFORESTACIÓN Agente Vínculo con la deforestación Agricultores de roza y quema Eliminan los árboles del bosque para sembrar cultivos de subsistencia y otros cultivos para la venta Agricultores comerciales Eliminan los bosques para plantar cultivos comerciales. Ganaderos Eliminan los bosques para sembrar pastos. Pastores de ganado menor y mayor La intensificación de las actividades de pastoreo de ganado menor y mayor puede conducir a la deforestación. Madereros Cortan árboles maderables comerciales; los caminos que abren los madereros permiten el acceso a otros usuarios de la tierra. Dueños de plantaciones forestales Aclaran barbechos boscosos y bosques previamente talados para establecer plantaciones para proveer fibra a la industria de pulpa y papel. Recolectores de leña La intensificación en la recolección de leña puede conducir a la deforestación. Planificadores de programas de colonización rural Planifican la relocalización de habitantes a áreas forestales, lo mismo que proyectos de asentamiento que desplazan a los pobladores locales, los que a su vez se trasladan a los bosques. Planificadores de infraestructuras Los caminos y carreteras construidos a través de áreas forestales dan acceso a otros usuarios de la tierra.
  • 57. • Uno de los principales efectos de la deforestación es la pérdida de la biodiversidad de selvas y bosques. Los árboles y las zonas forestales pueden proporcionar alimento y hábitat para una gran cantidad de vida vegetal y animal. • La deforestación puede producir la erosión del suelo. • México no escapa de esta problemática, ubicándose en el sexto lugar a nivel mundial entre los países con mayor deforestación. Clima templado: veranos cálidos e inviernos fríos, con precipitación media anual entre 5001 y 2000 mm, y temperaturas que pueden variar entre -30ºC y 30ºC.
  • 58. • La deforestación actual en el mundo es de alrededor de 13 millones de hectáreas por año. • La deforestación en México es de 600 mil hectáreas por año con una tendencia persistente. Los terrenos dedicados a la ganadería y la agricultura se han venido expandiendo continuamente. • A este ritmo, las selvas tropicales mexicanas habrán desaparecido antes del año 2050.
  • 59. Superficie deforestado de bosques en el mundo Región Mundial Área forestal (Ha) Área deforestada (Ha) Área plantada (Ha) África 674,419,000 24,000,000 15,409,000 Asia y el Pacifico 740,383,000 3,700,000 119,884,000 Europa 1´005,001,000 Mínima 69,318,000 Asia occidental y central 122,327,000 12,232,700 15,082,000 América Latina y el Caribe 890,782,000 64,000,000 14,952,000 América del Norte 678,958,000 80,658,100 37,529,000 México 64,802,000 4,672,004 3,203,000 TOTAL 4´032,905,000* 189´262,804 264,084,000 * El 36% de la superficie de la tierra se encuentra cubierta con bosques.
  • 60. • Por respiración se entiende generalmente a la entrada de oxígeno al cuerpo de un ser vivo y la salida de dióxido de carbono. La reacción química global de la respiración es la siguiente: C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP • Hay diversos tipos de respiración como: Procesos respiratorios de los seres vivos
  • 61. Respiración en las plantas
  • 62. Respiración en las plantas Fotolisis: 2H2O+Fotones= O2 +4H+4e =ATP+NADPH (Tilacoide). CO2 Ciclo de Calvin CO2+ATP=Glucosa (C6H12O6 )(Estroma del cloroplasto). La glucosa sale al citoplasma y entra a fase de glucolisis.
  • 63. Respiración en las plantas Tilacoides Glucosa Ribulosa 1, 5 difosfato 3 fosfoglicerato Gliceraldehido 3 fosfato Ribulosa 5 fosfato 1,3 fosfoglicerato
  • 64. • Glucólisis: Respiración en las plantas Reacción General: Glucosa + 2ATP + 2NAD= 2Ac. Pirúvicos+2ATP+2NADH+2H+2H2O (Citoplasma). Suceden 10 reacciones 2 2 2
  • 65. Los 2Ac. Pirúvicos entran al estroma del mitocondria, y ocurre la siguiente reacción: 2Ac. Pirúvicos 2 Acetil CoA+2NADH+2CO2 , posteriormente el Acetil CoA entra al ciclo de Krebs en donde se forman 8 acidos Orgánicos que son utilizados para la biosíntesis de aminoácidos, azúcares y ácidos grasos. (Piruvato deshidrogenasa) Descarboxilación enzimática 2Acetil CoA= 4CO2+6NADH+2FADH2+2ATP H e-
  • 66. Cadena de Transporte de Electrones RESUMEN RESPIRACION Evento Sustrato Producto Glucólisis Glucosa 2 Ac. Pirúvicos 2 ATP 2 NADH Entrada al ciclo de krebs 2 Ac. pirúvicos 2 AcetilCoA 2 CO2 2 NADH Ciclo de krebs 2 Acetil CoA 4 CO2 2 ATP 6 NADH 2 FADH2 TOTAL 4 ATP 10 NADH 2 FADH2 6 CO2 Cada coenzima NADH es igual a 3 ATP Cada coenzima FADH2 es igual a 2 ATP TOTAL: 38 ATP/cada molécula de glucosa. C6H12O6+6O2= 6CO2+6H2O+38 ATP NADH, FADH2 El 95% de los ATP en la planta, se producen en la mitocondria
  • 67. • La Respiración es un proceso involuntario y automático, en que se extrae el oxigeno del aire inspirado y se expulsan los gases de desecho con el aire espirado. • Cuando una persona respira, inhala oxígeno y exhala dióxido de carbono. • El aire se inhala por la nariz, donde se calienta y humedece. Luego, pasa a la faringe, sigue por la laringe y penetra en la tráquea. • Al final de los bronquiolos se agrupan en racimos de alvéolos, pequeños sacos de aire, donde se realiza el intercambio de gases con la sangre. • Los pulmones contienen aproximadamente 300 millones de alvéolos, que desplegados ocuparían una superficie de 70 metros cuadrados.
  • 68. • Las plantas son la principal fuente de materia orgánica en los suelos, ya que parte de sus hojas, tallos, flores, frutos y generalmente todo el sistema radical, se quedan en el suelo cuando el cultivo es cosechado. Cualquier residuo vegetal o animal es materia orgánica. Además, las células microbianas muertas sirven como fuente de carbono para las generaciones posteriores de la comunidad microbiana. • La composición de la MO es muy variada: carbohidratos, lípidos, lignina, ácidos nucleícos y proteínas, son los principales constituyentes y ellos son fuentes de carbono, hidrógeno , así como también, en el caso de las proteínas, de nitrógeno, azufre, hierro, fósforo, los cuales pudieran ser aprovechables por las plantas una vez que los microorganismos los descomponen. • La descomposición de la materia orgánica da lugar a CO2, agua, elementos minerales. Sin embargo, muchos compuestos biológicos (lignina, celulosa, etc.) son difícilmente degradados por los microorganismos y pasan a formar parte del humus (ácidos fúlvicos, los ácidos húmicos y las huminas). • Los microorganismos aeróbicos heterotróficos como bacterias, hongos y actinomicetos, principalmente necesitan del carbono como fuente de energía (oxidan el C y lo devuelven a la atmósfera como CO2) y el nitrógeno para incorporarlo a su protoplasma, y a ambos, los toman de los restos vegetales. Descomposición de la Materia Orgánica R-CH2-CH-COOH CO2+ R-CH2- CH2-NH2 NH2 Aminoácido Amina Enzima: Descarboxilasa Enzima desamidasa R-CH2-CH-COOH RCH--CH- COOH+ NH3 NH2 Aminoácido Amoniaco
  • 69. La descomposición o mineralización de los residuos orgánicos por los microorganismos del suelo es netamente un proceso oxidativo: Una vez oxidada, lo que queda de la materia orgánica ha sido definida como humus, que es un material oscuro, heterogéneo y coloidal y responsable en gran parte de la capacidad de intercambio catiónico (CIC) de los suelos. Los compuestos más resistentes son mineralizados lentamente y constituyen el humus. De la energía liberada, una parte es usada por los microorganismos y el resto se queda entre los residuos o es disipada como calor. Los nutrimentos liberados son esenciales para el crecimiento de las plantas y absorbidos a través de su sistema radical. Los compuestos de fácil descomposición son mineralizados rápidamente y el producto final es CO2, H2O, nitrógeno, fósforo, calcio y magnesio, los cuales pueden ser usados como nutrimentos por las plantas o ser incorporados o inmovilizados por los microorganismos para poder desarrollar su propia actividad metabólica.
  • 70. • Los factores que afectan a la descomposición de la materia orgánica son: • Los microorganismos necesitan desarrollarse en un medio húmedo. • A temperaturas muy bajas se paran los procesos de descomposición de la MO, aumentando a medida que aumentan las temperaturas. • La actividad de los microorganismos que descomponen la materia orgánica depende del pH del suelo, mayor, a pH ligeramente ácido o neutro. Acido fúlvico Acido húmico Derivan de la descomposición de: hidratos de carbono como glúcidos, celulosa, hemicelulosas, almidones, descomposición de proteínas degradables; descomposición de la lignina.
  • 71. • Los volcanes son fuentes naturales de contaminación. Una consecuencia de la actividad volcánica es alterar la calidad no solo del aire, sino del suelo y del agua simultáneamente. • El gas emitido por un volcán se compone en su mayoría (75% aprox.) por vapor de agua, la fracción restante es conformada por ceniza, dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre(SO2), sulfuro de hidrógeno (H2S), HCl y HF; estos elementos son los productos principales y se caracterizan por ser emisiones ácidas. En menor proporción, también se puede encontrar metano (CH4), monóxido de carbono (CO). Volcanes
  • 72. TOTAL: 29,190 millones de toneladas de CO2 La Agencia de los Países Bajos para el Control del Medio Ambiente ha hecho una estimación inicial de 31.6 millones de toneladas de CO2 lanzadas en 2008 a la atmosfera. Se emite CO2 en nuestra atmósfera a un ritmo de 8 millones de toneladas por año. 34 mil millones de ton CO2 en 2011 34,500 millones de ton CO2 en 2012 Protocolo de kyoto: En 1997 y entro en vigor en 2005.
