Into the smoke: a research on household air pollution and climate impacts of biomass cookstoves in Senegal
- Autores: Candela de la Sota Sandez
- Directores de la Tesis: Julio Lumbreras Martín (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Mataix Aldeanueva (presid.), Adolfo Narros Sierra (secret.), María del Mar Viana Rodríguez (voc.), Cathryn Cecelia Tonne (voc.), Sotiris Vardoulakis (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Ambiental, Química y de los Materiales por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
Más de la mitad de la población mundial depende de los combustibles sólidos (leña, carbón vegetal, residuos agrícolas y animales) para cocinar. Estos combustibles son quemados en el interior de los hogares en cocinas poco eficientes, convirtiendo los hogares en entornos muy peligrosos para la salud.
Cada año, la contaminación del aire interior provoca la muerte prematura de 4,3 millones de personas, un número mayor que la suma de las muertes producidas por el paludismo, el sida y la tuberculosis. Las mujeres, y los niños que a menudo las acompañan, inhalan estas sustancias durante horas, ya que ellas son las responsables de preparar la comida para sus familias. Además, ellas son las principales responsables de recolectar el combustible para cocinar, poniendo en peligro su seguridad y reduciendo de manera importante su tiempo disponible para la educación, el descanso y las actividades generadoras de ingresos.
Pero el problema no se queda en casa. La quema de combustibles sólidos a nivel doméstico supone el 12% de las emisiones mundiales de partículas finas (PM2.5) y el 25% de las emisiones mundiales de carbono negro (BC, por sus siglas en inglés) o carbono elemental (EC) , que se considera el segundo mayor contribuyente al calentamiento global, después del CO2.
Afortunadamente, la comunidad mundial está intensificando sus esfuerzos para garantizar el acceso a una energía limpia y segura para cocinar en los hogares, y se considera ya un aspecto esencial para poder avanzar en los objetivos planteados en la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible.
Existe una amplia gama de soluciones de cocinado limpias y eficientes, cada una de ellas con una determinada eficiencia, coste, ventajas y desafíos en cuanto a la satisfacción de las necesidades de las personas usuarias. Aunque estas soluciones de cocinado puedan parecer simples, la naturaleza estocástica de la combustión de la biomasa, combinada con las variaciones naturales durante su uso diario, la amplia variedad de tecnologías y combustibles disponibles, dificultan la evaluación de las mismas, especialmente de algunos parámetros o contaminantes, como el BC.
Hasta la fecha, se han realizado pocos estudios para cuantificar las emisiones de BC de la quema de biomasa a nivel residencial, en parte debido a que los métodos analíticos disponibles son relativamente costosos y complejos. Además, el efecto de calentamiento del BC es bastante incierto, puesto que se emite siempre junto con el carbono orgánico (OC), tradicionalmente asociado a efectos de enfriamiento.
Por otra parte, la necesidad de estudios para cuantificar los impactos relacionados con la quema de combustibles para cocinar no es homogénea en todo el mundo. Tradicionalmente, la mayoría de los estudios se han centrado en Asia, y muy pocos estudios se han llevado a cabo en otras regiones del mundo, como en África subsahariana.
En este contexto, esta tesis pretende contribuir al conocimiento existente sobre los impactos en el clima y la calidad del aire interior producidos por el cocinado con biomasa a nivel residencial, con especial énfasis en las emisiones de BC y OC, y centrándose en la región de África Occidental, donde reside un tercio de la población total de África subsahariana y donde el 75% de la gente todavía utiliza madera y carbón para cocinar.
El Capítulo 3 presenta una intercomparación de tres métodos analíticos para estimar las emisiones de BC procedentes de los sistemas de cocinado. Dos métodos relativamente baratos y fáciles de usar, un reflectómetro (Difussion Systems Ltd.) y un sistema de análisis a través de teléfono móvil (Nexleaf Analytics), fueron validados con un dispositivo más preciso, el Analizador OC-EC (Sunset Laboratory).
