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EMISIONES GEI

Los gases de efecto invernadero (GEI)
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驴Qu茅 son las emisiones de gases de efecto invernadero o GEI?

 

Los gases de efecto invernadero

Los gases de efecto invernadero, o GEI, son gases compuestos que atrapan el calor o la radiaci贸n de onda larga en la atm贸sfera. Su presencia en la atm贸sfera hace que la superficie de la Tierra se caliente. La luz solar o radiaci贸n de onda corta atraviesa f谩cilmente estos gases y la atm贸sfera. Esta radiaci贸n es absorbida por la superficie de la Tierra y liberada como calor o radiaci贸n de onda larga. Dicho de otra forma, absorben parte de los rayos solares y los redistribuyen en forma de radiaci贸n dentro de la atm贸sfera terrestre, fen贸meno conocido como efecto invernadero.

La estructura molecular de los GEI les permite absorber el calor liberado o atraparlo en la atm贸sfera y reemitirlo de nuevo a la tierra. Este fen贸meno de captura de calor se conoce como efecto invernadero. La acumulaci贸n de GEI desde la revoluci贸n industrial ha acelerado este efecto invernadero, provocando el calentamiento global y el cambio clim谩tico.

Podemos, por lo tanto, definir el gas de efecto invernadero, a cualquier gas que tiene la propiedad de absorber la radiaci贸n infrarroja (energ铆a t茅rmica neta) emitida desde la superficie de la Tierra y la irradia de nuevo a la superficie terrestre, contribuyendo as铆 al efecto invernadero.

Los gases de efecto invernadero tienen un profundo efecto en el balance energ茅tico del sistema terrestre, a pesar de constituir s贸lo una fracci贸n de todos los gases atmosf茅ricos. Las concentraciones de gases de efecto invernadero han variado sustancialmente a lo largo de la historia de la Tierra, y estas variaciones han provocado cambios clim谩ticos sustanciales en una amplia gama de escalas de tiempo.

En general, las concentraciones de gases de efecto invernadero han sido especialmente altas durante los periodos c谩lidos y bajas durante los periodos fr铆os. Los conjuntos de datos a largo plazo revelan un aumento de las concentraciones del gas de efecto invernadero di贸xido de carbono en la atm贸sfera de la Tierra. Los conjuntos de datos a largo plazo revelan un aumento de las concentraciones del gas de efecto invernadero di贸xido de carbono en la atm贸sfera de la Tierra.

Varios procesos influyen en las concentraciones de gases de efecto invernadero. Algunos, como las actividades tect贸nicas, operan en escalas de tiempo de millones de a帽os, mientras que otros, como las fuentes y sumideros de la vegetaci贸n, el suelo, los humedales y los oc茅anos, operan en escalas de tiempo de cientos a miles de a帽os. Las actividades humanas -especialmente la combusti贸n de combustibles f贸siles desde la Revoluci贸n Industrial- son responsables del aumento constante de las concentraciones atmosf茅ricas de varios gases de efecto invernadero, especialmente el di贸xido de carbono, el metano, el ozono y los clorofluorocarbonos (CFC).

Las emisiones de GEI se refieren a la suma de los siete gases de efecto invernadero que influyen directamente en el cambio clim谩tico: di贸xido de carbono (CO2), metano (CH4), 贸xido nitroso (N2O), clorofluorocarbonos (CFC), hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC), hexafluoruro de azufre (SF6) y trifluoruro de nitr贸geno (NF3).


 

驴De donde proceden los gases de efecto invernadero?

Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) se producen cuando se queman hidrocarburos, como el gas natural y el petr贸leo. Los GEI incluyen el di贸xido de carbono (CO2), el metano, el 贸xido nitroso y el ozono, que contribuyen al cambio clim谩tico.

El gas natural y el petr贸leo se queman para la generaci贸n de electricidad, los usos industriales, el transporte y para calentar hogares y edificios comerciales.

De hecho, la mayor parte de las emisiones de GEI se liberan en la fase de usuario final, cuando los consumidores utilizan el gas natural y el petr贸leo para obtener calefacci贸n, electricidad, combustible y otros productos importantes.

 

De d贸nde proceden las emisiones de gases de efecto invernadero
De d贸nde proceden las emisiones de gases de efecto invernadero.

 

驴Cu谩les gases son los GEI?

