Monóxido de carbono en el aire que respiramos

Origen y evolución del monóxido de carbono en el aire que respiramos. El monóxido de carbono (CO) es un gas emitido por muchas de las chimeneas industriales que tenemos en nuestras ciudades y pueblos, por los tubos de escape de nuestros coches, etc. Sin embargo, estos no son los únicos focos de emisión de este contaminante, y su concentración en la atmósfera puede aumentar por procesos derivados de la descomposición de la materia orgánica, la incineración de residuos agrícolas, la combustión en estufas y cocinas de nuestros hogares y/o en las calderas domésticas de biomasa.

A menudo se habla en los medios de comunicación sobre la posible peligrosidad de este gas debido a la inhalación en sitios cerrados. Pero para poder entender cuáles son las implicaciones de que estemos emitiéndolo tenemos que entender cómo se origina este compuesto, y qué le ocurre una vez está en nuestra atmósfera. Además, es muy importante que sepamos distinguir entre el concepto de concentración de contaminante en una chimenea o tubo de escape (concentración de emisión) y la concentración a la que la población está realmente expuesta (concentración de inmisión).

En este artículo se ha pretendido hacer un resumen en términos sencillos de todos estos conceptos para que así todos podamos establecer un criterio propio sobre el origen y evolución de este contaminante.

Fuentes de CO en la atmósfera

El CO es uno de los contaminantes atmosféricos más abundante y ampliamente distribuido. Se trata de un gas inodoro, incoloro e insípido y por eso puede ser peligroso, porque no lo podemos ver ni oler. Así, hay que aclarar que cuando vemos una chimenea que emite mucho humo no necesariamente es una chimenea que está emitiendo mucho CO, sino que puede ser una chimenea que emite grandes cantidades de vapor de agua (humo blanco). El color del humo no es indicativo de si tiene o no CO ya que este gas es incoloro.

Una característica del CO es que este gas es menos pesado que el aire y por ello se acumula siempre en las zonas altas de la atmósfera. Esta es una de las razones por la que en caso de incendio nos recomiendan andar agachados cerca del suelo.

La mayor parte del CO presente en la atmósfera es de origen natural (contaminante biogénico). Una pequeña parte es emitida directamente, por ejemplo, en volcanes, incendios o tormentas eléctricas, pero la mayoría se origina en la degradación atmosférica del metano (CH4). Este compuesto es uno de los principales contaminantes emitidos de forma natural a la atmósfera a través de procesos de descomposición o putrefacción de la materia orgánica

1). En una atmósfera extremadamente limpia la concentración de monóxido de carbono es muy baja y estable (0,1 ppm = partes por millón, es decir por cada litro de aire sólo hay 0,1 microlitros de CO).

Pero el CO también puede producirlo el hombre. A este CO se le conoce como CO antropogénico, y su principal proceso de formación es la combustión incompleta (combustión en la que no hay suficiente oxígeno) de compuestos que contienen carbono, como los derivados del petróleo (gas natural, gasolina, gasoil, etc.), carbón, madera, biomasa, etc.

Un ejemplo típico de combustión incompleta o pobre en oxígeno es la que se da en los “braseros de picón” que tantos sustos han producido.

Por qué se forma CO en vez de dióxido de carbono (CO2), que es el gas contaminante deseable en todo proceso de combustión. Las reacciones de combustión de los compuestos que contienen carbón transcurren en dos etapas. En la primera el oxígeno del aire reacciona con el combustible y se forma CO (la reacción que hemos llamado R1). En la segunda ese CO reacciona con más oxígeno formando ya CO2 (R2):

2 C + O2 ⇔ 2 CO (R1)
2 CO + O2 ⇔ 2 CO2 (R2)

La primera reacción es muy rápida, hasta diez veces más que la segunda, lo que implica que, si la proporción de oxígeno es pequeña, o incluso, aun siendo ésta suficiente, si no se produce una mezcla eficaz entre el combustible y el oxígeno, tiene lugar una emisión de CO elevada. Este segundo hecho es la razón por la que deberíamos hacer un mantenimiento regular a nuestras calderas en casa, puesto que un quemador sucio produce esa mezcla imperfecta que originará la formación de CO que podría llegar a intoxicarnos si no existe una ventilación adecuada.

Este tipo de combustiones incompletas hacen que el CO, junto con otros contaminantes emitidos directamente a la atmósfera, sea uno de los contaminantes típicos de épocas invernales, ya que durante estas se incrementa el tráfico rodado, se hace un uso extendido de las calefacciones y las condiciones atmosféricas en ocasiones pueden dificultar la dispersión del contaminante.

