Niveles y composición de material particulado atmosférico: Situación respecto a los límites de la Directiva Europea

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1 Niveles y composición de material particulado atmosférico: Situación respecto a los límites de la Directiva Europea X. Querol, A. Alastuey, M. Viana Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera CSIC xavier.querol@ija.csic.es J.L. Gil Ibarguichi y M. Menéndez Depto Mineralogía y Petrología. Universidad del País Vasco, Leioa nppgiibi@lg.ehu.es San Sebastán-Donosti, 27 de Noviembre 2003

2 QUE ES PM? LEGISLACIÓN PM10 Y PM2.5: NIVELES Y COMPOSICIÓN FUENTES COMPARACIÓN EUROPA CENTRAL ESTUDIOS EN DESARROLLO CONCLUSIONES

3 EFECTOS DEL MATERIAL PARTICULADO Impacto en la salud Impacto en ecosistemas Cambio climático Degradación materiales Disminución de la visibilidad

4 (Wilson and Suh, 1996)

5 PRIMARIAS Naturales resuspensión local/externa evaporación/precipitación Antropogénicas emisiones directas emisiones fugitivas SiO 2,Al 2 O 3,Fe 2 O 3,TiO 2 CaCO 3, NaCl, C, metales 0.1 µm 1.0 µm 10 µm 25 µm SECUNDARIAS Naturales sulfatos naturales emisiones biogénicas Antropogénicas emisiones gaseosas: nucleación, condensación evaporación SO 4=, NO 3-, NH 4+, H + C org, metales 0.1 µm 1.0 µm 10 µm 25 µm (Soot)

6 Partículas naturales Aerosol marino NaCl

7 Partículas antropogénicas Combustión CT SI, S, Fe NaCl

8 Partículas antropogénicas FLY ASH SULPHATES

9 Mezcla compleja con fuentes muy diversas

10 LIMITES DE LA DIRECTIVA EUROPEA Normativa anterior Directiva 1999/30/CE Parámetro µgtsp m -3 µgpm10 m -3 E C1 C2 C3 C4 Euskadi UE Rural Urban Traffic 66 Niveles 8 en 6estaciones 3 24 Niveles 10 de exposición 293 Industrial 23 próximas 4 a 1focos 1 19 representativos 10 de 77 ND 8 emisión 0 para 0 obtener 0 Fase 2 250,000 II 0 20 habitantes (2010) 32 % hotspots 71% niveles 20% exposición 13% máximos 40% 31% 69% 40% Año de aplicación Futura (PM2.5) Valor límite anual 150 Fase I 40 (20) (2005) Valor Over all stations límite diario (35) AirBase, 2001 data <18 días / año Fase I <35 días / año Fase II <7 días /año

11 70 Niveles medios PM10 desde Tráfico Industrial ó T. intenso Fondo rural Fondo urbano Estaciones EMEP, Medidas automáticas corregidas por un factor 0.8 para equivalencia con método gravimétrico EN Galicia Euskadi Levante Andalucía Centro Canarias ZONAS DE ESTUDIO

12 EUSKADI DATOS Nº superaciones Media anual PM10 ( ) Nº superaciones a) x =40 n =35 x = Media anual PM10 ( ) Percentil 90 (µgpm10/m 3 ) b) PM10

13 EPISODIOS DE PARTÍCULAS: INTERPRETACION SERIES PM

14 NIVELES BAJOS DE PM: ADVECCIÓN ATLÁNTICA PST ( ) Llodio Getxo Vitoria S.Sebastián Valderejo* 0 30/11/99 03/12/99 06/12/99 09/12/99 12/12/99 15/12/ LLODIO DONOSTI MAZARREDO 1000 / precipitación TSP 50 25, 0 E A Jl O E A Jl O E A Jl O E A Jl O E A Jl O E A Jl O

15 EPISODIOS ANTROPOGENICOS LOCALES LLO-rural-TSP GET-Urbana-TSP GAST-Urbana-TSP BEA-Industrial-TSP DON-Urbana-TSP MAZ-Urbana-TSP lluvias 10 4/10/98 11/10/98 18/10/98 25/10/98 1/11/98 domingo domingo domingo domingo domingo