El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Clim谩tico (IPCC) ha identificado m谩s de cuarenta gases de efecto invernadero, entre ellos los ya mencionados, vapor de agua (H2O), di贸xido de carbono (CO2), metano (CH4), ozono (O3), 贸xido nitroso (N2O), hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6).

驴C贸mo se producen?:

  • El di贸xido de carbono se produce principalmente por la combusti贸n de combustibles f贸siles (petr贸leo, carb贸n) y biomasa.
  • El 贸xido nitroso (N2O) procede de actividades agr铆colas, de la quema de biomasa y de productos qu铆micos como el 谩cido n铆trico.
  • El metano (CH4) se genera principalmente en la agricultura (arrozales, ganado). Una parte de las emisiones procede de la producci贸n y distribuci贸n de gas y petr贸leo, la miner铆a del carb贸n, la combusti贸n y los vertederos.
  • Los gases fluorados (HFC, PFC, SF6) se utilizan en sistemas de refrigeraci贸n y en aerosoles y espumas aislantes. Los PFC y el SF6 se utilizan en la industria de los semiconductores. Los gases fluorados tienen un poder de calentamiento entre 1.300 y 24.000 veces superior al del di贸xido de carbono y una vida 煤til muy larga. Por eso representan un peligro real, a pesar de la modesta parte que representan en el total de las emisiones de GEI.

El efecto de cada gas de efecto invernadero sobre el clima de la Tierra depende de su naturaleza qu铆mica y de su concentraci贸n relativa en la atm贸sfera. Algunos gases tienen una gran capacidad de absorci贸n de la radiaci贸n infrarroja o est谩n presentes en cantidades significativas, mientras que otros tienen una capacidad de absorci贸n considerablemente menor o s贸lo est谩n presentes en cantidades m铆nimas.

El forzamiento radiativo, tal y como lo define el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Clim谩tico (IPCC), es una medida de la influencia que tiene un determinado gas de efecto invernadero u otro factor clim谩tico (como la irradiaci贸n solar o el albedo) en la cantidad de energ铆a radiante que incide sobre la superficie de la Tierra.

Para comprender la influencia relativa de cada uno de los gases de efecto invernadero, a continuaci贸n se indican los llamados valores de forzamiento (expresados en vatios por metro cuadrado) calculados para el periodo comprendido entre 1750 y la actualidad.

FIGURA

El di贸xido de carbono, el metano y el vapor de agua son los gases de efecto invernadero m谩s importantes. (En menor medida, el ozono superficial, los 贸xidos nitrosos y los gases fluorados tambi茅n atrapan la radiaci贸n infrarroja). Los principales GEI, tambi茅n conocidos como gases que atrapan el calor, son:

  • El di贸xido de carbono
  • El metano
  • El 贸xido nitroso
  • Los gases fluorados
  • El vapor de agua

 

Di贸xido de carbono

El di贸xido de carbono compone el 64,3% de los GEI. Entra en la atm贸sfera a trav茅s de la quema de combustibles f贸siles, residuos s贸lidos, 谩rboles y productos de madera, y ciertas reacciones qu铆micas. Las plantas lo eliminan de la atm贸sfera de forma natural como parte del ciclo biol贸gico del carbono. El di贸xido de carbono (CO2) es el gas de efecto invernadero m谩s importante. Las fuentes naturales de CO2 atmosf茅rico incluyen la destilaci贸n de los volcanes, la combusti贸n y la descomposici贸n natural de la materia org谩nica, y la respiraci贸n de los organismos aer贸bicos (que utilizan ox铆geno).

Estas fuentes se equilibran, por t茅rmino medio, con un conjunto de procesos f铆sicos, qu铆micos o biol贸gicos, llamados 芦sumideros禄, que tienden a eliminar el CO2 de la atm贸sfera. Entre los sumideros naturales m谩s importantes se encuentra la vegetaci贸n terrestre, que absorbe CO2 durante la fotos铆ntesis.


 

Metano

El metano se libera a la atm贸sfera por la producci贸n y el transporte de carb贸n, gas natural y petr贸leo, las pr谩cticas ganaderas y agr铆colas, y la descomposici贸n de los residuos org谩nicos en los vertederos de residuos s贸lidos municipales. El metano (CH4) es el segundo gas de efecto invernadero m谩s importante.

