Estudio de NASA y la Aerospace Corporation intensifica el enfoque en las emisiones de amoníaco

NASA/JPL-Caltech

El gas penetrante contribuye a la contaminación por partículas finas en el aire, que pone en peligro la salud humana cuando se inhala y absorbe en el torrente sanguíneo.

Un estudio reciente liderado por científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y la organización sin ánimo de lucro Aerospace Corporation muestra cómo se pueden generar mapas de alta resolución de plumas de amoníaco a nivel del suelo con sensores aéreos, destacando una forma de seguir mejor el gas. Un ingrediente químico clave de las partículas finas —partículas diminutas en el aire conocidas por ser perjudiciales al inhalarse—, el amoníaco puede liberarse a través de actividades agrícolas como la ganadería y la generación de energía geotérmica, así como por procesos geotérmicos naturales. Como no se monitoriza sistemáticamente, muchas fuentes del gas penetrante pasan desapercibidas.

Publicado en octubre en Atmospheric Chemistry and Physics, el estudio se centra en una serie de vuelos de investigación de 2023 que cubrieron el Valle Imperial al sureste del Mar Salton, en el interior del sur de California, así como el Valle Oriental de Coachella al noroeste. Investigaciones previas basadas en satélites han identificado el Valle Imperial como una fuente prolífica de amoníaco gaseoso. En el estudio, los científicos emplearon un sensor aéreo capaz de resolver las plumas de amoníaco con suficiente detalle para rastrear su origen: el instrumento Mako de Aerospace Corporation es un espectrómetro de imagen que observa la luz infrarroja de onda larga emitida por áreas de la superficie y la atmósfera terrestres de 6 pies (2 metros) de diámetro.

Utilizando el instrumento, que puede detectar la firma química del amoníaco por la luz infrarroja que absorbe, los autores encontraron niveles elevados del gas cerca de varias fuentes, incluyendo campos agrícolas, corrales de engrase para ganado, plantas geotérmicas y fuentes geotérmicas. Las mediciones en partes del Valle Imperial fueron entre 2 y media u ocho veces más altas que en la comunidad de La Meca del Valle de Coachella, que tenía concentraciones de amoníaco más cercanas a los niveles de fondo.

Aunque no es tóxico por sí solo en bajas concentraciones, el amoníaco es un precursor de las partículas en suspensión, también conocidas como contaminación por aerosoles o partículas. Reacciona con otros gases para formar partículas sólidas de sal de amonio lo suficientemente pequeñas como para penetrar en el torrente sanguíneo desde los pulmones. Las partículas de menos de 2,5 micrómetros de diámetro —también conocidas como PM2,5— se asocian con tasas elevadas de asma, cáncer de pulmón y enfermedades cardiovasculares, entre otros resultados negativos para la salud.

«Históricamente, se ha prestado más atención a las fuentes primarias de PM2.5, como las emisiones de automóviles. Pero con reducciones significativas en esas emisiones y estándares cada vez más estrictos de calidad del aire, hay un interés creciente en comprender las fuentes secundarias que forman partículas en el aire a partir de gases precursores», dijo Sina Hasheminassab, autor principal del artículo y científico investigador en el JPL. «Como precursor importante del PM2.5, el amoníaco juega un papel clave, pero sus emisiones están mal caracterizadas y poco monitorizadas.»

AMONÍACO ASCENDENTE

Estudios previos basados en satélites han mostrado niveles crecientes de amoníaco atmosférico, tanto a nivel global como en Estados Unidos continental. Esa investigación reveló tendencias generales, pero con una resolución espacial del orden de decenas de millas, las mediciones solo fueron suficientes para identificar variaciones en áreas de cientos de millas cuadradas o más.

El comportamiento químico del amoníaco también plantea un desafío particular de monitorización: una vez emitido, solo permanece en la atmósfera durante horas antes de reaccionar con otros compuestos. En cambio, el dióxido de carbono puede permanecer en el aire durante siglos.

Los aviones y satélites pueden ofrecer una visión general de las fuentes y la distribución geográfica de las emisiones en un momento dado. Aunque los satélites ofrecen una cobertura más amplia y recurrente, los instrumentos aéreos, al estar más cerca de la fuente, producen datos de mayor resolución y pueden centrarse en ubicaciones específicas en momentos designados.

Esas demostraron ser las capacidades adecuadas para el estudio reciente. Los investigadores volaron Mako sobre los valles imperiales y orientales de Coachella por las mañanas y tardes del 28 de marzo y el 25 de septiembre de 2023, y realizaron mediciones simultáneas en tierra tanto con una estación fija de monitorización en La Meca operada por el South Coast Air Quality Management District (AQMD) como con un espectrómetro móvil desarrollado en la Universidad de California. Riverside.

«El objetivo era demostrar que esta técnica era capaz de proporcionar datos con la precisión requerida que los científicos de aerosoles e incluso los organismos reguladores de la calidad del aire podrían usar para mejorar la calidad del aire en esas regiones», dijo David Tratt, científico senior de Aerospace Corporation y coautor del artículo. «Al final tuvimos mapas que identifican múltiples fuentes de amoníaco, y pudimos seguir las plumas desde sus fuentes y observar cómo se formaban en nubes más grandes.»

PLUMAS DISTINTAS

Durante los vuelos, el equipo recogió datos sobre la costa sureste del mar de Salton, que se extiende a ambos lados de los condados de Riverside e Imperial. Allí, Mako reveló pequeñas columnas provenientes de fumarolas geotérmicas que liberan agua sobrecalentada y vapor que reaccionan con compuestos contenedores de nitrógeno en el suelo, liberando amoníaco.

Más al sureste, los resultados mostraron varias centrales geotérmicas emitiendo amoníaco, principalmente desde sus torres de refrigeración, como parte de sus operaciones normales.

Aún más al sureste, los investigadores detectaron emisiones de amoníaco, un subproducto de los desechos animales, procedentes de granjas ganaderas en el Valle Imperial. Durante el vuelo del 28 de marzo, una columna procedente de la instalación más grande del área de estudio medía hasta 1,7 millas (2,8 kilómetros) de ancho y se extendía hasta 4,8 millas (7,7 kilómetros) a favor del viento de la fuente.

‘ROMPECABEZAS MUY GRANDE’

Como parte del estudio, la estación de monitoreo de AQMD en La Meca registró cambios estacionales en las concentraciones de amoníaco. Dadas las pocas fuentes en la zona, los investigadores supusieron que los vientos durante ciertos meses tienden a soplar el gas desde el Valle Imperial hasta el Valle de Coachella.

El estudio subraya los beneficios de la información espacial detallada sobre las emisiones de amoníaco y, en parte, influyó en la decisión de la agencia en julio de ampliar su red de monitorización de amoníaco y prolongar la vida útil de la estación de La Meca.

Como precursor del PM2.5, el amoníaco es «una pieza de un gran rompecabezas» que, para los residentes del Valle de Coachella, incluye las emisiones de vehículos, el polvo del desierto y las actividades agrícolas, dijo Payam Pakbin, responsable de la Unidad de Tecnologías Avanzadas de Monitorización en AQMD y coautor del artículo.

«Estas comunidades quieren conocer las contribuciones de estas fuentes a la calidad del aire que están experimentando», añadió. «Hallazgos como estos ayudan a nuestra agencia a priorizar mejor qué fuentes requieren más atención y, en última instancia, a orientar nuestro enfoque hacia aquellas que son la máxima prioridad para lograr la reducción de emisiones en esta comunidad.»