Acciones de implementación

B2. Caracterización del efecto descontaminante de los materiales fotocatalíticos en ambiente real

Esta Acción fue desarrollada por la Unidad de Caracterización de la Contaminación Atmosférica y COPs y la Unidad de Emisiones, del Departamento de Medio Ambiente de CIEMAT.

Se realizó la caracterización del efecto descontaminante en ambiente real de uno de los materiales seleccionados durante el curso de las Acciones A2 y A3. Su implementación se llevó a cabo sobre la cubierta de 700 m2 empleada en la plataforma experimental desarrollada en la Acción A4 (isla fotocatalítica).

La plataforma experimental estuvo operativa de manera continua desde septiembre de 2014 a febrero de 2015 y durante este período de medidas tuvieron lugar tres episodios de contaminación atmosférica por NOx.

El estudio del efecto descontaminante de NOx del material fotocatalítico empleado se realizó mediante la medida de la concentración de óxidos de nitrógeno a tres alturas en la torre meteorológica situada en el centro de la isla fotocatalítica y en el nivel de referencia situado fuera de la isla (Acción A4). Asimismo, se registraron las variables meteorológicas: radiación total, humedad relativa, temperatura a dos niveles, velocidad y dirección de viento. Adicionalmente, se instalaron nanosensores que han permitido la medida en paralelo en la plataforma experimental de NOx, O3 y CO.

A la dificultad propia generada por la necesidad de estar a expensas de las condiciones meteorológicas y climáticas de manera que se produzcan condiciones episódicas (de contaminación severa por NOx) y de que el penacho alcance el área de experimentación de CIEMAT, se sumó el hecho de que el efecto sumidero inducido por la superficie fotocatalítica fue difícil de observar. En las condiciones experimentales del periodo de medida, se pudo detectar un flujo de depósito de NOx y, por tanto, un efecto macroscópico de eliminación de NOx, altamente dependiente de la radiación, humedad relativa e intensidad de viento.

Adicionalmente, el CIEMAT desarrolló una parametrización, basada en un modelo de resistencias, para calcular las velocidades de depósito de NOx derivadas de la presencia de superficies fotocatalíticas partiendo de las medidas que ofrece la plataforma experimental. Así, la parametrización empleó de las medidas directas de velocidad y dirección de viento y humedad relativa y radiación a una altura, así como de medidas de temperatura a dos niveles y de concentración de los gases a estudio a los tres niveles citados.

Además, los datos obtenidos en laboratorio a través de los ensayos bajo ISO 22197-1:2007, durante el desarrollo de las Acciones A3 y B1, permitieron el cálculo de velocidades de depósito superficial de NO.

Las velocidades de depósito de NO estimadas utilizando los gradientes de NOx medidos en la plataforma experimental del CIEMAT son del mismo orden de magnitud que las velocidades de depósito superficiales estimadas utilizando la información dada por los ensayos ISO realizados en fotorreactor. En el caso del NO2, solamente pudieron observarse gradientes positivos verticales durante dos días del mencionado periodo episódico. Sin embargo, pudieron estimarse velocidades de depósito promedio con valores de aproximadamente un orden de magnitud inferior a las estimadas para NO.

Asimismo, la necesidad de conocer las concentraciones de COVs existentes en el área de experimentación en condiciones episódicas, planteó la necesidad de poner a punto un método de medida que ha permitido la identificación y cuantificación de los compuestos orgánicos volátiles (COV) más determinantes de la química atmosférica del área de experimentación y la realización de las simulaciones comprometidas en el marco de la Acción B3.

Por último, la torre meteorológica instalada en CIEMAT de manera permanente (que registra viento, temperatura, radiación y humedad a distintos niveles) permitió completar la caracterización de los flujos existentes en la zona a estudio.

Todos estos datos procesaron y permitieron alimentar al modelo de CFD, de manera que se pudo simular los flujos y la dispersión de NOx y O3 en el área de experimentación para distintas condiciones episódicas y validar el prototipo numérico en las condiciones experimentales señaladas, obteniéndose un excelente acuerdo entre los datos experimentales y los resultados de las simulaciones.

El desarrollo de la acción B2 permitió caracterizar el efecto macroscópico inducido por el material dispuesto en la zona de experimentación sobre la distribución vertical de concentración de NOx ambiental y cuantificar este efecto, estimándose las velocidades de depósito de NOx sobre esa superficie fotocatalítica. Por último, se realizó la validación de la implementación de la química reactiva y la función de depósito en el modelo CFD elegido (Acción B3).

Plataforma experimental para la para la medida de la velocidad de depósito de NOx sobre superficies fotocatalíticas en ambiente exterior (instalaciones del CIEMAT). Detalles de plataforma experimental: a) mástil con sensores y sondas; b) caseta de control; c) sistema de control, adquisición y tratamiento de datos. Captador de alto volumen y tubos de adsorción Orbo 32 Small utilizados para el muestreo de COVs