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Apr 29, 2023

Calidad del aire a bordo de los trenes: una respuesta al informe de la Junta de Normas y Seguridad Ferroviaria

Publicado el 5 de junio de 2023 © Crown copyright 2023 Esta publicación tiene licencia

Publicado el 5 de junio de 2023

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Este informe es una respuesta al informe de la Junta de Normas y Seguridad Ferroviaria (RSSB) sobre el Análisis de la calidad del aire a bordo de los trenes (T1188).

El contenido de este informe es responsabilidad exclusiva del Consejo Asesor Científico de la DfT y no representa las opiniones del Departamento de Transporte (DfT) ni de los ministros de la DfT.

La mala calidad del aire es uno de los principales factores ambientales que contribuyen a las enfermedades y la mortalidad, y en el Reino Unido se estima que provoca entre 15 000 y 40 000 muertes al año[nota al pie de página 1].

Crea costos económicos significativos a través de la reducción de la productividad y la carga de los servicios de salud.

Dado que la calidad del aire exterior en el Reino Unido ha mejorado en las últimas décadas, se está prestando mayor atención a los ambientes interiores, que pueden representar la mayor parte de la exposición individual en el transcurso de un día. Con frecuencia, la calidad del aire en interiores puede ser peor que en exteriores, aunque esto es muy variable y difícil de predecir.

La contaminación del aire y los entornos de transporte se han estudiado durante muchos años y son lugares conocidos donde la calidad del aire puede ser potencialmente deficiente. Esto incluye al borde de la carretera donde impacta a quienes caminan y andan en bicicleta, y a los pasajeros dentro de automóviles, autobuses, trenes y aviones. También se sabe que los edificios de los centros de transporte, como las estaciones de tren y autobús, son susceptibles a la mala calidad del aire.

El informe RSSB T1188 evalúa la contaminación del aire que se encuentra en los interiores de los trenes durante los viajes de larga distancia y es una adición bienvenida a la base de evidencia sobre la exposición actual al transporte en el Reino Unido.

Llena algunas lagunas importantes en el conocimiento sobre la posible exposición de los pasajeros durante viajes más largos entre ciudades (anteriormente, la investigación se centraba principalmente en los viajes de cercanías en las ciudades).

Los contaminantes examinados son el dióxido de nitrógeno (NO2) y el material particulado (PM) expresado como PM2.5 y PM10 (partículas menores de 2.5 y 10 micras de diámetro) y como carbón negro (BC). El dióxido de nitrógeno se deriva casi exclusivamente del escape del motor diesel, mientras que las PM se emiten desde una gama más amplia de fuentes que incluyen el escape del motor y el desgaste de los frenos. Las PM también se liberan de los propios ocupantes, a través del aliento exhalado y de la agitación física/resuspensión de polvo de superficies internas como telas y pisos.

El informe contrasta las concentraciones interiores medidas en ~100 viajes en tren divididos en 2 estudios realizados por el Imperial College de Londres. Los estudios utilizaron diferentes tipos de trenes/viajes y compararon ampliamente los datos con observaciones simultáneas de la calidad del aire en algunas estaciones de monitoreo fijas urbanas y rurales. Dichas comparaciones pretenden proporcionar solo una guía de las concentraciones relativas encontradas, ya que a veces estas fuentes de datos se encontraban a distancias significativas de los viajes realizados.

También se hace una comparación con datos de la literatura sobre parámetros de calidad del aire para espacios cerrados en otros modos de transporte. Esta última comparación es importante para los viajes en tren de larga distancia. Por lo general, las concentraciones de contaminación del aire en la cabina se comparan con las concentraciones ambientales y las alternativas activas de viaje, y estas últimas a menudo ahora dan como resultado una exposición general más baja.

Para los viajes en tren de distancia intermedia y larga en el Reino Unido, el contrafactual más apropiado para la exposición es la calidad del aire que se experimentaría dentro de los automóviles o autobuses en el mismo viaje. Dado que la meteorología local es un factor importante en la determinación de la calidad del aire en el día a día, sin que los viajes de control coincidentes se realicen los mismos días que los viajes en tren, no ha sido posible comparar cuantitativamente los efectos entre modos.

