Compuestos orgánicos volátiles (COV): impactos y gestión en la industria

En un sitio industrial los Compuestos Orgánicos Volátiles, COV, forman parte de los contaminantes del aire ambiente, interior y exterior. Bajo el término COV se engloba una multitud de sustancias químicas.

¿Su punto en común? Se componen de carbono e hidrógeno, y en condiciones ambientales, se encuentran bien en fase gaseosa, bien en una fase líquida que se evaporará fácilmente. Los COV impactan la calidad del aire con consecuencias sobre la salud humana, el medio ambiente, la economía. Por tanto, son objeto de una definición oficial a nivel europeo y trasladada al plano nacional. Conocer las propiedades fisicoquímicas de los COV ayuda a tomar las medidas de prevención adecuadas. He aquí un panorama rápido que le familiarizará con las particularidades físicas y químicas de los COV que impactan la calidad del aire.

Definición reglamentaria de COV

El artículo 2, §16 y §17, de la Directiva 1999/13/CE del Consejo, de 11 de marzo de 1999, relativa a «la limitación de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas aluso de disolventes orgánicos en determinadas actividades e instalaciones » ofrece las dos definiciones siguientes:

Compuesto orgánico: «todo compuesto que, con exclusión del metano, contiene carbono e hidrógeno, el cual puede estar sustituido por otros átomos como los halógenos (ej. flúor, cloro, bromo, yodo), el oxígeno, el azufre, el nitrógeno o el fósforo, con excepción de los óxidos de carbono (ej: CO₂) y de los carbonatos (por ejemplo: CO₃^2-) y bicarbonatos(por ejemplo: HCO₃^–) . »

Compuesto orgánico volátil (COV) : cualquier compuesto orgánico que tenga una presión de vapor igual o superior a 0,01 kPa a una temperatura de 293,15 K(20°C) o que tenga una volatilidad correspondiente en las condiciones particulares de uso.

La directiva ha sido trasladada al derecho francés en el código del medio ambiente artículo R224-48. Define un COV como «todo compuesto orgánico cuyo punto de ebullición inicial, medido a la presión estándar de 101,3 kPa, es inferior o igual a 250°C.»

¿Volátiles? ¡Sí, pero más o menos! Clasificación física de los COV

Para comprender la magnitud de las emisiones de COV que degradan la calidad del aire ambiente, se busca conocer su concentración. Para ello nos apoyamos en una característica física: la volatilidad.

La volatilidad es la capacidad de una sustancia para evaporarse a temperatura y presión ambiente.

Los COV son volátiles, pero más o menos volátiles. Como la volatilidad de un COV depende de su presión de vapor, se puede utilizar la concentración de saturación efectiva ???????? (en µg.m^-3) como criterio de clasificación. Por otra parte, la volatilidad decrece cuando el peso molecular del COV aumenta. También se puede clasificar los COV según el número de átomos de carbono en su estructura.

volatilidad a no volatilidad	nº de átomos de carbono	concentración de saturación efectiva ????????
COV Muy volátil a volátil	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IVolatilidad Intermedia	12 ≤ nb C ≤ 18	103 μg.m-3 <???????? ≤106 μg.m-3
COSVSemi Volatil	18 < nb C ≤ 32	10-1 μg.m-3 <???????? ≤103 μg.m-3
CONV No volátil a temperatura ambiente (partícula)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Hay que tener en cuenta que los compuestos orgánicos no volátiles a temperatura ambiente (COVN) se evaporarán en condiciones específicas de uso, relacionadas con procesos industriales, o en caso de accidente (incendio, explosión).

Otra clasificación de los COV toma como criterio la temperatura de ebullición.

Volatilidad	Temperatura de ebullición
Muy volátil	< (50 – 100 °C)
Volátil	(50 – 100 °C) a (240 – 260 °C)
Semivolátil	(240 – 260 °C) a (380 – 400 °C)

COV y olores

Algunos COV son inodoros (butano, propano). Otros COV pueden tener un olor más o menos característico. Los compuestos azufrados, las aminas, los compuestos oxigenados (cetonas, aldehídos), ciertos compuestos aromáticos son particularmente olorosos.

Clasificación de los COV según su estructura química

Los COV constituyen una vasta clase de compuestos químicos, presentando una gran diversidad de estructuras y propiedades. Es su impacto común como contaminantes del aire, del agua, del suelo lo que los reúne en esta clase. Sin embargo, sus estructuras, especialmente la presencia de grupos de átomos distintos de C y H, influyen en sus propiedades químicas, por tanto en la particularidad de su toxicidad para el hombre y la naturaleza; y por consiguiente, en los efectos económicos que resultan de ello.

Criterios estructurales de COV

Los COV se distinguen según varios criterios estructurales no excluyentes, cada uno de los cuales contribuye a la naturaleza y el grado de sus propiedades contaminantes:

• cíclica(cadena de átomos de carbono quese cierran en círculo) frente a no cíclica(cadena de carbono no cerrada, los átomos de C se enlazan de forma lineal);
• aromáticos(una cadenaespecífica de carbono hexagonal llamada anillo bencénico, formada por 6 átomos de carbono unidos cada uno a un átomo de hidrógeno) frente a no aromáticos(una cadena sin esta configuración especial);
• monocíclicos(una sola cadena cíclica de carbono) frente a policíclicos(varios anillos idénticos unidos por uno o dos átomos de carbono en común)
• homocíclico(un anillo formado únicamente por C) frente a heterocíclico(un anillo que contiene carbono y otros átomos que sustituyen al carbono);
• saturado (presencia únicamente de enlaces carbono simples) versus insaturado (enlaces carbono dobles o triples). La insaturación confiere una reactividad aumentada a los COV, repercutiendo en su toxicidad. Las estructuras aromáticas son todas insaturadas.
• no ramificado frente a ramificado(la cadena principal de carbono tiene una o más ramificaciones formadas por grupos de átomos de C y H solos, o incorporando otros átomos que luego les dan una reactividad característica [grupo funcional]).

