La sociedad moderna y el medio ambiente.

Transcripción

1 1. Introducción Introducción. La sociedad moderna y el medio ambiente. El medio ambiente es la fuente de todos los recursos materiales que la humanidad utiliza para la satisfacción de sus necesidades, y es también el destino de los residuos que se generan como consecuencia de su uso y consumo. El desarrollo de las sociedades modernas se encuentra íntimamente ligado a una creciente presión sobre el medio ambiente, principalmente por la explotación y uso de los recursos naturales y energéticos, el incremento de la población o el transporte. La emisión de contaminantes gaseosos, tanto de origen natural como antropogénico, se relaciona directamente con problemas ambientales como la acidificación, la degradación de la calidad del aire, el cambio climático, la reducción de la concentración del ozono estratosférico y el incremento del troposférico; la exposición de los seres humanos, de los animales y de los ecosistemas a sustancias peligrosas, el daño y deterioro de los bienes públicos y privados. La cantidad y topología de los contaminantes atmosféricos dependen, entre otros factores, de la naturaleza de la fuente, plantas de generación eléctrica, refinerías, incineradoras, fábricas, tráfico terrestre, aéreo y marítimo, viviendas... Así por ejemplo, en un proceso típico de combustión se emite principalmente monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), compuestos orgánicos volátiles (COV), óxidos de azufre (SOx), partículas (PST) y dióxido de carbono (CO 2 ). A los cinco primeros se les suele denominar contaminantes atmosféricos primarios, y están relacionados con efectos ambientales de ámbito local-regional en periodos cortos de tiempo (Parra, 2004). El CO 2 es un constituyente natural de la atmósfera pero su excesiva concetración en aire promueve el efecto invernadero. El CO 2 es uno de los llamados Gases de Efecto Invernadero, GEI. Transporte. El transporte, y de manera específica el tráfico vehicular, produce una de las mayores cargas contaminantes hacia la atmósfera. Sus emisiones tienen efecto directo en los problemas de contaminación del aire tanto a escala local, regional y global. Actualmente, la gran mayoría de vehículos motorizados utilizan combustibles fósiles (gasolina y gasóleo, principalmente), cuyo uso produce la emisión en general de un mismo grupo de contaminantes, aunque en cantidades y proporciones diferentes según el combustible y las condiciones de combustión (Colvile et al., 2001). El transporte por carretera de mercancías y de pasajeros genera una importante contribución a la actividad económica en todos los países. Se trata de un sector que está en crecimiento y su evolución da una idea sobre el estado de salud de la situación económica de un país. 13

2 Diseño de una metodología para la obtención de emisiones contaminantes debidas al tráfico urbano Sin embargo, el desarrollo del transporte por carretera lleva consigo una serie de efectos negativos: accidentes, ruido, contaminación ambiental, etc. Teniendo en cuenta las emisiones contaminantes, cabe señalar que su evolución ha venido condicionada por la sucesiva aparición de normativas anticontaminación, cuyo principal objetivo ha sido el de regular las cantidades de sustancias nocivas producidas y emitidas por los vehículos durante su funcionamiento. Fruto del esfuerzo conjunto entre los fabricantes de vehículos, los operadores petrolíferos y las administraciones de los países, se ha conseguido disminuir, de forma muy importante, las emisiones de contaminantes de carácter local como son el CO, Pb, SO2 y los NOx. Por el contrario, todavía no se han desarrollado soluciones suficientemente eficaces con relación al CO 2, gas de efecto invernadero cuya emisión esta vinculada al consumo de combustibles fósiles (gasolina y gasóleo) que suponen las principales fuentes de energía empleadas por los vehículos. El Protocolo de Kyoto establecido en la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático, suscrito el 10 de diciembre de 1997, establece los compromisos de reducción de emisiones de gases con efecto invernadero para cada una de las naciones signatarias. Para el conjunto de los países de la Unión Europea este compromiso es obtener en el año 2010 una reducción del 8% de las emisiones de CO 2 respecto a los niveles de De cara al logro de este objetivo, los países de la Unión Europea han acordado los porcentajes a los que debe comprometerse cada Estado Miembro. España podrá aumentar sus emisiones en el año 2010 hasta un 15 % respecto a los niveles de 1990, debido a que parte de un nivel de emisiones más bajo. Los aumentos y disminuciones se compensan entre los países miembros. Con respecto al transporte por carretera de mercancías y de viajeros que se produce en España, hay que decir que la creciente demanda de movilidad que se ha producido en los últimos años es un índice claro de la buena situación económica por la que esta atravesando el país. No obstante, esta situación plantea unos mayores requerimientos de consumo energético, así como problemas medioambientales que están originando esfuerzos notables de control por parte de las administraciones y de investigación y desarrollo tecnológico por parte de los fabricantes, para hacer posible la evolución en un contexto de desarrollo sostenible. La evolución de la contaminación ambiental debida al transporte se ha caracterizado, durante las últimas décadas por un compromiso entre el crecimiento sostenido del parque de vehículos y de los kilómetros totales recorridos y la disminución continua de las emisiones medias (medidas en unidad de masa por kilómetro recorrido) de los vehículos nuevos. Esta última es fruto de la intensa labor de investigación e innovación llevada a cabo por los fabricantes de vehículos, obligada por las cada vez más exigentes normativas referentes a las emisiones contaminantes de los automóviles. Entre 1970 y 1996, las emisiones por kilómetro de los vehículos nuevos se han reducido en más de un 90%. 14

