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El proyecto LIFE MINOx-STREET evaluará la eficiencia a escala urbana de los materiales fotocatalíticos empleados para reducir la contaminación atmosférica.

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El CIEMAT tendrá una participación relevante en el proyecto LIFE MINOx-STREET (Monitoring and modelling NOx removal efficiency of photocatalytic materials: a strategy for urban air quality management) recientemente aprobado por el Instrumento europeo Financiero para el Medio Ambiente LIFE+ 2012. Evaluará la eficiencia a escala urbana de los materiales fotocatalíticos empleados para reducir la contaminación atmosférica.

Columna vertical troposférica de NO2 asociada a la contaminación atmosférica generada por Madrid tomada por el sensor OMI a bordo del satélite AURA

El proyecto evaluará las propiedades de un conjunto de materiales fotocatalíticos y llevará a cabo una compleja caracterización experimental para estimar la capacidad a escala real que tienen los materiales comerciales para reducir las concentraciones de los óxidos de nitrógeno (NOx) presentes en atmósferas urbanas. Asimismo se desarrollará un prototipo de modelo numérico, basado en modelos de “street-canyon”, y validado en condiciones reales, que reproduzca adecuadamente la dinámica y la química atmosférica de atmosferas urbanas.

Como producto final se elaborará una guía que sirva de orientación a gestores y administraciones sobre el papel que podrían tener estos materiales dentro de las políticas y estrategias de mejora de la calidad del aire, presentando un riguroso análisis coste/beneficio asociado a su implementación y a las necesarias condiciones de uso y mantenimiento.

La base científica de la fotocatálisis se conoce desde hace décadas, pero ha sido en los últimos años cuando multitud de investigaciones han promovido la aplicación del dióxido de titanio (TiO2) como fotocatalizador incorporado en distintos materiales denominados, por ello, fotocatalíticos. Dichos materiales, en presencia de luz, catalizan la oxidación de unos compuestos en otros, transformándolos, de manera que estos materiales poseen propiedades auto-limpiadoras y potencialmente reductoras de la contaminación atmosférica.

La base científica del proceso de oxidación fotocatalítica (Photocatalytic Oxidation, PCO) por el que la presencia de fotocatalizadores activa las reacciones de oxidación en presencia de luz natural o artificial se conoce desde hace décadas. En los últimos años, numerosas investigaciones han promovido distintas aplicaciones medioambientales, concretamente la utilización de fotocatalizadores como el dióxido de titanio (TiO2) en materiales que se utilizan comúnmente en la construcción y han pasado a denominarse, más genéricamente, materiales fotocatalíticos. Está demostrado que estos materiales, cuando están en contacto con el aire ambiente y en presencia de luz, activan la oxidación de ciertos contaminantes atmosféricos transformándolos en otros y eliminándolos del aire, por lo que estos materiales son potenciales reductores de la contaminación atmosférica y además poseen propiedades auto-limpiadoras.

Concentración de contaminantes emitidos por el tráfico en la Plaza de Castilla de Madrid obtenida mediante simulación numérica con un modelo CFD

Recientemente, la tecnología PCO se ha utilizado en numerosas ciudades (de Japón, China, Estados Unidos o Europa) para disminuir la contaminación atmosférica por óxidos de nitrógeno (NOx), pero los datos de reducción de NOx que se han publicado varían ostensiblemente de unas experiencias a otras, por lo que quedan todavía numerosas incógnitas pendientes de resolución asociadas a la eficiencia de la aplicación a escala real de estos materiales.

LIFE MINOx-STREET es un proyecto de demostración que llevará a cabo una compleja caracterización experimental para estimar la capacidad a escala real que tienen los materiales fotocatalíticos comerciales para reducir las concentraciones de los NOx presentes en atmósfera urbana. Adicionalmente, desarrollará un prototipo matemático consistente en un modelo de dispersión a escala urbana que permitirá estimar la concentración de NOx en diferentes entornos urbanos, antes y después de la posible implementación de los materiales fotocatalíticos, y evaluar así la posible efectividad de esta estrategia de control y el interés de su inclusión en los planes de calidad del aire en distintos escenarios urbanos con problemas de contaminación atmosférica.

