Emisiones de metano en una ciudad de tamaño intermedio : aplicación de distintas metodologías para el estudio de fuentes fijas y dispersas

Las ciudades son sitios de gran interés para el estudio de las emisiones de metano (CH4), ya que a pesar de que ocupan un bajo porcentaje de la superficie global de la tierra, contribuyen con el 70% de las emisiones totales del gas. Estas emisiones provienen de diversas fuentes urbanas, las cua...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal:	Stadler, Carla Sofía
Formato:	Artículo revista
Lenguaje:	Español
Publicado:	Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas 2024
Materias:	Emisiones de metano Concentraciones atmosféricas Sistemas de información geográfica Cámara estática Efluentes cloacales Modelo gaussiano inverso Gases de efecto invernadero Dique Tandil Buenos Aires Argentina Medio ambiente Tesis de doctorado
Acceso en línea:	Stadler, C. S. (2024). Emisiones de metano en una ciudad de tamaño intermedio : aplicación de distintas metodologías para el estudio de fuentes fijas y dispersas [Tesis de doctorado]. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Argentina.
Aporte de:	Repositorio Institucional de Acceso Abierto (RIDAA) de Universidad Nacional del Centro

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description	Las ciudades son sitios de gran interés para el estudio de las emisiones de metano (CH4), ya que a pesar de que ocupan un bajo porcentaje de la superficie global de la tierra, contribuyen con el 70% de las emisiones totales del gas. Estas emisiones provienen de diversas fuentes urbanas, las cuales se superponen en las áreas de estudio, ocasionando que sean entornos de estudio complejos. Las fuentes pueden clasificarse en biogénicas y termogénicas; en el caso de las primeras, el CH4 es producido por la descomposición anaeróbica de la materia orgánica, como sucede en los sitios de disposición de residuos sólidos, en las plantas de tratamiento de efluentes cloacales y en embalses o lagos urbanos. En el presente trabajo de tesis, éstas fuentes fueron denominadas como fuentes fijas y se caracterizan por su gran tamaño y por presentar emisiones continuas. Por otro lado, en las fuentes termogénicas, el CH4 proviene principalmente del procesamiento y uso de combustibles fósiles, como la red de distribución y los sistemas de consumo de gas natural (GN), siendo éstas últimas denominadas como fuentes dispersas. En el caso particular de Argentina, los sectores Residuos y Energía son responsables del 18.63% y 8.31% de las emisiones totales de CH4, respectivamente, constituyéndose en los emisores más importantes para dicho gas. Considerando lo descrito anteriormente, el objetivo principal de este trabajo de tesis fue el de estudiar las emisiones de CH4 desde distintas fuentes presentes en la ciudad de Tandil, un área urbana de tamaño intermedio, y analizar las variaciones espacio-temporales de las concentraciones atmosféricas y de los flujos de CH4 urbanos. Para el análisis de las variaciones espaciales de las concentraciones de CH4, se utilizaron muestreadores de aire en diversos sitios ubicados en una red de muestreo. Los valores obtenidos se analizaron estadísticamente y mediante la aplicación de diversas herramientas de Sistemas de Información Geográfica (regresión exploratoria, métodos de interpolación e información satelital), que permitieron encontrar relaciones significativas con distintas fuentes y variables. Por otro lado, debido a la diversidad de fuentes presentes, se aplicaron diferentes metodologías de muestreo para su estudio. De esta manera, las fuentes estudiadas y las metodologías aplicadas fueron las siguientes: i) en el lago artificial urbano o dique se utilizó la técnica de cámara estática para estudiar los flujos desde el suelo en la orilla y los flujos por difusión y por ebullición desde la superficie del agua, además se midieron parámetros fisicoquímicos del agua; ii) en la planta de tratamiento de efluentes cloacales se tomaron muestras de aire a distintas distancias desde su centro para la estimación de la emisión de CH4 por medio de un modelo gaussiano inverso; iii) en el relleno sanitario se utilizaron cámaras estáticas para calcular el flujo desde la superficie de las celdas y se utilizó una técnica de trazado para estimar las emisiones provenientes de las chimeneas de venteo. A partir de los resultados obtenidos con la red de muestreo, se observaron variaciones estacionales, con aumento de las concentraciones de CH4 en las estaciones de invierno y otoño. Además, se identificaron al relleno sanitario y a la principal planta de tratamiento de efluentes cloacales de la ciudad como importantes fuentes de CH4, debido a que en estos sitios se registraron las concentraciones más altas de toda la red. Los resultados obtenidos de la regresión exploratoria destacan la relación entre las concentraciones de 3CH4 y la densidad de