  • 73. • En términos generales, un sumidero de carbono o sumidero de CO2 es un depósito natural de carbono, que absorbe el carbono de la atmósfera y contribuye a reducir la cantidad de CO2 del aire. Los principales sumideros eran los procesos biológicos de producción de carbón, petróleo, gas natural y las rocas calizas. Hoy día son los océanos, y la vegetación de bosques. • Las plantas, a través de la fotosíntesis, absorben el CO2 de la atmosfera y lo fijan como carbono en su biomasa (madera, hojas, ramas, raíces). La permanencia de este carbono en la biomasa vegetal depende del ciclo de vida de las plantas. Los arboles y demás especies leñosas pueden almacenar carbono por años en su madera. • Un sumidero de carbono no tiene por objeto reducir las emisiones de CO2, sino de disminuir su concentración en la atmósfera. Sumideros de Carbono o CO2
  • 74. • Los árboles y el plancton oceánico son los principales sumideros naturales del planeta, esenciales para el ciclo de carbono. Se acumulan enormes cantidades de carbono en la madera y en el ecosistema a través de la fotosíntesis. • Cuando el árbol muere, la madera es descompuesta por bacterias, hongos e invertebrados, reciclando su carbono como biomasa, materia orgánica muerta (cadáveres y excrementos de estos organismos) y, en forma de gases (CO2 y metano) liberados a la atmósfera o en el agua por muerte de fitoplancton). • Los bosques son fuentes de CO2 (lo contrario de un sumidero de carbono), especialmente en caso de incendio, o temporalmente después de grandes talas de árboles o desmontes rasos.
  • 75. • Los océanos son los principales sumideros naturales de carbono, asimilado a través del plancton, los corales y los peces, y luego transformado en roca sedimentaria. Absorben alrededor del 50% de carbono emitido a la atmósfera (bajo forma de carbono disuelto o mineral). • Cerca de la mitad del dióxido de carbono removido de la atmósfera del planeta en los últimos 200 años puede ser encontrado en el 10% superior del océano. • Si el océano no hubiera removido 118 billones de toneladas de carbono de origen antropogénico entre 1800 y 1994, los niveles de CO2 en la atmósfera serían 55 ppm superiores a la concentración actual observada. • Cuando el nivel de CO2 aumenta más allá de un umbral crítico en la atmósfera, aumenta así mismo la acidez del agua de mar, creando potencialmente desastrosos océanos ácidos que podrían matar al plancton que capta el carbono, haciendo el océano más ácido aún.
  • 76. • La intemperización de la roca caliza. • El ácido carbónico reacciona con la roca caliza para producir iones de bicarbonato. Los iones de bicarbonato producidos son transportados al océano, donde por reacciones químicas se transforman en carbonatos marinos. • El agua de lluvia contiene CO2 disuelto con un pH de 5.7. Cuando cae a la tierra, la acidez se neutraliza por reacciones con rocas calizas. • CO2+H2O= H2CO3 (Ácido carbónico) • CaCO3+H2CO3= Ca + 2HCO3 (Bicarbonato) • El bicarbonato HCO3 es transportado hacia al mar por los ríos y donde se transforma a carbonatos CO3.
  • 77. • En el mar, el CO2 del aire se disuelve con el agua para formar el ácido carbónico. • Posteriormente se disocia a bicarbonatos y después a carbonatos, como en las siguientes reacciones: • CO2+H2O= H2CO3 • H2CO3= H+ HCO3 (Se utiliza como fuente de carbono por el fitoplancton). • HCO3= H+CO3 • Los Hidrógenos (2H+) son los que acidifican el agua del mar. • El Calcio (Ca++) reacciona con los carbonatos y forman los carbonatos de calcio (CaCO3), que se sedimentan para formar rocas sedimentarias o es utilizado por organismos para formar sus conchas, caparazones y arrecifes de coral. • La disolución del carbonato de calcio es de la siguiente forma: 2CaCO3+2H+= 2HCO3+2Ca++
  • 78. LA ACIDEZ DEL MAR • Cuando el CO2 se disuelve en el agua del mar, se forma el ácido carbónico. Esa reacción química provoca la acidificación del océano. Esta ácido corroe conchas, esqueletos de animales marinos y arrecifes de coral. Además afecta el fitoplancton, que capta el CO2, haciendo el océano más ácido aún, alterando las redes alimentarias marinas y los negocios pesqueros. Se calcula que para el 2050 muchas regiones se vuelvan inhabitables para los arrecifes de corales.
  • 79. OPCIONES PARA REDUCIR EL CO2 DE LA ATMÓSFERA
  • 80. • De acuerdo con los estudios realizados por universidades y organizaciones, el incremento del CO2 atmosférico en los últimos 200 años es significativamente mayor que el evaluado para toda la vida del hombre sobre la tierra, previo a la industrialización, pasando de un promedio de 280 ppm a casi 380 ppm en 2005. • Por considerar que este incremento en la presencia del CO2 atmosférico es el responsable del calentamiento mundial, las naciones firmaron el Convenio Marco sobre Cambio Climático, que posteriormente llevó a la firma del Protocolo de Kioto. De esos dos documentos se desprende la necesidad de establecer a nivel mundial, programas que dirijan las acciones de los países en dos direcciones: adaptación y mitigación. Este último campo es donde se ha desarrollado el mayor trabajo a nivel mundial, el cual se ha manifestado en cuatro grandes políticas: • Disminución de la participación del uso de combustibles fósiles. • Incremento en la participación de energías renovables. • Incremento en la eficiencia energética • Captura y Almacenamiento de carbono.
  • 81. • El proceso consiste en tres etapas principales: • 1. Capturar el CO2 en su fuente, separándolo de los otros gases que se generan en los procesos industriales. (centrales eléctricas o plantas industriales). • 2. Transportar el dióxido de carbono capturado a un lugar de almacenamiento apropiado. (compresión CO2 y mantener la presión necesaria para la inyección). • 3. Almacenar el CO 2 fuera de la atmósfera durante un largo período de tiempo, por ejemplo, en formaciones geológicas subterráneas, en las profundidades oceánicas o dentro de ciertos compuestos minerales. • No debe confundirse con el secuestro de carbono (sumideros), que consiste en eliminar el carbono presente en la atmósfera mediante procesos naturales como el crecimiento de bosques. • El CO2 comprimido puede inyectarse en las formaciones rocosas porosas del subsuelo mediante muchos de los métodos que actualmente se utilizan en las industrias del gas y del petróleo. Los tres grandes tipos de almacenamiento geológico son las reservas agotadas de gas y petróleo, los acuíferos salinos y los lechos de carbón inexplotables. El almacenamiento de CO2 en formaciones geológicas es la opción más barata y más aceptable desde el punto de vista medioambiental. Captura y almacenamiento de CO2
  • 82. • Captura y almacenamiento geológico. Captura y almacenamiento de CO2
  • 83. • Los estudios de escenarios indican que se prevé que el número de grandes fuentes puntuales aumente en el futuro y que, en lapso de 10 años, dadas las limitaciones técnicas previstas, entre el 20 y el 40% de las emisiones mundiales de CO2 procedentes de combustibles fósiles podrían ser técnicamente aptas para la captación, en particular entre el 30 y el 60% de las emisiones de CO2 originadas por la generación de electricidad, y entre el 30 y el 40% de las procedentes de la industria.
  • 84. Captura y almacenamiento oceánico • Actualmente, los océanos absorben 7 Gt de CO2 por año (Gt=gigaton=Mil millones de ton). Este dióxido de carbono se encuentra, en su mayor parte en la capa superior del océano (10%) que, consecuentemente, se ha vuelto un poco más ácido. Sin embargo, hasta la fecha no se ha producido prácticamente ningún cambio en relación a la acidez de las profundidades oceánicas. • El CO2 capturado podría potencialmente inyectarse directamente en las profundidades oceánicas y, en su mayor parte, permanecer aislado de la atmósfera durante centenares de años. Esto podría realizarse transportando el CO2 al lugar de almacenamiento mediante gasoductos o barcos, donde sería inyectado en el fondo del mar. • Incluyen la formación de lagos de CO2 líquido en el fondo del mar, y la disolución de minerales alcalinos, como la piedra caliza, para neutralizar la acidez producida por el CO2 (CaCO3+H2CO3= 2HCO3+ Ca) • La captura y almacenamiento de carbono en las profundidades del mar no es una solución permanente para reducir la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. El descargado en los océanos no quedará allí para siempre. Al final, se filtrará de nuevo hasta la superficie del mar y la atmósfera.
  • 85. Captura y almacenamiento oceánico
  • 86. • La carbonatación mineral se refiere a la fijación de CO2 mediante el uso de óxidos alcalinos y alcalinotérreos, como el óxido de magnesio (MgO) y el óxido de calcio (CaO), que están presentes en las rocas de silicatos de formación natural como la serpentina y el olivino. Las reacciones químicas entre estos materiales y el CO2 producen compuestos como el carbonato de magnesio (MgCO3) y el carbonato cálcico (CaCO3, comúnmente conocido como piedra caliza). La cantidad de óxidos metálicos presentes en las rocas de silicatos que pueden encontrarse en la corteza terrestre excede de las cantidades necesarias para fijar todo el CO2 que produciría la combustión de todas las reservas de combustibles fósiles existentes. • La carbonatación mineral produce sílice y carbonatos que se mantienen estables durante largos períodos de tiempo y que, por tanto, pueden eliminarse en zonas como las minas de silicato o pueden reutilizarse con fines de construcción , si bien es probable que esa reutilización sea mínima en relación con las cantidades producidas. • La tecnología de carbonatación mineral que utiliza silicatos naturales se halla en la fase de investigación, pero algunos procesos que usan desechos industriales están en la fase de demostración. • Un proceso comercial requeriría la explotación minera, la trituración y la molienda de los minerales, así como su transporte a una planta de tratamiento que reciba un flujo concentrado de CO2 de una planta de captación. • El proceso de carbonatación mineral requeriría la explotación de entre 1.6 y 3.7 toneladas de silicatos por cada tonelada de CO2, y produciría de 2.6 a 4.7 toneladas de materiales desechables por cada tonelada de CO2 almacenado como carbonatos.
