Trabajo Final de Grado para la obtención del título Licenciatura en Tecnología Ambiental. Lucas Chiavarino. Directora: Dra.

Texto completo

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Estudio de la concentración atmosférica de metano en la ciudad de

Tandil: análisis de la contribución de fuentes fijas y dispersas y medición

de los flujos de metano desde un lago de embalse urbano

Trabajo Final de Grado para la obtención del título Licenciatura en Tecnología Ambiental

Lucas Chiavarino

Directora: Dra. Victoria Fusé

Co-directora: Dra. María Eugenia Priano

Departamento de Ciencias Físicas y Ambientales

Facultad de Ciencias Exactas

Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires

Tandil 2020.

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2 Agradecimientos

Tanto a mis viejos como a mis hermanas y hermano, por el apoyo en todo momento.

A mis amigos y compañeros de estudio por brindarme el apoyo incondicional desde el comienzo de la carrera hasta el final.

Muy especialmente a mi directora Victoria, que además de ser la directora de esta Tesisfue directora en dos becas iniciales a la investigación, siempre estuvo presente para transmitirme sus conocimientos. Gracias por la paciencia y ayudarme en los momentos que más lo necesité.

Al grupo Físico Química Ambiental, por tenerme en cuenta para colaborar en diferentes proyectos y por estar siempre dispuestos a darme una mano. En particular, a Euge por su ayuda en este trabajo y también por la excelente disposición en el desarrollo de la Práctica Profesional Supervisada.

Por sus palabras de aliento y preocupaciones, a Estefi, Sil, Car, Bani, Paz, Eze, Mery, Ani, Cris.

A las personas que ayudaron con los muestreadores de aire, Cristian, Sergio y Paula. Además a la empresa Alquilo Todo Tandil y la obra Social OSPUNCBA por permitir de instalar los muestreadores en cada sitio de estudio.

Al Centro Náutico del Fuerte por permitir que la isla sea un lugar de estudio, y brindar los materiales necesarios en cada campaña de muestreo; tanto a su Comisión Directiva como a Daniel, José y al Tigre.

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Para mi abuela, nunca se acordaba de nada, pero siempre preguntaba por misestudios.

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Contenido

RESUMEN 5

1. INTRODUCCIÓN 6

1.1. Metano como gas de efecto invernadero 6

1.1.1 Generación de metano biogénico 9

1.1.2 Generación de metano no biogénico 12

1.2 Técnicas de cuantificación de gases efecto invernadero 13

1.2.1 Técnica cámara estática 15

1.2.2 Muestras integradas de aire 16

1.3 Metano en Argentina 17 1.4 MOTIVACION 19 1.5 OBJETIVOS 20 2. METODOLOGÍA Y MATERIALES 21 2.1 Área de estudio 21 2.1.1 Sitios de estudio 24

2.2 Medición de la concentración de metano atmosférico en la ciudad 28

2.3 Medición de flujos de metano en el Lago del Fuerte 30

2.3.1 Cálculo del flujo de metano 32

2.3.2 Parámetros fisicoquímicos y morfológicos del lago 34

2.4 Otros parámetros 34

2.5 Otras tareas de laboratorio 35

2.6 Análisis cromatográficos de las muestras de aire 36

2.7 Análisis estadísticos y procesamiento de datos 36

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 38

3.1 Características meteorológicas de la ciudad de Tandil 38

3.2 Concentraciones atmosféricas de CH4 41

3.2.1 Análisis espacial de las concentraciones de CH4 en la ciudad. 43

3.2.2 Análisis temporal de las concentraciones de CH4 en la ciudad 46

3.2.3 Concentraciones atmosféricas de CH4 por fuentes biogénicas 50

3.2.4 Concentraciones de CH4 por fuentes no biogénicas 54

3.3 Estudio de una fuente fija: Lago del Fuerte 57

3.3.1 Parámetros fisicoquímicos del agua del lago 57

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3.3.2.1. Emisión de CH4 por ebullición 60

3.3.2.2. Flujos de CH4 por difusión medido por la técnica cámaras estáticas en el agua 61

3.3.4 Flujo de CH4 a través de Cámaras Estáticas en el suelo del dique 63

3.4 Contribución de los flujos de CH4 del lago del fuerte al CH4 atmosférico 64

3.5 Contribución de los flujos de CH4de fuentes biogenicas al CH4 atmosférico 65

4. CONCLUSIONES 66

5. TRABAJO FUTURO 68

6. REFERENCIAS 69

7. ANEXOS 76

7.1 Recipientes recolectores y restrictores de ingreso de aire 76

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6 RESUMEN

El objetivo del presente Trabajo Final fue contribuir al conocimiento general de las emisiones de metano (CH4) a

partir de fuentes antropogénicas fijas y dispersas de un sitio urbano de tamaño medio (Tandil, Buenos Aires). Se estudió la concentración de CH4 atmosférica en 10 sitios de muestreo en la ciudad, teniendo en cuenta por un

lado, las fuentes dispersas de CH4 (contribuciones del parque automotor y las pérdidas que se producen durante la

distribución y consumo del gas natural) y por otra lado, dos fuentes fijas de CH4 como son el Lago del Fuerte y la

planta de tratamiento de residuos cloacales. La metodología utilizada para medir la concentración atmosférica de CH4 fue a través de la obtención de muestras acumuladas de aire mediante recipientes recolectores dotados con

restrictores de ingreso de aire. Este análisis implicó un total de 23 recambios de recipientes recolectores cada 15 días para lograr un muestreo continuo durante el periodo de estudio comprendido entre 01/06/2017 a 31/05/2018. También se estudió el aporte de las emisiones de CH4 generadas por el Lago del Fuerte. La técnica utilizada fue la

de cámaras estáticas, permitiendo medir el flujo por difusión de CH4 en la interfaz agua-atmósfera en dos sitios

del lago. Para ello, se realizaron 8 campañas de muestreo distribuidas en diferentes épocas del periodo de estudio. Los resultados indican que la concentración de CH4 atmosférico durante el periodo de estudio en la ciudad

presentó un valor medio de 2,55 ± 0,20 ppm.Se registraron tanto diferencias estadísticamente significativas de las concentraciones de CH4 en la atmósfera entre algunos sitios de estudio, como entre las concentraciones atmosféricas de este gas entre estaciones en cada uno de ellos. En cada sitio de estudio se determinó que existen distintos grados de relación con parámetros meteorológicos, según la naturaleza de cada fuente.

En el estudio por el aporte de fuentes dispersas, las mayores concentraciones de CH4 atmosférico se registraron

durante el período más frío del año, con variaciones en las concentraciones esperables entre los sitios, aunque sin mostrar diferencias estadísticamente significativas entre ellos. Las diferencias entre estos sitios se hicieron más notables y resultaron estadísticamente significativas cuando no se consideró la contribución de CH4 desde la

planta de tratamiento de efluentes cloacales. En ella, se registraron los valores máximos de CH4 en el aire,

determinando que el grado de participación de esta fuente fue importante respecto a las fuentes no biogénicas y al Lago del Fuerte, con diferencias, estadísticamente significativas, de las concentraciones atmosféricas de CH4

medidas respecto a los restantes sitios de la ciudad.

Los flujos de CH4 registrados por difusión en el lago presentaron importantes variaciones estacionales, sin

encontrar diferencias estadísticamente significativas entre ambos sitios de estudio respecto a las emisiones medias de CH4. Las concentraciones de CH4 medidas en las inmediaciones del Lago mediante el muestreo con los

recipientes recolectores, fueron el resultado del balance de la emisión de CH4 del lago y los secuestros de CH4 por

el suelo, como también respondieron a la dispersión y la captura de CH4 proveniente de otras fuentes no

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7 1. INTRODUCCIÓN

1.1. Metano como gas de efecto invernadero

El gas metano (CH4) es uno de los de los principales gases de efecto invernadero (GEI). Después del dióxido de

carbono (CO2), es considerado el segundo GEI en orden de importancia (IPCC, 2013). Si bien la concentración

del CH4 en la atmósfera es más baja que la del CO2, su contribución al calentamiento global es importante

(Tauchnitz et al., 2007). Cada molécula de CH4, a pesar de su corto tiempo de vida media en la atmósfera

(aproximadamente 10 años), tiene una capacidad de absorber radiación infrarroja entre 20 y 30 veces mayor que el CO2, lo cual implica que el CH4 tiene un mayor potencial de calentamiento global (IPCC, 2013).

