División de Ciencias Básicas e Ingeniería
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- Air pollution in cities with unplanned urban growth, a case study of Toluca Valley: trends and health impacts compared with Mexico City(Atena Editora, 2024) Neria-Hernandez, Angelica; Mugica-Alvarez, Violeta; Colin-Cruz, Arturo; Sánchez Meza, Juan Carlos; Amaya Chávez, AraceliUnplanned urban growth is occurring in many cities in developing countries and is associated with social and environmental problems. The Metropolitan Area of Toluca Valley (MATV) began its disorganized expansion since the 1960s, and according to the IQAir platform, it has been the city with the worst air quality in Mexico, in terms of PM₂.₅, since 2019. Materials and methods: Tenyear (2011-2021) monitoring databases of air criteria pollutants (ACP) from six MATV monitoring stations were processed to establish spatiotemporal variations and to estimate the mortality proportion attributable to PM₂.₅ exposure using AirQ+ software. The evolution of ACP concentrations and the PM₂.₅ mortality proportion between the MATV and Mexico City were compared. The COVID-19 lockdown impact on ACP was also assessed. Results: PM₂.₅ and PM₁₀ are the main ACP that worsen air quality in MATV and exceed the WHO Air Quality Guidelines (AQG) almost the entire year, risking public health. The estimated mortality proportion associated with PM₂.₅ exposure in 2019 for MATV was 11.97% (7.98-15.55) as for Mexico City, 6.95% (4.59-9.1). MATV presented higher levels of ACP and lower reduction percentages than Mexico City Metropolitan Area over the ten-year period. PM and O₃ patterns are very similar between cities, suggesting that air pollution is shared. The COVID-19 lockdown in 2020 caused a reduction of all ACP concentrations except for O₃. Conclusions: MATV case study provides a reference scenario of the impact of unplanned urban growth on public health and the need for the government to develop solutions to improve urban mobility and environmental surveillance.
- Contaminantes climáticos distintos al CO₂(Sociedad Química de México., 2023) Mugica-Alvarez, Violeta; Domínguez Soria, Víctor DanielEl Protocolo de Kioto menciona seis gases climáticos de interés: el dióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄), el óxido nitroso (N₂O), el hexafluoruro de azufre (SF₆), los perfluorocarbonos (PFC) y los hidrofluorocarbonos (HFC). Estos contaminantes climáticos tienen la capacidad de absorber la radiación infrarroja o calor que emana de la tierra, ocasionando el calentamiento de la atmósfera baja, denominado “efecto invernadero”. Otros compuestos invernadero considerados en las últimas décadas son el carbono negro u hollín y los gases invernadero indirectos como el ozono y el monóxido de carbono. El CH₄, los HFCs y el carbono negro son contaminantes climáticos de vida corta (CCVC) porque tienen un tiempo de vida relativamente corto, en comparación del CO₂. Adicionalmente, el N₂O y los HFC pueden llegar a la estratósfera transportados por el viento y participar en la destrucción de la capa de ozono. El conocimiento de la química y del origen de los distintos compuestos responsables del incremento en el efecto invernadero, permite comprender: a) los mecanismos por los cuales pueden generar daño a la salud y/o al medio ambiente y eventualmente evitarlos, b) los principios que permiten su cuantificación a través de métodos fisicoquímicos y c) la forma en que se pueden controlar a través de tecnologías alternativas en las industrias y la generación de energía.
- Dióxido de carbono(Sociedad Química de México., 2023) Santa Cruz-Navarro, Dalia; Torres-Rodríguez, MiguelEl CO₂ es un gas que se encuentra de forma natural en el planeta como parte de ciclo del carbono. Es una molécula química con características fisicoquímicas específicas de suma importancia para la vida y el desarrollo industrial. Sin embargo, a causa de diversas actividades humanas, ahora también es el principal GEI de origen antropogénico, el cual ha tenido una gran influencia en la intensificación del efecto invernadero y en el consecuente calentamiento global y cambio climático. Reducir las emisiones de CO₂ se ha convertido en una prioridad para lograr nuevamente un equilibrio del ciclo de carbono, siendo objetivo tener emisiones netas cero. Si bien es importante implementar acciones para reducir las emisiones de CO₂ como usar combustibles con bajo contenido de carbono, programas de reforestación y el desarrollo de energías renovables, por mencionar algunas, se abre otra área de oportunidad con la captura y utilización del CO₂. Utilizar el CO₂ capturado como materia prima para la obtención de productos de valor agregado que fijen temporal o permanentemente el CO₂ resulta una alternativa atractiva, ya que podría simular lo que ocurre de forma natural con el ciclo del carbono, es decir, realizar un reciclaje de carbono y de esta forma dar paso a una economía circular. Donde, los ingresos generados a partir del CO₂ utilizado compensen una parte del costo de su captura. Sin embargo, para incrementar el interés de desarrollo e implementación de esta tecnología se debe asegurar un beneficio económico, ambiental y social para motivar a las industrias, inversionistas, tomadores de decisiones, investigadores y a la sociedad en general a realizar la transición a la economía circular del carbono.