16 EPISODIOS EU 35 P M VALDEREJO EU EU

17 EPISODIOS AFRICANOS 11-Nov Nov Nov Oct Nov-01 ZONA DE CONVERGENCIA INTER-TROPICAL (ITCZ) 04-Mar Mar Feb Mar Feb Aug Sept Aug Aug Sep-01

18 Abanto Lllodio Gasteiz Beasain Renteria Octubre de /10 07/10 09/10 11/10 13/10 15/10 17/10 19/10 21/10 23/10 25/10 27/10 29/10 31/10 01/10 03/10 PM10 ( )

19 EUSKADI FONDO RURAL FONDO URBANO PM ( ) A AS EU ME RE NAF TRÁFICO A AS EU ME RE NAF INDUSTRIAL A AS EU ME RE NAF A AS EU ME RE NAF

20 EU 20% RE 12% NAF 13% A 55% LEVANTE ANDALUCIA EU 3% NAF 19% ME 8% RE 4% A 66% EU 7% ME 2% NAF 5% A 86% GALICIA EUSKADI EU 11% NAF 8% ME 5% A 76% CENTRO EU 3% RE 5% NAF 9% A 74% ME 4% CANARIAS EU 9% NAF 25% ME 4% A 62% MEDIA ANUAL

21 NIVELES ORIGEN DE PM10, COMPONENTES PM2.5 Y PM1 EN PM ºN Mar Cantábrico Bemantes LLodio ºN Océano Atlántico Madrid Alcobendas Monagrega L Hospitalet + Sagrera Mar Mediterráneo m M.Lois m m 35ºN 10ºW 5ºW 0º >1500 m 5ºE 28º25 N El Río Mercado Central 28º00 N Sardina 16º40 W 15º40 W

22 ESTACIONES DE FONDO URBANO Las Palmas Llodio Alcobendas Tarragona Barcelona L Hospitalet Madrid Huelva ESTACIONES DE FONDO URBANO Bemantes Monagrega ESTACIONES DE MEDIDA Y MUESTREO DE PM ESTACIONES DE FONDO REGIONAL

23 Análisis 57 parámetros/filtro, N= PM filtros, PM filtros Crustal-mineral Antropogénicos Al 2 O 3 ICP-AES Ca ICP-AES K ICP-AES Mg ICP-AES Fe ICP-AES Ti ICP-AES P ICP-AES CO 3 2- ind. Ca SiO 2 ind. 3*Al 2 O 3 Aerosol marino Na + ICP-AES Cl - Cromat. Ion. SO 2-4 ind. Na Cnm A. Elemental Secundarios inorgánicos NH + 4 C.FIA SO 2-4 Cromat. Ion. NO - 3 Cromat. Ion. 40 Metales (ICP-MS) As, Ba, Bi, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Dy, Er,Ga, Gd, Ge, Hf, La, Li, Mn, Mo, Nd, Ni, Pb, Pr, Rb, Sb, Sc, Se, Sm, Sn, Sr, Ta, Th, Ti, Tl, U, V,W, Yb, Zn, Zr, Determinado % masa PM

24 Monagrega Bemantes Tarragona Huelva Alcobendas Llodio Las Palmas Madrid L'Hospitalet Barcelona AÑO PM10 ( ) N OM+EC Mineral Marino Indeterminado Secundarios Inorgánicos nmso 4 2- NO 3 - NH 4 + PM2.5 ( ) N OM+EC Mineral Marino Indeterminado Secundarios Inorgánicos nmso 4 2- NO 3 - NH 4 + Fondo Rural Fondo Urbano Estaciones de Tráfico Valores límite (2005) PM10: Nd Valores Nd 4.6 límite 7.8 (2010) 6.0 PM2.5: Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd

25 ng/m 3 PM10 Sagrera Llodio Bem antes A lcobendas Huelva Canarias Tarragona Li Sc Ti V Cr Mn Co Ni Cu Zn Ga Ge A s Se Rb Sr Zr Mo Cd Sn Sb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Gd D y Er Yb Hf Ta W Tl Pb Bi Th U

26 NH 4 NO 3 Major specie (excluding Canary Isl.) NaNO Ca(NO 3 ) Thermal instability of NH 4 NO 3 along the year NO 3 - (µg/m3 ) PM10 Seasonal trend 1.6 J F M A M J J A S O N D

