Perforando la bruma
SALT LAKE CITY-Los inviernos pueden ser tóxicos aquí. Durante días o incluso semanas, una espesa neblina se asienta sobre esta ciudad de esquiadores y excursionistas, ya que el aire contaminado queda atrapado en una cuenca rodeada de montañas. Puede ser difícil ver el siguiente coche en la carretera. Las visitas al hospital por neumonía y asma se disparan, las escuelas suspenden el recreo al aire libre, e incluso los residentes sanos se quejan de garganta irritada y ataques de tos.
Los meteorólogos dicen que el fenómeno, conocido como inversión, es fácil de explicar: Un sistema de alta presión atrapa el aire frío en la cuenca, poniendo una tapa sobre la contaminación. Pero los ingredientes específicos de la niebla tóxica, y cómo interactúan en la atmósfera, han sido un misterio. Y cada vez hay más presión para resolverlo: La Agencia de Protección Medioambiental de EE.UU. (EPA) ha considerado que la ciudad incumple «gravemente» las normas de aire limpio durante una parte del año, lo que obliga a las autoridades estatales a elaborar un plan para reducir la amenaza, algo que hasta ahora no han podido hacer.
El año pasado, en un esfuerzo por ayudar a desarrollar ese plan, investigadores de seis universidades y varias agencias estatales y federales pusieron en marcha un esfuerzo sin precedentes para comprender mejor la composición química precisa y las fuentes de la contaminación. Durante dos inversiones que duraron un total de 17 días, recopilaron datos de aviones, globos y estaciones terrestres.
Las líneas generales de lo que encontraron no fueron una sorpresa. La bruma estaba compuesta principalmente por partículas diminutas, de menos de 2,5 micras de diámetro (PM2,5), que pueden alojarse en los pulmones y contribuir a la muerte prematura. Algunas de las partículas eran polvo, humo u hollín, pero aproximadamente tres cuartas partes estaban compuestas por nitrato de amonio. Se forma cuando los óxidos de nitrógeno producidos por los vehículos, los hornos y los equipos industriales se combinan con el amoníaco, que suele provenir de las granjas que utilizan fertilizantes líquidos a base de amoníaco o que producen montones de estiércol animal.
Los investigadores se sorprendieron, sin embargo, por los niveles de amoníaco puro que midieron, dado que las granjas de Utah están mayormente inactivas en invierno. «No solemos pensar que los meses de invierno sean los más propicios para el amoníaco», afirma la química Jennifer Murphy, de la Universidad de Toronto (Canadá), que participó en el estudio. Los investigadores y los organismos reguladores intentan ahora determinar exactamente por qué esos niveles eran tan altos y si la reducción de esas emisiones podría ayudar a limpiar el aire de lo que algunos residentes han llegado a llamar «la ciudad del lago de la niebla tóxica».
A pesar de su abundancia, el papel de este gas incoloro, de olor penetrante y que hace llorar a los ojos, en la mortífera contaminación del aire es poco conocido. En parte, esto se debe a que es notoriamente difícil de rastrear. Las moléculas de amoníaco son «pegajosas» y se combinan fácilmente con otros compuestos, lo que dificulta su captación por parte de los instrumentos de control. Además, el gas puede tener una vida muy corta, a veces sólo unos días. «El amoníaco es terrible», afirma el ingeniero medioambiental Mark Zondlo, de la Universidad de Princeton. «Es uno de los peores gases que se pueden medir en la atmósfera».
En todo el mundo, los nuevos sensores terrestres, aéreos y espaciales están ayudando a conocer mejor las fuentes, los movimientos y el destino del amoníaco. La mejora de la vigilancia se produce en un momento en el que algunos países, como el Reino Unido, están tratando de reducir las emisiones de amoníaco. Pero otros, como Estados Unidos, no han hecho de la limitación del amoníaco una prioridad, en parte por la incertidumbre que rodea a las fuentes, así como por la preocupación de que los costosos controles puedan hacer poco para mejorar la calidad del aire. En su lugar, los reguladores han optado a menudo por centrarse en otros ingredientes clave del smog, como los óxidos de nitrógeno y el azufre creados por la combustión.
