22/04/2021

Un modelo matemático permite estimar el impacto de los cruceros sobre la calidad del aire en la zona metropolitana de Barcelona

El modelo creado en la URV permite calcular con precisión el nivel de contaminación del aire en zonas metropolitanas. Los investigadores han empleado esta herramienta para predecir de qué manera la industria de los cruceros contribuye a los niveles de concentración de contaminantes del aire de Barcelona. Los resultados indican que el incremento de partículas es relativamente modesto en comparación al impacto global del puerto

Cómo impacta sobre la calidad del aire de las zonas metropolitanas próximas la actividad de los cruceros que operan en los puertos de los principales destinos turísticos ha sido objeto de debate en los últimos años. Con un consumo medio diario durante la estancia en el puerto de 2,5 megavatios, un crucero típico únicamente destina un 5% de toda la energía consumida durante las operaciones portuarias a maniobras. El resto se utiliza para mantener el suministro de energía de los diferentes servicios que se ofrecen a bordo (calefacción, aire acondicionado, sistemas de frío, entretenimientos, restaurantes, etc.). En la mayoría de los casos, esto implica la emisión localizada en el espacio y sostenida en el tiempo de contaminantes de origen fósil durante toda la estancia del barco en el puerto. Determinar con precisión los gastos ambientales y económicos es esencial para poder valorar inversiones destinadas a reducir el impacto de la actividad crucerista, como por ejemplo la electrificación de los puertos.

El equipo de investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica y el grupo de investigación ECoMMFiT de la URV, liderado por Alexandre Fabregat, ha empleado herramientas de aprendizaje automático (machine learning) para calcular la contribución de esta industria a los niveles de contaminación en diferentes puntos de la ciudad de Barcelona.

La capital catalana ha sido durante los últimos años el destino turístico más importante en número de cruceristas de Europa. Llegan aproximadamente cada mes entre 25 y 120 cruceros (entre 850 y 1.050 si consideramos todo el conjunto de llegadas). El equipo ha generado modelos de predicción de la calidad del aire combinando bases de datos de concentración de contaminantes del aire (óxidos de nitrógeno, óxido de sofre, ozono troposférico, monóxido de carbono y partículas dispersas en la atmósfera), datos meteorológicos y registros históricos de los diferentes modelos de tráfico incluyendo el rodado en la red viaria de la ciudad, el aéreo al aeropuerto y el marítimo al puerto.

Toda esta información se ha empleado para generar modelos matemáticos capaces de calcular con precisión la concentración de contaminantes del aire en diferentes localizaciones del área metropolitana. Los nuevos modelos han demostrado que tienen una capacidad de predicción superior a la de las herramientas tradicionales de dispersión de contaminantes.

Los resultados indican que la contribución global de los cruceros al incremento de contaminantes en la ciudad es relativamente modesta en comparación del impacto global del Puerto de Barcelona. El análisis indica que el tráfico portuario de cruceros contribuye de forma muy localizada a aumentar la concentración de contaminantes. Así, por ejemplo, el cálculo de la contribución de un crucero adicional en el Puerto sobre los niveles de óxidos de nitrógeno en la zona del Eixample y Ciutadella es de 1,3 microgramos por metro cúbico (μg/m³) respecto a un valor medio de más de 40 μg/m³. A medida que nos alejamos del Puerto, el incremento de óxido de nitrógeno asociado a los cruceros disminuye hasta valores negligibles (<0,05 μg/m³ por crucero)  en localizaciones como por ejemplo lo Palau Reial y la Vall d’Hebron.

El trabajo, con el título “Using Machine Learning tono estimate the Impact of Ports and Cruise ship traffic on urban air quality: the case of Barcelona”, se ha publicado en la revista Environmental Modelling & Software. La metodología es aplicable en cualquier otra zona urbana en la que haya datos históricos de concentración de contaminantes, meteorología e intensidad del tráfico u otros factores, como por ejemplo actividad industrial, susceptibles de impactar en la calidad del aire local.

Aprovechando el impacto del confinamiento sobre la movilidad, el tráfico y la actividad socioeconómica en general, la plataforma creada en este trabajo se está utilizando para comprender mejor la contribución individual de cada una de las principales fuentes de emisión de contaminantes sobre la calidad del aire en sistemas tan complejos como las ciudades.

Cálculos de precisión

El modelo creado en la URV permite calcular con precisión el nivel de contaminación del aire en zonas metropolitanas. Los investigadores han empleado la herramienta para predecir de qué manera la industria de los cruceros contribuye a los niveles de concentración de contaminantes del aire de Barcelona. Los resultados indican que el incremento de partículas es relativamente modesto en comparación con el impacto global del puerto.

El modelo que se ha desarrollado permite establecer la relación entre la concentración local de diferentes contaminantes en las estaciones de medida de contaminantes distribuidas por la ciudad con el estado de la atmósfera —meteorología— y el tráfico rodado, marítimo y aéreo. Con una alta capacidad de predicción, la herramienta permite  calcular con precisión los niveles locales de contaminación y predecir el impacto aislado que el número total de barcos del  puerto y el número de cruceros tienen sobre la calidad del aire en los diferentes puntos de la ciudad.

Referencia bibliográfica: Alexandre Fabregat, Lluís Vázquez, Anton Vernet. “Using Machine Learning to estimate the impact of ports and cruise ship traffic on urban air quality: The case of Barcelona”, Environmental Modelling & Software, Volume 139, 2021, 104995, ISSN 1364-8152, https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2021.104995.


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