27 (NH 4 ) 2 SO 4 Major specie 3.0 Na 2 SO 4 CaSO External origin nmso 4 2- (µg/m3 ) PM10 Seasonal trend 2.7 J F M A M J J A S O N D

28 NH 4 + ( ) PM10 Seasonal trend 0.8 J F M A M J J A S O N D

29 No local C sources 6.4 Maximal dispersion, Trade winds OM+EC ( ) PM10 Seasonal trend 7.9 J F M A M J J A S O N D

30 Low resuspension Influence from traffic Influence from traffic 11.8 African contribution Mineral matter ( ) PM10 Seasonal trend 11.6 J F M A M J J A S O N D

31 Mineral matter ( ) PM2.5

32 Constant inputs and insolation Marine aerosol ( ) PM Seasonal trend Na + Cl - J F M A M J J A S O N D

33 Marine aerosol ( ) PM2.5

34 GEOQUÍMICA 14% Bemantes 24% 3% Monagrega 25% Marino Indeterminado Mineral Secundario inorgánico PM10 13% 25% OC+EC 22% 37% 28% 21% 10% Tarragona Huelva Alcobendas Llodio Canary Isl. 6% 8% 27% 4% 8% 27% 25% 19% 25% 26% 32% 25% 29% 19% 20% 27% 24% 27% 14% 21% 20% 20% Madrid L'Hospitalet Barcelona 14% 11% 31% 5% 2% 25% 17% 34% 5% 19% 19% 32% 16% 22% 31% 19% 23%

35 GEOQUÍMICA PM2.5 11% Bemantes 7% 22% Marino Indeterminado Mineral OC+EC Secundario inorgánico 27% 33% Tarragona Huelva Alcobendas Llodio Canary Isl. 17% 6% 13% 14% 4% 28% 14% 3% 17% 10% 5% 26% 18% 9% 22% 27% 37% 26% 28% 37% 29% 27% 32% 34% 17% Madrid L'Hospitalet Barcelona 16% 1% 11% 3% 16% 18% 3% 14% 21% 43% 19% 33% 37% 33% 32%

36 Indeterminado 60 metales OC+EC 50 marino 40 mineral 30 NH4+ 20 NO3- nmso42-10 PM10/PM2.5 Berlin 40/26 Berlin 29/22 Vienna 53/38 Helsinki 14/8 Helsinki 25/12 Llodio 33/24 Illmitz 24/20 Bemantes 19/14 Huelva 36/19 Alcobendas 29/17 Barcelona 47/28 Basel 28/- Estaciones de tráfico Fondo Urbano Las Palmas 48/18 Fondo Rural

37 PM10 ( ) CONTRIBUCIÓN DEL TRÁFICO LOCAL DE LA CALLE CONTRIBUCIÓN DEL FONDO URBANO CONTRIBUCIÓN DEL FONDO REGIONAL

38 TRÁFICO-URBANO PM10 Amsterdam 22%, 6.8 OC+EC 11%, 3.3 Regional back. 4%, 1.3 µg/m3 Urban back 7%, 2.2 µg/m3 Local Traffic at kerbsides Barcelona 27%, %, %, %, 5.4 8%, 2.4 Unaccounted 14%, 6.3 Secondary inorganics 21%, 6.4 µg/m 35%, %, %, %, 4.0 City & Industrial back 4%, 1.7 3%, %, 6.3 Regional background 17%, 7.5 µg/m3 12%, %, 4.3 Marine aerosol 5%, 2.2 Mineral Regionaal back. Urban back (demolition & road) Local Traffic at kerbsides 33%, %, 5.4 9%, %, µgpm10/m 3 45 µgpm10/m 3

39 TRÁFICO-URBANO PM2.5 Amsterdam 33%, 6.7 OC+EC 16%, 3.2 Regional back. 6%, 1.3 Urban back 11%, 2.2 µg/ m3 Local Traffic at kerbsides Barcelona 41%, %, %, %, %, 2.9 Unaccounted 11%, 3.1 4%, 0.7 3%, 0,6 1%, 0,1 1%, 0,1 36%, 9.3 Secondary inorganics 19%, %, 5.5 City & Industrial back Regional background 28%, %, %, 4.5 3%, 0.6 Marino aerosol 3%, 0.7 Mineral Regionaal back. Urban back (demolition & road) Local Traffic at kerbsides 17%, 4.7 7%, 1.9 4%, 1.0 6%, µgpm2.5/m 3 28 µgpm2.5/m 3