  • 87. Carbonatación mineral del CO2 Serpentina y olivino trituración y la molienda Silicatos 2 Ca2SiO4 + 2H2O + CO2 = CaCO3 + mineral
  • 88. • Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales.1 Entre las energías renovables más importantes se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, solar, la biomasa y los biocombustibles. • Representan un 20% del consumo mundial de electricidad, siendo el 90% de origen hidroeléctrico. El resto es muy marginal: biomasa 5.0%, geotérmica 1.5%, eólica 3.0% y solar 0.5%. Fuentes renovables de energía
  • 89. • La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir, mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire. Se obtiene a través de unas turbinas eólicas son las que convierten la energía cinética del viento en electricidad por medio de aspas o hélices que hacen girar un eje central conectado, a través de una serie engranajes (la transmisión) a un generador eléctrico. Es una energía limpia y también la menos costosa de producir, lo que explica el fuerte entusiasmo por esta tecnología. • En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. En 2011, la eólica generó alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial. La industria eólica es un sector con indudable futuro. • La vida útil de la instalación es de aproximadamente 20 años. • La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero (CO2). Su principal inconveniente es la intermitencia del viento. • Actualmente, la energía producida por el viento genera sólo 1% de la electricidad en México. Energía eólica
  • 90. Capacidad total de energía eólica instalada • Los países líderes en la materia son China, Estados Unidos, Alemania, España e India. Entre los cinco representan el 74% del total de la energía eólica producida en el mundo, que se calcula en 215,000MW, lo que representa el 3% de la demanda total de electricidad. • En México, los estados que producen energía eólica son: Oaxaca, Baja California, San Luis Potosí, Guanajuato, Tamaulipas. • México es el quinto productor de Latinoamérica con 85 MW, después de Brasil (634 MW), Chile (256 MW), Argentina (142 MW) y Honduras (102 MW) • 1 MW= 1 millón de watts y un Gigawatts= mil millones de watts. • El estado de Oaxaca tiene un potencial para generar hasta 5,000 megawatts de energía eólica, una capacidad que serviría para iluminar una ciudad como París.
  • 91. • La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. • Parte del calor interno de la Tierra (5,000 °C) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las aguas subterráneas pueden alcanzar temperaturas de ebullición, y, por tanto, servir para accionar turbinas eléctricas o para calentar. • La energía geotérmica no solo se encuentra muy restringida geográficamente sino que algunas de sus fuentes son consideradas contaminantes. Esto debido a que la extracción de agua subterránea a alta temperatura genera el arrastre a la superficie de sales y minerales no deseados y tóxicos. • Puede considerarse que hay dos tipos de yacimientos geotérmicos, que se podrían llamar: • De agua caliente • Secos Energía geotérmica
  • 92. • En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. • Estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. Energía hidroeléctrica
  • 93. • El beneficio obvio del proyecto hidroeléctrico es la energía eléctrica. Los proyectos hidroeléctricos requieren mucha mano de obra y ofrecen oportunidades de empleo. Los caminos y otras infraestructuras pueden dar a los pobladores mayor acceso a los mercados para sus productos, escuelas para sus hijos, cuidado de salud y otros servicios sociales. • Además, la generación de la energía hidroeléctrica permite satisfacer la demanda de energía, sin producir agua caliente, emisiones atmosféricas, ceniza, desechos radioactivos, ni emisiones de CO2. • Los otros beneficios pueden incluir el control de las inundaciones.
  • 94. • La construcción de una presa puede ocasionar desplazamientos de pueblos, casas, carreteras, etc, teniendo que trasladarlos a otros lugares. A la gente no se les ha dado un reasentamiento apropiado lo que los ha llevado a la extrema pobreza. • La fauna terrestre es desplazada a áreas aledañas al embalse, que no siempre son adecuadas para su supervivencia, y deben competir con las poblaciones ya existentes en ellas, o mueren ahogadas durante la inundación. • Las praderas y bosques cubiertos por las aguas mueren y su lenta descomposición condiciona la calidad de las aguas embalsadas, se incrementa la pérdida de bosques y zonas agrícolas. • Las presas contribuyen con el cambio climático, puesto que emiten gases de efecto invernadero, estos gases se producen debido a la descomposición de la materia orgánica que se deposita en los embalses. El agua que es retenida en las presas, modifica su constitución química debido al estancamiento (CH4), lo que puede significar la intoxicación de los pobladores y animales domésticos del lugar. DESVENTAJAS
  • 95. • La energía solar es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del sol. • En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas (Es usada para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar), o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía térmica. Energía solar térmica: Es usada para producir agua caliente de baja temperatura (entre 35 °C y 60 °C) para uso sanitario, piscinas, pasteurización, calefacción, etc. Energía Solar
  • 96. • El almacenamiento de calor permite que las centrales solares térmicas puedan producir electricidad durante las horas del día sin luz solar o por la noche, con el potencial de reemplazar a las plantas termoeléctricas que usan combustibles fósiles. • El calor es transferido a un medio de almacenamiento termal en un depósito aislado durante las horas con luz solar y es recuperado para la generación de electricidad en la noche. • Alemania es, junto a Japón, China y Estados Unidos , uno de los países donde la fotovoltaica está experimentando un crecimiento más vertiginoso. • Es la tercera fuente de energía renovable más importante, después de las energías hidroeléctrica y eólica.
  • 97. • En 2011, la Agencia Internacional de la Energía se expresó así: "El desarrollo de tecnologías solares limpias, aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local e inagotable. Aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costos de la mitigación del cambio climático (captura y almacenamiento, etc), y evitará la subida excesiva de los precios de los combustibles fósiles. • La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030. • El costo de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales. Para que los precios bajen, la producción tiene que ser mayor, por lo que nos toca la responsabilidad de empezar a usarla para un futuro.
  • 98. • Energía de biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica. La energía química de la biomasa puede recuperarse quemándola directamente o transformándola en combustible. • Las formas de biomasa más destacables son: los cultivos energéticos (caña de azúcar, remolacha, cereales, etc.) y los residuos agrícolas, forestales, ganaderos, urbanos (basuras), residuos de industrias forestales y agroalimentarios (bagazos, cáscaras, aserrín, madera, leña, residuos forestales, restos de las industria maderera y del mueble, etc.) • Fundamentalmente hay tres ramas o sectores de biomasa: a) Biomasa sólida a través de centrales térmicas; b) Biocombustibles y c) Biodigestores. ENERGÍA DE BIOMASA
  • 99. • La biomasa sólida en forma de bloque se usa como biocombustible y esta hecho de residuos de pulpa de papel, cartón, plantas, forestal. Se aglomeran con agua y otros residuos orgánicos. Para compactar el bloque sólido se pueden usar aglomerantes como la arcilla. • Cada año se producen 2x1011 toneladas de materia orgánica seca, con un contenido de energía equivalente a 68,000 millones de toneladas equivalentes de petróleo, que equivale aproximadamente a cinco veces la demanda energética mundial. • A pesar de ello, su enorme dispersión hace que sólo se aproveche una mínima parte de la misma. • El uso de biomasa como combustible presenta la ventaja de que los gases producidos en la combustión tienen mucho menor proporción de compuestos de azufre, causantes de la lluvia ácida, que los procedentes de la combustión del carbono. Caldera de combustión de biomasa en una central térmica
  • 100. • Inconvenientes del uso de la energía de la biomasa: • En muchos lugares del mundo se están destruyendo los bosques a un ritmo mayor que el que se reponen, por lo que se están causando graves daños ambientales. • Al ser quemados añaden CO2 al ambiente. • Mucha de esta energía se usa para hacer alcohol. • Alrededor de la mitad de la población mundial sigue dependiendo de la biomasa como fuente principal de energía. • Beneficios del uso de la energía de la biomasa: • Con su uso se eliminan residuos de la naturaleza. • Al quemar madera, restos orgánicos, etc., se produce electricidad. • Es renovable siempre que se use adecuadamente.
  • 101. • Los biocombustibles son combustibles líquidos que proceden de materias agrícolas ricas en azúcares y almidón (fermentación), como los cereales (maíz en grano, trigo, arroz, sorgo dulce, etc) caña de azúcar, remolacha, papa, yuca (bioetanol). • Biocombustibles 2da generación: Residuos lignocelulósicos: pajas y residuos forestales y de cultivos agrícolas, para producir bioetanol. • Cultivos que producen grasas vegetales, como semillas de soya, jathropha, palma de aceite, girasol de calabaza (biodiésel). • Estos cultivos que producen biocombustibles puede denominarse como “cultivos energéticos”. BIOCOMBUSTIBLES
  • 102. El bioetanol es alcohol etílico producido a partir de la fermentación alcohólica de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en la que los azúcares simples como por ejemplo la glucosa se convierte en alcohol etílico y dióxido de carbono. La enzima llamada celulasa producida por microorganismos (hongo: Trichoderma ressei, es una de las mejores fuentes del sistema de celulasas), y bacterias puede descomponer la celulosa en sus unidades de azúcares, que si pueden ser fermentadas por microbios convirtiendo los azucares en etanol. El almidón por las enzimas amilasa e hidrolasas. Amilasa, hidrolasa SacarosaCelulasa GLUCOSA
  • 103. BIOETANOL Amilasa, hidrolasa Celulasa Sacarosa Almidón Celulosa
  • 104. • Otro material que es de interés para la producción de etanol es la lignocelulosa, ya que está compuesta principalmente de tres polímeros: lignina, hemicelulosa y celulosa, siendo estas dos últimas las aprovechables para la producción de etanol ya que su composición total corresponde a azúcares los cuales en su mayoría pueden ser convertidos a etanol. • El aprovechamiento de los lignocelulósicos es redituable ya que principalmente se aprovechan residuos agroindustriales o residuos de plantas que no tienen uso importante en la sociedad con el fin de generar combustibles, por eso se le considera a esta fuente de materia prima como fuente renovable de energía. • Primero se muelen los residuos y se les da un pretratamiento con H2SO4 o NaOH al 2%. Posteriormente, se aplican los enzimas para desdoblar la celulosa y hemicelulosas a glucosas. CELULOSA Enzima: Celulasa β-glucosa (desde cientos hasta varios miles de unidades)
  • 105. Enzima: Amilasa e hidrolasasALMIDON: SACAROSA
  • 106. • Se origina de cultivos energéticos como la cebada, el trigo, maíz, arroz, remolacha, sorgo dulce, caña de azúcar, entre otros y de materiales lignocelulósicos. • La fermentación alcohólica es llevada a cabo mayoritariamente por levaduras (hongos microscópicos), ya que una de las características más conocida de las levaduras es su capacidad para fermentar los azúcares para la producción de etanol. • La mayoría de las levaduras que se cultivan son del género Saccharomyces. Concretamente la especie Saccharomyces cerevisiae es una de las más utilizadas. Producen enzimas capaces de descomponer diversos sustratos, principalmente los azúcares. • Se ha descubierto que hay una bacteria llamada Zymomonas mobilis que tiene ventajas sobre Saccharomyces cerevisiae en cuanto a productividad (usa una mínima parte del azúcar como fuente de carbono, y fermenta el 98% mientras que solo emplea el 2% en su crecimiento) pero esta en estudio. BIOETANOL
  • 107. Celulosa= 51.2% Hemicelulosa= 24.1% Lignina= 20.7% Cenizas y otros= 4% Residuos lignocelulósicos A A Melaza B y C Azúcar B y C cristalización y centrifugación cristalización y centrifugación Se estima que una tonelada de caña con un porcentaje de sacarosa entre 13 y 14 % produce de 70 a 80 litros de bioetanol. Vaporización y condensación
  • 108. • Se emplea en mezcla con gasolina en diferentes proporciones. Los automóviles pueden funcionar con mezclas de 90% gasolina y 10% de Bioetanol, sin efectuar ninguna modificación. El biocombustible puede representar hasta un 50% de la mezcla con combustible fósil (normal) para reducir el impacto de CO2 un 80%. • En México, la disponibilidad de residuos agrícolas (maíz, arroz, caña de azúcar, sorgo, cebada, trigo, etc) es de 48 millones de ton/año los cuales pueden producir 19 millones de toneladas de bioetanol/año, o sea aproximadamente 52 millones de litros/día. En México se consumen 100 millones de litros de gasolina/día, se puede sustituir > 50% de la gasolina por Bioetanol. • Evitar el uso de cultivos alimenticios para la producción de bioetanol, dando prioridad al uso de residuos agrícolas (lignocelulósicos).
