Air quality inside city public commuting buses: physico-chemical and biological characterisation

Abstract

(English) This PhD thesis focuses on identifying the factors that control the concentrations of inhalable particles, pollutant gases, and bioaerosols inside public buses in Barcelona. The study was conducted in the city's public transport system, which is of particular interest due to the active renovation of the bus fleet and the sloping coastal piedmont geography of the city, affecting the emission patterns of buses along "vertical" routes versus "horizontal" routes. The methodology involved physical measurements, chemical analyses, and data analysis. The study was conducted on buses in operation since 2005 and included buses powered by diesel, compressed natural gas, hybrid, and electric engines. Intensive measurement campaigns were performed during a warmer and colder period, and measurements were taken on eleven bus lines in the city. Results showed that the air quality inside buses is influenced by various factors such as the age of the bus, outdoor air quality, traffic density, ventilation, passenger densities, and self-pollution. Mean values of pollutants were higher than urban background concentrations, with electric buses having the lowest values and diesel buses having the highest. Peaks in mass concentrations of pollutants inside buses coincide with road traffic hotspots, tunnels, and urban background levels of outside air pollution in the city. The study shows that the concentrations of pollutants in buses can be influenced by outside air quality and friction generated by slopes. The study provides insights into ways to improve air quality in public transport systems, particularly in urban areas.

(Español) Esta tesis doctoral se centra en la identificación de los factores que controlan las concentraciones de partículas inhalables, gases contaminantes y bioaerosoles en el interior de los autobuses públicos de Barcelona. El estudio se llevó a cabo en el sistema de transporte público de la ciudad, que es de particular interés debido a la renovación activa de la flota de autobuses y a la geografía de piedemonte costero en pendiente de la ciudad, que afecta a los patrones de emisión de los autobuses a lo largo de rutas "verticales" frente a rutas "horizontales". La metodología empleada consistió en mediciones físicas, análisis químicos y análisis de datos. El estudio se llevó a cabo en autobuses en funcionamiento desde 2005 e incluyó autobuses con motores diésel, gas natural comprimido, híbridos y eléctricos. Se realizaron campañas intensivas de medición durante un periodo más cálido y otro más frío, y se efectuaron mediciones en once líneas de autobuses de la ciudad. Los resultados mostraron que la calidad del aire en el interior de los autobuses está influida por diversos factores, como la antigüedad del autobús, la calidad del aire exterior, la densidad del tráfico, la ventilación, la densidad de pasajeros y la autocontaminación. Los valores medios de los contaminantes eran superiores a las concentraciones de fondo urbano, siendo los autobuses eléctricos los que presentaban los valores más bajos y los diésel los más altos. Los picos de las concentraciones másicas de contaminantes en el interior de los autobuses coinciden con los puntos conflictivos del tráfico rodado, los túneles y los niveles de fondo urbano de contaminación atmosférica exterior en la ciudad. El estudio demuestra que las concentraciones de contaminantes en los autobuses pueden verse influidas por la calidad del aire exterior y la fricción generada por las pendientes. El estudio aporta ideas para mejorar la calidad del aire en los sistemas de transporte público, sobre todo en las zonas urbanas.