Investigadores de Georgia Tech han analizado las diferencias estacionales de los aerosoles de sulfato, un contaminante importante en los Estados Unidos, para examinar el impacto a largo plazo de las reducciones de emisiones de dióxido de azufre (SO₂) desde la promulgación de las enmiendas a la Ley de Aire Limpio en 1990.
por Annette Filliat, Instituto de Tecnología de Georgia
El profesor Yuhang Wang, de la Facultad de Ciencias de la Tierra y la Atmósfera, y su equipo estudiaron los factores que afectan las concentraciones de SO₂ y sulfato durante el invierno y el verano en el «Cinturón Óxido» —desde Nueva York hasta el Medio Oeste— y las regiones del sureste de EE. UU. a lo largo de dos décadas (2004-2023). El equipo también desarrolló un enfoque de aprendizaje automático por conjuntos para proyectar patrones estacionales hasta 2050.
«Las centrales eléctricas, en particular las que queman carbón y petróleo, son una fuente importante de emisiones de SO₂ en estas regiones», afirma Wang, coautor, junto con los estudiantes de doctorado Fanghe Zhao y Shengjun Xi, del estudio publicado recientemente en Environmental Science & Technology Letters .
Diferencias estacionales en la química atmosférica
En Estados Unidos, la composición química de la atmósfera varía según la estación. Durante el verano, la radiación solar abundante activa reacciones oxidantes que producen peróxido de hidrógeno (H₂O₂) en la atmósfera. El suministro de H₂O₂ depende de la cantidad de contaminación atmosférica emitida, y una vez en la atmósfera, el H₂O₂ puede oxidar rápidamente el SO₂ en aerosoles de sulfato en la fase acuosa.
Los aerosoles de sulfato provenientes de la oxidación del SO₂ contribuyen a la formación de partículas de menos de 2,5 micrómetros de diámetro (PM 2,5 ). El sulfato particulado plantea importantes riesgos ambientales y para la salud pública, como la contaminación atmosférica , la lluvia ácida y problemas circulatorios y respiratorios.
«El suministro de H₂O₂ en verano es ocho veces mayor que en invierno —una diferencia enorme—, lo que significa que las concentraciones de sulfato suelen ser más altas en verano y que una reducción de las emisiones de SO₂ conlleva una disminución proporcional de las concentraciones de sulfato», explica Wang. «Cuando las emisiones de SO₂ superan el suministro disponible de H₂O₂ en invierno, la reducción de las concentraciones de sulfato puede ser mucho menor debido a un efecto de ‘amortiguación química’ que hace que los niveles de sulfato disminuyan más lentamente que las emisiones de SO₂».
Reducir las disparidades entre los niveles estacionales de sulfato
Las observaciones de dos décadas del estudio revelaron patrones distintos en la reducción de las emisiones de SO₂ y las concentraciones de sulfato durante el invierno y el verano.
Si bien las emisiones de SO₂ disminuyeron significativamente en ambas estaciones a lo largo del tiempo —principalmente debido a la Ley de Aire Limpio y a la transición de más centrales eléctricas del carbón al gas natural— , la reducción de las concentraciones de sulfato mostró inicialmente grandes diferencias estacionales. Sin embargo, durante la última década, la disparidad entre los niveles de sulfato en invierno y verano se redujo a medida que disminuyeron las emisiones de SO₂.
Según Wang, la disparidad estacional del sulfato se debió a cambios en los regímenes químicos invernales a lo largo del tiempo. Si bien el menor suministro de H₂O₂ se mantuvo estable en invierno, las emisiones invernales de SO₂ fueron mayores entre 2004 y 2013, y luego descendieron por debajo del nivel de H₂O₂ después de 2013, alcanzando niveles similares a los de reducción de emisiones de SO₂ en verano.
«Cuando se tiene esta complejidad de la química atmosférica, se produce un efecto no lineal en invierno: a medida que disminuyeron las emisiones de SO₂, la eficiencia de la producción de aerosoles de sulfato aumentó hasta 2013, para luego estabilizarse a día de hoy. La reducción de aerosoles de sulfato inicialmente fue menor que la de las emisiones de SO₂, pero finalmente se igualó gracias a los esfuerzos sostenidos de control de la calidad del aire», afirma Wang. «Por el contrario, en verano se produce un efecto lineal simple: a mayores emisiones de SO₂, mayores aerosoles de sulfato hay en la atmósfera; y si se reduce uno, el otro se reduce en la misma proporción».
Impacto total durante décadas
Las proyecciones de aprendizaje automático de los investigadores indican que, desde ahora hasta 2050, los niveles de sulfato en invierno y verano, que actualmente rondan el 20%, a medida que los controles de emisiones de SO₂ logran una eficacia comparable en todas las estaciones.
«Ahora estamos viendo el impacto total de la Ley de Aire Limpio», concluye Wang, «y el esfuerzo sostenido del país para reducir la contaminación es clave para mejorar la calidad del aire y los resultados en materia de salud».
Más información: Fanghe Zhao et al., Disminución inducida químicamente de la eficacia del control de emisiones de SO₂ en invierno , Environmental Science & Technology Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.estlett.5c00731