Debido al aumento desmedido de estos dos principales GEI en la atmósfera, a los que se suma el aporte del óxido nitroso (N2O) especialmente como consecuencia de ciertas actividades del hombre como la deforestación, la

quema de biomasa, la sobreexplotación de combustibles fósiles y en general, los cambios de uso de suelo (Hsu et al., 2009), puede generarse un desequilibrio en el balance energético del planeta (Shaver et al., 2000), logrando un sobrecalentamiento de la superficie de la tierra conocido como calentamiento global.

En particular el CH4 es el GEI que más ha aumentado sus concentraciones atmosféricas en el último siglo, debido

principalmente al aumento de sus emisiones antropogénicas (IPCC, 2013). Se ha estimado que este gas contribuye aproximadamente con el 20% del calentamiento global y podría ser el GEI dominante en el calentamiento de la atmósfera terrestre en el futuro (Zhu et al., 2007).

En la Figura 1 se muestra la variación temporal de la concentración media global atmosférica de CH4 durante los

últimos 1000 años (IPCC, 2001).

Figura 1: Variación temporal durante mil años de la concentración de CH4 (en ppb), determinada a partir de núcleos

de hielo y muestras de aire. Los conjuntos de datos son: ■ corresponde a núcleo Grip (Blunier et al., 1995; Chappellaz et al., 1997); ● corresponde a núcleo Eurocore (Blunier et al., 1993); ▲ corresponde a núcleo D47 (Chappellaz et al.,

1997); ♦ corresponde a estación Siple (Stauffer et al., 1985); ▬ corresponde al valor Global, inferido de núcleos de hielo de la Antártida y Groenlandia y mediciones en aire puro (Etheridge et al., 1998; Dlugokencky et al., 1998)

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Las mediciones obtenidas a partir del aire atrapado en hielos y nieves polares muestran que la concentración media de CH4 en la atmósfera ha aumentado en un factor de 2,5 desde la era preindustrial pasando de 773 ppb en

1750 a 1803 ppb en 2011 (Le Mer & Roger., 2001; Smith et al., 2003, IPCC 2013).

La concentración atmosférica de CH4 se la puede clasificar a partir de las emisiones desde fuentes naturales y

fuentes antropogénicas. Los niveles actuales de CH4 atmosférico se deben principalmente, a las continuas

emisiones antropogénicas que superan a las emisiones naturales, tal como se muestra en la siguiente tabla (IPCC, 2001).

Tipo Masa de CH4 (Tg año-1) Origen

Fuentes naturales

Humedales 100-231 Biogénico

Termitas 20-29 Biogénico

Océanos 4-15 Biogénico

Clatratos 4-5 No Biogénico

Fuentes geológicas 4-14 No Biogénico

Incendios 2-15 No Biogénico

Animales salvajes 15 Biogénico

Total de fuentes naturales 149-324 Fuentes antropogénicas

Combustibles fósiles 74-106 No Biogénico

Rellenos sanitarios y basurales 35-69 Biogénico

Rumiantes 76-92 Biogénico

Arrozales 31-112 Biogénico

Quema de biomasa 14-88 No Biogénico

Total de fuentes antropogénicas 230-467

Total de fuentes 503-610

Sumideros

OH- troposférico 428-507 No Biológico

Estratósfera (OH-, Cl-, O1D, hν) 30-45 No Biológico

Suelos 26-43 Biológico

Total de sumideros 492-577

Tabla 1: Fuentes y sumideros de CH4 a nivel mundial (IPCC, 2001)

Las emisiones de CH4 desde fuentes de origen biológico (biogénico) comprenden más del 70% del total global

(Borrel et al., 2011; Demarty&Bastien, 2011) y son generadas por la acción directa de bacterias metanogénicas pertenecientes al dominio Archea, como consecuencia de procesos de descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno (procesos anaeróbicos) (Serrano-Silva et al., 2014; Moore &Knowles, 1989).

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Existen varias fuentes potenciales que pueden aportar CH4 a la atmósfera. Un ejemplo de estas son los

humedales1, como lagos, lagunas y suelos inundados, con una emisión global estimada de 100 a 230 Tg CH4 año -1, siendo la principal fuente natural -y a su vez biogénica- de CH

4. Otras fuentes de menor emisión se generan

dentro de los procesos digestivos de determinados animales (animales salvajes) y termitas (insectos) y en los océanos (IPCC, 2007). Además, existen otras fuentes naturales de CH4 no biogénicas y de menor magnitud como

son las fuentes geológicas (por ejemplo, volcanes), los incendios que emiten CH4 como consecuencia de la

combustión incompleta de materia orgánica, entre otras (IPCC, 2007).

Por otro lado, se pueden clasificar también las fuentes de CH4 antropogénicas en biogénicas y no biogénicas. Un

ejemplo de las primeras son los rellenos sanitarios y basurales con una emisión de 35 a 69 Tg año-1, y la domesticación de animales rumiantes y los arrozales, con una emisión global estimada de 76 a 92 Tg año-1 y de 31 a 112 Tg año-1, respectivamente. Respecto a las segundas (no biogénicas) se destacan las emisiones generadas por el uso de combustibles fósiles (energía e industria) estimadas entre 74 y 106 Tg año-1 y, en menor medida, la quema de biomasa (IPCC, 2001).

La tabla 1 también presenta un apartado para los sumideros de CH4. El sumidero dominante del CH4 atmosférico,

que explica su mayor tasa de eliminación se produce en la tropósfera por medio de reacciones de oxidación con el radical hidroxilo . (Houweling, 2000) de acuerdo a la siguiente ecuación:

CH4+ OH. → CH3+ H2O (1)

Otra reacción de eliminación que ocurre en la estratósfera, debido a la interacción con el radical . proveniente principalmente de clorofluorcarbonados (CFCs) es la que se esquematiza a continuación, en donde una parte relativamente pequeña de CH4 es eliminada.

CH4+ Cl. → HCl + CH3. (2)

A través de estas reacciones, se pueden estimar las eliminaciones de CH4 atmosférico aproximadamente entre 428

a 701 Tg año-1 vía ecuación 1 y entre 30 a 34 Tg año-1 vía ecuación 2 (IPCC, 2001).

Por otra parte, existe otro sumidero de importancia, de origen biológico, que se desarrolla especialmente en ambientes con una importante disponibilidad de oxígeno (O2), en donde el CH4 es transformado a CO2 a través de

la oxidación microbiana por parte de bacterias metanotróficas presentes en los suelos en general, en diferentes ambientes (Le Mer & Roger, 2001). El secuestro de CH4 atmosférico por el suelo es un flujo relativamente

pequeño pero importante en el balance global, y es susceptible a los cambios en el uso del suelo y al clima.

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Los humedales incluyen un diverso conjunto de cuerpos de agua y suelos inundados (lagos, lagunas, mallines, esteros, etc). Implica todo tipo de tierras que estén cubiertas o saturadas por aguas todo el año o bien, la mayor parte de este. No entran en las categorías de Tierras forestales, Tierras de cultivo o Pastizales (IPCC).

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Cualquier cambio importante que se produzca en el suelo puede alterar la tasa de oxidación de CH4 atmosférico

(Dutaur&Verchot, 2007) y afectar fuertemente este balance global.

Debido a la influencia que presenta el CH4 como GEI resulta importante su estudio, medición y análisis, ya que la

reducción de su concentración en la atmósfera es una medida efectiva en contra del calentamiento global y, por consecuencia, del cambio climático. Se estima que el calentamiento global podría reducirse en un 25% si se lograran estabilizar las emisiones de CH4 (Le Mer & Roger, 2001).

1.1.1 Generación de metano biogénico

Las bacterias metanogénicas forman parte de una comunidad bacteriana compleja, compuesta por especies microbianas anaeróbicas facultativas y anaeróbicas estrictas que interactúan entre sí (Gerardi, 2003).

Los organismos tipo facultativos son aquellos que tienen la capacidad de utilizar el O2 disuelto cuando éste se

encuentra disponible o bien, pueden utilizar otros aceptores de electrones como el nitrato (NO3-), sulfato (SO4-2)

como los organismos anaerobios obligados, cuando el O2 no se encuentra presente en el medio. Estos

microorganismos tienen la capacidad de realizar diversos procesos metabólicos logrando transformar o convertir la materia orgánica (como polímeros y proteínas) en sustancias más simples.

