Monitoreo de Ozono

Ozono

El ozono es uno de esos contaminantes de los que a menudo escuchamos, pero ¿qué es exactamente? Bueno, el ozono desempeña dos roles muy diferentes en nuestro entorno. En lo alto de la atmósfera, forma una capa protectora que nos protege de los dañinos rayos ultravioletas del sol, casi como un protector solar natural para la Tierra. Pero la historia es diferente cuando el ozono está más cerca del suelo. Se convierte en un contaminante que puede dañar nuestros pulmones y dañar las plantas. Una buena manera de recordar el papel del ozono en la estratósfera frente a la troposfera es “el ozono es bueno en lo alto y malo cerca”. 

Esto hace que el ozono sea tanto un contaminante bueno como malo, dependiendo de dónde se encuentre. Entender cómo funciona el ozono es realmente importante porque tiene un gran impacto en nuestro medio ambiente y nuestra salud. Así que, examinemos más de cerca el ozono y veamos por qué es una parte tan importante de nuestro mundo. En este artículo, profundizaremos en todo lo que necesitas saber sobre el ozono. Hablaremos sobre de dónde proviene, qué niveles son seguros en el aire que nos rodea, y cómo afecta nuestra salud y el medio ambiente. También veremos qué se puede hacer para gestionar los niveles de ozono, por qué es tan importante monitorearlo y cómo podemos hacer un seguimiento de él.

Ozono (O3) está compuesto por tres átomos de oxígeno. Existe de forma natural. El gas más abundante en la atmósfera es el nitrógeno (78%), seguido por el oxígeno (21%). El 1% restante es una colección de muchos otros gases. Ejemplos incluyen dióxido de carbono, neón e hidrógeno. El ozono también es uno de los gases representados por esta proporción del 1%. Representa aproximadamente el 0.00001% de ozono en el aire ambiente. La EPA de EE. UU. ha definido seis criterios para los contaminantes del aire, incluido el ozono (O3), que es monitoreado extensamente por las autoridades regulatorias en todo el mundo.

Es un gas azul pálido con un olor distintivamente penetrante e irritante que se asemeja a la lejía de cloro y puede ser detectable en concentraciones de 0.1 ppm en el aire. Siendo un poderoso agente oxidante, puede volverse inestable y descomponerse explosivamente a altas concentraciones. Además, es altamente inestable y, por lo tanto, se convierte en O2 a altas concentraciones.

Ozono en la atmósfera:

El ozono en la atmósfera es un tema que juega un papel crucial en la comprensión de la salud de nuestro planeta. El ozono existe tanto en la atmósfera superior de la Tierra como a nivel del suelo. El ozono puede ser beneficioso o dañino dependiendo de dónde se encuentre. Es tanto un producto natural como hecho por el hombre que ocurre en la molécula de ozono de la atmósfera superior de la Tierra (la estratosfera) y en la atmósfera inferior (la troposfera). 

Ozono estratosférico

• el ozono estratosférico se genera de forma natural mediante la interacción de la luz ultravioleta (UV) solar con el oxígeno molecular (O2). La "capa de ozono," que se extiende de 10 a 50 kilómetros sobre la superficie de la Tierra, reduce la cantidad de luz UV peligrosa que llega a la superficie. Actúa como nuestro protector solar natural. 
• Absorbe la radiación ultravioleta dañina del sol, evitando que llegue a la superficie o al aire. Esta capa se está agotando debido al uso continuado de CFCs por parte de los humanos. 
• ¿Sabías que los CFCs eran comúnmente utilizados en productos como aerosoles, espumas, materiales de embalaje, disolventes y refrigeradores? Sin embargo, se descubrió que eran una de las principales causas del agotamiento de la capa de ozono, lo que conllevó a un gran agujero de ozono sobre la Antártida cada primavera. Su producción se eliminó bajo el Protocolo de Montreal, adoptado en 1987, con la mayoría de los países desarrollados completando la eliminación a mediados de la década de 1990. (Fuente - https://bit.ly/41j0HL9)
• Debido a que los CFCs son altamente estables, pueden permanecer en el medio ambiente durante un tiempo muy largo después de ser liberados (10–100 años).