  • 109. • El biodiésel es un biocombustible líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del diesel o gasóleo obtenido del petróleo. • La materia prima para obtener el biodiesel son el aceite de la semilla (40% de aceite) de Jathropha curcas o palma de aceite (50% de aceite). • Jathropha se distribuye en Chiapas, Oaxaca, Quintana Roo, Guerrero, Hidalgo, Puebla, Veracruz, Tabasco, Tamaulipas, Sinaloa y Sonora. La palma de aceite en Chiapas, Veracruz, Tabasco y Campeche. • La Jathropa tiene 1 a 8 metros de altura y una vida productiva: 45 a 50 años. Empieza a producir desde el primer año y puede obtener de 1.5 a 5 ton de semilla/ha. De estas 5 toneladas, 1.8 a 2 toneladas son de aceite y 3.25 toneladas como alimento para ganado: una torta que contiene 57% de proteínas. • Por cada 4.2 toneladas de frutos de Jathropha se obtiene una tonelada de biodiesel. • La Palma de aceite produce 18 ton de semilla/ha. De esta producción se obtienen 3 toneladas de aceite. Por cada 6 toneladas de frutos se obtiene una tonelada de biodiesel. BIODIESEL
  • 110. Ac. grasos Bajar Ac. Grasos a < 5% la grasa se extrae mediante el molido y cocción retirar a los ácidos grasos libres El aceite se separa en glicerina y biodiesel Procesos de limpieza y refinación Ac. sulfúrico Hidróxido de sodio Retira sust solubles en agua Se calienta para evaporar agua Lípido Formar un ester con la unión de un ácido y un alcohol La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química. Ac. graso alcohol Ester (grasa)
  • 111. • El biodiesel puede mezclarse con el diesel en diferentes cantidades. Las mezclas con 80% de biodiesel y 20 por ciento de diesel de petróleo (B80) se pueden utilizar en general en motores diesel sin modificar. • El biodiesel evita entre 25% a un 80% las emisiones de CO2 a la atmósfera. • Plantas de biocombustibles en México: Biocombustibles Internacionales del grupo Energex S.A. de C.V y Bioenermex (Mich). Las empresas yucatecas Biocom y Kuo desarrollaron ambiciosos proyectos para cultivar en forma conjunta casi 62,000 hectáreas en Yucatán de Jathropha.
  • 112. • Un digestor de desechos orgánicos o biodigestor es, en su forma más simple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales, no se incluyen cítricos ya que acidifican-, etcétera) en determinada dilución de agua (mezcla de estiércol con agua de 1:4), para que a través de la fermentación anaerobia (bacterias anaeróbicas presentes en el material fecal, actúan sobre los desechos orgánicos de origen vegetal y animal) se produzca gas metano o biogás y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio (sólidos o líquidos), y además, se disminuya el potencial contaminante de los excrementos. • Ventajas de un biodigestor: • Produce biogás naturalmente, que es combustible. • Evita el uso de leña que contribuye a la deforestación. • Permite aprovechar residuos orgánicos. • El residuo producido en el proceso genera fertilizante. • Promueve el desarrollo sustentable evitando la emisión de gases de efecto invernadero. • Elimina problemas de sanidad: evita malos olores, insectos y controla los microorganismos capaces de generar enfermedades. • Impide la contaminación de mantos acuíferos. • Genera electricidad. Biodigestores Reactor
  • 113. • La biomasa son los desechos orgánicos que se encuentran en la naturaleza, que pueden utilizarse para producir biogás, tales como: • - Excrementos (80%): (bovinos, porcinos, equinos, aves, etc.); en general, los materiales deben tener un alto contenido de energía y fácil de descomponerse. El estiércol de cualquier animal—y hasta aquello de las personas—sirve bien porque ya se ha digerido dentro del animal. Entonces, se convierte fácilmente y rápidamente en el biogás. También se puede usar desechos vegetales, pero no se le recomienda una alta concentración de tal materia prima, porque dura mucho más en digerirse • - Plantas acuáticas (Jacinto de agua, etc.); • - Follaje; • - Gramas; • - Residuos (frutas, alimentos, etc); • - Cáscaras de los cereales (arroz, trigo, etc); • - Aguas residuales residenciales. • El montaje del Biodigestor entre dos personas, toma aproximadamente tres horas y la producción estable de biogás y abono orgánico se obtiene 50 días después de la instalación. • Con buen mantenimiento un biodigestor puede funcionar hasta 7 años. • Los biodigestores toman unas 50 días hasta que produzcan el biogás en cantidades grandes, la primera vez que se cargan. Luego producen cada día.
  • 114. Biodigestores El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales. 80% 20%
  • 115. Biodigestores • Los Biodigestores familiares de bajo costo han sido desarrollados y están ampliamente implementados en países del Sureste asiático, pero en Sudamérica, solo países como Cuba, Colombia, Brasil y Costa Rica tienen desarrollada esta tecnología. Estos modelos de biodigestores familiares, construidos a partir de mangas de polietileno tubular, se caracterizan por su bajo costo, fácil instalación y mantenimiento, así como por requerir sólo de materiales locales para su construcción. Por ello se consideran una "tecnología apropiada". • La falta de leña para cocinar en diferentes regiones hacen a estos sistemas interesantes para su difusión, divulgación y diseminación a gran escala. Las familias dedicadas a la agricultura, suelen ser propietarias de pequeñas cantidades de ganado (dos o tres vacas por ejemplo) y pueden, por tanto, aprovechar el estiércol para producir su propio combustible y un fertilizante natural mejorado. • Debido a la ausencia de oxígeno en el interior de la cámara hermética, las bacterias anaerobias contenidas en el propio estiércol comienzan a digerirlo. Primeramente se produce una fase de hidrólisis y fermentación, posteriormente una acetogénesis y finalmente la metanogénesis, por la cual se produce metano. El producto gaseoso llamado biogás, realmente tiene otros gases en su composición como son dióxido de carbono (30-40%), nitrógeno molecular (0.5%), ácido sulfhídrico (0.1%), CO (0.1%), etc, siendo el metano el más abundante con un 60-70%. El gas natural contiene entre el 90 al 95% de metano.
  • 116. DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LA MATERIA ORGÁNICA
  • 117. • Bacterias hidrolíticas: Son anaeróbicas facultativas (Viven en presencia o ausencia de oxigeno) como: Enterobacterias, bacillus, peptostreptococcus, propionibacterium, bacteroides, micrococcus, clostridium, peptococcus, bifidobacterium y staphylococcus. (Hidrólisis y Acidogénesis). • Bacterias Acetogénicas: Son anaeróbicas obligadas (no utilizan el oxigeno atmosférico) como: Syntrophomonas sapovorans, syntrophobacter wolinii, syntromonas wolfei, syntrophospara bryantii, syntrophus buswellii, clostridium, acetobacterium. • Bacterias Metanogénicas: Son anaerobias estracitas (producen metano como principal producto del metabolismo energético) como: Methanosarcina y methanosaeta. Bacterias anaeróbicas
  • 118. • México es el país que más subsidios paga por la electricidad en Latinoamérica. • Los subsidios a la electricidad generada a partir de combustibles, se deben eliminar por ser el principal obstáculo para que el país progrese hacia una economía sustentable. • El que los precios no reflejen el costo real de los energéticos tiene implicaciones negativas sobre su uso eficiente y lleva a que se quemen mayores cantidades de combustibles fósiles de lo que técnicamente se requiere para los servicios que obtenemos con su uso: transportación, iluminación, confort, entretenimiento, almacenamiento y preparación de alimentos e higiene, entre otros. Esto, a su vez, tiene implicaciones ambientales en las zonas donde se queman los combustibles fósiles y para el planeta en lo general por el efecto invernadero, que resulta de crecientes concentraciones de gases producto de su combustión (en particular, el dióxido de carbono). • El año pasado, el Gobierno gastó 48,032 millones de pesos en subsidios a las tarifas de energía y del transporte (precio subsidiado de los combustibles para el transporte). Eliminación de subsidios a la energía Se requiere eficientar el transporte público y el uso de la electricidad.
  • 119. • El impuesto sobre el carbono es un impuesto medioambiental sobre la emisión de CO2 y pretende limitar su uso. Este impuesto desalienta las emisiones de contaminantes, haciendo pagar a los contaminadores en proporción a sus emisiones. • Es una forma indirecta de impulsar otros modos de generación de energía, como las renovables, • El objetivo no es solo contribuir a disminuir la incidencia del CO2 en el cambio climático, sino también en reducir la dependencia de muchos países de los combustibles fósiles y progresar hacia una economía ecológicamente sostenible. • Países como Dinamarca, Finlandia, Noruega, Suecia, Francia, Canadá, ya aplican algún tipo de impuesto sobre el carbono. La cuota es una cantidad de 9 a 27 euros por tonelada de CO2. • Si el impuesto es demasiado bajo, las empresas optarán por pagarlo y seguir contaminando. Si el impuesto es muy alto, los costos para reducir las emisiones aumentarán, al grado de afectar las ganancias de las empresas y la oferta de trabajo. • En México el volumen de emisiones sujetos a impuesto seria de 376 millones de toneladas de carbón, lo que implica una recaudación anual aproximada de: $26,600millones de pesos. El impuesto sería de 70.68 pesos por ton/CO2 emitido, en donde la generación de energía, las industria y el transporte serían los que pagaran este impuesto. Aplicación de impuestos al carbono
  • 120. • En Nueva York, el 9 de mayo de 1989 se adoptó la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. Se fija como objetivo estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero, en un plazo suficiente para que los ecosistemas se adapten naturalmente al cambio climático, sin que la producción de alimentos mundial se vea amenazada y que el desarrollo económico internacional continúe de manera sostenible. • El 11 de diciembre de 1997 se celebra el Protocolo de Kioto (Japón), que pone en práctica los tratados de la Convención. • Fueron 37 países industriales y la Unión Europea los que ahí se comprometieron a estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero. • Una de las tres propuestas que se incluyeron en el Protocolo para estabilizar las emisiones de GASES DE EFECTO INVERNADERO fueron los bonos de carbono, presentada en 1993 por la economista argentina Graciela Chichilnisky. Bonos de Carbono
  • 121. • La idea central del comercio del carbono es que se les da una cierta cantidad de créditos de carbono a cada nación, y quienes los consumen todos, y emiten más de lo permitido, pueden comprar los créditos de quienes no tienen industrias, y sí tienen selvas y bosques. • Para cumplir se están financiando proyectos de captura o abatimiento de estos gases en países en vías de desarrollo, acreditando tales disminuciones y considerándolas como si hubiesen sido hechas en su territorio. La institución encargada de entregar estos bonos son las Naciones Unidas. • De acuerdo al dictamen final, la empresa recibirá por cada tonelada de carbono reducida un bono por año durante un lapso de hasta un década. Es por ello que el nivel de rentabilidad dependerá del volumen de ahorro y de su perdurabilidad. En la actualidad los "bonos de carbono" están cotizando entre 5 y 7 dólares la unidad.
