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contaminación por amoníaco

Aumento estimado de la concentración superficial media anual de material particulado resultante de las emisiones de amoníaco asociadas a la exportación de alimentos. El liquen B...

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Aumento estimado de la concentración superficial media anual de material particulado resultante de las emisiones de amoníaco asociadas a la exportación de alimentos.
El liquen Bryoria fuscescens , que es sensible a la contaminación por amoníaco.

La contaminación por amoníaco es la contaminación causada por el compuesto químico amoníaco (NH₃ ) , un compuesto de nitrógeno e hidrógeno que es un subproducto de la agricultura y la industria. Las formas comunes incluyen la contaminación del aire por el gas amoníaco emitido por la descomposición de purines agrícolas y las fábricas de fertilizantes , mientras que las fuentes naturales incluyen las minas de carbón en combustión de Jharia , el cáustico lago Natron y el guano de las colonias de aves marinas. El amoníaco gaseoso reacciona con otros contaminantes en el aire para formar partículas finas de sales de amonio , que afectan la respiración humana. El gas amoníaco también puede afectar la química del suelo en el que se deposita y, por ejemplo, degradará las condiciones requeridas por el musgo esfagno y los brezos de las turberas . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

El amoníaco también afecta a los ecosistemas acuáticos y disminuye la biodiversidad. [ 5 ] El amoníaco es tóxico para la vida acuática, lo que provoca un aumento en la mortalidad de los peces. [ 6 ] La contaminación por amoníaco también produce eutrofización. La eutrofización es el crecimiento de algas que matan a otros organismos acuáticos y crean zonas muertas. La contaminación por amoníaco afecta de manera diferente a los ecosistemas de agua dulce y salada debido a diferencias físicas y químicas.

La detección de amoníaco se facilita mediante el uso de paquetes de filtros y denudadores de tela (un separador de gases). También se utilizan técnicas como imágenes satelitales y análisis de agua de lluvia . [ 7 ] Aún se desconoce mucho sobre el impacto de la contaminación por amoníaco, pero el aumento de las tasas de emisión preocupa a los científicos. El nivel de amoníaco en la atmósfera fue más del doble en 2010 que en 1940. [ 8 ] Muchos países reconocen ahora el amoníaco como un contaminante importante y algunos han comenzado a tomar medidas para limitar sus emisiones. [ 7 ]

Fuentes

La siguiente tabla enumera las fuentes de contaminación por amoníaco y su porcentaje de contribución a las emisiones globales de amoníaco. Las fuentes también se clasifican como antropogénicas (de origen humano) o naturales.

Efectos

El amoníaco disminuye la biodiversidad de los ecosistemas terrestres y acuáticos , y también forma aerosoles en la atmósfera que pueden causar complicaciones para la salud humana si se inhalan.

Biodiversidad

Las emisiones de amoníaco gaseoso llegan al suelo y al agua de la Tierra mediante la deposición húmeda y seca . El amoníaco acuoso , otra forma de este compuesto, puede filtrarse directamente al suelo o fluir hacia los ecosistemas acuáticos. Tanto la contaminación terrestre como la acuática por amoníaco disminuyen la biodiversidad principalmente a través del proceso de nitrificación .

Efectos terrestres

En entornos terrestres, el amoníaco aumenta la acidez del suelo (disminuye el pH) y provoca eutrofización (exceso de nutrientes). Ambos fenómenos ocurren como resultado directo de la nitrificación. En este proceso, el amoníaco se convierte en nitrato mediante bacterias (generalmente de los géneros Nitrosomonas y Nitrobacter ) que realizan la siguiente reacción en dos etapas:

Paso 1: El amoníaco (NH₃ ) se oxida a nitrito (NO₂⁻ ) mediante :

NUEVA HAMPSHIRE3(aq)+O2(gramo)⟶NO2−(aq)+3H+(aq)+2mi−{\displaystyle {\ce {NH3(ac) + O2(g) -> NO2- (ac) + 3H+(ac) + 2e-}}}

Paso 2: El nitrito (NO 2 − ) se oxida a nitrato (NO 3 − ).