Ozono troposférico o a nivel del suelo

• El ozono troposférico (O3) o el ozono a nivel del suelo es un gas encontrado en la capa más baja de la atmósfera de la Tierra, la troposfera, que se extiende hasta 10 kilómetros. 
• Lo que respiramos se crea principalmente por interacciones fotoquímicas entre dos tipos principales de contaminantes del aire: compuestos orgánicos volátiles (COV) y óxidos de nitrógeno (NOx). Estas reacciones han dependido tradicionalmente del calor y la luz solar, lo que resulta en concentraciones más altas de ozono ambiente durante el día.
• Cuando el ozono queda atrapado en interiores, puede irritar el sistema respiratorio, especialmente en personas con asma, y puede incluso dañar plantas. Sin aire fresco del exterior, los niveles de ozono en interiores naturalmente caen a casi cero, creando condiciones ideales para el crecimiento de moho, bacterias y virus. Para mantener una buena calidad del aire y prevenir estos problemas, es importante mantener los niveles de ozono en interiores dentro de un rango seguro, ya que una mala calidad del aire puede llevar a problemas de salud y malestar.

¿Sabías esto? El ozono tiene una vida media de alrededor de unas pocas horas a varias horas en interiores, dependiendo de la ventilación y las interacciones con las superficies. Es un gas tóxico, y las emisiones elevadas de ozono de fotocopiadoras son una preocupación reconocida de la calidad del aire interior, particularmente para aquellos que trabajan en estrecha proximidad a las máquinas.

El ozono a nivel del suelo se forma en la atmósfera a partir de gases emitidos por los tubos de escape, las chimeneas, las industrias y otras fuentes de contaminación. Cuando estos gases entran en contacto con la luz solar, reaccionan, produciendo contaminación por ozono. 

Fuente Ambiental: Mucha gente piensa que los altos niveles de ozono solo ocurren en las grandes ciudades, pero eso no es cierto. El ozono puede formarse en cualquier lugar, incluidas ciudades más pequeñas. No es un problema solo local; el ozono y sus Contribuidores, los COV (compuestos orgánicos volátiles) y NOx (óxidos de nitrógeno), pueden viajar cientos de millas, afectando la calidad del aire en áreas urbanas y rurales. Los niveles de ozono suelen ser más altos por la tarde cuando la luz solar es más intensa. Sin embargo, las áreas que están a favor del viento de las fuentes de contaminación pueden ver picos de ozono más tarde en el día o incluso durante la noche, ya que los vientos lo llevan lejos de donde fue creado. Esto significa que los altos niveles de ozono pueden ocurrir en áreas remotas y en diferentes momentos del día. 

Puede que haya notado que las advertencias de "día de acción por el ozono" a menudo desaconsejan actividades como cortar el césped o conducir su automóvil. Esto se debe a que el escape de las cortadoras de césped y los vapores de gasolina liberan NOx y COV, gases que se combinan con el calor y la luz solar para formar ozono.

Además, también tiene fuentes interiores. Estas incluyen: 

1. Fotocopiadoras: Se han descubierto emisiones de ozono de las máquinas de fotocopiado como contaminación del aire interior peligrosa para los trabajadores y los clientes que están muy cerca de la máquina durante su funcionamiento. Una fotocopiadora de papel común produce una imagen reflejando la luz del objeto original sobre un cilindro o cinta eléctricamente cargados. Durante este proceso, se emiten contaminantes como ozono, hidrocarburos, COV y polvo, lo que representa un riesgo ambiental. La fotocopiadora libera el principal contaminante, el ozono (O3), una forma inestable de oxígeno. 
2. Algunos Sistemas de Purificación de Aire pueden producir O3, lo que puede dañar la salud de uno. Algunos purificadores de aire emiten intencionadamente altos niveles de O3, la principal causa de smog.
3. Luz UV o Lámparas: La luz UV que va de 160 a 240 nm puede dividir moléculas de O2 en dos átomos, resultando en O3. Luego se unen a otras moléculas de O2. Y produce ozono (O3).
4. Aparatos Eléctricos de Hogar: Muchos equipos domésticos, incluidos refrigeradores, aires acondicionados, lavadoras de verduras y vaporizadores faciales, incluyen productores de ozono incorporados, comúnmente conocidos como ionizadores.
5. Desinfectantes: El ozono tiene un alto poder oxidante. Como resultado, se utiliza en una variedad de agentes esterilizantes y desinfectantes comúnmente encontrados en hospitales. Sin embargo, estos desinfectantes generan gas ozono, que, si se atrapa, podría ser perjudicial.