3 Introducción Los vehículos eléctricos, híbridos y los equipados con células de combustible, están presentes entre las soluciones que pueden consolidarse, en diferentes proporciones, en un futuro previsible. Para evaluar dichas alternativas y realizar previsiones razonables en horizontes temporales no demasiado lejanos, es necesario contemplar conjuntamente estas nuevas tecnologías con los motores de gasolina y los motores diesel. Los vehículos eléctricos, híbridos y dotados con células de combustible se deben analizar con relación a los avances previstos para los sistemas convencionales basados en los motores de combustión interna, ya que cuanto más eficaces sean las mejoras planteadas en estos, mas se retrasara, previsiblemente, el desarrollo comercial de las nuevas tecnologías. (Aparicio Izquierdo et al., 2002). Modelos de emisión. Teóricamente las emisiones que se generan en una región podrían cuantificarse midiendo la cantidad de sustancias emitidas desde todas las fuentes, durante el periodo de interés. En la práctica, sin embargo, no es posible realizar medidas individuales, recurriendo más bien al uso de valores representativos por tipo de fuente o utilizando modelos de diferente complejidad, que relacionan la actividad en dicha fuente, con la cantidad y tipo de sustancias que se emiten hacia la atmósfera. Un modelo es una idealización de un sistema real (Ford, 2000). Los modelos matemáticos utilizan ecuaciones para representar las relaciones más importantes que existen entre los diferentes elementos de un sistema; de modo que permiten simular una situación real, por medio de un análisis y de un entendimiento suficiente de la naturaleza y del funcionamiento de dicho sistema. Un modelo de emisiones atmosféricas se puede definir como el modelo matemático (o el conjunto integrado de modelos matemáticos de diferente grado de complejidad) que sirven para estimar las emisiones hacia la atmósfera, desde diferentes fuentes ubicadas en una zona geográfica determinada, en un periodo de tiempo establecido. (Parra, 2004). En el presente proyecto se toma como referencia el modelo europeo de estimación de emisiones EMEP/CORINAIR Objetivos El objetivo principal del siguiente trabajo es el diseño de una metodología flexible para la obtención de emisiones contaminantes debidas al tráfico urbano. La metodología empleada debe permitir integrar los modelos de contaminantes contemplados en la literatura. (Modelos Mobile 6 y EMEP/Corinair). La metodología debe permitir estimar, en las condiciones de tráfico actuales, la contaminación ambiental provocada por las emisiones que generan los vehículos que circulan en un área definida. Además, los resultados deben mostrarse desagregados por tipo de contaminante, calle y tipos de vehículos. El proyecto no estudiará los efectos de 15

4 Diseño de una metodología para la obtención de emisiones contaminantes debidas al tráfico urbano dispersión así como los efectos de la cercanía de masa forestal en la reducción de los contaminantes. La metodología desarrollada será aplicada a la estimación de contaminantes en la ciudad de Sevilla y su área metropolitana. El estudio está basado en el análisis del transporte por carretera urbana e interurbana, donde la información necesaria para su aplicación se obtiene mediante el tratamiento de los datos del parque automovilístico recogido en el anuario estadístico de la DGT (Dirección General de Tráfico). El modelo de estimación de emisiones contaminantes está basado en la normativa europea EMEP/CORINAIR del año La nueva metodología es integrada en la herramienta TRAMOS (Traffic and transport Analysis, Modeling and Optimization System. El módulo desarrollado se denomina Estimación de Contaminantes, siendo necesario, aparte de otras entradas al programa, datos de intensidad de tráfico proporcionado por el módulo de planificación del tráfico incorporado en TRAMOS (Figura 1). Fig. 1. Diagrama de la herramienta Estimación de Contaminantes 1.3. Estructura del proyecto. Se describen brevemente los distintos capítulos del documento, que de forma aproximada representan las distintas fases de desarrollo del proyecto. Estas fases se explican con detalle a lo largo de los distintos capítulos. Capítulo 1 Introducción. Introducción al problema que se plantea. Se hace una breve introducción a la problemática de la contaminación atmosférica en la sociedad actual, haciendo especial hincapié en el caso de la contaminación producida debido al transporte por carretera. También se describe qué es un modelo y qué modelo se usa como marco de referencia en 16