Para que los compuestos orgánicos complejos puedan ser degradados, estos deben ser convertidos a compuestos orgánicos e inorgánicos más sencillos mediante el desarrollo de una serie de procesos de reacciones metabólicas complejas. Estos compuestos incluyen formiato, acetato, metanol, entre otros. Éstos son utilizados por las bacterias metanogénicas en la producción de CH4. Es por esto que el proceso de digestión anaeróbica y

producción de CH4 suele ser estudiado en etapas. Diversos autores han considerado el esquema de tres etapas

principales: (1) hidrólisis, (2) acidogénesis, y finalmente, (3) metanogénesis (Gerardi, 2003; Aiyuk et al., 2006). Los diferentes grupos de bacterias trabajan en serie, donde los productos de una etapa son los sustratos de la siguiente, formando así una cadena.

Existen varios grupos de bacterias metanogénicas, en donde dependiendo del sustrato que utilizan se pueden dividir en diferentes grupos fisiológicos. El CH4 puede ser el resultado de la reducción biológica del CO2 con H2

como donador de electrones, de la degradación de la molécula acetato (CH3COOH) en una molécula de CH4 y una

de CO2, o bien a partir de compuestos metilados como el metanol (CH3OH) (Torres-Alvarado et al., 2005).

Además de la disponibilidad de los sustratos, las bacterias durante el desarrollo de estos procesos se ven condicionadas por factores físicos y químicos, que posibilitan su adecuado metabolismo, en los cuales se pueden destacar la temperatura, alcalinidad, pH, nutrientes y presencia de nitrógeno (N) y fósforo (P), entre otros (Le Mer et al., 2001).

El producto principal obtenido de la degradación anaerobia es el biogás, mezcla gaseosa con una importante proporción de CH4 entre 50 y 70% y CO2 de 30 a 50%, con pequeñas cantidades de otros gases. Estos valores

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dependen tanto de los microorganismos que se encuentren presentes como del proceso en sí (Schoberth, 2003; Lorenzo &Obaya, 2005).

Humedales como fuente de metano.

Como se detalló en la tabla 1, los humedales son considerados importantes fuentes emisoras de CH4. En

particular, se ha estimado que los lagos emiten anualmente de 8 a 48 Tg de CH4 por año, que es del 6 al 16% de

las emisiones naturales mundiales de este gas (Bastviken et al., 2004).

Como ocurre en otros ecosistemas, los humedales son considerados sistemas naturales muy importantes globalmente por su potencial para almacenar carbono (C) (Collins &Kuehl, 2000). El flujo neto de C hacia o desde la atmósfera es el resultado de un balance entre la absorción de carbono de la atmósfera por fotosíntesis y su liberación como consecuencia de la descomposición. Tanto los secuestros como las emisiones producidas por los cuerpos acuosos, se controlan según los factores ambientales como el tipo de comunidad de microorganismos, la concentración de nutrientes en el agua y en el sedimento, la concentración de O2 disuelto, la presencia de

aceptores de electrones, las características del sedimento y la profundidad y tamaño del cuerpo acuoso (Ribeiro et al., 2004; Graham et al., 2005).

Bajo condiciones de saturación o en ambientes inundados, las condiciones anóxicas se encuentran habitualmente en el fondo del cuerpo acuoso. La mayoría de CH4 es producido en los sedimentos a través de procesos

metabólicos por parte de diferentes géneros de bacterias metanogénicas para la obtención de energía.

Además de la producción de CH4 que se obtiene bajo condiciones extremadamente reducidas (-224 mV), las

emisiones de este gas a la atmósfera también dependen de su consumo siendo tomado el CH4 como fuente de

carbono y energía por otro tipo de microorganismos. Las bacterias que oxidan el CH4 formando CO2

(Whiting&Chanton, 2001) son llamadas bacterias metanotróficas. Estas bacterias son abundantes en la columna de agua y en la interface aeróbica del sedimento y agua, aunque la oxidación puede ocurrir tanto en presencia moderada de O2 (oxidación aerobia) como bien en ausencia de este gas (oxidación anaerobia).

Por otro lado, las emisiones de CH4 también dependerán de su mecanismo de transporte hacia la atmósfera

(Bastviken et al., 2004). Las emisiones de este gas pueden ser por difusión molecular a través de la interfaz aire-agua, siendo este tipo de mecanismo muy lento debido a la baja solubilidad que presenta el CH4 en el agua (Laing

et al., 2008). La difusión que se genera a través del agua es resultado del gradiente de concentración de CH4 entre

el fondo del cuerpo del agua y la superficie, y entre el agua y la atmósfera (Bastviken et al., 2004). La difusión es el mecanismo más susceptible de oxidación biológica del CH4 (Borrel et al., 2011) lo cual implica que una

fracción significativa de CH4 en este tipo de transporte tiene la capacidad de ser oxidado.

Otra vía muy importante de emisiones de CH4 a la atmósfera, en particular en las regiones templadas y tropicales

(IPCC, 2013), son las emisiones de CH4 provenientes desde los sedimentos a través de la columna de agua, sin

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en general grandes y profundas, suelen presentar patrones de estratificación térmica lo que impide la mezcla de agua y de difusión entre las aguas profundas y poco profundas (Nozhevnikova et al., 1997). Esta situación favorece un perfil de concentración de CH4 que aumenta rápidamente con la profundidad hasta que se alcanza el

nivel de saturación local.

Además, el CH4 también se puede transportar por las plantas por medio de las aerénquimas (espacios vacíos que

las plantas acuáticas poseen para transportar oxígeno de las hojas a la raíz) (Altor &Mitsch, 2006; Tauchnitz et al., 2007; Zhu et al., 2007).

Planta de tratamiento de efluente cloacal.

Las plantas de tratamiento de efluentes residuales son una importante fuente de CH4 cuando se trata a los

efluentes residuales en medio facultativo (en su estrato superior funciona con tratamiento aerobio, mientras que en su parte inferior, el tratamiento es anaeróbico) o anaeróbico, asociado principalmente a las emisiones generadas en los sistemas de tratamiento biológico (Yoshida, et al., 2014). El objetivo de los procesos de tratamiento biológico consiste en reproducir de manera confinada y controlada los mecanismos naturales, por los cuales diversos microorganismos degradan la materia orgánica convirtiéndola en productos minerales inertes. Al igual que ocurre en los cuerpos de agua naturales, la producción del CH4 es llevada a cabo por microorganismos

metanógenos.

La cantidad de CH4 producida en esta fuente es influenciada por la cantidad de materia orgánica degradable

(soluble) contenida en las aguas residuales y la medida en que el medio se encuentre libre de O2 disuelto. En las

lagunas de tratamiento anaeróbicas abiertas (sin captura de biogás) puede existir una capa superficial que contenga O2 disuelto. El espesor de dicha capa dependerá, entre otros factores, de la temperatura, la intensidad de

la radiación solar, la velocidad del viento y la turbidez del agua (BID, 2010).

La tasa de producción de CH4 aumenta con la temperatura (IPCC, 2006). Esto es particularmente importante en

los sistemas no controlados y en los climas cálidos. Por debajo de los 15°C de las aguas residuales, la producción significativa de CH4 baja, al limitarse la actividad de los metanogénicos y por lo tanto, la laguna servirá

principalmente como tanque de sedimentación. Sin embargo, cuando la temperatura sobrepasa los 15ºC, es probable que la producción de CH4 se reinicie considerablemente.

En condiciones óptimas (ausencia total de O2 disuelto) un reactor anaeróbico es capaz de producir 0,25 kg de CH4

por cada kg de DBO (demanda biológica de oxígeno) degradado (Doorn et al., 1997).

Otra fuente importante de emisión de CH4 dentro de una planta de tratamiento de aguas residuales, ocurre en las

cámaras que contienen los lodos o barros, que se generan posteriormente a la degradación de los efluentes por parte de los microorganismos en los procesos biológicos (Metcalf et al., 2002; Carneiro et al., 2008; Yoshida et al., 2009; Zhu et al., 2009).

