Uso de drones en monitoreo de calidad del aire

Una de las principales preocupaciones en el ámbito del cuidado medioambiental es el monitoreo y control de la calidad del aire, pues los contaminantes atmosféricos ocasionan efectos nocivos en la salud de las personas, en entornos naturales y en las estructuras de construcciones de todo tipo. Para llevar a cabo el seguimiento y control de la calidad de aire se emplean diferentes tipos de instrumentos embarcados tradicionalmente en aviones o globos, sin embargo, hoy en día los drones son cada vez más utilizados como vehículos aéreos teledirigidos para la observación de la calidad del aire.

La contaminación atmosférica se produce por diferentes vías. Por un lado encontramos la contaminación que se deriva de fuentes fijas que emiten contaminantes de manera continuada, como pueden ser los gases que emanan diferentes tipos de actividades industriales. Por otro lado encontramos la contaminación generada por impactos episódicos, por ejemplo, la que se deriva de accidentes en actividades industriales o durante el transporte de materiales de alto riesgo. Si bien, los métodos aplicados para medir la calidad del aire y las acciones que se toman para minimizar los impactos negativos de los contaminantes varían según la fuente que los originan (ya que el tipo de contaminantes que generan son diferentes),  los vehículos aéreos autopilotados o teledirigidos resultan muy prácticos y de ello que tengan una amplia aplicación, si bien no sustituyendo, sí apoyando a los equipos tradicionales de observación de la contaminación atmosférica como globos, aviones y redes superficiales de observación.

En el control de la calidad de aire, los drones sirven como embarcación en la que se instalan los instrumentos que se emplean para medir la contaminación atmosférica. Es importante considerar que cuando se decide emplear vehículos de este tipo, deben poder embarcar la instrumentación requerida para lograr conseguir las medidas en los rangos temporales y espaciales necesarios, según el tipo de observación que se vaya a realizar. Por lo anterior, se debe tener claridad respecto al tipo de observación que se pretenda llevar a cabo y al tipo de instrumentación que se requiera para ello, de esta manera se pueden determinar las características que deberá reunir el dron.

Uno de los usos más comunes que puede recibir un dron en la observación de la calidad de aire es en la medición de la contaminación de origen automovilístico. Los automóviles emiten óxidos de nitrógeno, partículas de polvo y humo en suspensión. Los óxidos de nitrógeno, por reacciones fotoquímicas producen ozono, que rellena la parte baja de la tropósfera y se transporta a grandes distancia afectando regiones distantes al lugar donde fue producido, causando daños en especies vegetales y en la salud de personas y animales. En este punto cabe mencionar que el ozono que es generado por las emisiones automovilísticas no tiene relación con la capa de ozono que nos protege de los efectos dañinos de la radiación ultravioleta, y se trata únicamente de un gas de efecto invernadero de un fuerte carácter oxidante.

La medición del ozono se puede hacer mediante dos tecnologías: la medida electroquímica en la célula líquida y la medida en el ultravioleta. En las redes de vigilancia superficiales y en los aviones, la medida en el ultravioleta es la más utilizada y en la observación mediante globos se emplea más comúnmente la medida electroquímica en célula líquida. Para ello se emplean sensores especializados y, en caso de que se decida instalar estos sensores en un dron se debe considerar que los de medida en ultravioleta pesan aproximadamente 2 kg y necesitan una alimentación continua de 12 V, mientras que los de medida electroquímica pesan alrededor de 200 gr pero necesitan de un proceso de calibración y preparación previos cada vez que se vayan a emplear.

Es precisamente por las características de los sensores utilizados para el control de la calidad del aire que lo más común es que en los drones sólo se instalen sensores electrónicos que miden la concentración de gases en la atmósfera. Estos sensores son dispositivos pequeños de poco peso que se pueden acoplar fácilmente a una placa electrónica en miniatura. Con la disminución en peso y volumen que supone el uso de este tipo de instrumentos de medición, el dron puede sondear grandes volúmenes de aire durante largos períodos de tiempo. Sin embargo, la medida fácilmente puede alterarse por la presencia de otras especies químicas de distinta naturaleza que la que inicialmente se pretende medir, de manera que la medición no puede ofrecer la misma precisión que un sistema de observación tradicional.

Hoy en día, el tipo de sensores que se instalan en un dron son de nueva generación, los que basan sus medidas en la determinación de corriente establecida entre dos electrodos cuando el gas que se esté midiendo reacciona con el electrodo de trabajo. Los sensores de nueva generación tienen una membrana porosa que permite al gas medido difundirse en el interior de su celda, y al contacto con un electrodo sensible generar una corriente eléctrica que hace variar la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo con los que están configurados. Es la variación en la señal eléctrica lo que se mide y amplifica, ya que es un valor proporcional a la concentración del gas. La configuración de este tipo de dispositivos varía según el tipo de gas que se desea medir y en todo caso, instalados en un dron, a pesar de que no se alcance la precisión de un sistema tradicional, permiten hacer observaciones continuas de la contaminación atmosférica.