En este estudio, las observaciones de la calidad del aire se recopilaron con un promedio de datos de 1 minuto, una frecuencia más alta que la que arrojan la mayoría de las estaciones de monitoreo de la calidad del aire exterior. Una consecuencia es que los datos del interior del tren mostraron algunas concentraciones altas transitorias (informadas en el percentil 95).

Se debe tener cuidado de no comparar directamente estos valores con los datos de monitoreo ambiental exterior de Defra o de la autoridad local, que es un promedio de tiempo y suavizado. Hay algunas comparaciones hechas de valores de tren pico de un minuto con medias anuales ambientales al aire libre. Superficialmente, esto hace que el vagón del tren parezca muy contaminado en comparación con el exterior, pero está comparando escalas de tiempo muy diferentes para la exposición.

Es probable que la métrica más útil para la comparación sea la concentración media del viaje, que en este estudio representó típicamente de 1 a 3 horas dentro del tren. Puede ser valioso en el futuro producir una métrica de la media de 1 hora del "viaje más alto" para dar una concentración que se pueda mapear más directamente en las pautas de calidad del aire interior del Reino Unido e internacionales, como las de la OMS y UKHSA. Las pautas de calidad del aire interior a corto plazo para otros espacios cerrados a menudo se expresan como concentraciones medias de 1 hora, 8 horas o 24 horas.

Los experimentos muestran que el tipo de tren tuvo un impacto en la calidad del aire interior que se experimentó, aunque los informes no intentan distribuir directamente las diferencias observadas en los tipos individuales de sistemas de postratamiento u otros factores relevantes como los sistemas de frenado. Esta es potencialmente un área a la que se le dará seguimiento en análisis posteriores con experiencia adicional.

Una característica inesperada son algunas concentraciones altas transitorias y medias de viaje de NO2 que se encuentran al usar los trenes bimodales Clase 800 cuando trabajan en modo diésel. Estos indicaron concentraciones significativamente elevadas cuando se promediaron durante la duración total del viaje.

Esto parece digno de una mayor investigación ya que la Clase 800 es un tren relativamente nuevo que incluye un postratamiento de gases de escape de reducción catalítica selectiva (SCR). El NO2 también se elevó constantemente en otros tipos de trenes, como las clases 755 y 230. Se observaron concentraciones elevadas de PM (en relación con el exterior) en otros tipos de trenes, que prevalecen en los trenes más antiguos sin tecnologías de reducción, como los filtros de partículas diésel (DPF), pero también en algunos que incluían DPF. Las concentraciones de PM en este estudio coincidieron ampliamente con los tipos de valores informados previamente en la literatura.

Para situar las concentraciones en el interior de los trenes en un contexto más amplio, es útil comparar algunos de los valores observados con las directrices de calidad del aire interior existentes para otros tipos de entornos. Las pautas más relevantes para comparar son las emitidas por la OMS (2010). Estos no se correlacionan directamente con los datos del estudio de RSSB, pero un estándar de promedio de tiempo que coincida estrechamente sigue siendo útil para compararlo con la media del viaje (que representa aproximadamente un período de 1 a 3 horas). Esto coloca el período medio del viaje en algún lugar entre una pauta de la OMS de 1 hora y 24 horas.

Tomadas de los 2 períodos de estudio, las concentraciones medias de viaje más alta y la segunda más alta se muestran a continuación y se comparan con el límite de referencia de calidad del aire interior de la OMS más cercano.

Los datos ilustran que, en el peor de los casos, es posible que la calidad del aire interior de los pasajeros exceda un valor de referencia de calidad del aire interior de coincidencia cercana de la OMS. Sin embargo, se observa que de los ~100 viajes en tren realizados, solo una minoría experimentó una concentración que se acercó o superó estas pautas.