Pero es probable que se intensifique la atención al amoníaco. Las emisiones mundiales de este gas se han duplicado en los últimos 70 años y se prevé que sigan aumentando, en gran parte debido a la creciente demanda de fertilizantes químicos. Eso ha presionado a los investigadores y reguladores para que comprendan mejor las implicaciones para la calidad del aire.
El smog llena una calle del centro de Salt Lake City en diciembre de 2017.
George Frey/REUTERS
Este verano, el científico atmosférico Jeff Collett, de la Universidad Estatal de Colorado en Fort Collins, se encontraba en un claro del Parque Nacional de las Montañas Rocosas rodeado de instrumentos que ponían de manifiesto lo difícil que es rastrear el amoníaco. Otros contaminantes atmosféricos, como el ozono y el monóxido de carbono, suelen controlarse mediante redes de instrumentos automatizados que recogen y transmiten datos en tiempo real. Pero para rastrear el amoníaco, el equipo de Collett debe hacer un viaje de una hora desde el campus al campo varias veces a la semana para recoger manualmente las muestras de sus instrumentos.
Una de ellas es un simple cubo que recoge el agua de lluvia, que los investigadores analizan para ver cuánto amoníaco ha quedado atrapado en el vapor de agua. Otra se basa en una esponja recubierta de un ácido para absorber el gas. (El amoníaco, que es una base, reacciona con avidez con los ácidos). También hay una espiral de vidrio recubierta de ácido, que extrae las pegajosas moléculas de amoníaco de las muestras de aire antes de separar otros componentes de las partículas.
Es un proceso delicado, pero las muestras son vitales para el esfuerzo de Collett por documentar cómo el amoníaco se desplaza desde las granjas situadas a unos 80 kilómetros de distancia en Greeley, Colorado, hasta el parque, donde el nutriente puede dañar ecosistemas sensibles, y hasta Denver, donde contribuye al smog. El trabajo, que se lleva a cabo desde 2011, ha contribuido a perfeccionar la imagen de las fuentes y los movimientos del amoníaco en la región. Por ejemplo, cuando los grupos agrícolas de Colorado argumentaron que los campos de golf desempeñaban un papel excesivo en las emisiones de amoníaco debido a su uso liberal de fertilizantes, Collett colocó un monitor cerca de un campo de golf local y demostró que eso no era correcto; las granjas eran la mayor fuente. La monitorización también ha permitido al estado establecer un sistema que avisa a los agricultores cuando se prevé que las condiciones meteorológicas empujen el amoníaco hacia Denver, animándoles a limitar voluntariamente las aplicaciones de fertilizantes y a cubrir las pilas de estiércol.
Fresco de la granja
Las regiones agrícolas pueden ser fuentes importantes de amoníaco (NH3, zonas oscuras), especialmente durante la temporada de crecimiento, cuando el uso de fertilizantes líquidos es elevado. Los incendios forestales (algunas zonas amarillas cerca de la parte superior del mapa) también pueden producir penachos del compuesto.
En otros lugares, otros esfuerzos de monitoreo -incluyendo una red nacional de 66 sitios dirigida por la EPA que reporta lecturas cada 2 semanas- han pintado una imagen más grande, a nivel continental, incluyendo cómo las emisiones de amoníaco pueden variar según el clima y la temporada. Los avances en la monitorización móvil han permitido recoger más rápidamente mediciones como las de Collett. Y desde 2008, los satélites de la NASA han proporcionado una visión global de la firma del amoníaco en la atmósfera. Estas herramientas están ayudando a los científicos a obtener una imagen más completa de las fuentes de amoníaco, incluidos los incendios forestales, que se estima que producen el 10% de las emisiones mundiales de amoníaco al liberar el compuesto de las plantas.
«Hace una década, teníamos tal vez una docena de mediciones a largo plazo en todo el país, y sólo una o dos mediciones en aviones», dice el químico atmosférico Daven Henze de la Universidad de Colorado en Boulder. «Ahora, somos capaces de obtener regularmente información sobre el momento, la magnitud, la variabilidad y las fuentes».