- Control de óxidos de nitrógeno en fuentes fijas(Sociedad Química de México., 2023) Espitia, Alfonso; González-Cardoso, GriseldaLos óxidos de nitrógeno (NOx) son contaminantes criterio, reglamentados en México por su abundancia y múltiples fuentes de generación. El nitrógeno por sí mismo es uno de los elementos más abundantes en la tierra y por consiguiente, reacciona con varios elementos e interviene en la formación de muchos compuestos presentes en todas las matrices ambientales, por lo que el intercambio de sus compuestos existen de forma abundante en la naturaleza (CCA, 1977). Los óxidos de nitrógeno están involucrados en la formación de ozono troposférico, de aerosoles al reaccionar con otros gases y con la lluvia ácida al formar ácidos por reacciones fotoquímicas que se mezclan con el agua de lluvia y que por deposición húmeda acidifican el suelo y cuerpos de agua. Adicionalmente, cuando estos óxidos se disuelven en agua, forman ácido nítrico (HNO₃) o ácido nitroso (HNO₂). El ácido nítrico forma sales de nitrato cuando se neutraliza y el ácido nitroso forma sales de nitrito. De esta manera, los NOx y sus derivados existen y reaccionan ya sea como gases en el aire, como ácidos en gotitas de agua, o como sales. Estos gases ácidos y sales contribuyen en conjunto a los efectos de contaminación que han sido observados y atribuidos a la lluvia ácida (EPA, 1966; Directiva, 2006)
- Control de dióxido de azufre en fuentes fijas(Sociedad Química de México., 2023) González-Cardoso, Griselda; Espitia, AlfonsoLos óxidos de azufre (SOx) son contaminantes primarios que se emiten a la atmós¬fera desde fuentes fijas principalmente en forma de dióxido de azufre (SO₂) y de trióxido de azufre (SO₃). Como se ha mencionado en capítulos anteriores, la fuente principal de emisión del dióxido de azufre es la combustión de hidrocarburos pesados y contribuye a la proble¬mática de la contaminación del aire debido a que el trióxido de azufre y el vapor de agua forman ácido sulfúrico (H₂SO₄) contribuyendo a la formación de la lluvia ácida que cuan¬do precipita afecta gravemente a los ecosistemas. En las fuentes fijas, el origen de esta emisión es principalmente por la combustión de combustibles que contienen azufre que se utilizan en la generación de energía y pro¬cesos productivos (INECC, 2014). De acuerdo a la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA, por sus siglas en inglés) el 73% de estas emisiones son por las plantas de generación de energía y el 20% de otras instalaciones industriales.
- Control químico de contaminantes de fuentes móviles(Sociedad Química de México., 2023) Torres-Rodríguez, Miguel; Gutiérrez-Arzaluz, MirellaLa calidad del aire en las zonas urbanas pequeñas, medianas o densamente pobladas, está fuertemente relacionado con el uso de automóviles de combustión interna como medio de transporte para la movilidad de las personas. La mayoría de estos vehículos son movidos con motores de combustión interna que usan como combustible gasolina, gas licuado o diésel, estos dispositivos tienen una baja eficiencia en el proceso de combustión, generando grandes cantidades de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono, una amplia variedad de hidrocarburos secundarios, óxidos de nitrógeno y partículas finas. Estos compuestos son responsables de la contaminación del aire que se relaciona con un sinfín de problemas de salud en los seres humanos. Una de las acciones para apalear esta problemática, en los años 70 se dio inicio al desarrolló de los primeros convertidores catalíticos con el objetivo de proteger la salud de las personas y combatir la contaminación del aire proveniente de vehículos automotores de combustión interna. Estos dispositivos han permitido una reducción efectiva de una amplia variedad de gases contaminantes del aire, por lo que hoy en día los convertidores catalíticos de tres vías son un componente indispensable en todos los automóviles y camiones ligeros. Además, es importante recordar que, a pesar de los avances en el uso de la nueva generación de autos híbridos, que usan un motor eléctrico acoplado a un motor de combustión interna, también en este segmento de vehículos, debe usarse un convertidor catalítico para convertir los gases provenientes de los motores de combustión a gases más amigables para el medio ambiente y así continuar protegiendo la salud de las personas y la calidad del aire en las ciudades. Un segundo efecto por el uso de los convertidores catalíticos es la disminución del ozono fotoquímico, al eliminar los NOx que son precursores en la formación de una capa de ozono a nivel del suelo, por lo tanto, las reacciones con este gas se ven disminuidas en zonas densamente pobladas, como es la Megalópolis y en especial la zona metropolitana de la Ciudad de México.