5 Introducción el proyecto, el modelo europeo EMEP/CORINAIR en su apartado de estimación de contaminantes. Se habla de los objetivos perseguidos en el proyecto, que se resumen como, desarrollo de una metodología flexible para la obtención de emisiones contaminantes debidas al tráfico urbano. Finalmente se realiza una visión general del proyecto estudiando su estructura, que es el apartado que nos ocupa. Capítulo 2 - Revisión de la literatura. La revisión de literatura constituye un primer paso ineludible para realizar una investigación empírica sobre el tema. En este trabajo se ha procedido a realizar un análisis de la literatura existente sobre metodologías e inventarios para la estimación de contaminantes. Para lograr este objetivo, se han consultado bases de datos electrónicas donde se recoge la literatura ya publicada, como textos de revistas científicas. El capítulo comienza explicando los contaminantes atmosféricos más importantes. Posteriormente se describe el funcionamiento de un motor de gasolina. Se analizan los métodos de estimación de contaminantes más importantes actualmente a nivel internacional, haciendo mención especial al modelo EMEP/CORINAIR que se ha usado como referencia para las pruebas del proyecto. Capítulo 3 Metodología. El capítulo 3 describe con detalle la metodología diseñada en el proyecto para lograr el objetivo propuesto. El primer punto del capítulo describe el modelo de asignación de tráfico, punto de partida para la metodología. Posteriormente se explican las distintas etapas que constituyen el modelo, descripción de árbol de probabilidades, definición de los factores de emisión y de consumo, asociación de los factores a las diferentes categorías de vehículos que forman el árbol de probabilidades, estimación de la velocidad media de los tramos, aplicación del modelo, evaluación de los datos, análisis de resultados Capítulo 4 Diseño del sistema de contaminantes Orientado a Objetos. La metodología desarrollada en el proyecto y descrita en el apartado anterior, se implementa en una aplicación usando el lenguaje de programación orientado a objetos C++, que permite realizar estimaciones de contaminantes en una población usando la metodología. El modelado de objetos y algoritmos implementados para el diseño de sistema se ha realizado a través de UML (Lenguaje Unificado de Modelado). La descripción y secuencia de los procesos de la aplicación se especifica usando diagramas de casos de uso (en lenguaje UML). Los diagramas de clases describen las estructuras de datos usadas. Para conocer los pasos a seguir en una ejecución del programa, se describe el sistema mediante diagramas de flujo. Por último se describen las pantallas y ficheros que componen la aplicación. 17

6 Diseño de una metodología para la obtención de emisiones contaminantes debidas al tráfico urbano Capítulo 5 Pruebas y resultados. Una vez que se ha diseñado la metodología y se ha implementado con un lenguaje de programación, se procede a realizar una prueba usando un caso real, estimar la contaminación debida al tráfico en la ciudad de Sevilla. Los resultados son analizados usando figuras y tablas que hacen más sencilla la lectura y evaluación de la contaminación en la ciudad. Capítulo 6 - Conclusiones. En este apartado se elaboran conclusiones a partir de los resultados obtenidos y se proponen futuras líneas de investigación. Capítulo 7 Bibliografía. En la bibliografía se enumeran los libros, artículos y revistas que se han utilizado para elaborar el proyecto. Capítulo 8 Anexos. El anexo I muestra un caso de de uso de la metodología, evaluar cómo influiría en la contaminación de una ciudad el limitar la circulación de ciertos tipos de vehículos. Este estudio se ha realizado en la ciudad de Madrid como queda reflejado en los artículos periodísticos que se adjuntan. Por último se adjunta un índice de palabras que hace rápida y sencilla la búsqueda de términos claves en el proyecto. 18