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Las condiciones de anaerobiosis también pueden existir debido al mal funcionamiento de procesos de tratamiento aeróbico creando zonas carentes de O2 disuelto en los sedimentos del fondo. Para las lagunas sin agitación o

aeración, el factor crítico para la producción de CH4 es su profundidad. Las lagunas poco profundas, con menos

de 1 metro de profundidad, suelen ofrecer condiciones aeróbicas y baja o nula producción de CH4. Las lagunas de

más de 2 o 3 metros de profundidad ofrecen generalmente medios anaeróbicos y se puede esperar en ellas una significativa producción de CH4 (IPCC, 2006).En el diseño de una laguna de tratamiento de efluentes cloacales es

importante considerar la influencia de dos factores. Por un lado, la temperatura ambiente, que va a promover una mayor o menor actividad de los microorganismos que degradan la materia orgánica. En función de este consumo, será el contenido de oxígeno disuelto en la laguna. Esto va a depender además de la carga orgánica del efluente, por lo que si la carga orgánica es relativamente altay la temperatura ambiente también lo es, en una laguna con baja profundidad es esperable que se generen condiciones anaerobias rápidamente.

1.1.2 Generación de metano no biogénico

Como se detalló en la tabla 1, en las emisiones de CH4 antropogénicas a partir de fuentes no biogénicas, el sector

energético suele ser el más importante en los inventarios, asociado al uso de los combustibles fósiles. La industria de gas natural (GN) como parte del sector energético desempeña un papel importante en la generación de emisiones de GEI para este sector, ya que durante sus diversas actividades, desde producción hasta distribución, se genera una gran cantidad de CH4 y CO2 (IPCC, 2006).

La liberación de CH4 y otros compuestos diferentes como monóxido de carbono (CO) o compuestos orgánicos

volátiles (COV), se generan como consecuencia de una combustión incompleta cuando se utilizan los combustibles fósiles (GN, petróleo y carbón). No obstante, la mayor parte del carbono se emite como CO2 en

forma inmediata durante la combustión completa.

Las emisiones de CH4 en el sector energético y en particular, en el uso del sistema del GN, no solo obedecen a los

productos de las combustiones incompletas, sino a los venteos operacionales y a las emisiones fugitivas. Según el IPCC, el término emisiones fugitivas hace referencia a todas las emisiones de GEI procedentes del sistema de GN (con excepción de los aportes de la quema de combustible). Estas emisiones fugitivas se deben a la liberación de GEI que puede ocurrir durante la extracción, el procesamiento y la distribución de combustibles fósiles hasta el punto de utilización final. En el caso de la distribución del GN, esta consiste en la entrega al usuario final ya sea éste industrial, comercial o domiciliario.

Un alto porcentaje en las emisiones globales de CH4 antropogénicas se derivan de actividades relacionadas con el

uso de GN (Kennedy et al., 2011; Marcotullio et al., 2013). A pesar de múltiples estudios que investigan las fugas de GN que ocurren en las etapas de producción y procesamiento (Sánchez et al., 2018) existe una importante incertidumbre sobre las emisiones de CH4 asociadas al sistema de distribución que entrega el combustible a los

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estimaciones del inventario de GEI de EE. UU. 1990-2010 (EPA, 2012). Las emisiones de CH4 asociadas a la

etapa de distribución, se han identificado como fuentes relevantes en diversas ciudades del mundo, con tasas de pérdida de GN que varían entre el 2% y el 6% (Sánchez et al., 2018).

Debe tenerse en cuenta que la realización de mediciones directas de las pérdidas de GN en el sistema de distribución presenta dificultades por el gran número de puntos asociados caracterizado por ser, en general, disperso o difuso (en comparación con las emisiones de fuentes puntuales fácilmente identificables).

Además de las posibles pérdidas de los sistemas de distribución de GN en un entorno urbano, las eficiencias en el proceso de combustión del gas de los sistemas de calefacción, cocina, calentamiento de agua, generación de energía eléctrica, etc. permiten explicar también el aumento global de las concentraciones de CH4 (UNFCC,

2012).

En particular, y refiriéndonos a los sistemas de calefacción, en Argentina los sistemas domiciliario mayoritariamente utilizado son los calefactores de tiro balanceado (INDEC, 2010). A pesar de su uso extendido y su madurez como producto en el mercado (se comercializan en la Argentina hace más de 50 años), la información disponible referida a la evaluación del funcionamiento térmico de estos artefactos resulta llamativamente escasa. Según el trabajo reportado por Juanicó (2007) el rendimiento térmico de estos calefactores presenta eficiencias del 40% al 60%, las que pueden considerarse de regulares a pobres.

Una de las forma de estimar las pérdidas que se producen en la etapa de distribución del GN, es mediante una indicación indirecta, donde se miden las diferencias entre el volumen del gas ofrecido y el consumo de los usuarios. Hayhoe et al., (2002) proponen un valor de referencia del 2,5%, con un rango de validación comprendido entre 0,2 y 10%.

Además de las emisiones de los sistemas de distribución de GN y de las emisiones resultantes de su combustión incompleta, las emisiones de los vehículos que son alimentados con gas natural comprimido (GNC) así como de las estaciones que lo proveen, han sido reportadas también como fuentes urbanas importantes de CH4 hacia la

atmósfera (Gioli et al., 2012; von Fischer et al., 2017).

1.2 Técnicas de cuantificación de gases efecto invernadero

En los últimos años se han aumentado los esfuerzos por mejorar y proponer alternativas que logren evaluar con mayor precisión las emisiones de gases provenientes de los sistemas naturales y antrópicos hacia la atmósfera (Denmead, 2008). La precisión de las mediciones de GEI es crucial para actualizar y mejorar los actuales inventarios de gases de efecto invernadero necesarios para desarrollar un plan de mitigación y reducción de las emisiones. Las diferentes metodologías que existen para estudiar los GEI en la atmósfera varían según la necesidad de determinar ya sea la concentración de un gas en la atmósfera o los flujos de estos gases que se generan desde diferentes superficies.

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Dos de las técnicas ampliamente utilizadas en la medición de flujos de GEI in situ, están basadas en la aplicación de cámaras (Lambert y Frechette, 2005) o en herramientas micro-meteorológicas (conocidas también como Eddy Covariance). Ambas técnicas presentan una serie de características de funcionamiento y desempeño que fueron resumidas por Jones et al., (2011); las cámaras presentan, en general, una menor limitación técnica (relacionada al costo de instalación, nivel técnico requerido, carga laboral humana, limitaciones de uso, sesgo metodológico) y un mayor desempeño asociado a su representatividad y a su uso, respecto a la técnica Eddy Covariance.

Existen varios tipos de cámaras, entre las cuales se destacan las cámaras dinámicas y las cámaras estáticas cerradas. La primera integra un analizador de gases y un sofisticado sistema automatizado para generar un flujo continuo, lo que permite minimizar los errores asociados a errores humanos, aunque sus costos de operación la hacen menos accesible. En contraste, las cámaras estáticas cerradas requieren de la extracción periódica de muestras de aire y su posterior análisis en laboratorio (Parkin&Venterea, 2010).

Respecto a Eddy Covariance, esta técnica se basa en estimar el intercambio neto de material entre la superficie de un ecosistema determinado y su atmósfera vecina (Baldocchi, 2003). Para ello, se utiliza un anemómetro, un analizador del GEI para la medición del GEI de interés y un medidor de flujo de calor, que se montan en una torre que puede alcanzar hasta los 30 m de altura. Este método tiene la ventaja de ser poco invasivo y de aportar mediciones de los flujos verticales en alta resolución temporal (desde media hora) y continúas por largos periodos de tiempo (de días a años) a una escala regional.

En el caso del análisis de las emisiones de GEI que se generan desde un cuerpo de agua, otra de las alternativas de medición es mediante la aplicación de un modelo de difusión de capa límite (Liss y Slater, 1974). Los flujos de GEI pueden estimarse a partir de la medición de la concentración del GEI (por ejemplo, del CH4) disuelto en el

agua, en los primeros 30 cm de profundidad. El flujo del gas que se genera en la interface agua-atmósfera se calcula por el gradiente de concentración del gas entre el agua y el aire, y la velocidad de transferencia del gas a través de dicha interface.

