Doutorado: Contribuição da emissão veicular para a composição do aerossol orgânico na cidade de São Paulo

Este trabalho teve como tema o estudo da composição do material particulado fino (MP2.5) oriundo das emissões veiculares, em especial a caracterização de sua componente orgânica. Uma vez que os veículos são a principal fonte de MP2.5 na cidade de São Paulo,  amostras de MP2.5 foram coletadas em três campanhas na cidade: duas em túneis (Túnel Jânio Quadros- TJQ- caracterizado por ter principalmente tráfego de veículos leves - VL- e Túnel Rodoanel - TRA- com relevante participação da frota de veículos pesados- VP), e uma ambiental durante o inverno de 2012 (no campus da Universidade de São Paulo em São Paulo). O MP2.5¬ foi caracterizado na sua composição orgânica e inorgânica. As análises por gravimetria, fluorescência de raio-X e refletância foram utilizadas para a determinação das concentrações de MP2.5, elementos traço e black carbon (BC), respectivamente.

Medidas inéditas da caracterização da fração orgânica do MP2.5 foram realizadas nas amostras de São Paulo: Thermal-Desorption Proton-Transfer-Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometer (TD-PTR-ToF-MS) para quantificar e identificar compostos orgânicos e também Isotope-Ratio Mass Spectrometry (IRMS) e Accelerator Mass Spectrometry (AMS) para identificar os isótopos de carbono 13C e 14C respectivamente. As medidas realizadas pelo TD-PTR-ToF-MS e IRMS foram realizadas no Instituto de Pesquisa Marinha e Atmosférica, na Universidade de Utrech, e as medidas de IRMS, no centro de Pesquisa de Isópotos, na Universidade de Groningen, ambos na Holanda. Ainda as concentrações de carbono orgânico e elementar (EC, OC respectivamente) foram determinadas pelo método Thermal Optical Transmittance (TOT) no Departamento de Química e Bioquímica, na Universidade do Estado de Arizona, nos Estados Unidos.

Foram calculados os fatores de emissão dos compostos orgânicos considerando-se os dados obtidos pelos métodos TOT e TD-PTR-ToF-MS. Para ambos os métodos, as maiores emissões de aerossol orgânico (AO) e carbono orgânico (OC) foram oriundas dos VP à diesel e, ainda, as emissões de OC representaram 36 e 43% do MP2.5 originado de VL e VP, respectivamente. A quantidade de oxigênio medida no AO foi maior que a presente nos combustíveis, e ainda os compostos contendo oxigênio representaram cerca de 70% do AO. Já os compostos nitrogenados corresponderam a aproximadamente 20% do AO, possivelmente devido a processos químicos envolvendo o NOx durante a combustão. A diferença entre as emissões de VL e VP não foi observada apenas na volatilidade dos compostos (VP emitiram AO mais volátil que VL), mas também nas médias dos espectros de massa (obtidos pelo TD-ToF-PTR-MS), que também sugeriram alguns possíveis compostos traçadores de gasolina, biodiesel e combustão de motores veiculares.

As análises de 13C mostraram a presença de aerossóis mais voláteis e também mais empobrecidos em 13C nos túneis que na campanha de inverno, enquanto que entre as amostras coletadas nos túneis não foi observada diferença significativa. Com relação a campanha de inverno, amostras coletadas durante dia de semana foram mais voláteis e mais empobrecidas em 13C que as amostras coletadas nos finais de semana, possivelmente associado ao menor tráfego de veículos na cidade. Para confirmação de tal hipótese foi realizada a divisão de fontes de OC e EC para as três campanhas utilizando-se os dados obtidos das análises de TOT, IRMS e AMS.

A divisão de fontes para as campanhas dos túneis indicou que as emissões veiculares de OC e EC são especificamente dominadas pela queima de combustível fóssil (gasool e diesel- com 5% de biodiesel). O estudo de determinação de fontes nas amostras ambientais indicou que as emissões veiculares de OC foram maiores durante dia de semana que no final de semana, e que essas emissões foram estimadas como as principais fontes de OC (também OC secundário) e EC, respondendo por mais que 50% e 80% de suas concentrações totais, respectivamente. Também, as análises das amostras ambientais indicaram que a queima de biomassa é a fonte predominante (65%) de OC primário. As contribuições de plantas C3 e C4 foram consideradas praticamente constantes, principalmente de plantas C3, devido à cidade de São Paulo estar cercada de parques. Embora ainda falte um estudo de sensibilidade (considerando diferentes valores na literatura) para estimativa das incertezas das fontes, os resultados aqui apresentados são uma importante estimativa inédita na caracterização de fontes de OC e EC na atmosfera urbana de São Paulo.

 

Palavras-chave: Aerossol orgânico, emissões veiculares, fatores de emissão, divisão de fontes, TD-PTR-MS, IRMS, AMS