6.1.1.1 Introducción

Un inventario de emisiones es una compilación de información relacionada con la fuente de uno o más problemas de calidad del aire en una zona de interés, normalmente estructurada como una base de datos. Se debe notar especialmente con respecto a gases de calentamiento global, que los capturadores de emisión (es decir, fuentes de emisión negativa), pueden ser también de importante consideración. Como fue discutido en el capítulo 3, los inventarios de emisión son un componente obligatorio para el desarrollo de un proceso de gestión de calidad del aire efectivo. Ellos generalmente se utilizan para apoyar el análisis del impacto que provocan las fuentes en la calidad del aire, para apoyar el análisis de patrones en programas de reducción de contaminación del aire, y para apoyar el análisis de políticas y aspectos regulatorios para esfuerzos de gestión de la calidad del aire.

Mientras que el fin último de un inventario de emisiones es, por supuesto, la cuantificación de emisiones liberadas a la atmósfera, otras aplicaciones previstas del inventario tales como la modelación de la calidad del aire y análisis regulatorio requieren la inclusión de información adicional además de la información de emisiones. De esta forma, el diseño y desarrollo de un inventario es crítico para producir un proceso de gestión de la calidad efectivo. El panel intergubernamental de cambio climático ha generado una serie de documentos en relación al desarrollo de inventarios de emisiones para gases de efecto invernadero (http://www.ipcc.ch/index.htm). Los principios delineados en su documento “Reporte y Guía General” pueden ser aplicados en la mayoría de otros casos de problemas de la calidad del aire y entrega una gran cantidad de entendimiento para el proceso de inventariado de emisiones. Se recomienda como una buena fuente de información para el desarrollo del inventario de emisiones.

En general, un buen inventario de emisiones sigue las siguientes pautas. Estas pautas fueron adaptadas desde “Pautas IPCC para Inventarios Nacionales de Gas de Efecto Invernadero, 2006, Volumen I” (http://www.ipcc.ch/index.htm).

Transparencia: Existe documentación clara y suficiente de manera que individuos o grupos que no sean los recopiladores del inventario puedan entender como éste fue compilado.

Globalidad/Completitud: El inventario reporta estimaciones para todas las categorías relevantes de fuentes, capturadores, y gases.

Consistencia: Las estimaciones para diferentes años, gases y categorías se realizan de tal forma que las diferencias en los resultados reflejan una diferencia real en las emisiones.

Comparabilidad: El inventario se reporta de forma que permite ser comparado con otros inventarios similares.

Exactitud: El inventario no contiene sobre estimaciones ni sub estimaciones que puedan ser verificadas.

Un inventario de emisiones adecuadamente desarrollado: identificará las fuentes de emisión que están generando los problemas de contaminación del aire de interés, permitirá proyectar los impactos de escenarios de control de emisiones, apoyará la modelación de calidad del aire cuando sea necesario, y facilitará el análisis regulatorio y de políticas. Para cumplir con estas condiciones, lo mejor es utilizar un gran formato de base de datos ligados; sin embargo, los inventarios de emisión utilizables se han desarrollado utilizando planillas excel o estructuras de base de dato similares.

Se debe notar que los problemas de calidad del aire vistos como un tema único a menudo involucra la emisión de varios contaminantes. Por ejemplo, el calentamiento global se relaciona con la emisión de cuatro grandes grupos de contaminantes y varios grupos de emisión menores. Los problemas del Ozono son creados por la presencia de hidrocarburos, óxidos nitrosos y monóxidos de carbono en la atmosfera al mismo tiempo y problemas de particulados se relacionan con la emisión directa de material particulado, pero también resultan a partir de la emisión de óxidos nitrosos, óxidos de azufre e hidrocarburos. De esta manera, los inventarios de emisión deben incluir todos los contaminantes importantes que se relacionen con un problema de manera de abordarlos correctamente.

6.1.1.2 Límites geográficos de un inventario

Como se ha notado anteriormente, todas las emisiones que puedan contribuir en un problema particular de calidad del aire, debieran ser incluidas en el inventario. El dominio geográfico de un inventario es también una consideración igualmente importante. En el caso del monóxido de carbono, las fuentes tienden a ser locales, y es raro que un inventario requiera extenderse por más de ocho kilómetros desde las ubicaciones de interés para el monóxido de carbono. Por otra parte, el ozono y muchas masas de particulados se forman en la atmosfera con un cierto plazo y toma varios kilómetros viento abajo para alcanzar su máximo nivel. Por ello, los contribuyentes a un problema de ozono o material particulado pueden estar alejados en ochenta o más kilómetros viento arriba del problema. Los inventarios relacionados con la lluvia acida en los Estados Unidos requieren la inclusión de todos los estados al este del rio Mississippi. Algunas fuentes del problema de la lluvia acida están a dos mil kilómetros de la ubicación del mayor impacto.

