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Determinación por métodos indirectos del área de impacto de una central térmica de carbón

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Universitat de Barcelona. Departament de Geoquímica, Petrologia i Prospecció Geològica

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[spa] La producción energética en las centrales térmicas de carbón implica una transferencia compleja de productos potencialmente contaminantes al medio circundante. Las dos vías básicas que tratan de minimizar el impacto de esta actividad industrial son:

1.	Actuar sobre el sistema de la central, de forma que se reduzcan las emisiones potencialmente contaminantes; la optimización de los parámetros de tales procesos tiene limitaciones de índole tecnológica y económica, dado lo cual y una vez alcanzado el diseño óptimo, el único recurso es

2.	Instalar un sistema que sea capaz de dispersar lo más posible las emisiones de los productos potencialmente contaminantes, minimizando los efectos de estas emisiones sobre el entorno; ello se logra a través de la localización geográfica de la chimenea y del diseño de la misma, siendo un parámetro determinante su altura.

Asumiendo que se ha realizado un diseño óptimo del sistema de la central, resulta que la definición del área geográfica afectada por las emisiones de la central dependerá de unas condiciones climáticas complejas y variables.

El área geográfica de impacto potencial del penacho de la chimenea se puede estudiar a través de modelos de dispersión atmosférica. Estos tienen en cuenta tanto los parámetros directamente relacionados con la central, como aquellos relacionados con el clima y el relieve. La validación y corroboración de tales modelos se realiza a través de métodos directos, como la instalación de redes de control fijas que pueden ser más o menos complejas, o con dispositivos móviles (como por ejemplo el sistema COSPEC), capaces de determinar en tiempo real la situación del penacho de la chimenea.

Los métodos directos son complejos y de elevado coste económico, considerando las largas series de datos necesarios para obtener información estadísticamente significativa. También por la imposibilidad económica de instalar un número geográficamente adecuado de estaciones de control que abarque la totalidad del territorio potencialmente afectado y que contemple los posibles efectos de la orografía.

El objetivo del presente trabajo ha consistido en probar vías alternativas para la localización del área geográfica donde impactan principalmente las emisiones a través de métodos indirectos que detecten efectos a largo plazo de la actividad de la central térmica. Estos métodos son menos complejos y de menor coste económico que los anteriores.

Los métodos indirectos que han sido analizados son:

1.	La geoquímica de suelos. Se estudian las modificaciones que la actividad de la central térmica puede haber introducido en el ciclo geoquímico de los elementos trazas de los suelos de la región. Ello implica llegar a conocer los aportes de elementos trazas al medio. Para ello se ha realizado un balance de masas del sistema de la central térmica, con el objeto de determinar la distribución de los elementos trazas en los subproductos de la combustión y de cuantificar el orden de magnitud de la transferencia a la atmósfera de estos elementos. Una vez conocidos los aportes potenciales al medio, se aborda el estudio de la geoquímica de suelos propiamente dicho y se trata de separar la componente litológica de la antropogénica.
 
2.	El estudio de los índices de vegetación y su evolución temporal mediante el análisis multitemporal de imágenes de teledetección obtenidas desde satélites de observación de la Tierra. Debido a la sensibilidad de la vegetación a las modificaciones producidas en el medio ambiente, estudiando su actividad fotosintética a través de los índices de vegetación proporcionados por la teledetección se puede llegar a conocer el área donde esta actividad fotosintética se ve reducida como consecuencia de la actividad de la central térmica. Del estudio multitemporal se puede obtener la evolución de la zona afectada por las emisiones de la central.

Se ha seleccionado una zona con una central térmica de gran potencia y con una mínima actividad antropogénica, en general, e industrial, en particular, de forma que los efectos de la central térmica se vieran obliterados mínimamente por otras actividades. La central térmica española que reúne mejores condiciones en estos sentidos es la Central Térmica Teruel, cuyo entorno además muestra, por razones geológicas, bajos fondos geoquímicos en un gran número de elementos trazas.

Además, el concurso de metodologías de diferente índole como es el caso de la geoquímica de elementos trazas en suelos y la teledetección, ha supuesto la aplicación en paralelo de técnicas integradoras de la información básica y de la complementaria en un mismo soporte geográfico que permita establecer relaciones entre las diferentes capas de información.

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[eng] Power generation in coal-fired power plants involves a intricate release of pollutants into the surrounding environment. There are two primary approaches to mitigate this impact:
1.	Technological Modification: Altering the plant's technology to reduce polluting emissions is the first option. However, this choice has limitations.
2.	Emission Dispersal System Installation: The second option involves installing a system to disperse emissions. This is achieved through strategic placement and design of the chimney, with its height being a crucial parameter.
Assuming an optimal power plant design, the affected geographical area depends on complex and variable climatic conditions. The impact area can be analyzed using atmospheric dispersion models. These models consider parameters related to the plant, climate, and terrain. Validation of these models involves direct methods, such as establishing networks of control stations or using mobile devices like the COSPEC system, which detects the plume in real time.
However, direct methods are intricate and costly due to the extended data collection periods required for significant information. The installation expenses of numerous control stations covering the entire potentially affected territory also contribute to the overall cost.
This study aims to explore alternative methods for identifying the main impact area using indirect approaches that assess the long-term effects of thermal power plant activity. These alternative methods are less complex and more cost-effective than direct ones.
A study area was chosen, featuring a high-power thermal power plant with minimal anthropogenic activity. The Teruel Thermal Power Plant in Spain was selected as it meets the optimal conditions, including low geochemical backgrounds in numerous trace elements due to geological reasons.
Moreover, the integration of various methods, such as analyzing trace element geochemistry in soils and utilizing remote sensing, provides basic and complementary information. This integration enables the establishment of relationships between different layers of information, contributing to a more comprehensive understanding of the impact.

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cc by-nc-nd (c)  Llorens Benito, José F., 2023

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Tesis Doctorals - Departament - Geoquímica, Petrologia i Prospecció Geològica

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Determinación por métodos indirectos del área de impacto de una central térmica de carbón