El estudio de las concentraciones de GEI en la atmósfera puede ser llevado a cabo a partir de la obtención de muestras puntuales (mediante el uso, por ejemplo, de jeringas), de muestras acumuladas (muestreo pasivo) con su posterior técnica de laboratorio para su medición. La realización de un muestreo puntual permite medir la concentración de un GEI en un determinado instante, que puede no ser representativo a los valores que ocurren en un determinado tiempo. Este tipo de muestreo es válido cuando la concentración del gas es relativamente constante a través de un tiempo prolongado. Cuando se sabe que existe una variación en el tiempo las muestras simples deben ser tomadas a intervalos de tiempo precisados, y ser analizadas por separado, lo cual requiere un mayor número de muestras.

Los muestreos pasivos permiten obtener, bajo determinadas circunstancias, una concentración del GEI que puede ser aproximadamente igual a la concentración promedio del mismo durante el tiempo de muestreo. Éstos son

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útiles para el estudio de emisiones continuas en el tiempo de un gas de interés o para suavizar fluctuaciones insignificantes de las concentraciones de estos gases. Representa un ahorro sustancial en costo y esfuerzo del laboratorio comparativamente con el análisis por separado de un gran número de muestras puntuales.

Otra de la forma de obtener información es por sensado remoto, que se basa en la interacción de la energía electromagnética con los diferentes GEI. Para ello, se utilizan instrumentos de medición que se pueden encontrar en un satélite (Bortoluzzi, 2015) y que permiten realizar un monitoreo tanto a escala mundial como regional. A los fines de esta tesis, a continuación se procede a describir las dos técnicas utilizadas para el estudio de los flujos de CH4 (cámaras estáticas) y de las concentraciones atmosféricas de CH4 (obtención de muestras integradas

de aire para la determinación del gas en estudio), en la ciudad de Tandil. 1.2.1 Técnica cámara estática

Una de las metodologías ampliamente utilizadas para la medición de flujos de GEI in situ generados por difusión, es la técnica de cámara estática. Debido a sus facilidades técnicas, operacionales, bajo costo y la capacidad de medir pequeños flujos de los gases, son las más usadas para las mediciones de GEI en la interfaz de ecosistemas terrestres y acuáticos (suelos y cuerpos acuosos) y la atmósfera (Denmead, 2008, Butterbach-Bahl et al., 2011). Rochette (2011) reporta que aproximadamente en el 95% de los estudios publicados sobre medición de flujos de GEI se utilizó la técnica de la cámara estática.

El principio de funcionamiento de la técnica consiste en introducir un cilindro o rectángulo (por lo general, algunos centímetros) en el suelo/agua con el objetivo de cubrir un área determinada. Parte de la cámara sobresale por arriba de la superficie lo que permite colocar una tapa en el extremo superior cada vez que se realiza una medida. De esta forma, la cámara estática conforma un volumen de aire cerrado dentro del cual la concentración del GEI bajo estudio puede aumentar o disminuir dependiendo de si el suelo o el cuerpo de agua emite o secuestra dicho gas. Para corroborarlo se extrae una secuencia de muestras del aire interior de la cámara a intervalos regulares de tiempo durante un breve periodo (no más de 60 min). Posteriormente se miden las concentraciones del gas de las muestras extraídas (por ejemplo, a través de cromatografía gaseosa para el análisis del GEI de interés) y mediante una regresión lineal de la concentración del GEI vs. tiempo es posible obtener la tasa de emisión o secuestro de este gas dentro de la cámara. Se espera que los cambios de la concentración de un gas que se generan dentro de la cámara sean linealmente dependientes del tiempo, por lo que tanto los intervalos de medida como el período total de operación de la cámara se deben ajustar a esa condición.

La cámara debe ser fabricada con materiales inertes (acero inoxidable, aluminio, PVC) que no emitan sustancias que contaminen la muestra ni afecten sus condiciones. Las dimensiones de las cámaras presentan dos aspectos fundamentales, tanto su área como el volumen. Una relación adecuada entre el área/perímetro es de ≥ 10 cm según Rochette&Eriksen-Hamel (2008), con el fin de reducir errores de perturbación del suelo y sin perder representatividad del sistema.

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Cuando se usan cámaras estáticas cerradas se espera que la distribución del gas en el interior de la cámara sea homogénea, es decir, que la concentración del gas sea igual en toda la cámara; sin embargo, cuando la cámara es muy alta o tiene vegetación en su interior el uso de ventiladores es recomendado. Su uso permite reducir el efecto de las diferencias de presión que se pueden generar dentro de la cámara y homogeneizar el aire interior (Parkin&Venterea, 2010).

El protocolo de la extracción de muestras y el principio de funcionamiento de la cámara es el mismo que se utiliza en cualquier sistema que se desea evaluar. Aunque debe tenerse en cuenta que en cada sistema de estudio se deben realizar diferentes adaptaciones según las necesidades que se requieran. Por ejemplo, si se quiere evaluar el aporte del suelo (Parkin&Venterea, 2010) o bien de un cuerpo acuoso como un lago (Lambert, 2005), pueden presentarse diferencias respecto al diseño de las cámaras, aunque se espera que el principio de funcionamiento de la técnica de cámaras estáticas se mantenga sin importar las diferencias entre los diseños.

1.2.2 Muestras integradas de aire

Otra de forma de estudiar y cuantificar los GEI presentes en la atmósfera, es por medio de la recolección de muestras integradas o acumuladas de aire (muestreos pasivos), pudiendo obtener información acerca de las concentraciones del GEI de interés en un punto determinado en la baja atmósfera.

Los restrictores de ingreso de aire (RI) son dispositivos que presentan una baja conductancia hidráulica cuya función es regular el paso del flujo del aire. Una de las aplicaciones que tienen los RI, es restringir la entrada de flujo de aire en un recipiente inicialmente vacío, logrando un llenado gradual del mismo (por difusión molecular) en un lapso de tiempo determinado.

Según el trabajo reportado por Gere&Gratton (2010), un tipo de RI que se caracteriza por una conductividad hidráulica muy baja, conocida y estable, son los reguladores tipo geométricos. Los RI propuestos por dichos autores están compuestos por un tapón -macho- a rosca con cabeza hexagonal y un tapón hembra que tiene un orificio cilíndrico (ambas piezas de bronce). A su vez, cuentan con una bolilla metálica de acero de 8 mm de diámetro que se sitúa en el centro de estas dos piezas (Figura 2). Según la fuerza que se le aplique en el enrosque para unir las piezas que aprietan la bolilla, se puede modificar el flujo de aire que atraviesa este sistema, y restringir el aire del exterior que ingresa al recipiente recolector.

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En el llenado de un recipiente inicialmente vacío a través del RI, la velocidad de entrada disminuye a medida que la diferencia de presión disminuye. La variación en el tiempo de la presión p dentro del recipiente viene dada por:

= − ( − )(3)

en donde V es el volumen del recipiente, es la presión atmosférica, t es el tiempo y C la conductancia hidráulica del RI. La relación de llenado se obtiene mediante la integración de la ecuación (3) obteniendo la siguiente ecuación:

( )

= 1 −

.

(4)

En particular, el llenado del recipiente en el tiempo es lineal sólo si t << . En la recolección de muestras de aire es habitual calibrar los RI para que en un tiempo determinado en el llenado del recipiente se alcance una p ≈ 500 mb (Gere&Gratton, 2010). Dicha presión es un balance entre cantidad de muestra necesaria para su análisis posterior (depende de la metodología analítica), y que la recolección no se aparte demasiado de la linealidad. Normalmente el tiempo -t- y V se establecen a priori según el experimento de campo, y por consiguiente el valor óptimo de C que debe usarse para el RI, se puede deducir a partir de la expresión (4).

1.3 Metano en Argentina

En el último inventario nacional de gases de efecto invernadero (INVGEI, 2017), que sigue las directrices de la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC), se presentan las estimaciones de las emisiones y secuestros de GEI ocurrido en el año 2014, debido a fuentes y sumideros de los sectores o categorías Energía, Procesos Industriales y uso del Producto, Agricultura, Ganadería, Silvicultura y otros usos de la tierra (AGSOUT) y Residuos, con mayor énfasis en los principales GEI como el CO2, CH4 y N2O.

Se estimó una emisión neta de 368.295 Gg CO2eq2, de los cuales el 66% corresponde al CO2, seguido por una

participación relevante del CH4 con el 21% y, en una menor medida, el N2O con el 11%. Este perfil nacional de

emisiones que presenta una importante contribución del CH4 y N2O, se diferencia de la tendencia mundial. Esto es

debido a que en las emisiones mundiales de los GEI antropogénicos en el año 2010, el CO2 fue considerado como

el principal gas invernadero en orden de importancia representando un 76% del total de estas emisiones, mientras que el 16% correspondió al CH4, el 6% al N2O y el 2% restante a los gases fluorados (IPCC, 2013).