viviendas, relacionada a su vez, con el consumo de GN, y la distancia a las estaciones de carga de GNC. Por otro lado, se aplicaron diversos modelos de interpolación para obtener una superficie continua de concentraciones atmosféricas de CH4 para toda la ciudad y se evaluaron métricas de error para analizar cuáles modelos ajustaban mejor, siendo éstos los modelos estocásticos. Finalmente, se utilizó información satelital para obtener valores de temperatura superficial (LST) y del índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI), dependientes de la densidad urbana y de la temperatura del aire, respectivamente. Esta información se relacionó con las concentraciones registradas en la red de muestreo y se encontró que ambas variables son inversamente proporcionales a las concentraciones de CH4, siendo afectadas mayormente por los valores de NDVI. Con respecto a los estudios realizados en las fuentes fijas, se calcularon las emisiones de CH4 en cada una de ellas. En el caso del dique, se logró realizar un análisis de los flujos por difusión y por ebullición desde la superficie del agua, siendo los primeros los más recurrentes pero los segundos la vía por la cual se producen las mayores emisiones. En relación a la planta de tratamiento de efluentes cloacales, se observó una fuerte influencia de la dirección del viento con respecto a la dispersión de CH4 desde la fuente, produciéndose un aumento de las concentraciones del gas en sus alrededores, y se estimó la emisión de CH4 a partir de un modelo gaussiano inverso. Finalmente, las metodologías aplicadas en el relleno sanitario permitieron identificar a la superficie de las celdas como sumideros de CH4 y a las chimeneas de venteo como el principal medio de emisión desde ésta fuente. A partir del CH4 emitido desde las chimeneas de venteo, se estimó la energía eléctrica que podría generarse si se contara con un sistema adecuado para su aprovechamiento. Los resultados de esta tesis demuestran la importancia de realizar estudios locales sobre CH4 y gases de efecto invernadero en general, de manera de identificar las fuentes y la contribución relativa de cada una de ellas. Los datos y resultados obtenidos de estos estudios posibilitarán la creación de inventarios propios y, de esta manera, aportar conocimiento e información que permita la planificación a largo plazo de acciones que se encuentren en línea hacia la sostenibilidad y sustentabilidad. Asimismo, estos estudios podrían contribuir a la elaboración de los informes de actualización que Argentina deberá entregar periódicamente a la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC).
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Estas emisiones provienen de diversas fuentes urbanas, las cuales se superponen en las áreas de estudio, ocasionando que sean entornos de estudio complejos. Las fuentes pueden clasificarse en biogénicas y termogénicas; en el caso de las primeras, el CH4 es producido por la descomposición anaeróbica de la materia orgánica, como sucede en los sitios de disposición de residuos sólidos, en las plantas de tratamiento de efluentes cloacales y en embalses o lagos urbanos. En el presente trabajo de tesis, éstas fuentes fueron denominadas como fuentes fijas y se caracterizan por su gran tamaño y por presentar emisiones continuas. Por otro lado, en las fuentes termogénicas, el CH4 proviene principalmente del procesamiento y uso de combustibles fósiles, como la red de distribución y los sistemas de consumo de gas natural (GN), siendo éstas últimas denominadas como fuentes dispersas. En el caso particular de Argentina, los sectores Residuos y Energía son responsables del 18.63% y 8.31% de las emisiones totales de CH4, respectivamente, constituyéndose en los emisores más importantes para dicho gas. Considerando lo descrito anteriormente, el objetivo principal de este trabajo de tesis fue el de estudiar las emisiones de CH4 desde distintas fuentes presentes en la ciudad de Tandil, un área urbana de tamaño intermedio, y analizar las variaciones espacio-temporales de las concentraciones atmosféricas y de los flujos de CH4 urbanos. Para el análisis de las variaciones espaciales de las concentraciones de CH4, se utilizaron muestreadores de aire en diversos sitios ubicados en una red de muestreo. Los valores obtenidos se analizaron estadísticamente y mediante la aplicación de diversas herramientas de Sistemas de Información Geográfica (regresión exploratoria, métodos de interpolación e información satelital), que permitieron encontrar relaciones significativas con distintas fuentes y variables. Por otro lado, debido a la diversidad de fuentes presentes, se aplicaron diferentes metodologías de muestreo para su estudio. De esta manera, las fuentes estudiadas y las metodologías aplicadas fueron las siguientes: i) en el lago artificial urbano o dique se utilizó la técnica de cámara estática para estudiar los