Sistemas dinámicos de medición de emisiones: el proyecto LIFE GySTRA y la tecnología RSD
Dolores Hidalgo

Contaminación ocasionada por el tráfico

RESUMEN


Reducir la contaminación del aire es el gran desafío ambiental de la UE, como lo demuestra el último informe de calidad del aire publicado por la Agencia Medioambiental Europea. En este sentido, el tráfico es una de las fuentes principales de dicha contaminación. Compuestos como los óxidos de carbono o nitrógeno, los hidrocarburos o el material particulado tienen consecuencias dramáticas en el medio ambiente, el clima, la salud y la economía.

Por otro lado, estudios científicos han demostrado que el 10% de los vehículos que más emiten son responsables del 40% de la contaminación generada por el tráfico rodado en las ciudades europeas. La raíz del problema se encuentra, sobre todo en grandes urbes, en la falta de control de las emisiones de los vehículos en condiciones de conducción real, cuando se ha demostrado que las emisiones en condiciones reales de conducción son hasta 40 veces superiores a las registradas en los ensayos de laboratorio estáticos.

Queda claro que es solo cuestión de tiempo que la legislación de los países comunitarios recoja de forma generalizada la obligatoriedad de monitorizar las emisiones de los vehículos en carretera. El proyecto LIFE GySTRA es un primer paso en este sentido.

ABSTRACT


Reducing air pollution is the EU's major environmental challenge, as demonstrated by the latest air quality report published by the European Environment Agency. In this sense, traffic is one of the main sources for this pollution. Compounds such as carbon or nitrogen oxides, hydrocarbons or particulate matter have dramatic consequences on the environment, climate, health and economy.

On the other hand, scientific studies have shown that 10% of the higher emitter vehicles are responsible for 40% of the pollution generated by road traffic in European cities. The root of the problem is found, especially in large cities, in the lack of control of the emissions of vehicles in real driving conditions, when it has been shown that emissions under real driving conditions are up to 40 times higher than those recorded in static laboratory tests.

It is clear that it is only a matter of time before the legislation of the EU countries include in a generalized way the obligation to monitor the emissions of road vehicles. The LIFE GySTRA project is a first step in this direction.

No más humos, por favor

Hoy en día, la contaminación del aire es el principal desafío ambiental en Europa por sus consecuencias negativas en la salud, el medio ambiente y la economía [I]. El tráfico de las ciudades está en el punto de mira de todas las organizaciones mundiales en materia de salud y medio ambiente, al estar catalogada como una de las fuentes fundamentales de dicha contaminación.

En cuanto al medio ambiente, el tráfico contribuye con hasta el 60% de las emisiones totales de óxidos de nitrógeno (NO, NO2) en las ciudades europeas. Estos compuestos son unos de los contaminantes más peligrosos porque generan ozono troposférico. En los últimos años los niveles de NO2, por ejemplo, han ido en constante aumento, por lo que el problema, en lugar de resolverse, se ha ido agravando.

En las últimas décadas, los seres humanos han liberado tantos químicos diferentes en el aire que han cambiado la mezcla de gases en la atmósfera.

La combustión incompleta de hidrocarburos (HC) también da como resultado la contaminación por monóxido de carbono (CO). Gas incoloro e inodoro, el monóxido de carbono causa dolores de cabeza y complicaciones a las personas con enfermedades del corazón.

El dióxido de carbono (CO2) siempre se libera cuando se queman los hidrocarburos. Es una de las principales causas del cambio climático global y la acidificación de los océanos. La combustión de petróleo y carbón, en particular, causa la liberación de óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre. Estos óxidos se combinan con el agua y el oxígeno en la atmósfera, creando los ácidos nítrico y sulfúrico, que regresan a la superficie de la Tierra como depósitos ácidos o "lluvia ácida". La deposición ácida daña los organismos acuáticos y mata los árboles. Debido a que hace que ciertos nutrientes, como el calcio y el fósforo, estén menos disponibles para las plantas, reduce la productividad de los ecosistemas y las granjas. Un problema adicional asociado con los óxidos de nitrógeno es que, junto con los hidrocarburos contaminantes, contribuyen a la formación del ozono troposférico.