En la figura 3 se puede observar la evolución histórica nacional de las emisiones de GEI desde el año 1990 al 2014 para los sectores mencionados anteriormente.

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CO2eq (CO2 equivalente) es una medida de medición utilizada para indicar la posibilidad de calentamiento global de cada uno de los gases con efecto invernadero.

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Figura 3: Evolución de las emisiones de GEI para los distintos sectores estimado por el último Inventario Nacional de Gases de Efecto Invernadero (INVGEI, 2017)

Según el INVGEI el aporte de los sectores Energía y AGSOUT contribuyen con más del 87% de las emisiones totales de GEI hasta el año 2014.

En el caso particular del CH4, el sector AGSOUT es el de mayor nivel de emisiones de este gas (73,6%), en el

cual se incluyen tanto emisiones como secuestros de tierras forestales, tierras de cultivo, pastizales, humedales, asentamientos y otras tierras. También se consideran las emisiones por la gestión de ganado vivo y de estiércol, y las emisiones de los suelos gestionados. En segundo lugar se ubica el sector de Residuos, responsable del 16,8% de las emisiones de CH4 principalmente debido a la descomposición de la materia orgánica proveniente de los

residuos sólidos urbanos con importante contenido orgánico. Finalmente, el sector Energía aportó el 9,4% de estas emisiones.

En el sector Energía (denominado categoría 1, en el INVGEI, 2017) se distinguen por un lado aquellas actividades asociadas a la quema de combustibles fósiles (subcategoría 1A), y por otro lado, las emisiones fugitivas provenientes de la fabricación de éstos combustibles, correspondiente a subcategoría 1B en la que se incluyen todas las emisiones intencionales y no intencionales resultantes de la extracción, procesamiento y transporte de diferentes tipos de combustibles. A su vez, en la subcategoría 1B se desagrega la categoría Gas Natural (1B2b) que abarca a las emisiones por venteo, quema en antorcha y toda otra fuente fugitiva vinculada a la exploración, producción, procesamiento, transmisión, almacenamiento y distribución de gas natural, con una estimación en las emisiones para el año 2014 de 286.505 Gg CH4 (debe recordarse que este valor, como también los valores de los

demás rubros, son el resultado de las estimaciones según los cálculos establecidos por las directrices del IPCC 2006).

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20 1.4 MOTIVACION

Argentina asumió en el año 2015, en la Conference of Parties (COP) realizada en París, el compromiso de reducir en un 15 % las emisiones de GEI estimadas para el año 2030.

Los inventarios nacionales permiten identificar las principales fuentes de GEI, y de esta manera, las oportunidades de reducción de emisiones a partir de establecer un plan con políticas de mitigación en los diferentes sectores productivos del país. Por lo tanto, es necesario realizar un esfuerzo para lograr una mejora en los sistemas de estimaciones de las emisiones de los GEI en cada uno de ellos.

Debido a que la actividad biológica en sedimentos anóxicos aporta una gran cantidad de CH4 a la atmósfera, se

requiere un conocimiento profundo de los procesos biológicos que producen y consumen este gas bajo diversas condiciones. La bibliografía de los humedales y de las áreas de tierra que retienen agua en zonas urbanas y los estudios sobre el manejo y gestión en ambientes están referidos a grandes lagos y embalses, los que presentan características totalmente distintas a los lagos urbanos (García-Gil & Camacho, 2001). Esto genera que los cuerpos de agua dulce poco profundos no estén muy bien estudiados en término de las emisiones de GEI y por lo general, no se tienen en cuenta en los presupuestos regionales o mundiales de GEI. Esto puede deberse a que los lagos urbanos difieren mucho de estos grandes lagos en sus características físico-químicas, existiendo una tendencia equivocada a tratar a cada lago como único (Novoa et al., 2006).

Por otro lado, en las emisiones de GEI publicada por los inventarios, además de determinar el estado actual de situación y las posibilidades de mitigación de las emisiones en el sector energético, se presentan oportunidades de mejora en la eficiencia energética. Debe tenerse en cuenta que los centros urbanos que presentan un crecimiento, implican una población cada vez mayor y en consecuencia una mayor demanda de energía (Sahay y Ghosh, 2013). En particular, el ritmo de crecimiento de la ciudad de Tandil se ha mantenido con signo positivo a lo largo del periodo 1966 -2012 con un importante aumento en esta tasa en los últimos 10 años (Linares &Picone, 2018). Existen diversos estudios que han reportado emisiones de CH4 en áreas urbanas en diferentes lugares del mundo,

pero la mayoría de ellos corresponden a grandes ciudades (Kennedy et al., 2011; Sahay y Ghosh, 2013 Lamb et al., 2015; McKain et al., 2015; Helfter et al., 2016; Hopkins et al., 2016), siendo pocos los trabajos que estiman las emisiones de CH4 de centros urbanos pequeños y medianos donde el proceso de urbanización ocurre con

mayor rapidez (Marcotullio et al., 2013).

Por todas estas razones, es importante realizar estudios de CH4 atmosférico a escala urbana, logrando evaluar las

posibles fuentes de este gas (fijas y dispersas) y la contribución de cada una de ellas. Entre ellas, analizar las fugas y pérdidas de GN resultante de la distribución y consumo residencial, comercial e industrial de este combustible y las posibles contribuciones que puede generar una planta de tratamiento de efluentes cloacales y un lago urbano en su entorno.

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21 1.5 OBJETIVOS

Objetivos generales

● El objetivo general de este trabajo es el de contribuir al conocimiento general de las emisiones de CH4 a

partir de fuentes antropogénicas fijas y dispersas de un sitio urbano de tamaño medio (Tandil, Buenos Aires). Objetivos específicos

● Analizar las evoluciones temporales y las variaciones espaciales de las concentraciones atmosféricas de CH4

en la ciudad de Tandil, a partir de la obtención de muestras de aire integradas en el tiempo en diferentes sitios de muestreo en la ciudad.

● Caracterizar las concentraciones de CH4 por el aporte de las fuentes dispersas, y la influencia de diferentes

parámetros meteorológicos y el consumo de gas natural por distintos rubros sobre su variabilidad espacial y temporal.

● Analizar la contribución de CH4 de dos fuentes fijas ubicadas dentro del área urbana de la ciudad (Planta de

tratamiento de efluentes cloacales y Lago del Fuerte).

● Analizar el balance de fuentes y sumideros de CH4 en los alrededores del Lago del Fuerte a partir de las

mediciones de CH4 atmosférico y la realización de cámaras estáticas en distintas interfaces (agua – atmósfera

y suelo – atmósfera)

● Determinar el aporte de las emisiones generadas por el Lago del Fuerte analizando la variación temporal de los flujos de CH4 y la influencia de diversos parámetros fisicoquímicos y meteorológicos.

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22 2. METODOLOGÍA Y MATERIALES

El trabajo del estudio del CH4 en la ciudad de Tandil se realizó durante un periodo de un año comprendido entre

el 01/06/2017 hasta el 31/05/2018. El trabajo consistió en la aplicación de dos metodologías diferentes con el fin de determinar concentraciones atmosféricas y flujos de CH4 desde fuentes fijas y dispersas de este gas localizadas

en la ciudad.

2.1 Área de estudio

La ciudad de Tandil (37° 19’ S, 59° 09’ O, 188 msnm) es cabecera del partido homónimo ubicada en el centro-este de la Provincia de Buenos Aires, y cuenta con 116.916 habitantes (INDEC, 2010). Está emplazada en el centro del sistema serrano de Tandilia lo cual genera un condicionamiento al crecimiento y a la expansión urbana desde el oeste al sur debido a la presencia de un importante cordón serrano. El clima de la ciudad se ubica dentro de los climas templados argentinos, con diferencias estacionales marcadas, tanto térmicas como pluviométricas (Picone& Campo, 2014).