  • 122. • Los bonos de carbono (también llamados "Créditos de Carbono") son un mecanismo internacional de descontaminación para reducir las emisiones contaminantes al medio ambiente; causantes del calentamiento global del planeta. • Dicho sistema brinda incentivos económicos a aquellas empresas privadas que ayuden con la mejora en la calidad ambiental, para regular la emisión de sustancias que se generan en los procesos productivos de estas industrias. • Las reducciones de emisiones de GEI se miden en toneladas de CO2 equivalente, y se traducen en Certificados de Emisiones Reducidas (CER). Un CER equivale a una tonelada de CO2 que se deja de emitir a la atmósfera, y puede ser vendido en el mercado de carbono a países (industrializados, de acuerdo a la nomenclatura del protocolo de Kioto). • Los tipos de proyecto que pueden aplicar a una certificación son, por ejemplo, generación de energía renovable, mejoramiento de eficiencia energética, reforestación, limpieza de lagos y ríos, Bonos de Carbono
  • 123. • Para comercio de carbono o de gases de efecto invernadero, el régimen mas importante es el Régimen de Comercio de Derechos de Emisión de la Unión Europea. Es una de las políticas de la Unión Europea para paliar los efectos del calentamiento global. La idea central es que cada miembro de la Unión tiene una determinada cantidad de emisiones permitidas para un período particular. Cada miembro, entonces debe respetar esa cantidad, si logra reducir sus emisiones y están por debajo del tope que se le ha dado, entonces pueden vender sus derechos de emisiones a miembros que no puedan respetar el tope y quieran emitir más gases de efecto invernadero
  • 124. CER
  • 125. • La eficiencia energética es una práctica que tiene como objeto reducir el consumo de energía, sin disminuir nuestro confort y calidad de vida, protegiendo el medio ambiente. • La eficiencia energética busca: • Reducir el consumo per cápita de energía en el país. • Reducir las emisiones de gases de efecto de invernadero. • Con esto en mente se creo el Programa Nacional para el Aprovechamiento Sustentable de Energía que establece iniciativas para: • ‐Luz ‐ Aparatos electrónicos ‐ Nuevos edificios y modernización de edificios, Eficiencia vehicular ‐ Industria. Eficiencia energética
  • 126. • Luz: Objetivo: reducir el consumo de energía en iluminación, minimizando el desperdicio de la luz (Promover focos ahorradores y el uso eficiente de la iluminación, abriendo ventanas o incrementando su superficie, así como apagar luces donde no se necesitan). El Programa de Alumbrado Público se enfocará en proveer de luz blanca a la población. • Electrodomésticos: Objetivo: reducir el consumo de energía por refrigeradores, congeladores, lavadoras, lava vajillas, secadoras de ropa, aire acondicionado, horno eléctrico y calentadores de agua (Implementar programa de sustitución de equipos ineficientes). • Eficiencia vehicular: Objetivo: mejorar la eficiencia de los automóviles en el país (Implementar el programa “chatarrización”). Asimismo, usar las rutas más cortas y mantener los vehículos en adecuado mantenimiento para ahorrar los costos de combustible. • Edificios: Objetivo: reducir el consumo de energía optimizando las pérdidas de calor en edificios nuevos, y existentes (Promover el uso eficiente de materiales en edificios comerciales y residenciales, utilizar los ventanales adecuados y bien orientados, etc. • Industria: Objetivo: reducir el consumo en motores industriales (Promover ahorro energético al reemplazar motores ineficientes). Eficiencia energética
  • 127. • Algunas perspectivas de la planeación urbana. • Establecer estrategias adecuadas en el uso territorial y de los recursos de la ciudad. • Otorgar alta prioridad a los criterios ecológicos en concordancia con los económicos y con los tecnológicos. • Desarrollar una conciencia ecológica nacional. • Buscar el mejoramiento de la calidad y la conservación de la integridad del hábitat urbano, contribuyendo a preservar la riqueza de nuestro ambiente. • Restaurar las áreas ecológicas deterioradas, de las zonas urbanas. • Promover viveros en el ambiente urbano. • Buscar que se establezca la ciudad como ecosistema, donde los elementos: sociedad, naturaleza y la tecnoestructura existan en equilibrio dinámico, para poder brindar a la población la oportunidad de satisfacer cabalmente sus necesidades. Reordenamiento del crecimiento urbano, poblacional y transporte .
  • 128. • En los animales de sangre caliente: el CO2, a diferencia del monóxido de carbono (CO), no es tóxico en dosis bajas, pero mata por asfixia a partir de un cierto umbral y de una cierta duración a la exposición. Sus propiedades químicas lo hacen capaz de atravesar rápidamente muchos tipos de membranas biológicas (es aproximadamente 20 veces más soluble en los fluidos del cuerpo humano que el oxígeno). Por lo tanto, produce efectos rápidos en el sistema nervioso central. • En los humanos: el CO2 solo es tóxico en altas concentraciones. • A partir de 0.1%, (1000 ppm), el CO2 se convierte en uno de los factores del asma. • A concentraciones del 2%, el ritmo respiratorio aumenta el 50%. Exposición por largo tiempo puede causar dolor de cabeza, cansancio. • A partir de 4% de CO2 en el aire, (40,000 ppm) la respiración se aumenta cuatro veces más del ritmo normal, se presentan evidentes síntomas de intoxicación y se puede sentir una ligera sensación de ahogo. • A partir del 10% y una exposición superior a 10 minutos, se produce la muerte, causa sofocación en minutos. Toxicidad del dióxido de carbono
  • 129. Es un gas inodoro, incoloro y altamente tóxico. Puede causar la muerte cuando se respira en niveles elevados. Es un contaminante primario. Se produce por la combustión incompleta de sustancias como gas, gasolina, keroseno (obtenido por destilación del petróleo), carbón, petróleo, tabaco o madera. Monóxido de carbono (CO) CH4 + 2O2= CO2 + 2H2O + energía (luz y calor) (Por cada CH4 se necesitan 2O2) 2CH4 + 3O2= 2CO + 4H2O + menor calor(Falta de oxigeno). (Combustión incompleta).
  • 130.  Es tóxico porque envenena la sangre impidiendo el transporte de oxígeno. Se combina fuertemente con la hemoglobina de la sangre, con una afinidad 250 veces mayor que el O2 y reduce drásticamente la capacidad de la sangre de transportar oxígeno.  Una vez que penetra al organismo, el monóxido de carbono se une muy fuertemente a la hemoglobina, desplazando al oxigeno de la misma. A causa de la afinidad del monóxido de carbono por la hemoglobina, hay una formación progresiva de carboxihemoglobina (La carboxihemoglobina (COHb) es la hemoglobina resultante de la unión con el monóxido de carbono).  El CO es tóxico porque al formarse la carboxihemoglobina, ésta ya no puede captar el oxígeno, ya que el enlace CO-Hb es irreversible, que dificulta el transporte de oxigeno a las células y tejidos, lo que va a producir una hipoxia celular generalizada.  A menudo la intoxicación por monóxido de carbono se incluye como una forma de hipoxia anémica porque hay deficiencia de hemoglobina disponible para transportar oxígeno.  La muerte se produce cuando del 70 a 80% de la hemoglobina circulante se convierte en COHb.
  • 131. • Las principales fuentes productoras de este contaminante son los vehículos automotores que utilizan como combustible gasolina o diesel; los procesos industriales; los incendios forestales y urbanos y la incineración de materia orgánica. Los vehículos automotores y los procesos industriales son responsables de aproximadamente 80% de las emisiones de monóxido de carbono a la atmósfera. • El CO ingresa a la atmósfera con los gases de escape de los vehículos y se oxida rápidamente formando dióxido de carbono. El tiempo medio de persistencia del CO en la atmósfera oscila entre 1 y 2 meses. • Es por eso que debe prestarse particular atención a la concentración de CO en el aire en las zonas donde se forma smog. El smog se origina como una mezcla de polución atmosférica, con concentraciones de óxido de azufre y de nitrógeno, hidrocarburos, para formar ozono, así como partículas de plomo, manganeso, níquel, cobre, zinc y carbón. • El humo de tabaco es otra fuente principal de monóxido de carbono. La concentración en el humo de cigarrillos, aunque variable, se aproxima a las 400 ppm (0.04%). • En los incendios, la liberación de CO se verá condicionada por las temperaturas alcanzadas. • Por ejemplo: • *500ºC --- 5% Altas T° • *600ºC --- 20% • *700ºC --- 55% • *800ºC --- 90% 2CO+O2= 2CO2 Principales fuentes de CO
  • 132. A bajos niveles: •falta de aliento •náusea •mareos ligeros y •puede afectar la salud después de un tiempo. A niveles moderados: •dolores de cabeza •mareos ligeros, •confusión mental •náusea o desmayos Puede causar la muerte si estos niveles, aunque moderados, se respiran durante mucho tiempo. Es llamado “el asesino silencioso”. Los síntomas y signos iniciales de la intoxicación aguda se presentan muy rápidamente y se han relacionado con niveles de carboxihemoglobina en sangre superiores a 10 %. Se fija el valor biológico tolerable para carboxihemoglobina en sangre en 3.5 %. Provoca la muerte de personas en minas de carbón, incendios y lugares cerrados (garajes, habitaciones con braseros, etc.). La única forma de disociar el CO de la Hemoglobina es con una alta concentración de O2. Síntomas de envenenamiento por (CO)
  • 133. • Se han documentado efectos nocivos cardiovasculares y neuropsicológicos en presencia de concentraciones de monóxido de carbono en el aire en forma crónica inferiores a 25 partes por millón y a niveles de carboxihemoglobina en sangre inferiores a 10 %. • Las alteraciones cardiovasculares que se han descrito son hipertensión arterial, aparición de arritmias y signos electrocardiográficos de isquemia (estrés celular por disminución de riego sanguíneo). • Déficit en memoria, atención, concentración y alteraciones del movimiento tipo parkinsonismo, son los cambios neuropsicológicos con mayor frecuencia asociados a exposición crónica a bajos niveles de monóxido de carbono y carboxihemoglobina. • Concentración máxima en aire aceptada para 8 horas diarias de trabajo con máximo 40 horas semanales de exposición a monóxido de carbono es de 25 partes por millón. • • Ambiente General: El estándar de calidad de aire para monóxido de carbono fijado por la Organización Mundial de la Salud es de 35 partes por millón.