NO2−(aq)+H2O(l)⟶NO3−(aq)+2H+(aq)+2mi−{\displaystyle {\ce {NO2- (aq) + H2O(l) -> NO3- (aq) + 2H+(aq) + 2e-}}}

Los productos de esta reacción incluyen iones de hidrógeno (H + ) que disminuyen el pH del suelo y provocan acidificación. El aumento de la acidez del suelo en el ecosistema reduce la protección contra las bajas temperaturas, la sequía, las enfermedades y las especies invasoras. El otro producto, el nitrato (NO3− ) , es un nutriente clave para el crecimiento de las plantas. Este exceso de nitrato proveniente de la nitrificación del amoníaco favorece a las plantas nitrófilas (aquellas que prefieren altas concentraciones de nitrato) y perjudica a otras. Por ejemplo, un aumento en las poblaciones de plantas nitrófilas sombrea a otras plantas, impidiéndoles recibir la luz solar necesaria. Los grupos de plantas sensibles , como los líquenes y los musgos, son particularmente susceptibles a la contaminación por amoníaco, y los hábitats como las turberas , los pastizales , los brezales y los bosques son los más afectados. [ 17 ] [ 18 ]

En el ganado, las altas concentraciones de amoníaco se han relacionado con ascitis, irritación gastrointestinal y enfermedades respiratorias. Estos problemas son fácilmente observables en las aves de corral, específicamente en los pavos. Se ha demostrado que los pavos presentan irritación traqueal a 10 ppm y, por encima de 20 ppm, tienen una mayor probabilidad de contraer la enfermedad de Newcastle. Por encima de 25 ppm, se reduce la tasa de crecimiento y el peso corporal. Por encima de 50 ppm, aumentan los niveles de queratoconjuntivitis y traqueítis. Estas complicaciones traqueales y pulmonares hacen que los pavos sean más propensos a contraer infecciones como la de E. coli. [ 19 ]

Efectos acuáticos

El amoníaco se filtra en los ecosistemas acuáticos de muchas maneras diferentes, tanto de fuentes antropogénicas (aguas residuales, fertilizantes y desechos industriales) como naturales (fijación de nitrógeno y deposición atmosférica). [ 20 ] El amoníaco es tóxico para la mayoría de la vida acuática, incluidos los peces, los corales y los crustáceos planctónicos. [ 21 ] El amoníaco puede tener 2 formas diferentes en el agua.

NUEVA HAMPSHIRE3(aq)+H2O(l)⟶NUEVA HAMPSHIRE4+(aq)+OH−(aq){\displaystyle {\ce {NH3(aq) + H2O(l) -> NH4+(aq) + OH-(aq)}}}

Esta reacción muestra cómo el amoníaco se transforma en amonio en el agua y genera un ion hidróxido. La forma que adopta el amoníaco en el agua también depende del pH y la temperatura. Las aguas más básicas tienen mayor concentración de amoníaco que de amonio. [ 21 ] El amoníaco es directamente tóxico para la vida acuática, mientras que el amonio no lo es. Esto se debe a que el amoníaco puede difundirse a través de las membranas celulares, pero el amonio no. [ 22 ] Esto significa que cuanto más básicas sean las aguas, mayor será la toxicidad de la contaminación por amoníaco para la vida acuática.

Efectos del agua dulce

Los sistemas de agua dulce suelen estar limitados por el nitrógeno. [ 23 ] Esto significa que los aumentos de nitrógeno en los ecosistemas de agua dulce pueden incrementar la productividad primaria de plantas y algas. Cuando se añade demasiado nitrógeno al agua, las algas pueden aumentar su producción tan rápidamente que se produce la eutrofización . [ 24 ] La eutrofización es un aumento del crecimiento de algas que provoca una disminución del oxígeno disuelto en el agua. Esta disminución crea aguas hipóxicas que causan la muerte de otros organismos acuáticos, como los peces. Esto reduce la biodiversidad en las aguas afectadas. [ 5 ]