En el caso del calentamiento global, todos los gases relacionados que van a la atmosfera contribuyen al problema, sin importar su ubicacación. La decisión de que rango geográfico incluir en un inventario para calentamiento global se vuelve una decisión política más que científica. El territorio nacional es un límite común que se selecciona. Sin embargo, en casos en donde una localidad como una ciudad o país quiere abordar su contribución al problema, entonces comúnmente se eligen los límites políticos de esa localidad.

No existe una forma fácil de determinar un límite geográfico para un inventario de emisiones. La modelación de la calidad del aire es la mejor herramienta para estimar si una fuente tendrá una contribución importante a un problema. De todas formas, en algunos casos, no resulta práctico realizar una modelación previo al desarrollo de un inventario de emisiones. En este caso lo mejor es errar incluyendo mucho en comparación a incluir muy poco. Pueden haber rasgos geográficos evidentes que sugieran un límite para el inventario. Por ejemplo, Los Ángeles en los Estados Unidos está rodeado en tres de sus lados por montañas y por su cuarto lado, está el océano. Las montañas son una opción lógica para definir el dominio geográfico del inventario de ozono y material particulado de Los Ángeles.

6.1.1.3 Diseño Básico de un Inventario

De manera de apoyar la modelación de la calidad del aire, los inventarios de emisiones deben incluir información acerca de los tipos y cantidades de contaminantes que se emiten, las veces al día y año que estas emisiones son liberadas, la ubicación del punto de emisión, la velocidad y temperatura de las descargas de contaminantes y la altura de liberación de las emisiones. Para apoyar a un análisis de tendencia, se requiere la misma información descrita anteriormente, pero debe ser compilada para distintos rangos de tiempo, típicamente meses o años. Para apoyar el análisis político y regulatorio, los datos de emisiones relacionadas con el uso de energía y fuentes de energía, flujo de productos desde y hacia otros negocios, relaciones de trabajo y control de costos son componentes muy útiles de la base de datos. La tabla 6.1.1-1 resume los requerimientos de datos dependiendo del uso del inventario.

Claramente, no todos los datos deseados están siempre disponibles para ser ingresados en un inventario. Sin embargo, es valorable que en la conceptualización del diseño de la base de datos considere al comienzo su proceso de desarrollo, las previsiones necesarias para la adición fácil de información a medida que el programa de gestión de la calidad del aire se vuelve más sofisticado y a medida que se obtienen más datos.

En el diseño de un inventario de emisiones, se deben considerar los períodos de tiempo deben ser considerados. El ozono producido en la troposfera se genera por interacciones atmosféricas complejas entre ciertos contaminantes comunes en la presencia de la luz del sol. Temperaturas cálidas aumentan la producción de ozono. De esta forma, casi todos los problemas de ozono ocurren durante los meses de verano, cuando existe más luz solar y temperaturas más altas. Por otra parte, la atmosfera está normalmente más estática durante los meses de invierno permitiendo que los contaminantes se acumulen en altas concentraciones. De esta forma, los niveles de particulado, los cuales incluyen una cantidad significativa de material particulado emitido en forma directa, son típicamente más severos durante los meses de invierno. Los niveles de emisión también cambian según la época del año. Por ejemplo, emisiones COV evaporables son mayores durante el verano cuando las temperaturas son más altas. Por esto, es común mantener un inventario de emisiones que se relacione con los meses de verano y un segundo inventario de emisiones que se relacione con los meses de invierno. Por supuesto, en el caso de problemas globales de contaminación del aire tales como el calentamiento global y el agotamiento del ozono estratosférico, donde las emisiones prevalecen en la atmosfera durante años, la época del año en la cual se hace la descarga es irrelevante. En este caso, un inventario anual es todo lo que se necesita. Al decidir si un inventario debiera estar dividido según momento del día, según día de la semana, según época del año, o si debiera mantenerse por el total del año, es importante recordar que es posible tomar un inventario de emisiones que esté dividido por horas u otros rangos pequeños de tiempo y calcular emisiones para espacios de tiempo mayores, pero a menudo no es posible convertir un inventario de periodos cortos a partir de un inventario basado en grandes rangos de tiempo. De esta forma, el rango de tiempo en el cual se define un inventario es de consideración importante dependiendo de los contaminantes de interés.