flujos desde el suelo en la orilla y los flujos por difusión y por ebullición desde la superficie del agua, además se midieron parámetros fisicoquímicos del agua; ii) en la planta de tratamiento de efluentes cloacales se tomaron muestras de aire a distintas distancias desde su centro para la estimación de la emisión de CH4 por medio de un modelo gaussiano inverso; iii) en el relleno sanitario se utilizaron cámaras estáticas para calcular el flujo desde la superficie de las celdas y se utilizó una técnica de trazado para estimar las emisiones provenientes de las chimeneas de venteo. A partir de los resultados obtenidos con la red de muestreo, se observaron variaciones estacionales, con aumento de las concentraciones de CH4 en las estaciones de invierno y otoño. Además, se identificaron al relleno sanitario y a la principal planta de tratamiento de efluentes cloacales de la ciudad como importantes fuentes de CH4, debido a que en estos sitios se registraron las concentraciones más altas de toda la red. Los resultados obtenidos de la regresión exploratoria destacan la relación entre las concentraciones de 3CH4 y la densidad de viviendas, relacionada a su vez, con el consumo de GN, y la distancia a las estaciones de carga de GNC. Por otro lado, se aplicaron diversos modelos de interpolación para obtener una superficie continua de concentraciones atmosféricas de CH4 para toda la ciudad y se evaluaron métricas de error para analizar cuáles modelos ajustaban mejor, siendo éstos los modelos estocásticos. Finalmente, se utilizó información satelital para obtener valores de temperatura superficial (LST) y del índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI), dependientes de la densidad urbana y de la temperatura del aire, respectivamente. Esta información se relacionó con las concentraciones registradas en la red de muestreo y se encontró que ambas variables son inversamente proporcionales a las concentraciones de CH4, siendo afectadas mayormente por los valores de NDVI. Con respecto a los estudios realizados en las fuentes fijas, se calcularon las emisiones de CH4 en cada una de ellas. En el caso del dique, se logró realizar un análisis de los flujos por difusión y por ebullición desde la superficie del agua, siendo los primeros los más recurrentes pero los segundos la vía por la cual se producen las mayores emisiones. En relación a la planta de tratamiento de efluentes cloacales, se observó una fuerte influencia de la dirección del viento con respecto a la dispersión de CH4 desde la fuente, produciéndose un aumento de las concentraciones del gas en sus alrededores, y se estimó la emisión de CH4 a partir de un modelo gaussiano inverso. Finalmente, las metodologías aplicadas en el relleno sanitario permitieron identificar a la superficie de las celdas como sumideros de CH4 y a las chimeneas de venteo como el principal medio de emisión desde ésta fuente. A partir del CH4 emitido desde las chimeneas de venteo, se estimó la energía eléctrica que podría generarse si se contara con un sistema adecuado para su aprovechamiento. Los resultados de esta tesis demuestran la importancia de realizar estudios locales sobre CH4 y gases de efecto invernadero en general, de manera de identificar las fuentes y la contribución relativa de cada una de ellas. Los datos y resultados obtenidos de estos estudios posibilitarán la creación de inventarios propios y, de esta manera, aportar conocimiento e información que permita la planificación a largo plazo de acciones que se encuentren en línea hacia la sostenibilidad y sustentabilidad. Asimismo, estos estudios podrían contribuir a la elaboración de los informes de actualización que Argentina deberá entregar periódicamente a la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC). Fil: Stadler, Carla Sofía. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas; Argentina. Fil: Juliarena, María Paula. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas; Argentina. Fil: Linares, Santiago. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas; Argentina. 2024-03 2024-05-08T12:32:38Z 2024-05-08T12:32:38Z info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:eu-repo/semantics/acceptedVersion Stadler, C. S. (2024). Emisiones de metano en una ciudad de tamaño intermedio : aplicación de distintas metodologías para el estudio de fuentes fijas y dispersas [Tesis de doctorado]. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Argentina. https://doi.org/10.52278/3956 https://www.ridaa.unicen.edu.ar/handle/123456789/3956 spa http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.5/ar/ info:eu-repo/semantics/openAccess application/pdf application/pdf Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas

Emisiones de metano en una ciudad de tamaño intermedio : aplicación de distintas metodologías para el estudio de fuentes fijas y dispersas

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