Se ha encontrado que altas concentraciones de ozono se encuentran a favor del viento de fuentes de NOx y COV en áreas urbanas, ya que los contaminantes tardan un tiempo en reaccionar con la luz solar. La concentración máxima suele ocurrir durante las horas de la tarde cuando hay más luz solar. Sin embargo, se observan picos en la tarde y la noche en las áreas a favor del viento de las principales fuentes, ya que sus precursores son arrastrados a largas distancias por el viento. Así, en áreas remotas, los altos niveles de ozono pueden ocurrir en varios momentos del día, incluida la tarde temprana o la noche.

Varios países han establecido regulaciones para limitar la cantidad de ozono troposférico en el aire libre. Estas leyes establecen restricciones reflejadas en el Índice de Calidad del Aire (AQI), que incluye ozono total, ozono moderado y otros contaminantes. Los umbrales varían según la ubicación geográfica, la temporada y la hora del día.

Las concentraciones de punto de referencia que describen la calidad del aire en función de las concentraciones de ozono a nivel del suelo para diferentes países están aquí. En India, los niveles diarios de O3 de hasta 100 µg/m3 se consideran satisfactorios.

Tabla: Puntos de referencia del ozono (µg/m3)

La Ley de Aire Limpio regula la mayoría de las normativas sobre el ozono troposférico en los Estados Unidos. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) establece directrices nacionales de calidad del aire para el ozono para salvaguardar la salud pública y el medio ambiente. 

La Unión Europea regula el ozono en el aire ambiente bajo la Directiva 2002/3/CE del Parlamento Europeo y del Consejo. Asegurar una buena protección contra los riesgos para la salud asociados con la exposición al ozono es fundamental. Los efectos negativos del ozono sobre la flora, los ecosistemas y el medio ambiente deben minimizarse tanto como sea posible. La naturaleza transfronteriza de la contaminación por ozono requiere acción a nivel comunitario.

A nivel mundial, la Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda niveles máximos de concentración de ozono a nivel del suelo. El informe de la OMS de 2021 establece que recomiendan un nivel máximo de ozono de 100 µg/m3 basado en promedios de 8 horas, o el equivalente de aproximadamente 47 partes por mil millones (ppb).

Impacto en la salud

Cualquiera que pase tiempo al aire libre en áreas con altos niveles de contaminación por ozono puede estar en peligro. La exposición al ozono puede tener diversos efectos en tu salud. Por ejemplo, los riesgos aumentan si los niveles de ozono suben, si respiras más rápido al trabajar o hacer ejercicio al aire libre, o si pasas más tiempo al aire libre.

Cuando se expone al O3, puede causar una amplia gama de enfermedades y molestias. El ozono en altas concentraciones puede irritar la piel y causar daño celular. El ozono puede tener una variedad de consecuencias para la salud en el cuerpo humano.

El ozono puede irritar los ojos, la nariz y la garganta, y agravar el asma y otras enfermedades pulmonares, incluyendo la bronquitis, enfermedades cardíacas, reducción de la capacidad pulmonar, etc. El ozono puede irritar el sistema respiratorio, causando tos y una sensación incómoda en el pecho. Sin embargo, el ozono puede seguir dañando tus pulmones si los niveles permanecen altos después de que desaparecen los síntomas.

Las personas que ya sufren de enfermedades cardíacas o pulmonares al estar expuestas a altos niveles de ozono pueden aumentar su riesgo de muerte prematura. Los niños, especialmente aquellos que pasan mucho tiempo al aire libre, están en particular riesgo bajo altas concentraciones de ozono.

¿Estabas al tanto de esto? La Asociación Americana del Pulmón reveló que 131 millones de personas, más de un tercio de EE. UU., están expuestas a una contaminación poco saludable por ozono y partículas. Siguiendo estándares federales más estrictos para la contaminación por partículas, esta cifra total representa un aumento de 11.7 millones respecto al año anterior.

Impacto ambiental 

La exposición al ozono disminuye la productividad de las plantas al dañar células y destruir tejido foliar. Como resultado, el ozono agota la capacidad de fotosíntesis de las plantas y produce alimento. También reduce los rendimientos de cultivos y madera, resultando en millones de dólares en pérdidas económicas.  ¿Estabas al tanto de esto? Un estudio encontró disminuciones entre el 2% y el 14% en los rendimientos de maíz, trigo y soja a nivel global atribuibles a la contaminación por ozono a nivel del suelo. 