El proyecto LIFE MINOx-STREET tendrá una duración de cuatro años (2013-2017) y será desarrollado por INECO (Ingeniería y Economía del Transporte, S.A.) (socio coordinador), contando con CIEMAT (departamentos de Medio Ambiente, Energía y Tecnología) como socio mayoritario, y CEDEX (Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas) y Ayuntamiento de Alcobendas como otros socios.

El CIEMAT participa en el proyecto a través del Departamento de Medio Ambiente (Unidad de Caracterización de la Contaminación Atmosférica y COPs, Unidad de Emisiones Contaminantes y Unidad de Modelización y Ecotoxicidad de la Contaminación Atmosférica), el Departamento de Energía (Grupo de Tratamiento Fotocatalítico de Contaminantes en el Aire) y el Departamento de Tecnología (División de Química).

LIFE MINOx-STREET evaluará el amplio espectro comercial existente de materiales fotocatalíticos, sometiendo a un conjunto representativo de los mismos, diseñados para diferentes aplicaciones en entornos urbanos, a ensayos exhaustivos y rigurosos, tanto de sus propiedades mecánicas y de durabilidad como fotocatalíticas. Investigará, asimismo, el cambio en la actividad fotocatalítica y las modificaciones físico-químicas derivadas de procesos de envejecimiento, desgaste y ensuciamiento, así como la regeneración de éstos materiales por lavado con objeto de optimizar los necesarios protocolos de mantenimiento.

A partir de los resultados obtenidos se realizará una selección final de aquellos materiales que se consideren óptimos y que, posteriormente, serán implementados en distintos tipos de áreas o mobiliario urbano de un área urbana concreta (Municipio de Alcobendas). La realización de campañas de medida mediante sistemas experimentales diseñados “ad hoc” permitirá evaluar y caracterizar el efecto sumidero de NOx sobre superficies fotocatalíticas en ambiente exterior y el comportamiento de la atmósfera en respuesta a la presencia de materiales fotocatalíticos en éstos emplazamientos urbanos.

Asimismo, la caracterización experimental en atmósfera urbana servirá de base para el desarrollo de un modelo numérico que permita una representación correcta de la química atmosférica urbana así como de los patrones de flujo y sus características turbulentas, responsables de la dispersión de contaminantes en la ciudad. Dicho prototipo, validado en condiciones ambientales reales, permitirá conocer de manera precisa los niveles y gradientes de contaminantes que cabe esperar “a priori” de la aplicación de distintos materiales fotocatalíticos en aglomeraciones urbanas de interés y optimizar sus condiciones de implementación.

Durante las campañas de medida se obtendrán, además, datos concluyentes sobre la presencia de partículas de TiO2 en el aire ambiente de las zonas tratadas y su potencial efecto y se valorará la importancia de los niveles de nitratos producidos en los lixiviados procedentes del lavado de la calzada tratada con material fotocatalítico.

Finalmente, se elaborará una guía para el uso de materiales fotocatalíticos en aplicaciones cuyo objeto sea reducir la contaminación urbana por NOx. Dicha guía servirá para dar a conocer a los gestores de la calidad del aire urbano el papel que podrían tener estos materiales dentro de las políticas y estrategias de mejora de la calidad del aire, presentando un riguroso análisis coste/beneficio asociado a su implementación y a las necesarias condiciones de uso y mantenimiento.

Un objetivo fundamental del proyecto es, además, la difusión y comunicación durante todo el desarrollo del mismo: dar a conocer sus objetivos y resultados a nivel regional, nacional y europeo con el fin de sensibilizar, orientar y apoyar a distintas partes interesadas (autoridades, ciudadanos, fabricantes, sector I+D+i).

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