Compost orgànic volàtil

Els composts orgànics volàtils (COV) (en anglès: Volatile organic compounds, VOCs) és el nom col·lectiu per a compostos químics orgànics la base de les quals és el carboni, que s'evaporen a temperatura i pressió ambientals generant vapors, que poden ser precursors de l'ozó a l'atmosfera. A més a més del carboni, també es poden trobar a la seva composició hidrogen, fluor, oxigen, clor, brom, nitrogen o sofre.

Els COV són nombrosos, variats i n'hi ha a tot arreu: s'hi inclouen tant compostos químics d'origen natural com fets per l'home. A més, tenen un paper important en la comunicació entre les plantes i també en els missatges de les plantes als animals a causa de les seves olors característiques.

Alguns d'aquests compostos són perillosos per a la salut humana o bé pel medi ambient. Els COV que són nocius per a la salut en general no són tòxics aguts, però poden presentar efectes adversos a curt i llarg termini. Com que les concentracions de COV són generalment baixes i els símptomes en la salut tarden a desenvolupar-se, la investigació de compostos orgànics volàtils i els seus efectes resulta complicada.

Alguns d'aquests compostos són:

butà
propà
xilè
alcohol butílic
metiletilcetona
acetona
etilenglicol
tricloroetilè
clorbenzè
limonè

Propietats

Els COV presenten propietats característiques responsables dels seus efectes sobre la salut i el medi ambient. Posseeixen propietats volàtils, liposolubles, tòxiques i inflamables. Per altra banda, són molt bons dissolvents, i molt eficaços per la dissolució de pintures i desengreixat de materials.

Les seves propietats més característiques són:

- Volatilitat: Són compostos orgànics que s'evaporen ràpidament a l'atmosfera. Aquesta propietat dona lloc tant a contaminació atmosfèrica com a importants riscos per a la salut a causa de la seva fàcil inhalació.

- Liposolubilitat: Són molècules orgàniques solubles en dissolvents orgànics no polars, presenten afinitat pels greixos i s'acumulen en els teixits grassos del cos humà.

- Inflamabilitat: Generalment són compostos inflamables, és a dir que cremen amb facilitat en contacte amb l'aire.

- Toxicitat: Les propietats tòxiques depenen de cada compost i de les condicions d'exposició. A curt termini poden causar reaccions al·lèrgiques o marejos i en exposicions més prolongades poden relacionar-se amb lesions neurològiques i altres efectes psiquiàtrics com irritabilitat, falta de memòria, dificultat de concentració ...

Fonts de Compostos Orgànics Volatils

Els COV procedeixen de diferents fonts naturals i artificials, tot i que la seva major producció es realitza en activitats industrials, com per exemple en pintures i vernissos, indústria del calçat (pintures, dissolvents i pegues), indústria siderúrgica (desengreixat de les peces utilitzant dissolvents), indústria de la fusta (dissolvents de laques i vernissos, trementina, toluè...), indústria cosmètica (dispersants), indústria farmacèutica, indústria de la neteja en sec, arts gràfiques ...

Biològiques

Els COV presents a l'atmosfera d'origen natural procedeixen de la descomposició de la matèria orgànica, dels rumiants, i d'origen vegetal com els olis essencials i les saponines constituïdes per terpens.

Un altre dels compostos d'origen natural present a l'atmosfera és l'isoprè, molècula que s'origina en les plantes i la funció de la qual és alterar la floració de les espècies veïnes. Els terpens també són produïts per les plantes amb aquest fi.
Sense comptar el metà, les fonts biològiques emeten aproximadament 1,150 teragrams de carboni a l'any en forma de COV. La majoria són produïts per les plantes, seguit per animals, microbis i fongs.

Antropogèniques

L'home i la seva acció emeten uns 142 teragrams de carboni per any en forma de COV.

Es poden classificar en els següents subgrups:

Formaldehid

Molts materials de construcció com ara pintures, adhesius, taulers de paret i rajoles de sostre desprenen lentament el formaldehid que incorporen a la seva composició. Els efectes que provoca són irritació de les membranes mucoses i sensació d'incomoditat. La humitat relativa dins d'un ambient interior també pot afectar les emissions de formaldehid, ja que una alta humitat relativa combinada amb altes temperatures permet una major vaporització de formaldehid en materials de fusta.

Pintures i recobriments

Una font important de compostos orgànics volàtils produïts per l'home són els recobriments, especialment pintures i altres recobriments protectors. Aproximadament 12 milions de litres de pintures es produeixen anualment. Els dissolvents típics són hidrocarburs alifàtics, acetat d'etil, èters de glicol i acetona. Motivades pel cost, les preocupacions ambientals i la reglamentació, les indústries de pintures i recobriments estan intentant cada cop més substituir aquests compostos per d'altres amb base aquosa.