  • 134. • Al comienzo de cada invierno, haga inspeccionar por un técnico especializado todos los aparatos domésticos que utilizan combustible: calentadores de agua, estufas de gas, etc; y también las chimeneas y estufas a leña. • Use el combustible apropiado y deje abiertas las puertas que dan al resto de la casa. Mantenga una ventana algo abierta para que entre aire y el consumo de combustible sea adecuado. • Nunca encienda el motor de su vehículo dentro del garaje, aunque tenga la puerta abierta. El humo puede concentrarse rápidamente en el garaje o en la casa. • Nunca use carbón dentro de su casa, aún en la chimenea. • Nunca se vaya a dormir dejando un calentador a gas o a kerosén encendido, si el aparato no tiene ventilación hacia afuera. • Nunca use aparatos con motores a gasolina (cortadoras de hierba o de maleza, sierras eléctricas, motores o generadores pequeños) dentro de un cuarto cerrado. • Nunca ignore los síntomas de envenenamiento con monóxido de carbono, especialmente si más de una persona siente los mismos síntomas. Ignorar estos síntomas puede llevar a la pérdida del conocimiento y hasta a la muerte. Precauciones con el (CO)
  • 135. •Este no es un problema reciente; ya desde 1872 un químico inglés Robert Angus Smith, se percata de éste fenómeno en las áreas industriales de Manchester, Inglaterra y le da el nombre de «lluvia ácida»; no obstante, poca fue la atención que recibió su descubrimiento, pasando desapercibido por la mayoría de la gente. La preocupación por la lluvia ácida quedó de manifiesto por primera vez en foros internacionales de relevancia, como en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente Humano celebrada en Estocolmo (Suecia) en 1972. •Se ponía de manifiesto cómo los residuos oxidados de azufre, vertidos al aire por las instalaciones industriales alimentadas por combustibles fósiles dañaban los ecosistemas al formar ácido sulfúrico y depositarse en los cuerpos de agua y suelos. Óxidos de nitrógeno y azufre
  • 136. •La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de nitrógeno (NO2 y NO), el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3) emitidos por volcanes, incendios, industrias, centrales eléctricas, y vehículos que queman carbón o productos derivados del petróleo que contengan azufre. •En interacción con el agua de la atmósfera, estos gases forman ácido nítrico y ácido sulfúrico. Finalmente, estas sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida. Cuando la precipitación se produce, puede provocar importantes deterioros en el ambiente. COMO SE FORMA LA LLUVIA ÁCIDA
  • 137. •Los componentes tóxicos que forman la lluvia ácida son el el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (óxido nítrico NO y dióxido de nitrógeno NO2), provenientes de la combustión de combustibles fósiles. La lluvia normalmente presenta un pH de aproximadamente 5.65 (ligeramente ácido), debido a la presencia del CO2 atmosférico, que forma ácido carbónico, H2CO3. Se considera lluvia ácida si presenta un pH menor que 5.0 y puede alcanzar el pH del vinagre (pH= 3). Componentes contaminantes
  • 138. • Una escala de pH se usa para medir la acidez, siendo 0 la más ácida y 14 la más alcalina, un valor de 7 es neutro. ACIDEZ Y BASICIDAD
  • 139. Lluvia ácida •En la actualidad hay datos que indican que la lluvia es en promedio 100 veces más ácida que hace 200 años. El nitrógeno lo aporta la atmósfera y no hay forma de evitarlo, el azufre forma parte de los combustibles, eliminarlo completamente es muy costoso. •Tener en cuenta que el proceso de destrucción de nuestro planeta se da por tres problemas fundamentales originados por la actividades antropogénicas y la relación entre ellas: Destrucción de la capa de ozono, calentamiento global (CO2, CH4, N2O, O3, CFC) y Lluvia Ácida.
  • 140. • Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, siendo trasladados por los vientos cientos o miles de kilómetros antes de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o neblina. • Deposiciones húmedas: que pueden ser la lluvia, llovizna, niebla, nieve, granizo y rocío. • Deposiciones secas: aunque no llueva, van cayendo partículas sólidas con moléculas de ácido adheridas. TIPOS DE DEPOSICIONES DE ACIDEZ
  • 141. • En qué zonas se produce la lluvia ácida Distribución mundial de la lluvia ácida
  • 142. • El NO y el NO2 tienen un origen principalmente antropogénico. Se producen principalmente en las plantas generadoras de energía eléctrica y los vehículos motorizados (88%). Se originan en todas las reacciones de combustión al reaccionar el oxigeno y el nitrógeno del aire a temperaturas altas (1,540°C). • Sin embargo, el óxido nítrico es una molécula altamente inestable en el aire ya que se oxida rápidamente en presencia de oxígeno convirtiéndose en dióxido de nitrógeno o nitrito (NO2), que es el principal contaminante de los óxidos de nitrógeno. • Contribuye al calentamiento global en un 6% y además estos gases provocan la lluvia ácida. • El NO es importante para el sistema cardiovascular, el sistema inmunitario y el sistema nervioso. Activa la erección por medio de la relajación del músculo que controla el flujo de sangre en el pene (vasodilatador). La droga Viagra trabaja liberando óxido nítrico para producir el mismo efecto. • La síntesis de NO se realiza por acción de una enzima, la óxido nítrico sintasa, a partir del aminoácido L arginina que produce NO y L-citrulina, requiriendo la presencia de la coenzima (NADPH) — en presencia de oxígeno. • Alimentos con arginina: almendras, carnes rojas, chocolate amargo, garbanzos, cacahuates, nueces, salmón, sandía y soya, entre otros. Fuentes de óxidos de nitrógeno
  • 143. Fuentes Porcentaje Observaciones Centrales eléctricas e industriales 48.5 23.3% gas natural, 19.4% carbón, 4.8% combustóleo (chapopote, combustible para plantas de energía eléctrica,) y 1% plantas de Ac. Nítrico. Transporte 39.3 El 32% proviene de vehículos de gasolina, el resto otros transportes. Quemas 12.2 Incendios forestales, desechos sólidos, madera, etc. TOTAL 100.0 -------------------- Fuentes de Óxidos de nitrógeno
  • 144. REACCIONES QUIMICAS N2 + O2 2NO (Inestable) 2NO + O2 = 2 NO2 (dióxido de N) 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 (Contribuye del 30 al 40% de la lluvia ácida) El NO se forma por reacción entre el oxígeno y el nitrógeno atmosférico a alta temperatura. Una de las fuentes más importantes es a partir de las reacciones producidas en las Centrales eléctricas y Motores de los automóviles y aviones y donde se alcanzan temperaturas muy altas. El NO2 es un gas tóxico, irritante, que afecta principalmente al sistema respiratorio. El estándar anual para la mayoría de países latinoamericanos es idéntico al de Estados Unidos, 50 microgramos/m3. Altas T°
  • 145. DESNITRIFICACION DEL NITROGENO • Las fuentes naturales de óxidos de nitrógeno en la naturaleza, son la descomposición bacteriana de nitratos (desnitrificación), los incendios forestales, la actividad volcánica. Otros focos de menor relevancia, se llevan a cabo en los procesos biológicos de los suelos (Nitrificación), en los que se produce la emisión de nitritos (NO2) por parte de los microorganismos. NITRIFICACION Conversión del ion NH4 a NO3 por bacterias autotróficas de Nitrosomonas y Nitrobacter. 2NH4+3O2=2NO2 +2H2O+4H (Nitrosomonas) 2NO2 + O2 = 2NO3 (Nitrobacter) Ciertas bacterias emiten una gran cantidad de óxido nítrico hacia la atmósfera, por lo que constituye una fuente natural que no es posible controlar. En condiciones anaeróbicas (suelos inundables y pantanos) bacterias desnitrificantes como Pseudomonas, Xanthomonas, Thiobacillus, Micrococcus, etc, convierten al NO3 en N2 (Nitrógeno molecular). NO3---------------------NO2----------------NO----------N2O----------N2 Nitrato reductasa nitrito reductasa hiponitrito reductasa Alta T° O2+N2 CO2, CO, NO hidrocarburos O2, N2
  • 146. • El "smog" es una mezcla de humo y niebla. Por lo general el "smog" se forma cuando el humo se mezcla con la neblina. • Se denomina smog fotoquímico a la contaminación del aire, principalmente en áreas urbanas, por ozono troposférico originado por reacciones fotoquímicas, y otros compuestos. Como resultado se observa una atmósfera de un color plomo o negro. El ozono es un compuesto oxidante y tóxico que puede provocar en el ser humano problemas respiratorios. • Ocurre principalmente en ciudades con bastante tráfico (emisión de óxido nítrico (NO) y compuestos orgánicos volátiles), cálidas y soleadas, y con poco movimiento de masas de aire. • Han sido identificadas muchas sustancias en el smog, incluyendo NO, NO2, ozono y una variedad de compuestos orgánicos derivados de los hidrocarburos de la gasolina, gasolina no quemada liberada por los automóviles, gases de pintura y pesticidas. SMOG FOTOQUIMICO