El CH4 es m谩s potente que el CO2 porque el forzamiento radiativo producido por mol茅cula es mayor. Adem谩s, la ventana de infrarrojos est谩 menos saturada en el rango de longitudes de onda de la radiaci贸n absorbida por el CH4, por lo que un mayor n煤mero de mol茅culas puede ocupar la regi贸n.

Sin embargo, el CH4 existe en concentraciones mucho m谩s bajas que el CO2 en la atm贸sfera, y sus concentraciones por volumen en la atm贸sfera se miden generalmente en partes por bill贸n (ppb) en lugar de ppm.

El CH4 tambi茅n tiene un tiempo de permanencia en la atm贸sfera considerablemente m谩s corto que el CO2 (el tiempo de permanencia del CH4 es de aproximadamente 10 a帽os, en comparaci贸n con los cientos de a帽os del CO2).

Las fuentes naturales de metano incluyen los humedales tropicales y n贸rdicos, las bacterias oxidantes del metano que se alimentan de la materia org谩nica consumida por las termitas, los volcanes, los respiraderos de filtraci贸n del fondo marino en regiones ricas en sedimentos org谩nicos y los hidratos de metano atrapados a lo largo de las plataformas continentales de los oc茅anos y en el permafrost polar.

El principal sumidero natural de metano es la propia atm贸sfera, ya que el metano reacciona f谩cilmente con el radical hidroxilo (OH-) dentro de la troposfera para formar CO2 y vapor de agua (H2O). Cuando el CH4 llega a la estratosfera, se destruye.

Otro sumidero natural es el suelo, donde el metano es oxidado por las bacterias.

Al igual que con el CO2, la actividad humana est谩 aumentando la concentraci贸n de CH4 m谩s r谩pido de lo que pueden compensar los sumideros naturales.

Las fuentes antropog茅nicas representan en la actualidad aproximadamente el 70% del total de las emisiones anuales, lo que conlleva un aumento sustancial de la concentraci贸n a lo largo del tiempo.

Las principales fuentes antropog茅nicas de CH4 atmosf茅rico son el cultivo de arroz, la ganader铆a, la quema de carb贸n y gas natural, la combusti贸n de biomasa y la descomposici贸n de la materia org谩nica en los vertederos.

Las tendencias futuras son especialmente dif铆ciles de prever. Esto se debe, en parte, a una comprensi贸n incompleta de las reacciones clim谩ticas asociadas a las emisiones de CH4. Adem谩s, a medida que crece la poblaci贸n humana, es dif铆cil predecir c贸mo influir谩n los posibles cambios en la ganader铆a, el cultivo del arroz y el uso de la energ铆a en las emisiones de CH4.

Se cree que un aumento repentino de la concentraci贸n de metano en la atm贸sfera fue el responsable de un evento de calentamiento que elev贸 la temperatura media mundial entre 4 y 8 掳C (7,2-14,4 掳F) durante unos pocos miles de a帽os, durante el llamado M谩ximo T茅rmico del Paleoceno-Eoceno (PETM).

Este episodio tuvo lugar hace aproximadamente 55 millones de a帽os, y el aumento del CH4 parece haber estado relacionado con una erupci贸n volc谩nica masiva que interactu贸 con dep贸sitos de inundaci贸n que conten铆an metano. Como resultado, se inyectaron en la atm贸sfera grandes cantidades de CH4 gaseoso. Es dif铆cil saber con exactitud cu谩n altas fueron estas concentraciones o cu谩nto tiempo persistieron. En concentraciones muy elevadas, los tiempos de residencia del CH4 en la atm贸sfera pueden llegar a ser mucho mayores que el tiempo de residencia nominal de 10 a帽os que se aplica en la actualidad. No obstante, es probable que estas concentraciones alcanzaran varias ppm durante el PETM.

Las concentraciones de metano tambi茅n variaron en un rango menor (entre 350 y 800 ppb aproximadamente) en asociaci贸n con los ciclos glaciales del Pleistoceno. Los niveles preindustriales de CH4 en la atm贸sfera eran de aproximadamente 700 ppb, mientras que los niveles superaron las 1.867 ppb a finales de 2018. (Estas concentraciones est谩n muy por encima de los niveles naturales observados durante al menos los 煤ltimos 650.000 a帽os).