Las partículas finas (PM2.5) son la principal causa de visibilidad reducida (neblina). Las partículas pueden transportarse a largas distancias por el viento y luego depositarse en el suelo o en el agua. Los efectos de este asentamiento incluyen: hacer que los lagos y las corrientes sean ácidos; cambiar el equilibrio de nutrientes en aguas costeras y grandes cuencas fluviales; agotar nutrientes en el suelo; dañar bosques sensibles y cultivos agrícolas; y afectar la diversidad de los ecosistemas.

En cuanto a la salud, el monóxido de carbono afecta directamente al sistema cardiovascular en caso de exposición crónica a este gas. Los óxidos de nitrógeno son altamente tóxicos y son responsables del aumento de casos de asma, derrames cerebrales, ataques cardíacos o cáncer. La materia particulada, que puede tener varios tamaños y varias composiciones, está relacionada con la degradación del ADN, cáncer, problemas cardiovasculares y respiratorios, lesiones neurodegenerativas, etc.

En cifras, estos problemas de contaminación causan anualmente hasta 1,3 millones de muertes prematuras en todo el mundo según la OMS ya que, en términos generales, un alto porcentaje de la población urbana en la UE está expuesta a niveles de contaminantes atmosféricos por encima de los estándares regulados.

Para la economía, el incumplimiento de las normas de calidad del aire de la Unión Europea implica el pago de grandes multas, a las que se suman los costes económicos relacionados con la salud y el mantenimiento público de edificios, ya que la contaminación del aire está directamente relacionada con enfermedades y deterioro de infraestructuras. En total, la contaminación del aire es un problema ambiental que en términos económicos representa costes de 100.000 millones de euros anuales en la UE.

La población que vive cerca de carreteras muy transitadas permanece particularmente expuesta a niveles excesivos de contaminación del aire. En 2018, se registraron niveles de NO2 por encima de los límites legales en varias estaciones de la red de observación de la calidad del aire europea. Los niveles de partículas (PM10) también excedieron los límites en estas estaciones. El ozono troposférico sigue mostrando niveles elevados en zonas suburbanas o rurales, debido a la alta insolación y a los niveles de emisión de sus precursores (NOx y compuestos orgánicos volátiles).

Debido a todo ello, es necesario reducir la concentración de estos contaminantes que resultan de los vehículos para reducir sus impactos negativos y poder cumplir con los estándares de calidad del aire requeridos.

Yo no contamino. Mi coche funciona muy bien…

Se ha demostrado que las emisiones de un vehículo en condiciones de conducción reales son mucho más altas que los valores detectados en las inspecciones rutinarias en taller, por lo que, en la mayoría de los casos, el propietario del vehículo desconoce el potencial contaminante del mismo y, por lo tanto, no puede actuar. En la misma situación se encuentran las administraciones que velan por la calidad del aire. Esta falta de información les obliga a imponer medidas de control de forma generalizada a todo el parque de vehículos y que a menudo no son efectivas, pues no previenen que los vehículos más contaminantes dejen de circular.

Mediante el uso de tecnología de monitorización remota se pudo determinar que el 6,4% de los vehículos analizados en Madrid entre 2014 y 2015 eran los responsables de más del 35% de las emisiones totales de CO, NO, HC y PM generadas en la ciudad (resultados del proyecto CORETRA) [II] (Figura 2). Estos resultados están en línea con los obtenidos en otros estudios científicos realizados en diferentes países europeos, como los proyectos CONOx y TRUE [III].

Otro aspecto destacable de estos estudios es que han demostrado que los altos emisores son heterogéneos e incluyen vehículos modernos (por ejemplo, Euro V), por lo que actuar únicamente sobre los vehículos más antiguos no es suficiente.