Muchos viajes mostraron que la calidad del aire de los vagones de tren se correspondía ampliamente con lo que se podría encontrar en un entorno urbano típico al aire libre junto a la carretera. La concentración promedio de 'todos los viajes' en el estudio T1188 parte 1 estuvo por debajo de las pautas interiores de 1 y 24 horas de la OMS para NO2, PM2.5 y PM10. Este no es un argumento para que no se tomen más medidas para mejorar la calidad del aire interior, pero sitúa la escala del efecto en un contexto adecuado. De hecho, sería relativamente inusual que una persona pasara de forma rutinaria varias horas al aire libre, al borde de la carretera, en aire contaminado.

El alcance del estudio no incluyó la determinación directa de las fuentes de contaminación del aire que se encontraron dentro de los trenes ni establecer vínculos extensos entre la contaminación y los tipos de vagones o locomotoras individuales. El informe señala correctamente que el PM puede provenir de muchos lugares diferentes. Puede depender de la eficacia del DPF utilizado en el escape (si está presente), del tipo de sistema de frenado, de la eficiencia de la filtración utilizada en las tomas de aire. Las PM pueden ser liberadas por los propios ocupantes, por el movimiento y la respiración exhalada.

No se informaron los niveles de ocupación y otros factores físicos, como la tasa de cambio de aire, por lo que no es posible establecer hasta qué punto estos fueron factores significativos. El uso de la distribución de fuentes solo tuvo un éxito parcial al tratar de separar estas fuentes de PM utilizando carbono negro como indicador de combustión.

La fuente de las concentraciones elevadas de NO2 fue más sencilla de diagnosticar, ya que se originó principalmente del arrastre de los gases de escape del motor diésel (o posiblemente también de los trenes cercanos cuando se encontraban en las estaciones).

Las causas exactas del elevado nivel de NO2 en los trenes de la Clase 800 no se examinan explícitamente, pero es probable que surjan de una combinación de ubicaciones no ideales para la entrada de aire del vagón (en relación con los sistemas de escape) junto con un bajo rendimiento del postratamiento de gases de escape. En los motores más modernos con reducción catalítica seleccionada (SCR), el bajo rendimiento puede surgir durante los períodos en que los sistemas de escape están fríos. Esto puede incluir durante el arranque inicial y si el sistema de escape depende de la salida de calor del motor para mantener las temperaturas del catalizador.

Los motores que pasan períodos prolongados en condiciones de ralentí o de carga baja pueden ser particularmente susceptibles si no se aplica calefacción de escape auxiliar (por ejemplo, calefacción eléctrica directa). El bajo rendimiento de SCR también puede ocurrir si un sistema de postratamiento se desactiva por razones de protección del motor (por ejemplo, a bajas temperaturas) o debido a la falta de reactivo de urea.

Se observó que algunas de las concentraciones más altas de NO2 se observaron en viajes realizados en enero, y las bajas temperaturas del aire ambiente pueden haber exacerbado el bajo rendimiento del SCR.

Las directrices para la calidad del aire durante los viajes en tren de larga distancia deben apuntar, cuando sea posible, a utilizar periodos promedio apropiados que reflejen la exposición integrada durante el viaje. Aquellos encargados de desarrollar recomendaciones para los límites de la contaminación del aire a bordo de los trenes pueden considerar las pautas de calidad del aire interior para otros entornos cerrados como punto de partida, por ejemplo, las emitidas por UKHSA o el asesoramiento más amplio de NICE. El desarrollo de normas o directrices tendría que ir acompañado de asesoramiento comprobado para los operadores sobre intervenciones y adaptaciones técnicas.

El estudio se diseñó para evaluar la exposición típica de los pasajeros en viajes individuales y puede no reflejar necesariamente la exposición ocupacional del personal del tren a la contaminación del aire. Los patrones de trabajo pueden significar que el personal pase tiempo en diferentes áreas interiores del tren que no fueron muestreadas y durante períodos más largos que los pasajeros. Este puede ser un aspecto de la calidad del aire en los trenes que podría requerir la realización de mediciones más representativas.

