Emisiones
Contaminación por quema y requema de caña
de azúcar en Colombia
En base a un estudio realizado por Carlos Eduardo Madriñan Palomino en Colombia sobre la contaminación producida a partir
de la quema y requema de caña de azúcar para la cosecha de la misma se presenta
la siguiente información:
La quema de los campos de caña a punto
de ser recolectados se efectúa de ordinario el día que precede al corte, esta
operación debe realizarse con grandes precauciones para evitar que el fuego se
comunique a las parcelas limítrofes.
La quema de caña se realiza en forma
programada cuando el contenido de sacarosa es óptimo en la caña. La quema se
realiza ya sea utilizando quemadores manuales o quemadores de tractor
(lanza-llamas). Los quemadores manuales funcionan por goteo y dejan caer gotas
de combustible encendidas que a su vez prenden fuego a la caña. Los lanzallamas
transportados por tractor, utilizan ACPM (Diesel) para generar llama.
La quema de precosecha se realiza con el
objeto de facilitar el corte de la caña, reducir plagas y vectores peligrosos
para le cultivo y la población de corteros, eliminar malezas y reciclar nutrientes
al suelo tales como fósforo y potasio.
De acuerdo a la forma de cultivo, las
quemas se realizan por suertes, que es un área de terreno del orden de 20
hectáreas, que se siembra, cultiva y recoge al mismo tiempo. Las suertes se
dividen en tablones, cultivos con áreas que varían entre tres y seis hectáreas,
separados por callejones de unos 8 metros de ancho, que sirven en primera
instancia como corredores cortafuegos y además permiten la circulación de la
maquinaria utilizada para la quema, levante y transporte de la caña.
La quema de un tablón tiene una duración
que varía entre 15 a 30 minutos, dependiendo del área y de las condiciones del
viento. Por lo general una suerte se quema el mismo día. El frente de llama
avanza en la dirección opuesta a la del viento (contrafuego) y en centro de la
misma se midieron temperaturas de 700ºC, que duran aproximadamente unos 30
segundos, para reducirse a 150ºC en unos minutos y a menos de 100ºC a los cinco
minutos.
Figura 1: Quema con Lanzallamas.
Figura 2. Emisión: Humo, partículas y
pavesa.
Emisiones de la quema de la Caña de
Azúcar.
Los mayores contaminantes que se forman
en las quemas agrícolas son:
- Partículas, derivadas de las cenizas y
de material vegetal parcialmente quemado, y humo por la combustión incompleta.
- Hidrocarburos, resultante de la
ruptura térmica (cracking) y las reacciones de condensación.
- Monóxido de Carbono, resultante de la
combustión incompleta y de la gasificación de las partículas de humo.
- Óxidos de Nitrógeno, resultantes de la
oxidación de compuestos orgánicos nitrogenados y de la fijación del nitrógeno
del aire.
- Sustancias orgánicas policíclicas,
presentes en el humo y formadas por reacciones pirolíticas en la zona de
precombustión.
Se presentan también trazas metálicas
tales como níquel, cromo, berilio, cadmio, selenio, cobre, mercurio, arsénico,
manganeso, antimonio, titanio, dependiendo de los agroquímicos y propiedades de
los suelos en que se hayan sido cultivados los materiales agrícolas a quemar.
En el caso de la caña de azúcar se ha
reportado emisión de óxidos de selenio (Shendrikar y West, 1973, op cit
Monsanto, 1977), sin embargo, no se puede utilizar para estimar factores de
emisión, ya que no estaba acompañada de datos sobre concentración de CO2,
caudal de aire y temperatura.
Estudios realizados en Wyoming (op cit
Monsanto, 1977) revelan que los elementos de traza se concentran en las
partículas mayores de 11 micrones.
Los óxidos de azufre se presentan en una
cantidad tan pequeña, que se descartan como contaminantes importantes.
La pobre mezcla entre el material
combustible y el aire y el arrastre de los gases de combustión por el aire
circundante contribuyen a la emisión de humos, compuestos orgánicos gaseosos y
monóxido de carbono, todos los cuales son productos de la combustión
incompleta.
El humo es una suspensión de partículas
muy pequeñas, de tamaño submicrónico consistente de aerosoles líquidos y
sólidos. Los aerosoles líquidos son de color blanco a marrón, y se forman en la
condensación parcial de la zona o región de precombustión; estas partículas son
emitidas en el gas efluente porque no logra ser ignicionadas ni calentadas
suficientemente para causar pirolisis continuada.
Los aerosoles sólidos son negros y se
forman cuando los aerosoles líquidos son calentados a suficiente temperatura en
la ausencia de oxígeno de tal manera que causan pirolisis continua en una forma
sólida.
Otra clase de contaminantes que pueden
estar contenidos en el humo son las sustancias orgánicas policíclicas (POM),
que se reportan algunas veces como hidrocarburos pesados, que pueden tener
propiedades carcinogénicas pueden ser formados en la secuencia de reacciones
pirolíticas en la zona de precombustión.