Pocos esfuerzos para inventariar el amoníaco, sin embargo, han sido tan exhaustivos como el realizado en la región de Salt Lake City en el invierno de 2017. Los dos eventos de inversión documentados por la campaña terrestre y aérea duraron cada uno más de una semana, y los investigadores pudieron reunir observaciones en cada uno de los tres valles principales de la zona: Salt Lake, Cache y Utah.
Los recuentos existentes de las fuentes de amoníaco de Utah sugerían que los niveles de amoníaco serían similares en cada uno de los tres valles. De hecho, los investigadores descubrieron que los niveles variaban según la geografía y que las lecturas eran más altas de lo que esperaban.
Ahora, Murphy y otros investigadores aliados están trabajando para entender esa variación y averiguar de dónde procede el amoníaco. El equipo está utilizando una red de monitores terrestres, combinada con mediciones aéreas, para cartografiar las concentraciones de amoníaco dentro de la ciudad. Están examinando los patrones de viento para ver cómo el amoníaco puede llegar desde las zonas agrícolas cercanas. Y están buscando fuentes que puedan haberse pasado por alto.
Los coches de las zonas urbanas, por ejemplo, pueden estar aportando más amoníaco de lo que se sabe. En un estudio reciente, Zondlo desplegó instrumentos móviles que utilizan láseres para medir los penachos de amoníaco liberados por los vehículos en ciudades de Estados Unidos y China. Descubrió que los vehículos -que producen amoníaco como subproducto de sus convertidores catalíticos de limpieza de emisiones- emitían aproximadamente el doble de amoníaco de lo que se suponía. «En el gran esquema de las cosas, los vehículos eran una fuente bastante pequeña», señala. Aun así, las emisiones podrían desempeñar un papel importante en la contaminación por partículas en las ciudades, dice, porque el amoníaco se produce muy cerca de otros compuestos de combustión que alimentan la creación de PM2,5.
En Utah, los reguladores estatales esperan que una mejor comprensión de las fuentes de amoníaco de Salt Lake City les ayude a construir mejores simulaciones por ordenador de los eventos de contaminación del aire, que pueden ser clave para identificar soluciones. Por ejemplo, si resulta que el amoníaco llega a la ciudad desde las granjas de los valles vecinos, el estado podría intentar frenar esas fuentes -quizás pidiendo a los agricultores que limiten el uso de fertilizantes- cuando el tiempo sea propicio para las inversiones. Pero esa estrategia podría no tener sentido si las fuentes urbanas de amoníaco, como los coches, resultan tener un papel más importante en la química que produce el smog. «Con tantos factores, tenemos que entender el panorama completo», dice Murphy.
Los reguladores también quieren estar seguros de que los controles potencialmente costosos en las granjas u otras fuentes de amoníaco producirán un beneficio, lo que significa descifrar la composición química del smog. En Estados Unidos, por ejemplo, la normativa vigente sobre contaminación atmosférica ha reducido drásticamente las concentraciones de óxidos de nitrógeno en la atmósfera, lo que significa que hay menos moléculas de esos compuestos disponibles para combinarse con el amoníaco y formar partículas. Por tanto, la reducción de las emisiones de amoníaco podría no suponer una gran diferencia en las zonas en las que ya escasean otros ingredientes del smog. Sin embargo, en otras zonas, ahogar los penachos de amoníaco podría ser la clave para reducir las partículas. «Todavía no estamos en un lugar», dice Murphy, «en el que podamos decir que las medidas difíciles van a tener un impacto».
La situación es muy diferente en Europa, donde los reguladores medioambientales llevan mucho tiempo poniendo el foco en el amoníaco, en parte debido a la preocupación por su impacto en los ecosistemas. (El amoníaco puede filtrarse en arroyos y ríos, por ejemplo, donde puede ser tóxico para los organismos acuáticos). La Comisión Económica para Europa, una rama de las Naciones Unidas, estableció límites para el amoníaco en 2012, y los países europeos han utilizado diversas estrategias para reducir las emisiones globales de la agricultura en un 24% desde 1990. Alemania, por ejemplo, estableció límites por hectárea en el uso de ciertos tipos de fertilizantes, y los Países Bajos crearon incentivos financieros para un uso más eficiente de los fertilizantes.
