UrbanBees: La contaminación en beneficio de la sociedad

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 62)
Miembros del Proyecto: Daniel Amarilla Rodríguez, Alejandro Fernández Canosa, Onain Monserrat Tribaldo, Diego Ortega Anatol, Sergio Pérez Oérez y Yajing Zheng
Con la colaboración de: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (Universidad Politécnica de Madrid)

Contaminación en las Ciudades

La polución en las ciudades es un tema de creciente preocupación medioambiental y sanitaria. Uno de los tipos de polución más peligrosos lo conforman las partículas en suspensión, compuestas por pequeñas partículas en estado sólido y líquido de variada composición. Los orígenes de estas partículas son diversos: procesos de combustión (especialmente la del carbón), actividades industriales, incendios o incluso el humo del tabaco.

Las partículas con un tamaño inferior a los 10 micrómetros (o PM10) pueden introducirse en el sistema respiratorio, teniendo una relación directa con enfermedades respiratorias. Según Global Burden of Disease, en 2010 3.223 millones de personas fallecieron debido a la polución ambiental causada por partículas de tamaño inferior a 2.5 micrómetros [1]. La concentración de estas partículas varía según la ciudad, siendo especialmente alta en zonas que dependen de la combustión de carbón. El clima también juega un papel importante, debido principalmente a la acción del viento y la humedad del aire.

UrbanBees: La contaminación en beneficio de la sociedad

Figura 1. Valores de concentración de PM10 y PM2.5 recomendados por la OMS [2]

Los valores recomendados por la Organización Mundial de la Salud (2006), recogidos en la Tabla 1, son frecuentemente superados. En la ciudad de Beijing, conocida por sus altos niveles de polución, fue registrada en diciembre de 2015 una concentración de 308 μg/mm³. En Madrid, 9 de las 12 estaciones de medición de calidad del aire superaron en 2015 los niveles recomendados por la OMS [3].

La composición de las partículas en suspensión también es variable, según las fuentes de éstas. Debe señalarse que no todas estas fuentes son antropogénicas, siendo el polvo en suspensión procedente de zonas áridas un factor importante en determinadas áreas. En Ulan Bator, una ciudad que sufre altos niveles de polución durante el invierno debido a la combustión masiva de carbón, las sustancias más comunes en las partículas en suspensión son silicio (procedente del polvo de las estepas), aluminio, calcio y carbón negro [4]. En algunas zonas de Madrid, donde el tráfico vehicular es la mayor fuente de contaminación, la mayor parte de partículas son de procedencia orgánica, carbono elemental y minerales (cuarzo, carbonatos y calcio) [5].

UrbanBees: Imitando a la naturaleza

Las principales capitales del mundo como Londres, París, Madrid o Beijing están sufriendo la contaminación atmosférica, que como hemos explicado es uno de los problemas más graves del siglo XXI y pensando en soluciones a corto, medio y largo plazo.

La idea de UrbanBees nace en 2016, cuyo objetivo principal es convertir la contaminación en algo útil para la sociedad observando a las abejas y su comportamiento.

En la naturaleza, las abejas buscan el néctar de las flores para producir miel en sus colmenas. De la misma forma, UrbanBees pretende utilizar un enjambre de drones para recoger la contaminación atmosférica y llevarla a una base central. Allí las partículas se convertirán en material de impresión 3D, con el que se podrán fabricar utensilios diversos demandados por los agentes sociales.

En primer lugar, se utilizarán los diversos sensores de contaminación desplegados por las ciudades para detectar cuando el nivel de contaminación supera un cierto umbral. Las partículas más dañinas son las denominadas “Particulate Matter” (PM), que tienen un tamaño menor de 10 micras (ver [6] para más información sobre PM). En caso de alcanzar un nivel de contaminación peligroso para la salud, los sensores envían una señal a la base central que contiene los drones. A continuación, los drones serán enviados al lugar concreto para recoger la polución. El sistema de guiado se realizará tanto por ondas de radio como por autopiloto dentro del dron, dependiendo de las condiciones meteorológicas o de ubicación del lugar. Los drones llevarán instalados filtros que permitirán la recolección de las partículas contaminantes.

La recolección de partículas contaminantes acabaría cuando o bien los drones deban volver a la base central para recargar la batería, o bien el depósito cargado por el dron para almacenar la polución se haya llenado. En ese momento, el dron regresa a la base para vaciar el depósito y obtener nueva batería para salir de nuevo. Los contaminantes recolectados se dejan en la base para su procesado y conversión.

Por último, las partículas contaminantes de tipo metálico se someten a un proceso de compactación a través del cual se transforman en material para impresoras 3D. Ahora mismo se está trabajando en esta dirección y ya existen proyectos similares en los que se convierte el material de polución. Por ejemplo, en el Massachusets Institute of Technology se ha conseguido transformar la contaminación en tinta [7], y en Technical University Eindohven se ha construido una torre capaz de convertir las partículas contaminantes en joyas [8]. Los objetos fabricados mediante impresora 3D serán destinados a satisfacer diversas necesidades sociales, como puede ser la producción de material escolar.

Mercado de Drones e impresión 3D

UrbanBees se sustenta en dos mercados simultáneamente: el mercado de los drones y el de la fabricación aditiva.

El origen de la fabricación aditiva se encuentra en 1984, cuando Chuck Hull patentó el primer sistema de impresión 3D que denominó stereolithography. Sin embargo, fue en 2010 cuando se aceleró su desarrollo. El siguiente gráfico muestra la evolución de la industria de la fabricación aditiva, en números de impresoras vendidas.

UrbanBees: La contaminación en beneficio de la sociedad

Figura 2. Impresoras vendidas a lo largo del tiempo. Fuente: Wohlers Report 2016 [9].

