Potencial de formación de ozono de los compuestos orgánicos volátiles emitidos por vehículos y su relación con la composición de las gasolinas

Abstract

La contaminación atmosférica es la alteración de la composición del aire debido a contaminantes que a altas concentraciones pueden ser dañinas para la salud y para el medio ambiente. Dentro de los contaminantes más importantes se encuentran los compuestos orgánicos volátiles (COVs) que son hidrocarburos contaminantes en estado gaseoso a temperatura ambiente y en conjunto con los óxidos de nitrógeno (NOx) son precursores de formación de ozono. Cada COV tiene un impacto diferente en el incremento de las concentraciones de ozono y esto va directamente relacionado con el (PFO) es la cuantificación de un efecto de COVs sobre la formación de ozono, la cual se puede determinar de distintas maneras, pero la más utilizada es la reactividad incremental máxima (MIR). Cabe mencionar que la principal fuente de emisión de los COVs son los vehículos, se emiten de dos maneras, evaporativas y de escape. Donde dependiendo de la composición de la gasolina serán las emisiones. En esta tesis se determinaron los perfiles de emisión de escape y de emisiones evaporativas de COVs en vehículos a gasolina de la Ciudad de México, así como el potencial de formación de ozono de cada uno de los COVs. Para la determinación de los perfiles de emisión de escape de vehículos a gasolina se realizaron dos campañas de muestreo en dos túneles de la Ciudad de México en distintas épocas del año utilizando canisters de acero inoxidable de 6 L y realizando dos tipos de muestreo instantáneo e integrado. También se realizaron muestreos ambientales, es decir, en un sitio donde había muy poco flujo vehicular. A su vez, se realizaron tres campañas de muestreo tanto ambientales como en un túnel de Av. Chapultepec para la determinación de carbonilos. Finalmente, para la determinación de la composición de la gasolina se realizaron dos campañas de muestreo durante los años 2018 y 2019 en distintas estaciones de gasolina en la Ciudad de México donde se compraron 500 ml de los dos tipos de gasolina Magna y Premium de distintas marcas de gasolina que se expiden en la Ciudad de México. Las muestras que se analizaron de gasolina fueron líquidas y vapores de gasolina. Los análisis de las muestras obtenidas de las emisiones de escape y las muestras de gasolina se realizaron por cromatografía de gases con un detector de ionización de flama (FID) y para los análisis de las muestras de carbonilos se realizaron por cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC). Las composiciones de las emisiones de los túneles tienen en promedio 67% de parafinas, 17% de aromáticos, 12% de olefinas y 4% de alquinos. En comparación con los perfiles de emisión hace 20 años, la gasolina tiene un 17% más de parafinas en su composición. Con respecto a la composición de los tipos de gasolina, la Magna presenta en promedio 47% isoparafinas, 8% olefinas, 6% naftenos, 25% aromáticos, 1% oxigenados y 11% parafinas y la Premium 27% isoparafinas, 9% olefinas, 4% naftenos, 30% aromáticos, 1% oxigenados y 8% parafinas. Los compuestos que presentan mayor PFO son el etileno y propileno para emisiones de escape, 1-buteno y propano para ambiente en Chapultepec y para ambiente en Mixcoac fue el tolueno y 1-buteno. Los compuestos de carbonilo que se presentan en mayor abundancia son el formaldehido y el acetaldehído. Las emisiones de formaldehído dentro del túnel de Av. Chapultepec son 3 veces mayores a las del aire ambiente.

Air pollution is the alteration of the composition of the air due to pollutants that at high concentrations can be harmful to health and the environment. Among the most important pollutants are volatile organic compounds (VOC), which are polluting hydrocarbons in a gaseous state at room temperature and together with nitrogen oxides (NOx) are precursors of ozone formation. Each VOC has a different impact on the increase in ozone concentrations and this is directly related to the potential for ozone formation (PFO) is the quantification of an effect of VOCs on ozone formation, which can be determined in different ways, but the most used is the maximum incremental reactivity (MIR). It should be mentioned that the main source of VOCs emissions are vehicles, they are emitted in two ways, evaporative and exhaust. Where depending on the composition of the gasoline will be the emissions. In this thesis, the exhaust emission and evaporative emission profiles of VOCs were determined in gasoline vehicles in Mexico City, as well as the ozone formation potential of each of the VOCs. To determine the exhaust emission profiles of gasoline vehicles, two sampling campaigns were carried out in two tunnels in Mexico City at different times of the year using 6 L stainless steel cans and performing two types of instantaneous and integrated sampling. Environmental samplings were also carried out, that is, in a site where there was very little traffic flow. In turn, three environmental sampling campaigns were carried out as well as in a tunnel of Av. Chapultepec for the determination of carbonyls. Finally, to determine the composition of gasoline, two sampling campaigns were carried out during 2018 and 2019 at gasoline stations in Mexico City, where 500 ml of the two types of Magna and Premium gasoline from different brands of gasoline were purchased. gasoline that are shipped in Mexico City. The gasoline samples that were analyzed were liquid and gasoline vapors. The analyzes of the samples obtained from the exhaust emissions and the gasoline samples were carried out by gas chromatography with a flame ionization detector (FID) and for the analyzes of the carbonyl samples they were carried out by high performance liquid chromatography (HPLC). Tunnel emission compositions have on average 67% paraffins, 17% aromatics, 12% olefins and 4% alkynes. Compared to emission profiles 20 years ago, gasoline has 17% more paraffin in its composition. Regarding the composition of the types of gasoline, Magna presents an average of 47% isoparaffins, 8% olefins, 6% naphthenes, 25% aromatics, 1% oxygenated and 11% paraffins and Premium 27% isoparaffins, 9% olefins, 4% naphthenes, 30% aromatic, 1% oxygenated and 8% paraffin. The compounds that present the highest PFO are ethylene and propylene for exhaust emissions, 1-butene and propane for the environment in Chapultepec and for the environment in Mixcoac it was toluene and 1-butene. The most abundant carbonyl compounds are formaldehyde and acetaldehyde. Formaldehyde emissions inside the Av. Chapultepec tunnel are 3 times higher than those of ambient air.