Más de 250 ciudades europeas no alcanzaron los estándares de calidad del aire de la Unión en 2018, y el tráfico rodado es uno de los principales causantes de este hecho. Por lo tanto, está claro que Europa necesita identificar los vehículos más contaminantes y hacerlo a gran escala para estar en disposición de, en primer lugar, controlar las emisiones motrices reales y, en segundo lugar, reducir las emisiones de óxidos de carbono y nitrógeno, hidrocarburos y partículas.

Durante los últimos años, se han realizado importantes esfuerzos para reducir las emisiones de tráfico gracias a los estándares europeos y los controles periódicos de vehículos (ITV), sin embargo, estas medidas no han sido suficientes.

Las emisiones contaminantes de los vehículos de motor se controlan desde su fabricación, por lo que todos los vehículos deben aprobarse de acuerdo con pruebas de laboratorio y estándares europeos (Euro Standards) antes de comercializarlos. Sin embargo, la realidad es que estas pruebas se realizan “en banco", dentro de ciclos de conducción específicos y sin pruebas de circuito. Por lo tanto, las emisiones de conducción reales de los vehículos en áreas urbanas difieren habitualmente de los datos oficiales. La Universidad de Virginia en Estados Unidos (caso Dieselgate) y la Agencia Medioambiental Europea (Figura 3) han publicado resultados de investigaciones realizada en este campo, demostrando la diferencia significativa entre las emisiones declaradas por el fabricante y las reales generadas cuando el vehículo está en la carretera.




Una vez en circulación, el vehículo debe superar el control de rutina establecido por los diferentes gobiernos europeos para su uso y mantenimiento adecuado, conocido como ITV (Inspección Técnica del Vehículo). Este sistema y los modelos teóricos (por ejemplo, metodología de inventario de emisiones contaminantes CORINAIR, o estimaciones de emisiones de los transportes con el programa COPERT) no han podido resolver el problema que genera la falta de información de las emisiones reales de conducción para el diseño de medidas de reducción eficientes.

La prueba de emisión realizada en la ITV no se ha realizado, hasta ahora al menos, en condiciones reales de conducción. Los vehículos se detienen y se aceleran y no se miden todos los contaminantes relevantes. A día de hoy solo de analizan monóxido de carbono y opacidad, aunque en el Plan Nacional de Calidad del Aire 2017-2019 (Plan Aire II) [IV] se contempla la posibilidad de realizar también, en las estaciones de ITV, la medición de emisiones de NOx en los vehículos. El problema es que para medir NOx, el vehículo tiene que tener carga de motor, es decir, hacer “esfuerzo” como lo hace en su circulación en carretera. Las ITV deberían incluir costosísimos bancos de rodillos para simular estas condiciones, por lo que el coste de análisis por vehículo aumentaría drásticamente. La tecnología RSD, por el contrario, puede medir miles de vehículos al día, con un coste muy reducido.

Por todas estas razones, se confirma que las emisiones reales del tráfico no han sido controladas adecuadamente hasta el día de hoy y por ello surge el proyecto LIFE GySTRA [V], que tiene como objetivo la creación de políticas eficientes que sean capaces de lograr resultados cuantificables como consecuencia de la identificación de los altos emisores.

El proyecto LIFE GySTRA y la tecnología RSD

El proyecto europeo LIFE GySTRA propone el uso de la tecnología de medición remota (RSD de sus siglas en inglés, Remote Sensing Device) para la monitorización masiva de las emisiones de los vehículos, y así poder identificar a los altos emisores cuando estos se encuentran en circulación.

La tecnología RSD está validada y certificada según normativa ISO 17025. Consiste en dispositivos que se colocan en la carretera y miden a distancia las emisiones reales (CO2, CO, NOx, HC y PM) que expulsan los vehículos a motor por el tubo de escape, en condiciones normales de circulación.