La formación de orgánicos policíclicos
tiene dos caminos de síntesis de benzo (a) pireno aromático policíclico
(Monsanto, 1977).
En adición a las partículas de tamaño
submicrónico arriba mencionadas, el material particulado puede ser también
cenizas y fragmentos de material vegetal parcialmente combustionado. En el caso
de la caña de azúcar este componente adquiere una importancia grande desde el
punto de vista de la molestia que causa a poblaciones y actividades vecinas.
El rompimiento térmico (cracking) y las
reacciones de condensación son también la fuente de una amplia gama de
compuestos que, completa o incompletamente, quemados no sean condensados como
humo pueden escapar como compuestos orgánicos gaseosos; en esta situación se
incluyen aldehídos, aminas, ácidos orgánicos, cetonas e hidrocarburos gaseosos.
Estos últimos incluyen a su vez saturados, insaturados (olefinas, acetilenos y
aromáticos), y posiblemente hidrocarburos polinucleares gaseosos. Las olefinas
y los compuestos aromáticos son los principales constituyentes en la niebla
fotoquímica.
Composición
de hojas y raíces de caña de azucar
La composición de las cenizas de las
hojas y raíces han sido estudiados por Maxwell en Hawai; Boname en Guadalupe;
Popp en Java; Hall en Lousiana. Los resultados obtenidos por los autores
mencionados, varía mucho de acuerdo a la variedad analizada; en este documento
se presenta dentro de un rango (González, s. f.).
El monóxido de carbono, se forma cuando
el suministro de aire en la zona de combustión está por debajo de los
requerimientos teóricos o también por la gasificación de las partículas de
humo. Las reacciones de gasificación son posibles al presentarse un ambiente
reducido en el área de post-llama debido al insuficiente suministro de oxígeno
secundario; las ecuaciones de reacción que representan este fenómeno son:
C (s) + CO2 2CO
C (s) + H2O CO + H2
La
quema de una hectárea de caña agrega al medio de 12 a 20 Tn de CO2 y consume alrededor de 1.2 Tn de Oxígeno en
el proceso de la combustión (Torres, 1989). Si diariamente se queman alrededor
de 450 ha., la región está recibiendo diariamente 5.400 Tn de CO2, con su
respectivo efecto sobre el medio natural y el hombre.
Los compuestos de nitrógeno orgánico
también se presentan pero en pequeña cantidad y después de la combustión se
convierten prácticamente todos en óxidos de nitrógeno por el proceso de
oxidación que se desarrolla en la combustión y se adiciona a otra cantidad de
óxido de nitrógeno que se forma por la fijación de nitrógeno atmosférico por la
alta temperatura de la llama 700ºC.
La humedad contenida en el material
agrícola se evapora simplemente asociada con los combustibles volátiles; una
fracción de la energía producida en la combustión debe ser utilizada para
vaporizar esta humedad y calentarla hasta alcanzar la temperatura de la llama,
lo cual se traduce en una reducción neta de la temperatura de la misma llama y
por lo tanto en una reducción de la formación de los óxidos de nitrógeno y por
ende un incremento de las emisiones de partículas
CUANTIFICACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA PRODUCIDA POR LA INDUSTRIA AZUCARERA EN EL ÁREA DEL ESTUDIO
-
Emisión por la quema de la caña en pie.
Para calcular la contaminación
atmosférica producida por la quema de la caña en pie, se utilizan los factores
de emisión definidos y el dato suministrado por Echavarria (1990) de 450
hectáreas que se queman diariamente. Considerando un promedio de 10 hectáreas
por suerte se tiene un promedio de 45 quemas diarias, cuya duración varía entre
10 minutos, si se realiza utilizando el quemador, hasta una hora si se realiza
en forma manual.
La emisión total de partículas se
calcula en 34.155 kilos/día; la emisión de CO en 370.012 kilos/día y la de
hidrocarburos en 54.648 kilos/día.
-
Emisión por la quema post-cosecha.
La emisión de contaminantes atmosféricos
producidos por la quema post-cosecha se calcula considerando los factores de
emisión, con un factor de carga de 20 toneladas por hectárea y para una quema
promedio diaria de 450 hectáreas, Se considera este último valor igual al de
las quemas de caña en pie porque suerte que se quema para le corte es suerte
que se adecua para siembra o retoño.
Partículas: 19.890 kilos/día
Monóxido de carbono: 223.200 kilos/día
Hidrocarburos: 31.500 kilos/día
Figura 4. Emisión de Partículas y Pavesas. Ingenio Manuelita.
REFERENCIA:
MADRIÑAN PALOMINO, CARLOS EDUARDO. «COMPILACION Y ANALISIS SOBRE
CONTAMINACION DEL AIRE PRODUCIDA POR LA QUEMA Y LA REQUEMA DE LA CAÑA DE
AZUCAR; Saccharum officinarum L, EN EL VALLE GEOGRAFICO DEL RIO CAUCA .» 2002.
http://bdigital.unal.edu.co/5039/1/carloseduardomadrinanpalomino.2002.pdf
(último acceso: 2018).
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