A principios de este año, el Reino Unido dio a conocer un plan de calidad del aire de gran alcance que incluye planes para reducir las emisiones de amoníaco de la nación de la agricultura en un 16% para 2030. La medida se tomó a raíz de que la Agencia de Medio Ambiente del Reino Unido descubriera que el amoníaco era el único contaminante atmosférico importante del país que había aumentado desde 2013, y que las emisiones de las explotaciones agrícolas seguirían aumentando si no se tomaban «medidas urgentes». Esa tendencia amenazaba el intento del gobierno de reducir a la mitad, para 2025, el número de personas que respiran aire con niveles de PM2,5 considerados inseguros por la Organización Mundial de la Salud (OMS). (El nivel de partículas de la OMS es de 10 microgramos de PM2,5 por metro cúbico de aire, promediado a lo largo de un año; el nivel anual de EE.UU. es de 12 µg/m3.)
Para lograr la reducción del amoníaco, el gobierno planea exigir a los agricultores que limiten las aplicaciones de fertilizantes y cubran las pilas de estiércol, e impondrá controles más estrictos en las explotaciones lecheras. El sector agrícola, al que se consultó sobre el plan, se ha mostrado muy receptivo. Los agricultores ya han adoptado voluntariamente medidas similares, señalaron los responsables del sector, y acogieron con satisfacción los planes del gobierno para ayudar a financiar la implantación de tecnologías de control del amoníaco.
La gestión de las fuentes de amoníaco en las granjas, como este montón de estiércol de pollo en Maryland, podría ser clave para limitar las emisiones.
EDWIN REMSBERG/ALAMY STOCK PHOTO
Otros países con fuertes emisiones de amoníaco aún no están preparados para seguir el ejemplo del Reino Unido. China, que se sabe que es un punto caliente de emisiones de amoníaco a nivel mundial, pero que no dispone de un inventario fiable de fuentes, no regula el compuesto. Tampoco lo hace Estados Unidos, aunque la EPA sí considera que el amoníaco es un precursor de las PM2,5.
Un gran problema al que se enfrentan los reguladores estadounidenses es la falta de datos completos sobre las fuentes de amoníaco. «Es difícil regular algo si no se mide», dice Collett. Hasta la fecha, los grupos agrícolas estadounidenses han rechazado los esfuerzos para exigir a los agricultores que informen sobre las emisiones de amoníaco, argumentando que el esfuerzo sería innecesariamente oneroso. En 2013, la EPA puso en marcha un estudio de seguimiento del amoníaco de dos años de duración, en colaboración con las industrias porcina, láctea y avícola, en el que participaron 24 centros de nueve estados. Pero el proyecto se detuvo después de que los asesores científicos de la agencia criticaran la calidad de los datos que se estaban recopilando.
Si la EPA siguiera adelante con la regulación del amoníaco, la política probablemente supondría un obstáculo. Los grupos agrícolas han argumentado que, dado que el gas tiene muchas fuentes y puede desplazarse a grandes distancias, cualquier control tendría que ser cuidadosamente diseñado; una solución no sería tan sencilla como, por ejemplo, instalar un depurador químico en una central eléctrica. También señalan que los agricultores ya han tomado medidas voluntarias para limitar las emisiones, como la reducción de la cantidad de precursores del amoníaco utilizados en los piensos y la modificación de las prácticas de gestión del estiércol.
Aún así, los reguladores estadounidenses podrían verse presionados para actuar si los estudios de Salt Lake City y otros lugares aportan pruebas de que el amoníaco se ha convertido en un importante factor de contaminación por partículas. Y al menos un científico cree que las respuestas podrían llegar más pronto que tarde: «en años, no en décadas», predice Henze, que forma parte del grupo asesor de la EPA que está estudiando la cuestión. «La EPA no ha estado dispuesta a hacer avanzar la pelota debido a la incertidumbre» que rodea al amoníaco, dice. «Ahora estamos superando la incertidumbre».