  • 147. 2 • N2 + O2 = 2NO +O2= NO2 (bastante tráfico de Vehículos) 1 NO2 • Hidrocarburos NO + O (oxígeno atómico) • (Compuestos orgánicos volátiles) • NO+O3= O2+NO2 • O2 O3 • Hidrocarburos volátiles + NO= NO2 + aldehídos • Aldehídos + NO2= PAN (peróxido de acetilnitrato C2H3O5N ): tóxico: afecta pulmones y ojos. • (El NO reacciona más rápidamente con los hidrocarburos sin quemar o que se encuentran en el aire, que con el Ozono, por lo tanto aunque se regenere parte del NO2, el ozono queda en exceso y se acumula en la troposfera, provocando problemas de salud como: pulmonía, bronquitis, asma, dolor de pecho, irritación de fosas nasales y garganta, inflamación de los pulmones. El 52% de los hidrocarburos provienen del transporte y el resto de la industria, entre otros. • Durante la noche las reacciones de smog fotoquímico se ven muy reducidas al necesitar la luz para funcionar. • Han sido identificadas muchas sustancias en el smog, incluyendo NO, NO2, ozono y una variedad de compuestos orgánicos derivados de los hidrocarburos de la gasolina, y no quemados liberados por los automóviles gases de pintura y pesticidas. Ciclo Fotolítico del NO2 (Fotones: durante el día) 2 O se une al O2 molecular Ozono troposférico
  • 148. • La atmósfera terrestre tiene ciertos óxidos de azufre, algunos de los cuales se originan de manera natural. Los volcanes (SO2 y H2S), la descomposición biológica de la materia orgánica (H2S) y reducción anaeróbica del sulfato (SO4) a H2S. • Si el H2S llega a la atmósfera, además de producir un característico olor a huevos podridos, se transforma en SO2. • Otros son producidos por los humanos y sus acciones. • El carbón y el petróleo contienen una pequeña cantidad de azufre. Para producir electricidad, quemamos carbón y petróleo. Cuando se quema carbón y petróleo, el azufre que contienen se combina con el oxigeno que se encuentra en el aire para formar dióxido de azufre. El consumo de combustibles fósiles produce del 75 al 80% de óxidos de azufre en el aire. La forma natural es de 20 a 25%. También se extrae del gas natural que contiene sulfuro de hidrógeno, que una vez separado, se quema para obtener azufre: 2 H2S + O2 → 2 S + 2 H2O. • El dióxido de azufre (SO2) es un gas contaminante incoloro y con un olor desagradable que se origina en la combustión del carbón y el petróleo. Proviene en un 95.5% de las industrias y plantas generadoras de energía eléctrica y el resto del transporte y fuentes naturales. FUENTES DE OXIDOS DE AZUFRE
  • 149. FUENTES DE OXIDOS DE AZUFRE Fuentes Porcentaje Observaciones Centrales eléctricas 73.5 60.5% de carbón, 13.0% combustóleo (chapopote, combustible para plantas de energía eléctrica). Industrias 22.0 Refinerías de petróleo y fundición de compuestos azufrados. Transporte 2.4 Vehículos de gasolina, diesel, marinos, etc. Otros 2.1 Formas naturales como: Volcanes, materia orgánica. TOTAL 100.0 --------------------
  • 150. • 2S + 2O2= 2SO2 (combustión del carbón y petróleo). • 2SO2 + O2 = 2SO3 (trióxido de azufre) • 2SO3 + 2H2O = 2H2SO4 (contribuye en 60 a 70%) REACCIONES DEL AZUFRE
  • 151. • CISTEINA ---- SULFIDRASA DE SERINA ---- SERINA + 2H2S Aminoácido Enzima Aminoácido • Detoxificación de H2S en los ecosistemas: • El H2S en presencia de O2 es usado como fuente de energía por microorganismos como: Thiovulum, thiothrix, thermothrix y thiobacillus) El S resultante se acumula intracelularmente, pudiendo oxidarse posteriormente a SO42=. • H2S + 1/2 O2 →S +H2O • Otras especies de Thiobacillus acidófilas y Sulfolobus obtienen energía de la oxidación del S generando directamente SO42=, creando así su propio ambiente ácido. • S + 3/2 O2 + H2O= H2SO4. • Bacterias rojas(Chromatiaceae) y verdes(Chlorobiacea)del azufre en ambientes anaerobios: fotorreducen el CO2 mientras oxidan el H2S a S. • 2H2S + CO2= CH2O + H2O + 2S (Fotosíntesis anoxigénica). • Desulfovibrio • Estas bacterias se encuentran ampliamente distribuidas en ambientes anóxicos (condiciones anaeróbicas), tanto acuáticos como terrestres. Han sido utilizadas como una alternativa a la eliminación de sulfato y ciertos metales en aguas residuales procedentes de minas e industrias con alto contenido de metales. • Desulfovibrio: SO4 -------SO3--------S-------H2S DESCOMPOSICION DE LA MATERIA ORGANICA
  • 152. 2H2S + O2= 2H2O + 2S 2S + 2O2 = 2SO2 2SO2 + O2 = 2SO3 2SO3 + 2H2O = 2H2SO4 REACCIONES QUIMICAS •El sulfuro de hidrógeno (H2S) proviene principalmente de la descomposición microbiana de la materia orgánica, reducción de sulfatos y de la erupción de los volcanes. •El sulfuro de hidrógeno es un contaminante primario pero debido a sus bajos niveles de concentración en la atmosfera no se considera dañino para la salud. Es emitido a la atmósfera por industrias papeleras ya que lo utilizan para extraer la celulosa de la madera. •El Sulfuro de Hidrógeno (H2S) es un gas incoloro que tiene un olor fétido (semejante al de los huevos podridos) y es muchísimo más venenoso que el monóxido de carbono, pero se advierte su presencia (por su olor) antes de que alcance concentraciones peligrosas. •El sulfuro de hidrógeno es oxidado a dióxido de azufre en pocas horas, por lo que rápidamente aumenta la concentración de este. Tiene un tiempo de residencia en la atmósfera baja de aproximadamente 24 horas.
  • 153. • Producción de ácido sulfúrico para baterías. • la fabricación de pólvora. • vulcanizado del caucho. • Como fungicida y en la manufactura de fosfatos fertilizantes. • Los sulfitos (SO3) se usan para blanquear el papel y como antioxidantes en la industria alimentaria. • El tiosulfato (S2O3 2-) de sodio o amonio se emplea en la industria fotográfica como«fijador» en los negativos. • Laxante, exfoliante. • Se usa en la fabricación de cerillos. • Se utiliza para el acné. • Producción de pigmentos, tratamiento del acero, extracción de metales no ferrosos, manufactura de explosivos, detergentes, plásticos y fibras. • Minerales con azufre: Galena (PbS), Blenda (ZnS), Pirita (FeS2), Cinabrio (HgS). USOS DEL AZUFRE
  • 154. EFECTOS DE LA LLUVIA ACIDA EN EL MEDIO AMBIENTE
  • 155. La lluvia ácida y la sedimentación seca de partículas ácidas contribuyen a la corrosión de los metales (tales como el bronce) y al deterioro de la pintura y la piedra (tales como el mármol y la piedra caliza). Esos efectos reducen considerablemente el valor que representan para la sociedad los edificios, puentes, objetos culturales (tales como estatuas, monumentos y lápidas), así como los automóviles. EDIFICACIONES Y OBJETOS
  • 156. • Pueda llegar a disolver el carbonato de calcio, estropeando monumentos y edificaciones construidas con mármol o caliza. • CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2 Insoluble Soluble DAÑO A ESTATUAS DE PIEDRA CALIZA
  • 157. DESGASTE A PIEZAS ARQUEOLÓGICAS
  • 158. • El ácido sulfúrico formado reacciona con el hierro para dar sulfato ferroso: • 4H2SO4 + 2Fe + O2 = 2FeSO4 + 2H2O • Por hidrólisis de este compuesto, se regenera el ácido sulfúrico: Goethita • 2FeSO4 + 1/2O2 + 3H2O = 2 FeO(OH) + 2 H2SO4 • El ácido sulfúrico regenerado está de nuevo en condiciones de seguir atacando al hierro, repitiendo el proceso, que se conoce como ciclo de regeneración del ácido. Como el ácido se regenera en presencia de agua, la corrosión del metal depende del período de humectación del mismo. En USA hay perdidas de hasta 5 billones de dólares por este problema. DAÑO A LA INFRAESTRUCTURA
  • 159. • Las pérdidas económicas que origina la corrosión se pueden clasificar en directas e indirectas. Las primeras no sólo se deben a la rotura y sustitución de un equipo, sino también a la necesidad de utilización de materiales metálicos más resistentes, así como el empleo de medidas de protección, como recubrimientos orgánicos, galvanizados, etc. Como pérdidas indirectas podemos citar la falta de producción por el paro temporal de una instalación, la fuga de un líquido de su depósito, etc. • De todas estas pérdidas por corrosión, se estima que el 50% son debidas exclusivamente a la acción agresiva de la atmósfera, dado que el 80% de las estructuras metálicas cumplen su servicio en contacto con la atmósfera.
  • 160. •La lluvia ácida produce daños importantes en la vegetación:  Destruye a los microorganismos fijadores de nitrógeno, que viven en simbiosis con la planta como Rhizobium (procariotas, aeróbicas, leghemoglobina, proteína de color rojo por el hierro que contiene) y los de vida libre en el suelo como Azotobacter, Azospirillum, Nostoc, Beijerinckia, Anabaena, etc.) por cambio del pH del suelo. Ejemplo: Azotobacter tiene un pH óptimo de 6-8.5 y Rhizobium de 5 a 8. EFECTOS SOBRE LA VEGETACION N2 + 16 ATP + 8e -+ 8H+→2NH3+ H2 + 16 ADP+ 16 Pi (enz. nitrogenasa)
  • 161.  Las Plantas se hacen más vulnerables al ataque de plagas y enfermedades.  Altera la capa cerosa protectora en las hojas.  Daña las hojas, desecándolas. Daña las raíces.  El SO2 disminuye el proceso fotosintético al disminuir la clorofila, en exceso.