Clorofluorocarboni i clorocarboni

Els clorofluorocarbonis (actualment prohibits o altament regulats), són productes de neteja i refrigerants àmpliament utilitzats en el passat. El tetracloroetà s'utilitza en la neteja de l'àmbit industrial. A més, els combustibles fòssils produeix COV ja sigui directament com a productes (per exemple la gasolina) o indirectament com a subproductes (per exemple en les emissions dels automòbils).

Benzè

El benzè és un COV que es troba en el fum del tabac i dels combustibles fòssils. A més, també pot provenir de fonts naturals com els volcans i els incendis forestals. S'utilitza amb freqüència per la síntesi d'altres productes químics com en la producció de plàstics, resines i fibres sintètiques. El benzè s'evapora ràpidament i el seu vapor és més pesat que l'aire, permetent que el compost s'enfonsi en les zones baixes de l'atmosfera. S'ha observat que aquest compost també pot contaminar els aliments i l'aigua. En diferir-lo, pot provocar vòmits, marejos, somnolència, ritme cardíac ràpid i fins i tot la mort.

Clorur de metilè

El clorur de metilè és un COV altament perillós per a la salut humana. Es pot trobar formant part d'adhesius i pintures en aerosol. Dins del cos humà, el clorur de metilè esdevé monòxid de carboni i per tant indueix als mateixos efectes que causa el monòxid de carboni.

Per la seva manipulació, és aconsellable trobar-se en un espai obert, o bé en una habitació ben ventilada per tal de minimitzar el temps d'exposició.

Percloroetilè

El percloroetilè és un COV vinculat amb càncers en animals. També se sospita que causa molts dels símptomes respiratoris relacionats amb l'exposició a compostos orgànics volàtils. El seu us és freqüent en la neteja en sec.

Metil terc-butil èter

El metil terc-butil èter (MTBE) va ser prohibit als EUA al voltant del 2004 amb la finalitat de limitar la contaminació d'aqüífers d'aigua potable a causa de fuites en els tancs d'emmagatzematge de gasolina subterranis. És considerat un agent carcinogen pels humans.

Biocides

Hi ha una sèrie de compostos orgànics sintètics anomenats biocides, que produeixen efectes nocius sobre els organismes. Aquests productes també se'ls poden anomenar xenobiòtics (on xeno significa “estrany” i bio significa “vida”). Dintre dels compostos biocides podem trobar: insecticides (organofosforats i organoclorats), herbicides (triazina, carbamat i clorefenoxi), acaricides (letal per les aranyes), alguicides (letal per les algues), fungicides (letal pels fongs), fumigants (letal pels organismes), residus de petroli (hidrocarburs) i subproductes no desitjats (dioxines).

Els COP (compostos orgànics persistents) estan representats en una llista formada per: 8 pesticides (aldrin, clordà, DDT, dieldrin, endrin, heptaclor, mirex i toxafè), 2 productes químics industrials (bifenils policlorats i hexaclorobenzè) i 2 productes per incineració: (dioxines i furans). Aquests compostos són emesos a partir de processos industrials i són estables; a més, persisteixen en la natura durant llargs períodes, anys o dècades.

En l'emissió dels compostos biocides a l'exterior intervenen 2 factors clau.

1.Factor: Estabilitat dels compostos orgànics

L'estabilitat delbiocide disminueix quan augmenta la velocitat de degradació del compost. Durant els processos de degradació intervenen intermedis d'estabilitat variable. En molts casos, els compostos intermedis tenen menor toxicitat que el compost original. Un exemple és la degradació de la diclorodifeniltricloroetà (DDT) per donar DDE, on s'ha produït l'eliminació d'un clor. Hi ha dos tipus de reaccions de degradació: reaccions fotolítiques, on la reacció necessita la lum del dia i és necessari que el compost químic estigui a dins de les partícules d'aerosols atmosfèrics o sobre la superfície del sòl; i reaccions no fotolítiques (sense llum) on podem tenir reaccions d'hidròlisis, d'oxidació i de reducció.

2.Factor: La mobilitat dels compostos

Hi ha una sèrie de mecanismes que són responsables de la migració dels compostos orgànics sobre la superfície del sòl:

-Transport aquós: intervenen dos factors que contribueixen a les propietats del transport: per una banda, les característiques estructurals de la molècula quedem associades amb les partícules de sòl o sediment, evitant d'aquesta manera que el compost sigui transportat per l'aigua. I per altra banda, la matèria orgànica és la responsable de la retenció dels compostos. La retenció és deguda a la seva interacció hidròfoba en els compostos orgànics xenobiòtics.