El amoníaco también es directamente tóxico para los peces y, a medida que aumenta su concentración, se acumula más en sus cuerpos y les resulta más difícil eliminarlo. Las aguas dulces suelen tener un amplio rango de valores de pH, de 6,5 a 9. [ 25 ] Las aguas dulces con un pH más alto son más sensibles a los aumentos de amoníaco debido al desequilibrio entre el amoníaco y el amonio, y la vida acuática se ve más afectada. El amoníaco causa estrés en los peces y daña sus órganos internos, lo que finalmente les provoca la muerte. [ 6 ]

Efectos del agua salada

Los sistemas de agua salada también suelen estar limitados por el nitrógeno. La eutrofización también puede ocurrir en agua salada debido al aumento de amoníaco disponible; sin embargo, es más común en agua dulce porque tiene una circulación limitada y aguas menos profundas. [ 26 ] El pH del océano tiende a ser de alrededor de 8.1, lo que significa que el amonio es más abundante que el amoníaco; sin embargo, cuando el pH aumenta, como sucede cuando las tasas de producción primaria son altas, el amoníaco se vuelve más abundante. Esto también significa que hay más efectos tóxicos que en el agua dulce, que puede ser más ácida.

El amoníaco en los ecosistemas de agua salada tendrá efectos similares en los peces que en los ecosistemas de agua dulce. Otro animal acuático afectado por el aumento de amoníaco es el coral . Los corales son muy importantes para la biodiversidad oceánica, y el aumento de las concentraciones de amoníaco en el agua está dañando las bacterias que se encuentran en ellos. [ 27 ] El coral y las bacterias mantienen una relación simbiótica , y la muerte de las bacterias provoca el blanqueamiento y la muerte del coral. Los corales sustentan la biodiversidad oceánica, y la pérdida de los arrecifes de coral conlleva una disminución de la biodiversidad.

Salud humana

Más allá de su impacto en los ecosistemas, la contaminación por amoníaco plantea riesgos significativos para la salud humana. El amoníaco gaseoso que no se deposita forma aerosoles al combinarse con otras emisiones como el dióxido de azufre (SO₂ ) y los óxidos de nitrógeno (NOₓ ) . Las reacciones atmosféricas entre el dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, los productos intermedios y otros gases dan como resultado la formación de nitrato de amonio (NH₄NO₃ ) y bisulfato de amonio ( NH₄HSO₄ ) mediante los siguientes procesos :

NUEVA HAMPSHIRE3(gramo)+HNO3(gramo)⟶NUEVA HAMPSHIRE4NO3(gramo){\displaystyle {\ce {NH3(g) + HNO3 (g) -> NH4NO3(g)}}}

NUEVA HAMPSHIRE3(gramo)+H2ENTONCES4(gramo)⟶NUEVA HAMPSHIRE4HSO4(gramo){\displaystyle {\ce {NH3(g) + H2SO4 (g) -> NH4HSO4 (g)}}}

Estos aerosoles de amonio (NH₄) resultantes se clasifican como material particulado fino (PM2.5 o material particulado de menos de 2,5 micras de tamaño). El pequeño tamaño de las partículas PM2.5 les permite entrar en los pulmones y el torrente sanguíneo por inhalación. Las partículas de amonio pueden causar complicaciones como asma , cáncer de pulmón , problemas cardiovasculares, defectos de nacimiento y muerte prematura en humanos. El amonio PM2.5 más pequeño también puede viajar distancias mayores (100–1000  km) en comparación con el amoníaco no reaccionado (menos de 10–100  km) en la atmósfera. [ 4 ] Algunos países como China se han centrado en reducir las emisiones de SO₂ y NOₓ, sin embargo, el aumento de la contaminación por NH₃ sigue dando lugar a la formación de PM2.5 y reduce la calidad del aire. [ 28 ] A pesar de los esfuerzos por reducir las emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, la presencia persistente de contaminación por amoníaco sigue planteando desafíos para la gestión de la calidad del aire, particularmente en áreas densamente pobladas como los centros urbanos. [ 29 ]

Técnicas de monitoreo

La contaminación por amoníaco se mide comúnmente por su presencia en la atmósfera. No cuenta con un sistema de retransmisión automática como ocurre con otras mediciones de contaminantes, como el dióxido de carbono ; por lo tanto, las muestras de amoníaco deben recolectarse mediante otros métodos, como filtros, denudadores de tela, imágenes satelitales y análisis de agua de lluvia.