Los resultados muestran una buena concordancia entre las dos técnicas de bajo coste, lo que supone una importante ayuda para superar las actuales barreras metodológicas para la determinación de emisiones de BC procedentes de cocinas en lugares con recursos limitados. Asimismo, la facilidad de uso del sistema basado en el teléfono móvil puede facilitar la participación de las usuarias de las cocinas en los procesos de recopilación de datos, aumentando así la cantidad y la frecuencia de la recolección de información.
En el capítulo 4 se presenta una cuantificación de emisiones de aerosoles carbonosos (EC y OC) de cuatro tipos de cocina ampliamente utilizados en Senegal y países vecinos: i) Tres piedras; ii) cocina tipo rocket; iii) cocina mejorada básica de cerámica); iv) gasificador. Para todas las cocinas analizadas, los Factores de Emisión (FE) (g/MJ) de EC y OC se vieron significativamente afectados por la especie forestal, desatanco la necesidad de tener en cuenta el tipo de combustible al presentar los FE de los sistemas de cocinado. En cuanto al efecto del tipo de cocina, la cocina rocket dio lugar a los FE de EC más altos, mientras que las otras tres cocinas mostraron valores muy similares. En lo que se refiere a emisiones totales por test, el gasificador mostró los valores más bajos, y la rocket, los más elevados.
Asimismo, la cocina tradicional y la rocket fueron analizadas en una aldea rural de Senegal, con el fin de obtener datos de emisiones de EC y OC, y entender cuán representativos son los estudios estandarizados de laboratorio de las prácticas de cocinado reales de África Occidental. Al igual que en los resultados de laboratorio, la estufa tipo rocket mostró un FE y emisiones totales de EC más alto que la cocina tradicional. Además, el FE y emisiones totales de OC fueron más bajos con la cocina rocket, por lo que las emisiones de aerosoles carbonosos de este tipo de cocinas producirían un efecto neto de calentamiento positivo, en comparación con la cocina tradicional.
El capítulo 5 presenta un análisis de concentración de PM2.5, partículas ultrafinas, BC y monóxido de carbono (CO) en el interior de las viviendas en la misma aladea rural de Senegal. Los resultados confirman que la contaminación del aire en los hogares en esta zona se deben principalmente a las actividades de cocinado. Además, la instalación de la cocina tipo rocket contribuyó a una reducción significativa PM2.5, partículas ultrafinas y CO, pero incrementó la concentración de BC, lo cual es coherente con los resultados de FE presentados en el capítulo 4.
Los resultados también evidencian que, además de un cambio en la fuente de emisión (es decir, la cocina y/o el combustible), las estrategias enfocadas en la mejora de la calidad del aire doméstico deben enfocarse en las prácticas de ventilación y el uso de los materiales de construcción más adecuados.
Según los resultados presentados en los capítulos 4 y 5, la implementación de estufas tipo rocket tendría un efecto positivo con respecto a la reducción de la contaminación interior, pero efectos más inciertos sobre el clima. Esto demuestra que los efectos en el clima y en salud de las soluciones de cocinado no siempre están alineados y destaca que ambas dimensiones deben ser consideradas en las decisiones tecnológicas. No obstante, en el estudio no se incluyen otros contaminantes emitidos y factores importantes, como la renovabilidad de la biomasa empleada para cocinar. Por lo tanto, los resultados presentados no significan que el uso de cocinas tipo rocket no tenga beneficios medio ambientales, ya que el panorama completo es mucho más complicado e incierto.
La información presentada en esta tesis ayuda a tener una imagen más precisa de los impactos producidos por la quema de biomasa para cocinar a nivel residencial en la región de África Occidental. Además, puede ser útil para los implementadores y tomadores de decisiones de la región a la hora de seleccionar las soluciones tecnológicas más apropiadas en función de los impactos esperados, y para que los diseñadores optimicen los co-beneficios para el medio ambiente y la salud de las soluciones de cocinado.
Se necesitan más estudios de laboratorio y de terreno que analicen diferentes sistemas de cocinado, cubriendo otras áreas de África Occidental y que también estudien el efecto de la estacionalidad sobre las emisiones, con el fin de obtener datos más representativos para su uso en los inventarios de emisiones y modelos climáticos.