Este es un proyecto co-financiado por la Unión Europea en el marco de su programa LIFE con un presupuesto de algo más de 1,5 M€. El proyecto comenzó en septiembre de 2017 y se ejecutará hasta finales de 2020. Su objetivo fundamental es la reducción en ciudades de la contaminación procedente del tráfico en carretera. Para ello se va a demostrar que aplicando las políticas apropiadas, basadas en datos empíricos, es posible reducir las emisiones del tráfico rodado que afectan a muchas ciudades europeas, apoyando a las autoridades a adoptar un enfoque de la gestión urbana que contribuya al cumplimiento de las políticas existentes en términos de calidad del aire.

LIFE GySTRA propone, pues, la creación de un sistema global de gestión de emisiones, que tiene como base el uso de tecnología de detección desarrollada específicamente en el proyecto para tal fin, lo que se ha denominado tecnología RSD+. Dicha tecnología incluye como principal novedad la posibilidad de monitorizar las emisiones de dióxido de nitrógeno en los vehículos, posibilidad que hasta el momento actual no existía en los equipos RSD comerciales. Además, también podrán monitorizarse los contaminantes más habituales (monóxido de carbono, monóxido de nitrógeno, hidrocarburos y partículas).

La idea principal que subyace en el proyecto es que está demostrado, como se ha citado con anterioridad, que un pequeño porcentaje de los vehículos que circulan por las calles de las ciudades contribuyen con la mayoría de las emisiones. Es lo que llamamos altos emisores.

Es de lógica pensar que si somos capaces de detectar esos altos emisores y repararlos, podríamos disminuir en gran medida la contaminación en nuestras ciudades, incluso llegando, en el ideal de los casos, a evitar esos episodios de alta contaminación que tantos quebraderos de cabeza dan a ciudadanos y a administraciones. Conocidos son los casos de restricciones al tráfico en Madrid y Barcelona, pero incluso una ciudad más pequeña como Valladolid ya ha tenido también este año restricciones a la movilidad.

Otra idea que baraja el proyecto es que un alto porcentaje de los propietarios de vehículos altos emisores desconocen este hecho. Muchos de ellos son vehículos que han pasado correctamente la ITV, e incluso se estima que el 50% son vehículos de menos de 2 años. La razón principal es que los test existentes (bancos de pruebas del fabricante e ITV) no miden las emisiones de los vehículos en condiciones de circulación normales.

Para solucionar esta situación el proyecto LIFE GySTRA, se ha diseñado con dos partes:

La primera se basa en el desarrollo de una tecnología de detección remota que sea capaz de medir HC, CO, PM y óxidos de nitrógeno (NO, NO2) en vehículos de forma masiva (se estima hasta 3.000 vehículos/h). Hasta ahora no hay un equipo en el mercado con estas características y que además incluya la determinación de óxidos de nitrógeno.

El RSD+ detecta y mide las emisiones del vehículo a medida que pasa (Figura 4). El proceso de medición de emisiones comienza de manera remota cuando el vehículo rompe el rayo infrarrojo (IR) y ultravioleta (UV) enviado por el RSD y que permitirá determinar la composición de los gases del tubo de escape mediante espectroscopía.

Como puede obtener un registro completo en menos de un segundo, estos dispositivos están diseñados para adquirir grandes cantidades de datos. Esto genera una cantidad suficiente de información fiable para ser extrapolada a toda la flota. Además, dado que es una técnica no intrusiva, el RSD monitoriza vehículos circulantes sin interferir con el flujo de tráfico.




La tecnología RSD+ se está implantando, en el marco del proyecto LIFE GySTRA, en dos ciudades europeas pero con distintos enfoques en cada una de ellas. En el primer piloto en Madrid los equipos RSD+ se han colocado en carretera y se mide la composición de los gases de escape de todos los vehículos que circulan por delante de ellos. Además, una cámara toma imágenes de la matrícula y aspecto del vehículo con objeto de identificar a los grandes emisores. Está previsto, durante el tiempo que opere el piloto, monitorear más de 700.000 vehículos.