40 FONDO URBANO PM10 Holanda Llodio 25 µgpm10/m 3 31 µgpm10/m 3 Tarragona 37 µgpm10/m 3 12%, %, 5.1 OM+EC 18%, 6.6 Indeterminado 22%, %, 3.8 7%, %, %, %, %, 8.8 7%, %, 6.3 fondo regional fondo urbano 12%, 2.9 8%, 1.9 4%, %, 7.3 8%, %, %, %, %, 4.0 Materia mineral fondo regional fondo urbano 17%, 4.3 7%, 2.3 6%, 2.3 Aerosol marino 41%, %, %, 4.0 µg/m3 27%, %, %, %, %, 7.5 7%, 2.7 Inorgánicos secundarios fondo regional fondo urbano

41 FONDO URBANO PM2.5 Holanda Llodio 18 µgpm2.5/m 3 24 µgpm2.5/m 3 12%, %, %, %, 3.8 7%, %, %, %, 4.3 Tarragona 22 µgpm10/m 3 18%, %, 7.8 7%, %, 5.3 Indeterminado OM+EC fondo regional fondo urbano 6%, 0.6 8%, 0.6 0%, %, 2.8 6%, 1.5 5%, 1.3 9%, 2.1 7%, 1.6 2%, 0.5 Materia mineral fondo regional fondo urbano 3%, 0.6 5%, 1.2 5%, 1.0 Aerosol marino 52%, %, %, %, %, %, %, %, %, 2.7 Inorgánicos secundarios fondo regional fondo urbano.

42 Crustal Marine Secondary OC+BC Unaccounted CANARY ISLANDS (URBAN BACKGROUND) PM10>50 20% % % 5.7 7% % 24% natural LLODIO (URBAN BACKGROUND INDUSTRIAL SITE) PM10>50 19% 23% % 13% % industrial SO 4 27 % - NO 3 5 % + NH 4 9 % N days N days BARCELONA (KERBSIDE SITE WITH INDUSTRIAL INFLUENCE) 3 PM10 >50 µg/m 18% 38% % % 22% 2- SO 4 10 % - NO 3 8 % + NH 4 4 % MADRID (KERBSIDE SITE) 63 % crustal & C (traffic) PM10 >50 22% 32% % % 14% N days N days Superaciones valor límite PM10

43 Superaciones valor límite PM Las Palmas (urban background) PM2.5 PM2.5 > 35 N = 1/47 OM+EC SIA 5% 12% (3 ) 7 Marine 5% (3 ) 37 Undet. 13%, 8 Mineral 65% Barcelona (kerbside site) PM2.5 PM2.5 > 35 N = 8/44 OM+EC 36% 14 14% 18 9 SIA 29% Undet., 7 Mineral 19% Marine 2% (1 ) Llodio (urban background) PM2.5 PM2.5 > 35 N = 6/44 OM+EC 24% 10 Undet. 15%, 6 20 Mineral 6% (3 ) Marine 5% (2 ) SIA 50% PM2.5 > 35 N = 15/38 Madrid (kerbside site) PM2.5 Undet. 15% 6 OM+EC 50% 23 Mineral 18% 8 Marine 1% 8 SIA 16%

44 MADRID - Alcobendas (32 ) Undet. Industrial2 1% Industrial 22% 6% 6% 31% Marine 34 % Traffic MADRID - Escuelas Aguirre BARCELONA - L'Hospitalet (48 ) (49 ) Undet. Undet. Traffic Crustal 26% 5% 17% 34% 48% Traffic Crustal Crustal 26% 18% 4% 19% Marine 3% Industrial Marine Industrial Undet. Combustion 1% Marine 8% 5% 22% 32% Industrial Traffic BARCELONA - Sagrera (46 ) 32% Traffic TARRAGONA (37 ) Undet. Marine 1% Crustal 9% 32% 30% 28% Industrial Crustal Traffic 10% Industrial2 Traffic EUSKADI - Llodio (32 µgpm10/m 3 ) Industrial1 Undet. 11% 5% 22% 7% Marine 25 % 26% 19% External 36 % 14 % Marine Crustal A CORUÑA - Bemantes (19 ) Undet. Crustal + Combustion Power Plant 17 % 8% Traffic 33% HUELVA (38 ) Undet. 3% 27% Crustal 15% 5% 17% Industrial Industrial Marine 2 1 MONAGREGA (22 ) Undet. 31% Crustal 27% Traffic 13% 26% 3% Marine Industrial CONTRIBUCIÓN DE FUENTES EN PM10 (MODELO RECEPTOR) CANARIAS (44 ) Undet. Combustion 7% External 10% Ant. 10% Marine 35% 33 % Crustal 5% Traffic