Las concentraciones de PM fueron con frecuencia más altas dentro de los trenes que las que se experimentarían al aire libre, a veces excediendo la pauta de 24 horas en interiores de la OMS para PM2.5 y PM10. Sin embargo, los valores informados estuvieron ampliamente dentro del rango de concentraciones interiores informado previamente en la literatura. Puede valer la pena hacer un seguimiento con un análisis adicional para identificar los vínculos entre las partículas y los factores causales conocidos, como el tipo y la eficacia del sistema de postratamiento del motor, el tipo de sistema de frenos, la tasa de intercambio de aire interior y el nivel de ocupación de los pasajeros.

Las concentraciones elevadas de NO2 experimentadas en los trenes Clase 800 requieren más investigación. Es posible que el sistema SCR no esté funcionando según lo previsto y/o que las tomas de aire de algunos compartimentos de pasajeros no estén configuradas de manera óptima, lo que involuntariamente atrae el escape del motor. Puede surgir un rendimiento deficiente debido al enfriamiento durante el ralentí del motor o períodos prolongados de cargas bajas. Es probable que haya oportunidades técnicas para rectificar esto, por ejemplo, a través de un calentamiento directo adicional de los sistemas de escape, como se implementa normalmente en la mayoría de los vehículos diésel de carretera.

La composición química de la PM liberada por la fricción y el desgaste de los sistemas de trenes puede ser diferente de la que se encuentra en el aire ambiente. Un análisis más detallado de la naturaleza química de las partículas suspendidas en el aire que se encuentran dentro de los trenes respaldaría intervenciones potencialmente específicas que abordaran los componentes más tóxicos desde el punto de vista toxicológico (como los metales traza), además de reducir la masa total de partículas.

Una transición neta cero lejos de los trenes que funcionan con diésel eliminaría el riesgo de niveles elevados de NO2 dentro de los vagones. Otros beneficios de la calidad del aire interior y exterior surgen de la electrificación ferroviaria (catenaria o celda de combustible), ya que los trenes totalmente eléctricos también emiten menos PM en comparación con las alternativas diésel. No obstante, el rendimiento de todas las futuras tecnologías de propulsión y sistemas de ventilación del vagón (incluida la ubicación de las tomas de aire) debe evaluarse por sus efectos en la calidad del aire interior.

El uso de sistemas activos de filtración de aire para limpiar el aire del vagón puede tener el doble beneficio de reducir la exposición a la contaminación por partículas generadas por el propio tren y a otras partículas suspendidas en el aire, como los virus respiratorios de los ocupantes. Sin embargo, es poco probable que los sistemas de filtración sean eficientes en la eliminación de contaminantes gaseosos como el NO2, que en cambio se eliminan de manera más efectiva en el punto de escape.

Cualquier estrategia a largo plazo que retenga la propulsión de combustión en los trenes que utilizan combustibles alternativos bajos en carbono, como el hidrógeno, el amoníaco o el biodiésel, podría dar lugar a emisiones continuas de NOx en el escape del motor. Esto requeriría el uso de condiciones de combustión muy bien optimizadas (un enfoque que puede funcionar para H2, pero probablemente no para biodiesel) o el uso continuo de postratamiento de gases de escape para gestionar las emisiones de NOx.

Un problema de evidencia más amplio que el departamento debe considerar es que hay una escasez de datos recientes (es decir, de los últimos 5 a 10 años, posteriores a EURO6) y específicos del Reino Unido disponibles sobre la calidad del aire interior en automóviles y autobuses de pasajeros. Esto hace que sea difícil evaluar cómo la exposición actual a la contaminación del aire en los trenes podría compararse con los viajes contrafácticos actuales.

Profesor Alastair Lewis, Universidad de York

Dra. Emma Taylor, Universidad de Cranfield / RazorSecure Ltd

Professor Ricardo Martinez-Botas, Imperial College London

Profesor William Powrie, Universidad de Southampton

Real Colegio de Médicos, (2016). Cada respiración que tomamos: el impacto de por vida de la contaminación del aire. Informe de un grupo de trabajo. ISBN 978-1-86016-567-2 ↩