En el año 2025 se estima que sólo en el mercado de bienes de consumo el potencial económico pueda llegar hasta los 300 millones de dólares, según publicó McKinsey en 2013 [10]. En términos del valor generado por la industria, según un estudio de OBS Business School [11], se prevé un crecimiento de casi un 30% para el período 2016-2021.

Actualmente, los vehículos aéreos no tripulados, UAVs o drones, son conocidos por la mayoría de la sociedad, lo cual en parte es debido al gran aumento de sus aplicaciones. En función de las oportunidades de negocio de cada una de ellas, el estudio de PwC denominado “PwC global report on the commercial applications of drone technology” [12] estima los ingresos de la industria por aplicación, alcanzando la industria completa un mercado total direccionable de más de 127 billones de dólares.

Evolución del proyecto y objetivos futuros

Desde el origen del proyecto la evolución ha sido ascendente y se ha visto reflejada por la participación tanto en competiciones internacionales de empredimiento como por el interés de diversos medios de comunicación.

En primer lugar, UrbanBees fue seleccionado como uno de los diez proyectos con más repercusión en la competición Tsinghua-Santander World Challenges of the 21st Century. Este evento estaba promocionado por el Banco Santander y la Universidad de Tsinghua, considerada la universidad más elitista de ingeniería de toda China. Se desarrolló durante el mes de agosto de 2016 y durante la misma los miembros de UrbanBees recibieron tutorización por parte de profesores del Parsons Institute of Design, con sede en Nueva York, y del Departamento de Diseño de la Universidad de Tsinghua. A su vez, se pudo recibir coaching de empresas tecnológicas punteras como Microsoft, Daimler o Microduino. Una de las fases principales del concurso era la búsqueda de inversión, por lo que se realizaron exposiciones en ferias tecnológicas como el Beijing Maker Faire. Finalmente, nuestro proyecto se encuadró dentro de los cinco mejores proyectos con mayor impacto y viabilidad de toda la competición.

Además, recientemente se obtuvo el quinto premio en el concurso de ideas tecnológicas Coslada Smart Logistics, organizado por el Ayuntamiento de Coslada y la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. Tras esto, la última distinción recibida fue el premio a la mejor idea de aplicación civil de drones en el Congreso CivilDron 2017.

Debido a la relevancia de estos concursos, diversos medios de comunicación se interesaron en nuestra propuesta. En agosto realizamos dos entrevistas con la cadena de radio La Cope, para sus programas del fin de semana y la tarde. Ambos audios pueden ser encontrados en el apartado de información multimedia. Por otro lado, fuimos entrevistados por Enrique Campo en cadena Cope para el especial Vidas en Movimiento de Año Nuevo 2017. Finalmente, se emitió una entrevista en el informativo de TVE grabado en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid.

De cara al futuro estamos trabajando mano a mano con la Universidad Politécnica de Madrid para convertir el proyecto en realidad. Contamos con el apoyo de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio, y nuestro objetivo es el de crecer en los siguientes años.

Finalmente, desde UrbanBees nos hemos marcado una serie de objetivos tanto a corto como a largo plazo:

  • Continuar con las investigaciones sobre el proceso de transformación de polución en material consumible para las impresoras 3D. Este proceso iría desde el filtrado eficaz de las partículas contaminantes aprovechables y que sean más peligrosas para el organismo, la deposición automática en la base y la compactación del polvo.
  • Automatizar la comunicación entre los drones y la base central a través de la información recibida por los sensores de concentración de partículas contaminantes en el aire, repartidos a lo largo de la ciudad.
  • Debido a que la legislación actual es muy restrictiva con el uso de drones en las ciudades, nuestro objetivo a más corto plazo es probar el sistema UrbanBees en minas, donde la calidad del aire es muy baja y las partículas presentes son predominantemente metálicas.

Bibliografía

[1] Lim SS, Vos T, Flaxman AD, Danaei G, Shibuya K, Adair-Rohani H (2012). “A comparative risk assessment of burden of disease and injury attributable to 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990–2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010”. The Lancet. 380 (9859), pages 2224–2260

[2] Organización Mundial de la Salud (2006). “Guías de calidad
del aire de la OMS relativas al material particulado, el ozono, el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre”.

[3] Ecologistas en acción (2015). “La calidad del aire en la ciudad de Madrid en 2015”.

[4] David, PK et al (2010). “Air particulate matter pollution in Ulaanbaatar, Mongolia: determination of composition, source contributions and source locations”. Atmospheric Pollution Research 2 (Issue 2), pages 126-137

[5] Querol, X., Viana, MM, Alastuey, A, Moreno, T, González, A, Pallarés, M y Jiménez, S (2009).“Niveles, composición y fuentes de PM, PM y PM en España: Cantabria, Castilla y León, Madrid y Melilla”.  Ministerio de Medio Ambiente, Rural y Marino, y CSIC.

[6] United States Environmental Protection Agency . https://www.epa.gov/pm-pollution

[7] Website of Massachusets Institute of Technology. http://fluid.media.mit.edu/projects/kaala-printer-prints-uses-pollution-ink

[8] Website of Daan Roosegaarde. https://www.studioroosegaarde.net/project/smog-free-project/info/

[9] Wohlers Report 2016. ISBN 978-0-9913332-2-6.

[10] Jouer la rupture pour une Renaissance de l’industrie française. McKinsey France.

[11] Estudio OBS Business School (web): http://www.obs-edu.com/es/noticias/estudio-obs/el-negocio-de-fabricacion-digital-con-impresoras-3d-crecera-un-26-en-2016

[12] PwC global report on the commercial applications of drone technology.

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