Tal como se mencionó en la introducción, y haciendo un relevamiento de los sectores de producción y servicios de la ciudad de Tandil, las fuentes fijas que pueden contribuir al incremento de las concentraciones de CH4 a

escala urbana, son el relleno sanitario (Mønsteret al., 2015), las plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas (Yver-Kwok et al., 2015) y el lago urbano (Zhang et al., 2014). Como la emisión de CH4 es resultado

de la digestión anaeróbica de la materia orgánica por microorganismos, a estas fuentes también se las pude clasificar como fuentes biológicas o biogénicas. Otra fuente fija que puede generar emisiones de CH4, y se

diferencia de los procesos naturales, es el sitio destinado a la ubicación de distintos tipos de industrias (parque industrial) debido al uso de gas natural en las diferentes tareas involucradas. Por otro lado, en el estudio del incremento de las concentraciones de CH4 por las fuentes dispersas urbanas se evaluarán las contribuciones de

diferentes sectores de la ciudad debidas al uso de gas natural residencial, comercial e industrial (McKain et al., 2015), como también por parte del tráfico vehicular automotor y las estaciones de servicio con expendio de GNC (Réquia et al., 2015).

A continuación se presenta una breve descripción de cada una de las fuentes fijas y dispersas en la ciudad, que se deben tener en cuenta para el análisis de la concentración atmosférica de CH4. En el presente trabajo, en la

categoría de fuentes fijas, solo se estudiarán el lago urbano y una planta de tratamiento cloacal.

Fuentes dispersas

El trabajo reportado por Linares &Migueltorena (2018) pone en evidencia las zonas de la ciudad que cuentan con cobertura de gas natural. La disponibilidad de este servicio abarca un área central bastante extendida, no obstante, esta situación contrasta con gran parte de la ciudad que se encuentra fuera del área urbana, e incluso dentro de la misma (zona noreste y noroeste).

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La variabilidad de distintos tipos de edificación en distintas zonas de la ciudad, puede ser un factor importante en el análisis de la demanda de gas natural. Las zonas de mayor demanda de gas (ya sea para cocción, calentamiento de agua y calefacción) se pueden relacionar con aquellas zonas que presentan una importante presencia de edificios residenciales y comerciales. Esto se puede apreciar en el trabajo dePicone (2014) en el cual se detalla la distribución de densidad de construcción en la ciudad en el año 2011, en donde las mayores densidades de construcción se encontraron en una zona céntrica, comprendida entre las principales avenidas de la ciudad (Avellaneda - Buzón/Balbín - Del Valle - Rivadavia/Perón).

Fuentes fijas Lago del Fuerte

La ciudad de Tandil cuenta en el sur con un embalse artificial denominado Lago del Fuerte inaugurado en 1962 como una obra cuya función es regular los caudales que bajan torrencialmente de las sierras, como consecuencia de la crecida de dos arroyos que desagotan en el lago (San Gabriel y La Cascada). A lo largo de su recorrido estos arroyos atraviesan usos del suelo destinados principalmente a actividades ganaderas, agrícolas, recreativas y residenciales. Sus nacientes se encuentran en las sierras de Tandil y pertenecen a la cuenca del arroyo del Fuerte, que presenta una superficie de 2200 hectáreas (Ruiz de Galarreta, et al., 2013).

Luego de que los arroyos desembocan en el embalse artificial y atraviesan la represa, al cuerpo de agua se lo denomina Arroyo del Fuerte y su recorrido por debajo de la ciudad se realiza por un entubado que culmina en la cercanía de la Ruta Nacional N°226. En este sitio, el arroyo pasa a denominarse Arroyo Langueyú (en la confluencia entre el arroyo del Fuerte y el Arroyo Blanco que pasa por el lado oeste de la ciudad).

El Lago del Fuerte posee una superficie aproximada de 19 hectáreas y una profundidad media de 0,80 m (Ruiz de Galarreta, et al., 2013). Además de actuar como disipador de energía del agua superficial y retardar su salida natural, se lo utiliza con fines deportivos - recreativos. Ha sido clasificado en diferentes oportunidades como eutrófico a hipertrófico debido al aporte de nutrientes y sedimentos producto de los diferentes usos del suelo de la cuenca, así como también se ha detectado la presencia de cianobacterias (IHLLA, 1995; Cifuentes, 2012).

Debido a que los lagos urbanos poseen características que los hacen únicos (Novoa et al., 2006) demandan estudios específicos con respecto de las emisiones de CH4, con el fin de estudiar el aporte de las emisiones de este

gas sobre el entorno urbano (Zhang et al., 2014) y determinar el grado de contribución respecto a las emisiones en el sector no biogénico.

Plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas

Respecto al tratamiento de las aguas residuales, actualmente la ciudad cuenta con tres plantas de tratamiento de efluentes cloacales. La planta depuradora de efluentes más antigua de la ciudad se encuentra ubicada entre las

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calles Dinamarca y Bereterbide. A su vez ésta es la más grande y a la que ingresa el mayor caudal de aguas residuales, recibiendo además, el contenido de los camiones atmosféricos.

En este lugar, durante el proceso de depuración, primero se realiza una separación de sólidos de mayor tamaño a través de una cámara de rejas y luego se separa el efluente en tres líneas paralelas de tratamiento, en donde cada una consta con las siguientes etapas:

● Sedimentador primario: este tratamiento cuenta con barredor de sólidos y un sistema de cascada en los bordes, permitiendo la oxigenación de los efluentes tratados.

● Lecho percolador que opera bajo condiciones principalmente aeróbicas.

● Sedimentador secundario: este funciona en forma similar que el sedimentador primario, pero con la excepción de que no cuenta con un barredor de sólidos y que opera de manera facultativa.

● Digestor de barros: la biomasa originada en los sedimentadores se somete a un proceso de digestión estrictamente anaeróbico y se deposita luego, en una zona de secado en común para las tres líneas.

Posteriormente al último tratamiento y luego de la cloración de las aguas, éstas se vierten al curso del Arroyo Langueyú.

Las otras dos plantas de tratamiento se encuentran ubicadas en zonas más aledañas de la ciudad recibiendo los residuos cloacales de los barrios más periféricos. Una de ellas se encuentra ubicada en el sector noroeste de la ciudad en cercanías al arroyo Langueyú, en el sector urbano de Villa Aguirre (Lavalle y Chapaleofú), mientras que la otra planta se encuentra emplazada en el barrio Movediza (Chapeaurouge y Ruta Provincial N° 30). Estas plantas aún no se encuentran funcionando en su máxima capacidad en la depuración de aguas residuales.

Relleno sanitario

La ciudad cuenta con un relleno sanitario que se sitúa en las inmediaciones del antiguo basural, en el área industrial, emplazado en el sector noroeste a tan solo 15 Km del centro de la ciudad, siendo este predio el sitio de disposición final de la mayoría de los residuos sólidos urbanos generados por el partido de Tandil. Actualmente, este relleno sanitario cuenta con 3 celdas cerradas en las cuales fueron depositados 639.475 tn de residuos en un periodo de 16 años, cubriendo en total una superficie de 9,46 Ha en el predio (información provista por la empresa USICOM). Además este lugar cuenta con un sistema destinado al tratamiento de lixiviados.

Según el relevamiento realizado en el año 2011 por la Municipalidad de Tandil, el 56 % del flujo total de residuos sólidos urbanos recibidos en el relleno sanitario es de carácter orgánico, mientras que el resto de los residuos son inorgánicos y de muy lenta biodegradación.

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Parque industrial

Tandil cuenta con un Parque Industrial constituido por 41 empresas, con una superficie comprendida por dos zonas: un predio de 100 hectáreas ubicado en la Ruta Nacional N° 226 y otro de aproximadamente 80 hectáreas que se encuentra en la intersección de la Ruta Nacional Nº 226 y la Ruta Provincial Nº 30. Se encuentra conformado mayoritariamente por pequeñas y medianas empresas fundamentalmente vinculadas a las ramas de la metalúrgica, la metalmecánica, la agroindustria (láctea, frutícola, apícola, entre otras) y la industria alimentaria. 2.1.1 Sitios de estudio

En el presente trabajo se determinará el grado de participación en la variación espacio - temporal de las concentraciones de CH4 en el aire por los posibles aportes producidos por la planta de tratamiento de efluentes

cloacales (ubicada entre las calles Dinamarca y Bereterbide) y el Lago del Fuerte (siendo ambas fuentes fijas y biogénicas). Estos se compararán con las posibles contribuciones de CH4 que se generan dentro del área urbana de

la ciudad por el aporte de fuentes dispersas atribuidas al parque automotor y a las pérdidas que se producen durante la distribución y el consumo del gas natural en diferentes sectores de la ciudad (residencial, comercial, industrial y GNC).