-Evaporació: Hi ha una sèrie de factors ambientals que afecten la velocitat de vaporització: la temperatura, (important), els corrents d'aire (vent) i la naturalesa de la superfície sobre la qual es diposita el biocida.

Per tant, els 2 factors se superposen. Si la degradació és ràpida, la mobilitat es converteix en un problema menor. Si el transport és ràpid, no hi ha temps perquè es produeixi la degradació dels biocides.

Riscos

Salut

Els efectes sobre la salut deguts als COV tenen lloc tant a curt com a llarg termini. La principal via d'entrada és la inhalatòria a causa dels seus vapors volàtils. L'altra via d'entrada és per contacte degut a la impregnació de la pell.

Aquests compostos són liposolubles, emmagatzemant-se en diferents punts del cos humà, gràcies a la seva afinitat als greixos. Això provoca que es vagin bioacomulant.

Els efectes que poden tenir són:

- efectes psiquiàtrics: irritabilitat, dificultats de concentració…

- problemes de l'aparell respiratori

- alguns dels COV són carcinògens

Alguns COV, com ara estirè i limonè, poden reaccionar amb òxids de nitrogen o amb ozó per produir nous productes d'oxidació i aerosols secundaris, que poden causar símptomes d'irritació sensorial. COV no especificats són importants en la creació de smog.

Efectes sobre la salut inclouen els ulls, nas i gola, mals de cap, pèrdua de coordinació, nàusees, danys al fetge, el ronyó i el sistema nerviós central. La capacitat dels productes químics orgànics per causar efectes de salut varia molt d'aquells que són altament tòxics, als que no tenen efectes coneguts sobre la salut. Igual que amb altres contaminants, l'abast i la naturalesa de l'efecte sobre la salut dependrà de diversos factors, inclosos el nivell d'exposició i la durada de l'exposició.

Reducció del temps d'exposició

Per reduir l'exposició a aquestes toxines cal utilitzar productes que no continguin aquest tipus de compostos, o en el cas de contenir-los, que sigui amb la menor concentració possible.

Valors límit per a les emissions de COV

Els valors límit per a les emissions de COV en l'aire d'espais interiors es donen a conèixer en diferents publicacions i per part de diversos organismes, com per exemple: AgBB, AFSSET, Departaments de Salut Pública i altres. Aquestes regulacions han portat a diverses empreses a adaptar-se amb reduccions del nivell de COV en els productes que els contenen en la seva formulació.

Medi ambient

Aquests compostos tenen un doble vessant: per una banda com a destructors de l'ozó estratosfèric, i per altra com a precursors de l'ozó troposfèric.

Com a destructors de l'ozó, els COV poden influir en la degradació de la capa d'ozó. Alguns exemples en serien l'1,1,1-tricloroetà i el tetraclorur de carboni.

Com a precursors de l'ozó troposfèric es produeixen a conseqüència de la seva reacció amb els òxids de nitrogen presents a l'atmosfera i llum solar. Tenen lloc una sèrie de reaccions químiques que provoquen la formació d'ozó a nivell de terra. Aquestes reaccions són molt més intenses en presència de llum solar, necessària perquè tinguin lloc. A aquest fenomen se’l coneix amb el nom de smog fotoquímic, creant-se atmosferes riques en ozó d'un color marró-vermellós. Una via per evitar l'smog fotoquímic consisteix en la reducció de les emissions d'òxids de nitrogen i COV.

Legislació

Pel que fa a la legislació referida als COV, es tenen en compte dos àmbits on poden actuar aquests compostos: espais interiors i espais exteriors.

Espais exteriors

A Espanya hi ha actualment dos reials decrets que tenen com a objectiu principal la prevenció i reducció de la contaminació atmosfèrica deguda a l'emissió de COV en diverses activitats industrials.

El Reial Decret 117/2003 es basa en la limitació d'emissions de COV degudes a l'ús de dissolvents en determinades activitats. S'hi defineix COV com "tot compost orgànic que tingui a 293,15 K una pressió de vapor de 0,01 kPa o més, o que tingui una volatilitat equivalent en les condicions particulars d'ús".

El Reial Decret 227/2006 transposa la Directiva 2004/42/CE del Parlament Europeu i del Consell, de 21 d'abril de 2004, i té com a principal objectiu limitar el contingut de COV en pintures, vernissos i productes de renovació de l'acabat de vehicles.

Hi ha dos reials decrets que regulen les emissions de COV de les gasolines: El Reial Decret 2102/1996, de 20 de setembre, sobre el control d'emissions de COV resultants d'emmagatzematge i distribució de gasolines des de les terminals a les estacions de servei; i el Reial Decret 1437/2002, de 27 de desembre, pel qual s'adeqüen les cisternes de gasolina al Reial decret 2102 /96.