Otro ejemplo de combustión incompleta que produce altas concentraciones de CO es el humo del tabaco. Este humo incluye dióxido de carbono (CO2), agua, CO, material particulado o aerosoles, nicotina, óxidos de nitrógeno, ácido cianhídrico (HCN), amoniaco, formaldehido, fenol y otros compuestos muy tóxicos. Aunque el CO no es cancerígeno, algunos de estos compuestos si lo son, y por eso el tabaco es tan malo para nuestra salud. La concentración de CO en el humo del tabaco puede variar entre 500-5000 ppm (583-5830 mg/m3), que es mayor que la concentración de CO en el tubo de escape de un coche al que se le hace un mantenimiento regular. En el aliento de una persona fumadora se puede encontrar hasta 50 ppm de CO, aunque de media el aliento de los fumadores tiene una concentración de 17 ppm (20 mg/m3) y 5 ppm (6 mg/m3) para fumadores pasivos.

Evolución del CO en la atmósfera

Una vez que el CO es emitido su evolución en la atmósfera depende de muchos factores. La meteorología es uno de los factores que más influye porque va a determinar cuánto se dispersa, o lo que es lo mismo se diluye, haciendo que la concentración de salida por ejemplo de una chimenea pueda reducirse más de 1.000 veces a tan sólo 200 metros de distancia del foco emisor. Además, el CO puede ser eliminado de la atmósfera por diferentes procesos, entre ellos los más importantes serían su conversión a CO2 y su eliminación biológica (eliminación del CO por los seres vivos).

El CO no experimenta, por acción del mismo, una conversión directa a CO2 en una cantidad importante, ya que este proceso a temperatura ambiente es incluso más lento que a las altas temperaturas de un proceso de combustión (R2).

La vía principal a través de la cual el CO se transforma a CO2 es a través de su reacción con el llamado “detergente atmosférico”, el radical hidroxilo, OH· (R3). El OH· recibe la denominación de “detergente atmosférico” por su capacidad de reaccionar con la mayoría de los compuestos emitidos a la atmósfera disminuyendo sus concentraciones:

OH· + CO → CO2 + H· (R3)

Este proceso transforma un 0,1 % del CO por hora solar. Puesto que la concentración atmosférica de OH· varía apreciablemente con el tiempo y el espacio, el nivel de CO en la atmósfera puede presentar grandes cambios en sus concentraciones presentando un máximo en invierno y un mínimo en verano.

Como ya hemos indicado, otra forma en que el CO puede ser eliminado de la atmósfera es por absorción a partir de ciertos seres vivos (eliminación biológica). Existen ciertos hongos y bacterias en los suelos que absorben aproximadamente 7 mg CO/ hora m2, aunque pueden llegar incluso hasta 109 mg CO/ hora m2 de suelo. Además, el CO también es eliminado de la atmósfera por la vegetación, la cual puede llegar a absorber hasta 7,2 mg CO/ hora m2, esta cantidad puede variar en función de la especie.

Aproximadamente el 85% del CO atmosférico que se destruye anualmente es eliminado por reacciones con el radical OH·, un 10% a partir de su absorción por algunos seres vivos y el resto difunde a capas más altas de la atmósfera. Si tenemos en cuenta todos estos procesos de eliminación del CO su vida media global en la parte baja de la atmósfera (medida del tiempo medio que está el CO en la atmósfera desde su emisión hasta su eliminación) oscila entre un mes y medio y tres meses, dependiendo del punto del planeta y la época del año. Si comparamos este tiempo de vida con el de otros contaminantes atmosféricos como los CFCs (CloroFluoroCarbonados, compuestos que producen la destrucción de la capa de ozono) que pueden tener tiempos de vida de incluso decenas de años, es un contaminante que no está en la atmósfera demasiado tiempo, pero suficiente para que sea transportado desde donde es emitido a cientos de kilómetros de distancia. Por tanto, hay que recordar que la concentración de CO a la que va a estar expuesta una persona va a depender principalmente de los procesos de dispersión que sufra este contaminante en la parte baja de atmósfera.

Efectos del CO en la salud

Las personas pueden resultar intoxicadas alrededor de un brasero o en un pequeño garaje con el motor en funcionamiento. En ambos casos el responsable es el CO.

¿Cómo esta molécula puede producir estos efectos?