La fotolisis del ozono por luz UV conduce a la eliminación de hidrocarburos del aire. Sin embargo, también forma componentes de smog (es decir, niebla o neblina intensificada por humo u otros contaminantes del aire), como los nitratos de peroxiacetilo (PAN), que pueden ser poderosos irritantes para los ojos. Los rayos UV tienen un impacto significativo en el plancton. Estos están más arriba en la cadena alimentaria acuática. La destrucción del plancton afecta a todos los organismos en la cadena alimentaria.

El paso primario es el monitoreo de O3 para identificar las áreas con altos niveles de O3 o áreas donde la calidad del aire no cumple con los estándares nacionales de O3. Además de esto, se pueden tomar las siguientes medidas correctivas:

• Las medidas más estrictas implementadas a nivel nacional bajo la Ley Federal de Aire Limpio han ayudado a reducir los contaminantes que conducen a la formación de ozono. Las plantas de energía, los sitios industriales y los vehículos en la carretera son más limpios de lo que solían ser, lo que resulta en una mejora de la calidad del aire a nivel nacional. 
• Los individuos pueden tomar medidas para protegerse en días con niveles no saludables de contaminantes del aire y pedir a los responsables de políticas en todos los niveles de gobierno que continúen exigiendo la limpieza de la contaminación del aire. 
• Da un paseo, usa bicicletas, transporte público o comparte el automóvil siempre que sea posible.
• Reabastece tu vehículo después del anochecer y evita desbordar tu tanque.
• Evita mantener tu vehículo inactivo durante mucho tiempo. 
• Promueve combustibles alternativos y mejora la calidad de los combustibles con altas tasas de emisión. 
• Mantén/revisa periódicamente tus vehículos para mejorar su rendimiento y reducir las emisiones. 
• Evita el uso innecesario de pinturas u otros productos que liberen el solvente.
• Además, evita la actividad física al aire libre cuando los niveles de contaminación son altos, especialmente en días calurosos. Quédate adentro hasta que se enfríe afuera y el aire esté fresco.

Los diferentes principios de trabajo para el monitoreo de ozono en el medio ambiente son la Fotometría U.V., la Quimioluminiscencia en fase gaseosa, semiconductores y electroquímica.

Fotometría U.V.: La muestra de aire tomada por el monitor de ozono se divide en dos partes. De una parte de la muestra, se elimina O3 del aire utilizando un scrubber para proporcionar una intensidad de referencia cero. La muestra de aire en el monitor de O3 que funciona según el principio de Fotometría U.V. se expone a luz ultravioleta (UV) a una longitud de onda de 254 nm, donde el ozono presente en la muestra de aire absorbe la luz UV en proporción a su concentración. La absorción se mide utilizando un detector UV, y la concentración de ozono se calcula en comparación con la muestra sin ozono. Es el método convencional más utilizado para medir las concentraciones de O3. 

[Fuente: https://slideplayer.com/slide/14795597/]

Quimioluminiscencia en fase gaseosa: Es un método antiguo para el monitoreo de ozono. Aquí, el aire ambiente y el etileno se envían directamente juntos en una zona de mezcla del monitor de O3, donde el ozono en el aire reacciona con etileno. Como esta reacción es fotolítica, emite luz proporcional a la concentración de O3 en la muestra de aire, la cual es detectada por un tubo fotomultiplicador. La corriente fotoeléctrica que se mide se amplifica y se convierte en valores de concentración de O3.

Semiconductor - Cuando un monitor de O3 basado en semiconductor de óxido metálico se expone a una muestra de aire, las moléculas de ozono reaccionan en la superficie del óxido metálico del sensor y se disocian en iones cargados que alteran la resistencia de la película. Esta interacción se mide como una señal y se convierte en la respectiva concentración de gas. Sin embargo, el consumo de energía de dichos monitores de ozono es mayor que el de otros monitores de O3.

Electroquímico- Los monitores de ozono que funcionan según el principio electroquímico operan basándose en la difusión del gas ozono en el sensor, produciendo una señal eléctrica proporcional a la concentración de O3. Permite una medición precisa incluso de bajas concentraciones de ozono a nivel del suelo, lo cual es esencial en el monitoreo de O3 en el aire ambiente. 