Paquetes de filtros

Los paquetes de filtros constan de una bomba de aire equipada con un filtro de teflón y fibra de vidrio . La bomba aspira aire y los filtros eliminan las partículas de amoníaco. El filtro de teflón y fibra de vidrio está recubierto de ácido cítrico , que reacciona con las partículas de amoníaco, ligeramente básicas. Esta reacción, en esencia, "pega" el amoníaco en su lugar. Posteriormente, el filtro se prueba con el reactivo de Nessler (un indicador de amoníaco) y un espectrofotómetro mide la cantidad de amoníaco presente. [ 30 ]

Denudadores de tela

Los denudadores de tela funcionan mediante muestreo pasivo (no se utiliza bomba y la recolección depende únicamente del flujo de aire). Un tubo provisto de filtros de tela a ambos lados sirve como túnel para que el aire se difunda. La tela está recubierta de ácido fosfórico , que atrae el gas amoníaco (una base). El aire fluye a través del tubo y el amoníaco se adhiere a los filtros, cuyas concentraciones de NH₃ se pueden analizar posteriormente utilizando el reactivo de Nessler y un espectrofotómetro. [ 30 ]

Imágenes satelitales

Los sistemas de satélites miden las señales de gases en la atmósfera a lo largo del tiempo. Se registra la señal del amoníaco, lo que permite estimar su prevalencia en el aire y dónde se concentra más. La NASA utiliza imágenes satelitales para monitorear las emisiones de amoníaco desde 2008. [ 7 ]

Análisis del agua de lluvia

Se recogen cubos de lluvia y luego se analizan para detectar amoníaco utilizando las técnicas descritas anteriormente. Esto proporciona la concentración de gas amoníaco atrapado en el vapor de agua atmosférico. [ 7 ]

Reglamentos

Aunque el amoníaco ahora se reconoce como un contaminante atmosférico potencialmente peligroso, solo algunos países han tomado medidas adicionales para reducir sus emisiones. Las estrategias de reducción se centran principalmente en el control de las prácticas agrícolas. En particular, las prácticas de agricultura de conservación pueden reducir las emisiones de amoníaco. [ 31 ]

Política

La Unión Europea cuenta desde 1999 con dos políticas para prevenir la contaminación por amoníaco: el Protocolo de Gotemburgo (1999) y la Directiva sobre protección y control integrados de la contaminación (1999). En 2001, la UE también promulgó la Directiva sobre límites máximos nacionales de emisión para reducir aún más las emisiones de NH₃ . El Protocolo de Gotemburgo se revisó en 2012 para establecer nuevos límites máximos más estrictos para el amoníaco hasta 2020 e incluir a los 27 países miembros de la UE. El Reino Unido, en particular, ha anunciado que planea reducir las emisiones en un 16 % para 2030; sin embargo, no se han promulgado nuevas políticas. [ 32 ]

Las regulaciones sobre la contaminación por amoníaco se centran principalmente en la mitigación mediante mejores prácticas agrícolas. Un cambio sugerido es almacenar el estiércol y los fertilizantes en grandes tanques para evitar su escorrentía y volatilización en el aire. Otra estrategia consiste en alimentar al ganado con dietas menos ricas en proteínas. Esto resultaría en una menor cantidad de proteínas nitrogenadas (incluido el amoníaco) en el estiércol. Una última idea es utilizar menos fertilizantes a base de urea y amonio, que son propensos a volatilizarse en amoníaco. [ 9 ] [ 32 ]

Véase también

Referencias

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