Espais interiors

L'exposició a llarg termini als COV en interiors, pot contribuir a la síndrome de “l'edifici malalt”. Els bons sistemes de ventilació i aire condicionat són útils en la reducció de la presència dels COV en interiors. L'Agència de Protecció Ambiental dels Estats Units (EPA) ha trobat concentracions de compostos orgànics volàtils en l'aire interior que és de 2 a 5 vegades més gran que en l'aire exterior i fins i tot més grans. Durant certes activitats els nivells en l'interior de COV poden arribar a 1.000 vegades als nivells de l'aire exterior. Els nous edificis especialment, poden contribuir a pujar més el nivell d'alliberament de gasos en un ambient interior a causa dels abundants nous materials que generen partícules de COV. A més també s'utilitzen molts productes de consum en espais interiors que emeten COV. Així és com la concentració total dels nivells de COV acostuma a ser molt més gran en espais interiors que no pas exteriors.

En la majoria dels països una definició separada de COV s'utilitza pel que fa a la qualitat de l'aire interior que comprèn cada compost químic orgànic que es pot mesurar de les següents maneres: adsorció d'aire, desorció tèrmica i la separació per cromatografia de gasos sobre una columna no polar 100%.

Diversos països de la UE han promulgat regulacions per limitar les emissions de COV dels productes comercials, i la indústria ha desenvolupat nombroses ecoetiquetes voluntàries i sistemes de qualificació, com EMICODE, M1, Blue Angel...

Durant les últimes dècades, aquestes reglamentacions i normes han anat canviant segons com evolucionava el mercat, donant lloc a un nombre creixent de productes de baixa emissió. Les etiquetes voluntàries líders informen de l'emissió de llicències a diversos centenars de productes de baixa emissió.

A Espanya la norma ISO 16000-6 regula la determinació de COV en interiors mitjançant les tècniques existents, per exemple cromatografia.

Sensors de Compostos Orgànics Volàtils

Els COV en el medi ambient o en certes atmosferes poden ser detectats sobre la base de diferents principis i a les interaccions entre els compostos orgànics i els components del sensor. Hi ha dispositius electrònics que poden detectar concentracions de ppm tot i la no selectivitat. Altres poden predir amb una exactitud raonable l'estructura molecular dels compostos orgànics volàtils en el medi ambient o ambients tancats i podrien utilitzar com a monitors necessaris de l'empremta digital química i a més com a dispositius de vigilància de la salut.

La microextracció en fase sòlida (SPME) és una tècnica que s'utilitza per a recollir compostos orgànics volàtils a baixes concentracions per a l'anàlisi.

Detector de gas

Un detector de gas és un dispositiu que detecta la presència de diversos gasos dins d'una àrea, generalment com a part d'un sistema de seguretat. Aquest tipus d'equip s'utilitza per detectar una fuita de gas i la interfície amb un sistema de control de manera que un procés pot ser tancat automàticament. Un detector de gas també pot emetre una alarma als operadors a la zona on s'està produint l'escapament, donant-los l'oportunitat de sortir de la zona. Els detectors de gas es poden utilitzar per detectar gasos combustibles, tòxics, inflamables, i també per l'esgotament d'oxigen.

Tipus de detectors de gas:

Els detectors de gas es poden classificar d'acord amb el mecanisme de funcionament (semiconductors, oxidació catalítica, infrarojos, etc.) Els detectors de gas són de dos tipus principals:

dispositius portàtils: s'utilitza per controlar l'atmosfera en tot el personal i s'usa en la

roba o en un cinturó/arnés.

detectors de gas fixos: s'ubica de manera fixa en algun lloc i pot ser utilitzat per a la detecció d'un o més tipus de gas. Detectors

de tipus fix es munten generalment prop de la zona de procés d'una sala de planta o control.

Referències

Peñuelas, J. y Lluis J. 2003. Emisiones biogénicas de COV y cambio global ¿Se defienden las plantas contra el cambio climático?. Ecosistemas 2003/1
SANHUEZA, Eugenio, HOLZINGER, Rupert, DONOSO, Loreto et al. COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES EN LA ATMÓSFERA DE LA GRAN SABANA.: I: CONCENTRACIONES Y QUÍMICA ATMOSFÉRICA. INCI. [en línia]. dic. 2001, vol.26, no.12 [citat 11 Març 2006], p.597-605.
Gary W. Vanloon & Stephen J. Duffy, Enviromental Chemistry, Oxford, Third Edition. Page 483- 514

Enllaços externs

VOC emissions and calculations