Para la elección de los sitios, se tuvieron en cuenta los análisis realizados por Fusé et al., 2014, los cuáles mostraron que existieron diferencias estadísticamente significativas de las concentraciones atmosféricas de CH4

entre distintos sitios de muestreo dentro del casco urbano en la ciudad de Tandil. Estas diferencias fueron atribuidas principalmente a defectos locales en los sistemas de distribución y de consumo residencial de gas natural y a diferencias en la densidad de población (Gere et al., 2016; Fusé et al., 2019). Por lo tanto, considerando las posibles emisiones de CH4 por el aporte de fuentes dispersas, se eligieron 7 sitios de muestreo

distribuidos dentro del área urbana de la ciudad de Tandil, los que se suman a los 2 sitios localizados en las fuentes fijas biogénicas (planta de tratamiento y Lago del Fuerte). Finalmente, se eligió un sitio control alejado de estas fuentes fijas y con baja densidad de fuentes dispersas ubicado en la periferia de la ciudad. La elección de estos 10 sitios va a permitir analizar si existen diferencias en la magnitud y comportamiento temporal y espacial de las concentraciones de CH4 registradas en la ciudad de Tandil.

La ubicación de los sitios de estudio, denominados S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9 y S10, se puede observar en el siguiente mapa (Figura 4).

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Figura 4: Localizaciones de los sitios de muestreo en la ciudad de Tandil durante el periodo 01/06/2017 - 31/05/2018.

El sitio control -S10- se ubicó dentro del Campus Universitario Tandil, en una zona con poca influencia antropogénica (baja densidad de hogares) y alejada de posibles fuentes fijas de CH4. Este sitio se encuentra

localizado en una zona con una importante cobertura de vegetación (pastizales, diferentes tipos de plantas, árboles implantados y raleados). Las características del suelo con dicha cobertura podrían influenciar en las variaciones de la concentración atmosférica de CH4 registrada en este sitio dado que el suelo presenta óptimas condiciones para

registrar un secuestro significativo de CH4.

Se puede observar que los sitios de muestreo S1 y S8 se encuentran sobre la periferia del casco urbano, ubicados cercanos al cordón serrano que rodea en forma semicircular en los sectores oeste-sur de la ciudad.

Los sitios S2, S6, y S9, que también se encuentran alejados de las zonas con mayores densidades constructivas, se ubican en las áreas donde mayor crecimiento ha tenido la ciudad durante los últimos años (Picone, 2014). En particular, el S6 se encuentra cerca de la ruta Nacional N°226 siendo ésta uno de los principales accesos a la ciudad.

De acuerdo al Plan de Desarrollo Territorial(PDT, 2005) de Tandil, el sitio 2 se encuentra ubicado cerca de una zona destinada a pequeñas industrias. En contraste con los restantes sitios, los S4 y S5 son puntos céntricos con alta densidad de tráfico y de hogares.

La selección de todos estos sitios de estudio en la ciudad y su distribución, permite que sean representativos de los distintos sectores de la ciudad, principalmente por las diferencias en la densidad de población y tráfico vehicular. Se espera que la ubicación estratégica de estos sitios se vea reflejada entonces en diferencias de las concentraciones atmosféricas de CH4 registradas por los muestreadores. Por cuestiones de seguridad, y para

proteger a los muestreadores de posibles vandalismos, todos éstos fueron instalados en patios internos (sitios urbanos) o en los predios de la Isla del Lago o la planta de tratamiento de efluentes cloacales. En todos los casos

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se instalaron en postes de alumbrado o árboles, de acuerdo a lo que permitía cada sit

balance entre la exposición del muestreador a las condiciones atmosféricas y a que éste no quede totalmente visible por la circulación de personas para evitar su hurto o manipulación.

Los muestreadores (recipientes recolectores

de 1,7 m sobre el suelo. En todos los sitios urbanos, fueron ubicados en patios internos; en los sitios S1, S2, S5, S8 y S9 fueron localizados en domicilios particulares, mientras que

de la Obra Social de la UNCPBA y en el comercio Alquilo Todo, respectivamente (ver Figura 5).

Figura 5: Muestreador de aire colocado en porta tubo plástico localizado en: (a) Sitio 4, ubicado en el patio in la Obra Social de la UNCPBA. (b) Sitio 8, localizado sobre la pared en el patio del local Alquilo Todo.

Por otro lado, respecto a la posible contribución de CH corresponde a la planta tratamiento. Teniendo en cuenta que

tratamiento de depuración de las aguas residuales, para la determinación de las concentraciones de CH atmosféricas se instalaron 3 muestreadores de aire (Figura 6). El muestreador de aire P1 se encuentra ubicado al inicio del proceso de tratamiento, entre dos piletas de sedimentación primaria y dos lechos percoladores. El siguiente muestreador (P2) se ubicó entre los sedimentadores secundarios y los digestores de barro, mientras que el tercer muestreador (P3) se localizó cercano a un digestor de barro y un sedimentador secundario. La concentración atmosférica de este sitio será el resultado del promedio de

realizar un análisis de cada muestreador por separado y de las diferencias entre ellos.

Trabajo Final

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se instalaron en postes de alumbrado o árboles, de acuerdo a lo que permitía cada sitio de estudio, buscando un balance entre la exposición del muestreador a las condiciones atmosféricas y a que éste no quede totalmente visible por la circulación de personas para evitar su hurto o manipulación.

Los muestreadores (recipientes recolectores con restrictores de ingreso de aire) de aire fueron colocados alrededor de 1,7 m sobre el suelo. En todos los sitios urbanos, fueron ubicados en patios internos; en los sitios S1, S2, S5, S8 y S9 fueron localizados en domicilios particulares, mientras que en los S4 y S6 fueron instalados en la oficina de la Obra Social de la UNCPBA y en el comercio Alquilo Todo, respectivamente (ver Figura 5).

Figura 5: Muestreador de aire colocado en porta tubo plástico localizado en: (a) Sitio 4, ubicado en el patio in la Obra Social de la UNCPBA. (b) Sitio 8, localizado sobre la pared en el patio del local Alquilo Todo.

Por otro lado, respecto a la posible contribución de CH4 desde fuentes fijas (y su vez, biogénicas), el S3

Teniendo en cuenta que, en este lugar existen, diferentes etapas en el tratamiento de depuración de las aguas residuales, para la determinación de las concentraciones de CH atmosféricas se instalaron 3 muestreadores de aire (Figura 6). El muestreador de aire P1 se encuentra ubicado al inicio del proceso de tratamiento, entre dos piletas de sedimentación primaria y dos lechos percoladores. El có entre los sedimentadores secundarios y los digestores de barro, mientras que el tercer muestreador (P3) se localizó cercano a un digestor de barro y un sedimentador secundario. La concentración atmosférica de este sitio será el resultado del promedio de estos tres puntos de muestreo luego de realizar un análisis de cada muestreador por separado y de las diferencias entre ellos.

Lucas Chiavarino

io de estudio, buscando un balance entre la exposición del muestreador a las condiciones atmosféricas y a que éste no quede totalmente

con restrictores de ingreso de aire) de aire fueron colocados alrededor de 1,7 m sobre el suelo. En todos los sitios urbanos, fueron ubicados en patios internos; en los sitios S1, S2, S5, en los S4 y S6 fueron instalados en la oficina de la Obra Social de la UNCPBA y en el comercio Alquilo Todo, respectivamente (ver Figura 5).

Figura 5: Muestreador de aire colocado en porta tubo plástico localizado en: (a) Sitio 4, ubicado en el patio interno de la Obra Social de la UNCPBA. (b) Sitio 8, localizado sobre la pared en el patio del local Alquilo Todo.

desde fuentes fijas (y su vez, biogénicas), el S3 diferentes etapas en el tratamiento de depuración de las aguas residuales, para la determinación de las concentraciones de CH4

atmosféricas se instalaron 3 muestreadores de aire (Figura 6). El muestreador de aire P1 se encuentra ubicado al inicio del proceso de tratamiento, entre dos piletas de sedimentación primaria y dos lechos percoladores. El có entre los sedimentadores secundarios y los digestores de barro, mientras que el tercer muestreador (P3) se localizó cercano a un digestor de barro y un sedimentador secundario. La estos tres puntos de muestreo luego de

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