El segundo piloto se va a centrar en analizar una flota de 150 autobuses urbanos en la ciudad de Sofia con el objetivo de reparar, o sustituir en caso de que la reparación no sea posible, aquellos que superen los límites de contaminación permitidos.

La segunda fase del proyecto consistirá en el desarrollo de una política de reducción de emisiones que incluirá una serie de campañas de información a la población, unas generales y otras específicas para los propietarios de los altos emisores identificados. Se pretende, por ejemplo, en este marco de información, notificar al propietario del vehículo que supere unos determinados niveles de emisión. La primera notificación será instantánea a través de paneles luminosos (Figura 4). La información visual permitirá al conductor conocer si excede los límites de contaminación permitidos o, por el contrario, si su vehículo es poco contaminante.

Se puede dar el caso del ciudadano concienciado que adquiere un vehículo teóricamente poco emisor y que resulta que no lo es tanto cuando circula en carretera. Lógicamente tiene que saberlo para poder actuar. No solo por conciencia ambiental, sino porque una reparación de ese vehículo va a suponer un mejor funcionamiento del mismo y ahorro de combustible, además de evitar emisiones.

Las ciudades europeas que no cumplan con la legislación de calidad del aire de la UE y aquellas con más de 150,000 residentes serán el objetivo inicial de las acciones de transferencia del proyecto LIFE GySTRA. Sin embargo, dado que los objetivos de calidad del aire de la UE son cada vez más estrictos, cualquier ciudad puede implementar políticas de movilidad eficientes con el RSD+ para beneficiarse de la reducción de emisiones y evitar exceder los límites estrictos que están por venir (Euro VI).

¿Y después qué?. La monitorización de vehículos, un tema de moda en Europa

Recientemente, la Comisión Europea está instando a los estados miembros a realizar inspección de emisiones a los vehículos en circulación y al mismo tiempo está trabajando en una nueva legislación europea de homologación de vehículos lo que puede suponer en un futuro próximo la generalización del uso de la tecnología RSD con esta finalidad.

En este sentido, España fue pionera en la propuesta de creación de la primera legislación nacional [VI] para controlar las emisiones de tráfico con el uso de la teledetección e identificar los vehículos más emisores, estableciendo un sistema de advertencia y penalización para lograr el ajuste de las emisiones de tales vehículos para mejorar la calidad del aire. De esta forma, si ese Real Decreto, en formato borrador desde 2013, fuera finalmente aprobado, las emisiones de tráfico podrían reducirse considerablemente en nuestro país con el uso de la tecnología RSD.





Agradecimientos



Los autores agradecen el apoyo en este trabajo al Programa LIFE bajo la responsabilidad de la Dirección General de Medio Ambiente de la Comisión Europea (proyecto LIFE 16 ENV/ES/000082 - LIFE GySTRA).

Referencias



[I] EEA (2018). Air quality in Europe. https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2018

[II] Pujadas, M., Domínguez, A. (2015). El proyecto CORETRA. https://www.miteco.gob.es/en/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/atmosfera-y-calidad-del-aire/memoriatecnica_proyectocoretra_tcm38-187951.pdf

[III] ICCT (2018). Determination of real-world emissions from passenger vehicles using remote sensing data. https://www.theicct.org/publications/real-world-emissions-using-remote-sensing-data

[IV] MAPAMA (2017). Plan Nacional de Calidad del Aire 2017-2019. https://www.miteco.gob.es/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/atmosfera-y-calidad-del-aire/planaire2017-2019_tcm30-436347.pdf

[V] LIFE GySTRA (2017). https://www.lifegystra.eu

[VI] MITECO (2014). Proyecto de Real Decreto por el que se regulan las emisiones de contaminantes procedentes de los motores de los vehículos que circulan por la vía pública. http://bit.ly/1aJvCg9


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