- Lluvia ácida(Sociedad Química de México., 2023) Sosa Echeverría, Rodolfo; Alarcón Jiménez, Ana Luisa; Sánchez Álvarez, José Roberto Pablo; Jaimes-Palomera, MonicaDebido al impacto de la lluvia ácida en los cuerpos de agua, la vegetación y los ma-teriales, sus precursores han sido controlados en los países desarrollados, sin embargo, en México el fenómeno de la lluvia ácida esta aun presente en regiones como la Ciudad de México donde la relación SO₄²-/NO₃- indica una mayor contribución del SO₄²-, por lo que las medidas a considerarse deberán de atender la reducción de emisiones de SO₂. En la ZMCM, se ha observado una reducción significativa de las emisiones de SO₂ resultando la mejora de la calidad del aire, no obstante, el SO₄²- continúa siendo el ma-yor contribuyente de la acidez de la lluvia; lo cual implica poner atención en las fuentes de emisión de sus precursores que se encuentran viento arriba y fuera de la Zona Me-tropolitana. La zona sur de la ZMCM experimenta la mayor acidez en la región, esto debido a la influencia de factores meteorológicos y fisiográficos, los cuales presentan una do¬minancia de vientos del Norte, así como la presencia de menos agentes neutralizantes como el NH₄⁺. La presencia del nitrógeno reducido en la ZMCM tiene como mayor componente su forma reducida respecto a la forma oxidada, con un valor promedio de 2.5 para la rela¬ción NH₄⁺/NO₃-, lo cual requiere dar prioridad a la evaluación del nitrógeno en su forma reducida en el aire ambiente, que básicamente sería en la forma de NH₃.
- Metales en partículas atmosféricas: el plomo un caso de estudio(Sociedad Química de México., 2023) Sánchez Meza, Juan CarlosEs fundamental continuar investigando y aportando información sobre el comportamiento en la atmósfera del Pb y otros metales, pero es prioridad reducir su presencia en el ambiente debido a los riesgos a la salud que representa. En particular, organismos como la Organización Mundial de la Salud proponen reducir, hasta donde sea posible, las fuentes emisoras de Pb y con ello disminuir la exposición a este elemento principalmente de las poblaciones más vulne¬rables: los niños. Algunas propuestas específicas a desarrollar para cubrir estos requerimientos son las siguientes: Investigar e identificar las fuentes emisoras de Pb y otros metales que se encuentran localizadas en las diferentes zonas. Identificar si existen estudios previos sobre las concentraciones de Pb y otros metales en el aire o en otros medios (suelo, agua, organismos terrestres y acuáticos) en las zonas de estudio. Determinar si se han reportado casos de intoxicación con Pb en las zonas de estudio y si estos son reportados periódicamente. Identificar si existe la capacidad técnica y el equipo necesario para realizar las mediciones de Pb en las zonas de interés. Desarrollar estudios que permitan identificar las especies químicas de los compuestos de Pb presentes en el medio.
- Hidrocarburos aromáticos policíclicos(Sociedad Química de México., 2023) Valle-Hernández, Brenda L; Montes Gorgua, YatziryLos hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) son un grupo de compuestos orgánicos formados por átomos de carbono e hidrógeno fusionados en 2 o más anillos aromáticos en disposiciones lineales, angulares o de racimo. En el aire se han detectado cerca de 500 HAPs, sin embargo, la Agencia de Protec¬ción Ambiental de los Estados Unidos (US EPA, por sus siglas en inglés) ha reconocido a sólo 17 HAPs como contaminantes prioritarios en el aire debido a su toxicidad para la salud humana. Los HAPs son contaminantes ambientales ubicuos que se originan a partir de pro¬cesos naturales y fuentes antropogénicas afectando el aire, el agua, los sedimentos y los alimentos. Los HAPs son un componente tóxico de las partículas at¬mosféricas, principalmente de las PM₂.₅ y la mayoría que ingresan al ambiente son emitidos a la atmósfera como un subproducto de cualquier tipo de com¬bustión, principalmente por procesos de combustión incompleta de combustibles fósiles, por lo que están ampliamente dispersos en el ambiente.
- Partículas atmosféricas(Sociedad Química de México., 2023) Valle-Hernández, Brenda L; Millán Vázquez, Fernando; Montes Gorgua, YatziryLas partículas atmosféricas llamadas PM por sus siglas en inglés (Particle Matter) son agregados de moléculas sólidas y/o líquidas suspendidas en la atmósfera y pueden contener numerosas sustancias orgánicas y/o inorgánicas, dependiendo de sus fuentes de emisión, una vez en la atmósfera pueden llegan a dispersarse kilómetros desde el punto de origen y ser arrastradas por el aire. Suelen clasificarse por tamaño en: Partículas Suspendidas Totales (PST), Partículas en suspensión con un diámetro aerodinámico menor o igual a 10 micrómetros (PM₁₀), Partículas con diámetro aerodinámico menor o igual a 2.5 micrómetros (PM₂.₅), Partículas con diámetro aerodinámico menor o igual a 1 micrómetro (PM₁). Las partículas atmosféricas pueden ser contaminantes primarios o secundarios.