45 PM10 CONTRIBUCIÓN DE FUENTES: MODELO RECEPTOR (Análisis factorial y regresión multi-lineal) Mon Bem Hue Alc Llo Tarr Can Es.A L Ho Sag PM n Tráfico Industrial Externo 4.5 Marino Crustal ** No determinado % % % % % % % % % Tráfico Industrial Externo 10 Marino Crustal No determinado

46 LLODIO PM10 PM2.5 PM1 ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic 140 PM10 PM2.5 PM ene-01 feb-01 mar-01 abr-01 may-01 jun-01 jul-01 ago-01 sep-01 oct-01 nov-01 dic PM2.5/PM10 ene-01 feb-01 mar-01 abr-01 may-01 jun-01 jul-01 ago-01 sep-01 oct-01 nov-01 dic-01

47 80 LLODIO SO2 O3 NO JANUARY FEBRUARY MARCH APRIL MAY JUNE JULY AUGUST SEPTEMBER OCTOBER NOVEMBER DECEMBER 100 PM10 PM2.5 PM JANUARY FEBRUARY MARCH APRIL MAY JUNE JULY AUGUST SEPTEMBER OCTOBER NOVEMBER DECEMBER

48 SO 4 2- OM+EC Externo Crustal Industrial Tráfico Industrial 1 Crustal Industrial 2 Externo /01 03/01 05/01 07/01 09/01 11/01 NO /01 03/01 05/01 07/01 09/01 11/01 Cr 3 µg/m Tráfico Externo Industrial 2 Industrial /01 03/01 05/01 07/01 09/01 11/01 ng/m Industrial 1 Industrial 2 Tráfico /01 03/01 05/01 07/01 09/01 11/01

49 Análisis de contribución de fuentes en PM10 y PM2.5 en Abanto Departamento de Mineralogía y Petrología (UPV/EHU) - 32 µg/m3 de PM10 (77/365) - 21 µg/m3 de PM2.5 (44/365) - PM2.5/ N> 50 µgpm10/m3 46 (16 NAF) Petroquímica PM10 SO 2 y = 1,314x R 2 = 0, ,00 100,00 80,00 60,00 INTERCOMPARACION BETA-MCV Abanto 12/ 01-11/02 n=74 y = 1,059x + 7,8727 R 2 = 0,9168 Nervacero NO NO 2 40,00 20,00 0,00 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 Acciones próximas: análisis químico, contribución fuentes

50 PM10 registrados en dos estaciones urbanas con influencia industrial siderometalúrgica Beasain-Basauri Marina Menéndez, J. I. Gil Ibarguchi y Luis A. Ortega. Departamento de Mineralogía y Petrología, UPV/EHU 2002 Beasain PM10 33 (corregido) n>50 = Basauri PM10 39 (corregido) n>50 = 88 PM10 ( ) Basauri Llodio Beasain Abanto BCN MAD BCN CAN H T MAD TE AC Acciones próximas: análisis químico, contribución fuentes

51 CONCLUSIONES Gran variación de niveles y composición PM en EU, y entre CCAA Variación estacional marcada de las contribuciones de fuentes a PM La contribución natural a PM10 puede alcanzar valores muy elevados, se aportan datos cuantitativos Componentes antropogénicos en concentraciones similares a Europa central PM2.5 composición mucho más homogénea que PM10 en las diferentes regiones estudiadas PM2.5 refleja con menos interferencias la influencia industrial y del tráfico PM2.5, la contribución natural y mineral antropogénica se reduce respecto a PM10, pero aún elevada en términos relativos

52 AGRADECIMIENTOS: Gobierno Vasco ENDESA Ministerio de Medio Ambiente Plan Nacional I+D CICYT Euskadi Andalucía Canarias Catalunya Galicia Madrid