En nuestra sangre hay unas células llamadas glóbulos rojos que contienen una molécula llamada hemoglobina cuya misión es transportar el oxígeno a todas las células del cuerpo y recoger de ellas el CO2 que deberá ser expulsado al exterior por los pulmones. La hemoglobina tiene mayor afinidad por unirse al CO que por unirse al oxígeno (200 veces más), por eso en presencia de CO será esta molécula la que se transportará al resto del organismo. Por ello, a concentraciones de CO por encima de 12 mg/m3, se reduce la llegada de oxígeno a órganos y tejidos, pudiendo originar confusión mental, vértigo, dolor de cabeza, náuseas, debilidad y pérdida del conocimiento. El CO puede ser más dañino a concentraciones muy altas, por encima de los 55 mg/m3, lo que hace que el CO sea mucho más peligroso en entornos cerrados que al aire libre, donde es extraordinariamente difícil que se alcancen dichas concentraciones.

Emisiones de CO en España

Inventario a nivel nacional de las emisiones de gases con efecto invernadero. Estos son gases tales como el CO2, CH4, CO, etc. Según este inventario en su edición del 2018, las emisiones de CO antropogénico (producido por el hombre) en España, en 2016, último año que recoge este trabajo, fueron de 1843 kilotoneladas (kt) y están divididas por sectores como se muestra en la Figura 1.

Emisiones CO

En esta figura podemos ver que el sector residencial (nuestras casas, en el gráfico el color rojo) constituye una importante fuente de este contaminante. Este gas lo producimos en aparatos domésticos como estufas, hornillos, calentadores o calderas domésticas de biomasa debida a la combustión incompleta que antes comentábamos. Un apropiado mantenimiento de todos estos aparatos ahorraría muchas emisiones. El siguiente sector con una aportación importante es el tratamiento de residuos (en amarillo), en particular la habitual práctica agrícola llamada “quema de rastrojos” y quema de otros residuos agrícolas como los restos de la poda de olivos. Las industrias junto con el uso de nuestros vehículos son también una importante fuente, pero no tanto como las anteriores. Es por eso que cuando tenemos que hacer la revisión de nuestros coches (“ ITV”) una de las emisiones de los contaminantes que se miden para comprobar que no supera los límites es la del CO.

Si revisamos la evolución de las emisiones de CO en los últimos años según el mencionado inventario (1990 – 2016), podemos ver que han disminuido un 65% en las últimas décadas. Esto se debe al hecho de que los nuevos vehículos emiten menor cantidad de CO gracias a la instalación de catalizadores que convierten el CO en CO2 (R2). El resto de sectores se ha mantenido en niveles más menos constante, con ligeras variaciones.

Valores de Inmisión de CO en España

Aunque las emisiones de CO son elevadas con respecto a otros contaminantes, hay que tener en cuenta que los contaminantes, y entre ellos el CO, una vez emitidos a la atmosfera son dispersados, transformados química y/o físicamente, o incluso regresan a la superficie de la tierra a través de procesos de deposición. De tal forma que las medidas de las concentraciones de CO en las fuentes de emisión no coinciden con los valores a los que la población se ve expuesta, es decir, lo que se conoce como valores de inmisión.

El informe sobre la calidad del aire en nuestro país, editado por el Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente en 2017 con datos correspondientes al año 2016, expone que los valores de inmisión de CO no superaron los valores límites marcados por la legislación en ningún punto de la geografía española. El informe indica que toda España está en color verde lo que indica que el valor límite diario de CO, establecido en 10 mg/m3, no ha sido superado en el 2016 y de hecho no ha sido superado en los últimos 10 años. Además, estos 10 mg/m3, coinciden con el valor recomendado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), cuyos valores límites normalmente para la mayoría de los contaminantes son más restrictivos (concentraciones más bajas).

En zonas de España con problemas de contaminación derivados de la combustión como los altos niveles de óxidos de nitrógeno (NOx), por ejemplo, en Asturias debido a las industrias termoeléctricas, o en grandes ciudades como Madrid o Barcelona debido al transporte, no muestran sin embargo altos valores de CO.

Conclusiones

El monóxido de carbono (CO) es un contaminante atmosférico que es emitido de forma natural (procesos biogénicos) y también a partir de procesos llevados a cabo por el hombre (procesos antropogénicos). En los procesos antropogénicos principalmente se origina en procesos incompletos de combustión (con poco oxígeno o mala mezcla del combustible-aire) y en España sus fuentes más importantes son nuestros hogares y el tratamiento de residuos. Es un contaminante que nunca alcanzan niveles elevados en exteriores, pero si se emite en interiores, por ejemplo, utilizando braseros de picón o una estufa con mal funcionamiento, su concentración puede llegar a ser peligrosa.

El CO que sale de las chimeneas siempre va a dispersarse mezclándose con el resto del aire de forma que su concentración disminuirá muy rápidamente al propagarse el humo, por lo que las concentraciones de emisión (en la chimenea) e inmisión (de exposición) son siempre muy diferentes. La extensión de esa dispersión del humo esta condicionada, principalmente, por las condiciones meteorológicas.

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