  • 162. EFECTO EN LOS SUELOS H2SO4→2H+ SO4 HNO3 H + NO3 A pH menor de 5.0 Al + 3H2O→Al(OH)3 + 3H Acidifican el suelo
  • 163.  Los científicos consideran que la pérdida de nutrientes del terreno y el aumento de aluminio tóxico puede ser una de las maneras en que la lluvia ácida daña los árboles y cultivos, al bajar el pH de los suelos. Ejemplo: Cacao: pH óptimo de 6- 6.5; Caña de azúcar de 6-7.8; Plátano de 6-7.5, etc.  pH óptimo de nutrientes: N de 6-8; P de 6-7; K de 6-10; Ca de 7-7.5; Mg de 6.7-8.5, etc.  Afecta la nitrificación de los suelos, ya que se reduce este proceso a pH de < 5.5.  Produce toxicidad de Aluminio, fierro y manganeso a las plantas a pH de 4-5.  Elimina del suelo ciertos nutrientes esenciales para las plantas (magnesio, el calcio y el potasio).  Provoca insolubilidad del fósforo del suelo al solubilizar al aluminio y formar fosfatos de aluminio insoluble. pH<5.5. EFECTO EN LOS SUELOS A pH menor de 5.0 Al + 3H2O→Al(OH)3 + 3H Nitrificación 2NH4+3O2=2NO2+2H2O+4H (Nitrosomonas) 2NO2 + O2 = 2NO3 (Nitrobacter) Insolubilidad del Fósforo Al + PO4= AlPO4 Insoluble Mn + PO4 = MnPO4 Fe + PO4= FePO4
  • 164. La lluvia ácida provoca que el pH de los lagos y ríos tengan un nivel inferior a 6, lo que se conoce como acidificación. Dificulta el desarrollo de la vida acuática aumentando el número de peces muertos y afectando a la cadena alimentaria. Si el pH es menor de 5.5 hay problemas en la reproducción de peces, si el pH es menor de 5, desaparecen algas y fitoplancton y a pH menor de 4.2 mueren todos los peces. EFECTOS EN LAGOS Y RIOS
  • 165. EFECTOS SOBRE LA SALUD HUMANA
  • 166. La lluvia ácida no causa daño directos a los seres humanos. Sin embargo, los contaminantes que producen la lluvia ácida sí son perjudiciales. EFECTOS SOBRE LA SALUD HUMANA
  • 167. Dióxido de azufre (SO2) • En general las sustancias sulfurosas pueden tener los siguientes efectos en la salud humana: • Inflamación de la córnea (queratitis). • Efectos neurológicos y cambios de comportamiento. • Paro cardiaco. • Dificultad para respirar. • Inflamación de las vías respiratorias. • Daños al sistema inmunitario. • Asma y bronquitis crónica. • Daños en las funciones del hígado y los riñones. • Alteraciones del metabolismo hormonal. • Edema pulmonar. • Embolia pulmonar. IMPACTO A LA SALUD DEL DIOXIDO DE AZUFRE Queratitis Bronquitis
  • 168. Afecciones pulmonares: el asma, bronquitis, inflamación pulmonar, enfisema, neumonía (bacterias, virus). El alvéolo, que debería tener apenas aire, queda lleno de secreciones purulentas (que tienen pus), impidiendo su funcionamiento. En estos alvéolos no hay intercambio de gases.
  • 169. Enfisema pulmonar Es una acumulación anormal de líquido en los alvéolos pulmonares por insuficiencia cardíaca o gases tóxicos. Una embolia pulmonar es un bloqueo súbito de la arteria pulmonar. Si el coágulo es grande, puede provocar la muerte. Los gases tóxicos provocan problemas en sistema circulatorio. Produce el agrandamiento de los alvéolos pulmonares, debido a la contaminación y otros problemas medioambientales, en especial en las ciudades donde el smog es un factor permanente. Debilita el intercambio de gases en los alveolos.
  • 170. Concentración (partes por millón ppm) Efectos 3 – 5 Concentración mínima detectable por el olfato. 8 – 12 Irritación de la garganta. 20 Irritación en los ojos y tos. 50 – 100 Concentración máxima para una exposición corta (30 min.) 400 – 500 Puede ser mortal, incluso en una exposición breve. EFECTOS TÓXICOS DEL SO2
  • 171. • Dióxido de nitrógeno. • Afecta principalmente al sistema respiratorio como: • Molestias respiratorias, dolores respiratorios agudos, enfisema y edema pulmonar. • Bronquitis aguda, tos y flema, especialmente en los niños. • Irritación de los ojos, la nariz y la garganta. • Falta de aliento, cansancio y náuseas. IMPACTO A LA SALUD DEL DIOXIDO DE NITROGENO
  • 172. Concentración (Partes por millón) – ppm (mg/l) Efecto 1 – 3 Concentración mínima que se detecta por el olfato. Mayor de3 Irritación de nariz, garganta y ojos. 25 Congestión y enfermedades pulmonares. 100 – 1000 Puede ser mortal, incluso tras una exposición breve. EFECTOS DEL NO2 EN LA SALUD
  • 173. • (ppm) Efectos a la salud • 0.008-0.2: Umbral respiratorio- se detecta olor a huevo podrido. • 20: Olor a fuga de gas. Tolerancia durante algunas horas sin daño. • 20-50: Irritación ocular. • 50: Exposición prolongada puede causar faringitis o bronquitis. • 60 Exposición prolongada puede causar conjuntivitis y dolor de ojos. • 150: Irritación del tracto respiratorio superior. Sensación de pérdida del olfato. • 250: Edema pulmonar con riesgo de muerte. • 500: Muy peligroso, se debe evacuar mucho antes de llegar a este nivel. • 1000: Pérdida de conciencia. • 1000-2000: Intoxicación aguda: los síntomas incluyen respiración agitada, angustia, náusea y vómito. Puede ser rápidamente seguido de pérdida de conciencia, coma y paro respiratorio • 2000+ Pérdida inmediata de conciencia y alta probabilidad de muerte EFECTOS A LA SALUD DE H2S
  • 174. • QUE PODEMOS HACER PARA DISMINUIR LA LLUVIA ACIDA RECOMENDACIONES
  • 175. • Limpieza de las chimeneas y los tubos de escape. El azufre se halla presente en el carbón como impureza y petróleo, y al quemarse reaccionan con el aire y forma SO2. Por otra parte, los NOx se forman al quemarse cualquier combustible fósil. • Para reducir este problema se hace con el empleo de dispositivos, llamados depuradores, para eliminar por medios químicos el SO2 de los gases que escapan por las chimeneas. Las fábricas que liberan contaminantes a la atmósfera pueden filtrarlo antes de que salgan de sus chimeneas por depuradores. • Las plantas generadoras también podrían cambiar el combustible; por ejemplo, la combustión de gas natural. El gas natural produce menos del 90 % de óxido de nitrógeno (NOx) que el carbón y no produce dióxido de azufre (SO2). • Al igual que los depuradores de las plantas eléctricas, los convertidores catalíticos reducen las emisiones de NOx de los automóviles. El cual transforma más del 90% de los óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y monóxido de carbono en nitrógeno N2, dióxido de carbono y agua. • Uso de fuentes alternativas de energía. Entre ellas se cuentan la energía nuclear, la potencia hidroeléctrica, la energía eólica, la energía geotérmica y la energía solar. La energía nuclear y la hidroeléctrica son las más usadas. La energía geotérmica representa el 4% de energía en México. Existen tres plantas geotérmicas: Cerro Prieto en Baja California, Los Azufres en Michoacán y Los Humeros en Puebla.
  • 176. • Restablecimiento del medio ambiente deteriorado. A los lagos ácidos se les puede añadir piedra caliza o cal (un compuesto básico natural) para “cancelar” la acidez. Este proceso es llamado encalado. • Contribución individual. En vista de que la generación de energía es la principal causa del problema de la sedimentación ácida, cada persona puede contribuir directamente al ahorrar energía. • Apagar las luces, computadoras y otros aparatos electrodomésticos, cuando no los esté usando. • Utilizar aparatos eléctricos únicamente cuando los necesite. • Viajar al trabajo compartiendo el vehículo con otros • Comprar vehículos con bajas emisiones de Nox. • Equipo que consuma menos electricidad, incluido el alumbrado, el aire acondicionado, los calentadores, refrigeradores y lavadoras de ropa. • Trata de limitar el uso del aire acondicionado. • Utilizar bombillas de bajo consumo • Otros: Mezclado de piedra caliza finamente molida con carbón , en la combustión. • Lavado del carbón (limpieza física del carbón).
  • 177. • El metano es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4. Se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro e inodoro. • El metano (CH4), aunque está presente en cantidades muy pequeñas en la atmósfera, aproximadamente 1.70 ppm, es responsable por aproximadamente el 18% del calentamiento global del planeta. Sin embargo hay aproximadamente 220 veces más CO2 en la atmósfera de la Tierra que metano por lo que el metano contribuye de manera menos importante al efecto invernadero. • En la naturaleza se produce como producto final de la putrefacción anaeróbica de la materia orgánica, este proceso natural se puede aprovechar para producir biogás. Puede constituir hasta el 97% del gas natural. • Los orígenes principales de metano son: • Fuentes Naturales: • Gas natural • Los procesos en la digestión y defecación de animales. • Las bacterias en plantaciones de arroz. • Pantanos Metano (CH4)
  • 178. • Fuentes antropogénicas: • Fermentación anaeróbica de la materia orgánica. (Estiércol, rellenos sanitarios y aguas residuales). • Quema de biomasa. • El metano también se puede obtener industrialmente empleando como materias primas el hidrógeno. • CO2+4H2= CH4+2H2O • Fuentes Naturales: • Gas natural: La mayor fuente de metano es su extracción de los depósitos geológicos conocidos como campos de gas natural. Se encuentra asociado a otros hidrocarburos combustibles. • El gas, especialmente el situado en formaciones poco profundas, se forma por la descomposición anaeróbica de materia orgánica. • También se puede extraer metano de los depósitos de carbón (mediante la perforación de pozos en las capas de carbón), bombeando a continuación el agua lo cual permite la desabsorción del metano y su subida por el pozo hasta la superficie. • El 60% de las emisiones en todo el mundo es de origen antropogénico.
  • 179. DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LA MATERIA ORGÁNICA
  • 180. • La Digestión Anaerobia se caracteriza por la conversión de la materia orgánica a metano y CO2, en ausencia de oxígeno y con la interacción de diferentes poblaciones bacterianas.
  • 181. • La combustión del metano produce CO2, si es completa y CO si es incompleta. • CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O • 2CH4 + 3O2= 2CO + 4H2O (Falta de oxigeno). • Usos industriales • En la industria química, el metano es la materia prima elegida para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético anhidro acético. • CH4+ H2O → CO + 3H2 • CO + H2O → CO2+ H2 • Otros productos químicos derivados del metano incluyen el acetileno, clorometanos (cloroformo, tetracloruro de carbono, etc.), producidos por medio de la reacción del metano con cloro. • El metano es importante para la generación de energía eléctrica ya que se emplea como combustible. Completa: Acetileno (gas altamente inflamable): Soplete 2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O Combustión Incompleta 2C2H2 + 3O2 → 4CO + 2H2O Cloroformo: CHCl3 El cloroformo es empleado habitualmente en tintorerías como disolvente de grasas en la limpieza a seco, extintores de incendios, fabricación de colorantes, fumigantes, e insecticidas. Clorometano: Gas altamente inflamable Se utiliza como solvente, refrigerante, en la producción de polímeros de metil silicón y resinas, como agente metilante, como extractante de grasas, aceites y resinas, etc. Tetracloruro de carbono, CCl4 Buen líquido refrigerante, un potente plaguicida y fungicida, un potente producto desengrasante -elimina con suma facilidad ceras, aceites y grasas, como solvente en pinturas.