Clasificación de los COV

Hay dos categorías principales de COV: los COV aromáticos y los COV alifáticos (no aromáticos).

Los COV aromáticos poseen como esqueleto de base un ciclo bencénico (= anillo bencénico). Se descomponen en varias subcategorías:

• Hidrocarburos aromáticos monocíclicos, incluidos los BTEX (abreviatura de benceno, tolueno, etilbenceno y xileno), todos ellos tóxicos y ecotóxicos.
• los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP) con propiedades cancerígenas. Se sintetizan durante la formación de las energías fósiles (petróleo, carbón) o bien durante la combustión incompleta de materias orgánicas (calefacción con fuel, incendios forestales, etc.).
• compuestos heterocíclicos aromáticos, o heterociclos aromáticos, en los que uno o varios átomos de C del anillo bencénico están sustituidos por otros átomos (o grupos de átomos) como los mencionados en la definición anterior.

Los COV alifáticos (= COV no aromáticos) incluyen moléculas con un :

• saturada: los alcanos ; ejemplo: el hexano C₆H₁₄ que se utiliza en las colas, adhesivos, líquidos desengrasantes, está presente en los vapores de gasolina. Puede penetrar en el organismo por las vías respiratoria y percutánea. Sus efectos por inhalación van desde los mareos hasta la pérdida de conciencia. El contacto con la piel provoca dermatitis.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • los alquenos (doble enlace carbono); ejemplo: el etileno C₂H₄ liberado por la mayoría de las frutas y verduras como agente de maduración, emitido por los tubos de escape, las carretillas elevadoras de propano, las bolsas de plástico bajo la acción de la luz. Puede provocar por inhalación mareos, cefalea, pérdida de conciencia, y contribuye al efecto invernadero;
  • alquinos (triple enlace de carbono); ejemplo: etileno o acetileno_C2H2; extremadamente inflamable y explosivo, se utiliza como combustible para la soldadura o en determinados equipos de análisis.

Los alcanos, alquenos y alquinos también incorporan estructuras :

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • bien lineales. Ejemplo n-hexano.
  • o ramificada.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Las moléculas pueden comprender varios ciclos
    • bien unidos por 2 átomos de carbono comunes; ejemplo: cicloalcanos policíclicos
    • o unidos por 1 átomo de carbono común: espiranos.
  • El anillo puede incluir átomos distintos del carbono (heterociclo)
  • Un ciclo puede llevar una ramificación. Por ejemplo el metilciclohexano (C6H11CH3), que sirve de base para la síntesis orgánica, disolvente de éteres y celulosa, carburante para la aviación. Puede agredir las vías respiratorias, el sistema nervioso central, la piel y los ojos.

Si la estructura alifática o aromática posee una ramificación identificada como grupo funcional (grupo de átomos que le confiere propiedades químicas distintivas) como ciertos derivados de alcanos o ciertos HAP por ejemplo, el COV impactará específicamente la calidad del aire. Se clasifican entonces los COV en una familia particular:

• COV halogenados, por ejemplo, clorometano CH₃Cl
• COV azufrados, ej: β-mercaptoetanol C₂H₆OS,
• COV oxygénés dont des :
  • COV alcoholes, ej: etilenglicol C₂H₆O₂ ; utilizado como anticongelante, disolvente, líquidos de freno, colorantes… Su inhalación provoca tos y cefalea, su ingestión dolores abdominales, náusea
  • COV cetonas, ej: acetona C₃H₆O, disolvente utilizado para la industria de la pintura, de las lacas, del caucho, de las materias plásticas… Muy volátil, puede ser inhalado en gran cantidad durante una concentración importante en el aire. Puede penetrar en la sangre a través de los pulmones y difundirse por todo el cuerpo. Los síntomas van desde la irritación de la nariz hasta la depresión del sistema nervioso central.
  • COV aldehídos, por ejemplo _CH2Oformaldehído, emitidos en mayor o menor medida en todos los sectores industriales y reconocidos como cancerígenos.
  • COV éteres, ej: etilenglicol nbutil éter (EGBE) C₆H₁₄O₂,
  • COV éster, ej: acetato de metilo C₃H₆O₂.
• COV nitrados, ej: nitroetano C₂H₅NO₂, irritante para las vías respiratorias, puede alterar la sangre, provocar convulsiones.
• COV aminados, como la anilina, que se adsorben fácilmente en la ropa de trabajo, las paredes, las máquinas y las superficies de trabajo.

Varios miles de sustancias responden a la definición de COV. Afectan la calidad del aire de todos los sectores industriales. Conocer su naturaleza permite comprender la manera en que reaccionan con los gases y las partículas presentes en el aire de un sitio industrial. Se tomarán así las medidas de prevención adaptadas a su composición química, especialmente en materia de captación en la fuente, filtración, tratamiento.