[Fuente: https://docs.smartcitizen.me/Components/sensors/Electrochemical%20Sensors/]

Oizom proporciona una gama de módulos de sensores de ozono (O3) para monitorear los niveles de O3 según sus necesidades. Nuestros sensores miden con precisión el O3 en condiciones ambientales, detectando concentraciones en ppb/ppm. Este sensor monitorea el ozono en tiempo real. Este sensor está integrado en una carcasa de metal y electrónica de soporte de ultra-bajo ruido, lo que lo hace compacto y fiable. Esto permite una detección de gas precisa incluso en concentraciones muy bajas en la atmósfera. Este sensor funciona sobre el principio de trabajo electroquímico para medir la calidad del aire ambiental.

Este sensor se somete a calibración utilizando gases y herramientas estándar para garantizar alta sensibilidad y precisión. Cada sensor de gas se calibra con verificaciones de cero y span en un laboratorio controlado, siguiendo la Sección 12.2 del Manual de Aseguramiento de Calidad de la USEPA para Sistemas de Medición de Contaminación del Aire Volumen II. La calibración se realiza utilizando estándares de gas trazables por NIST para un rendimiento fiable.

Este módulo de sensor de O3 se utiliza en los sistemas Polludrone y AQBot de Oizom. Es perfecto para aplicaciones como iniciativas de ciudades inteligentes, campus inteligentes, monitoreo de aeropuertos, monitoreo al borde de la carretera, proyectos de investigación y evaluaciones de impacto ambiental. Al utilizar este módulo de sensor, los usuarios pueden asegurarse de recibir datos precisos y en tiempo real sobre los niveles de O3, ayudando en la gestión y monitoreo efectivos de la calidad del aire en diversos entornos.

1. Compacto: Nuestros sensores son pequeños y fáciles de instalar, perfectos para usar en cualquier espacio, lo que los hace ideales para la monitorización portátil de la calidad del aire. Los sensores O3 vienen precalibrados y pueden ser reemplazados rápidamente en solo unos minutos al retirar y sustituir el sensor antiguo por uno nuevo. 
2. Duradero: El sensor O3 tiene una larga vida de casi dos años.
3. Eficiencia Energética: No hay necesidad de preocuparse por el consumo de energía porque nuestros sensores son precisos y energéticamente eficientes. Funcionan con solo 3.3 a 5V para un rendimiento eficiente y confiable.
4. Tecnología de sensores interna: Oizom aplica algoritmos avanzados de procesamiento de datos para compensar los efectos de la temperatura y la humedad en la salida del sensor. El algoritmo está diseñado para actualizarse automáticamente en función de las condiciones climáticas y los cambios estacionales, eliminando su influencia en el rendimiento del sensor. Los algoritmos avanzados también compensan el efecto del gas cruzado sensible.
5. Electrónica de ultra-bajo ruido: El diseño del módulo del sensor es crucial para mediciones precisas. Cada sensor está alojado en una carcasa de metal con electrónica de ultra-bajo ruido y una PCB base. La carcasa de metal protege al sensor y la electrónica de la interferencia electromagnética, evitando lecturas erróneas.
6. Cumple con RoHS: Nuestros sensores cumplen con los criterios de RoHS para restringir sustancias peligrosas en dispositivos eléctricos y electrónicos.

• El ozono a nivel del suelo es uno de los contaminantes del aire críticos que se producen indirectamente a partir de diversas fuentes comunes, como las emisiones vehiculares y la producción de energía, lo que resulta en una mala calidad del aire en áreas urbanas y rurales.
• El O3, además de afectar la salud humana y el medio ambiente, juega un papel importante en la formación de smog, que perjudica la salud y el medio ambiente. 
• Los altos niveles de O3 dañan el tejido pulmonar, y la exposición continua puede afectar el sistema respiratorio mucho después de que desaparecen los síntomas. Los altos niveles de ozono inhiben el crecimiento de las plantas, lo que resulta en una disminución de la productividad agrícola.  
• El monitoreo del O3 es una forma eficiente de detectar la acumulación de altos niveles de O3 a los que estamos expuestos y nos alerta cuando se supera un cierto nivel. 
• El monitoreo en tiempo real de los niveles de O3 ayuda a calcular el índice de calidad del aire para entregar avisos de salud y formular un plan de acción para cumplir con los estándares.  
• Aumentar el conocimiento sobre los efectos del ozono y otros contaminantes del aire es un paso crucial para lograr resultados ambientales favorables.[Cita necesaria: el nombre y la fuente del estudio de monitoreo escolar mencionado deben ser verificados antes de publicar esta estadística.]