Para el caso de problemas de no cumplimiento tanto en Ozono como en aquellos relacionados con PM2.5, lo más práctico es utilizar un inventario horario. Esto se debe a que la tasa de formación del Ozono y el PM2.5 varía de forma significativa de hora en hora. Para el caso de la modelación de material particulado en la troposfera, el material particulado que se forma a partir de compuestos en la atmosfera es un componente importante del problema. Estas partículas son clasificadas como material particulado secundario ya que estas partículas no son emitidas directamente pero se forman en un proceso secundario en la atmosfera. El material particulado emitido directamente es mencionado como particulado primerio. La tasa de formación del material particulado y ozono varía en forma horaria a través del día debido a cambios en las condiciones atmosféricas y en las emisiones y también varía según la ubicación dependiendo de las cantidades relativas de amoniaco, hidrocarburos y óxidos nitrosos. De esta forma, un inventario diseñado para abordar problemas de ozono y material particulado necesita ser fijado hora a hora y en cada ubicación en caso de ser posible.

La ubicación en donde ocurren las emisiones de una región es fácil de definir en el caso de chimeneas de humo y otras fuentes fijas similares. En este caso, para identificar la ubicación de la fuente se utilizan coordenadas UTM o latitudes y longitudes y esta información se graba en la base de datos del inventario de emisiones en asociación con la información de emisiones. Para el caso de emisiones fugitivas, áreas de fuente y fuentes móviles, las emisiones son distribuidas en la región de interés. Esta distribución normalmente no es consistente pero varía de ubicación en ubicación dentro de la región. De manera de permitir la modelación compleja de una región, esta normalmente se divide en una malla. El número de mallas en una región puede variar. Mallas más pequeñas son de ayuda para el análisis detallado de modelación pero requieren una cantidad considerablemente mayor de datos para determinar las emisiones asociadas a cada malla. Tamaños comunes de una malla pueden ser cinco, diez y cincuenta kilómetros cuadrados. Mallas más pequeñas son preferidas para apoyar esfuerzos de modelación compleja y es posible colocar los mismos números de emisión en mallas adyacentes si los datos adecuados no están disponibles inicialmente para dividir la información en los tamaños más pequeños de la malla.

6.1.1.4 Métodos de Estimación de Emisiones

Los métodos utilizados para estimar emisiones pueden variar ampliamente. En algunos casos, se realizan mediciones específicas en las fuentes de emisión bajo un amplio rango de condiciones en las cuales la fuente opera. Este método se aplica típicamente en grandes fuentes estacionarias como por ejemplo, una central de generacion eléctrica. En algunos casos, grandes fuentes de emisión están dotadas de equipos de monitoreo continuo, lo cual permite evaluar en forma exacta las tasas de emisión según momento del día o época del año.

Un segundo y más común método es el uso de factores de emisión. En este caso, las estimaciones de emisión se basan en un factor predeterminado del proceso como por ejemplo, la tasa de emisión por unidad de entrada calórica o por hora de operación o por volumen de material utilizado. El uso de factores de emisión se basa en el supuesto de que la tasa de emisión de una fuente es linealmente dependiente de un factor de algún proceso de entrada. Este supuesto de linealidad es válido en el caso de las emisiones de azufre basado en la cantidad de azufre que contiene el combustible que está siendo utilizado. Sin embargo, en el caso de la emisión del oxido nitroso, el cual se forma generalmente a partir de nitrógeno en el aire que participa de un proceso de combustión, la tasa de emisión puede no ser lineal a la tasa de entrada de calor debido a que otros factores influencian a la tasa de formación de oxido nitroso. Lo mismo ocurre para la formación del monóxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles. Por ello, se debe tener especial cuidado en el uso de factores de emisión de oxido nitroso, monóxido de carbono y de compuestos orgánicos volátiles al igual que otros. Aun así, el uso de factores de emisión es la forma más común de abordar la estimación de emisiones de variadas fuentes. Claramente esta aproximación depende de la disponibilidad de factores de emisión confiables que puedan ser aplicados en la ubicación de interés.

Existen numerosas fuentes de factores de emisión. Dos fuentes comunes son la base de inventario de emisiones de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y la base de datos de factores de emisión del IPCC. Estos se pueden encontrar en línea en http://www.epa.gov/ttn/chief/efpac/index.html y en http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/EFDB/main.php.

Finalmente, a menudo se utilizan sofisticados modelos para estimar emisiones de fuentes complejas. Este alcance es común en el caso de fuentes móviles, las cuales pueden ser contribuyentes mayores a algún problema de calidad del aire. Las fuentes móviles son típicamente muy numerosas para ser medidas en forma individual y sus emisiones varían ampliamente dependiendo de consideraciones operacionales y de mantenimiento, y el tipo de fuente móvil. Los modelos de emisión, que serán discutidos en secciones siguientes, están disponibles para fuentes de circulación en ruta y fuera de ruta.