El forzamiento radiativo neto de las emisiones antropog茅nicas de CH4 es de aproximadamente 0,5 vatios por metro cuadrado, es decir, aproximadamente un tercio del forzamiento radiativo del CO2.


 

脫xido nitroso y gases fluorados

El 贸xido nitroso (N2O) se emite durante las actividades agr铆colas e industriales y durante la combusti贸n de combustibles f贸siles y residuos s贸lidos.

Otros gases traza producidos por la actividad industrial que tienen propiedades de efecto invernadero son el 贸xido nitroso (N2O) y los gases fluorados (halocarbonos), estos 煤ltimos incluyen los CFC, el hexafluoruro de azufre, los hidrofluorocarbonos (HFC) y los perfluorocarbonos (PFC). El 贸xido nitroso es responsable de un forzamiento radiativo de 0,16 vatios por metro cuadrado, mientras que los gases fluorados son responsables en conjunto de 0,34 vatios por metro cuadrado.

Los 贸xidos nitrosos tienen peque帽as concentraciones de fondo debido a reacciones biol贸gicas naturales en el suelo y el agua, mientras que los gases fluorados deben su existencia casi por completo a fuentes industriales.

Los gases fluorados son gases sint茅ticos procedentes de procesos industriales. Incluyen:

  • los hidrofluorocarbonos
  • los perfluorocarbonos
  • el hexafluoruro de azufre
  • y el trifluoruro de nitr贸geno

A veces se les conoce como sustancias que agotan la capa de ozono estratosf茅rica o gases de alto potencial de calentamiento global (GWP) porque pueden ser 1.000 veces m谩s potentes que el di贸xido de carbono y pueden estar en la atm贸sfera durante 1.000 a帽os.


 

Vapor de agua

El vapor de agua es el gas de efecto invernadero m谩s potente de la atm贸sfera terrestre, pero su comportamiento es fundamentalmente diferente al de los dem谩s gases de efecto invernadero.

El papel principal del vapor de agua no es un agente directo de forzamiento radiativo, sino m谩s bien una retroalimentaci贸n clim谩tica, es decir, una respuesta dentro del sistema clim谩tico que influye en la actividad continua del sistema.

Esta distinci贸n se debe a que, en general, la cantidad de vapor de agua en la atm贸sfera no puede ser modificada directamente por el comportamiento humano, sino que viene determinada por la temperatura del aire. Cuanto m谩s caliente es la superficie, mayor es la tasa de evaporaci贸n del agua de la superficie.

Como resultado, el aumento de la evaporaci贸n conduce a una mayor concentraci贸n de vapor de agua en la atm贸sfera inferior capaz de absorber la radiaci贸n infrarroja y emitirla de nuevo a la superficie.


 

GEI forzantes y GEI retroalimentadores

Los GEI tambi茅n pueden clasificarse en dos tipos diferentes:

  • GEI forzantes
  • GEI retroalimentadores

Los GEI forzantes son los cuatro gases mencionados anteriormente: el di贸xido de carbono, el metano, el 贸xido nitroso y los gases fluorados. Tardan muchos a帽os en abandonar la atm贸sfera y no reaccionan a los cambios de temperatura o de presi贸n atmosf茅rica, por lo que no son f谩ciles de eliminar.

Los GEI retroalimentados son el vapor de agua. Duran en la atm贸sfera s贸lo unos d铆as y son componentes muy activos del sistema clim谩tico, lo que significa que responden r谩pidamente a los cambios en las condiciones. Act煤an como retroalimentaci贸n de los GEI haciendo circular el efecto invernadero o acentuando el efecto de calentamiento de los GEI forzantes.

Los GEI pueden evaluarse de tres maneras: cu谩nto, cu谩nto tiempo y qu茅 potencia.

  • 芦Cu谩nto禄 o la concentraci贸n y abundancia de los GEI es importante porque algunos GEI se producen m谩s que otros. En los debates populares sobre el calentamiento global y los GEI, el di贸xido de carbono recibe m谩s atenci贸n porque es el GEI m谩s abundante en la atm贸sfera. Algunos gases permanecen mucho tiempo en la atm贸sfera
  • 芦Cuanto tiempo禄 es la duraci贸n o residencia en la atm贸sfera depende de lo bien mezclados que est茅n en la atm贸sfera. Cuando un gas est谩 bien mezclado, la cantidad medida en la atm贸sfera es la misma en todo el mundo.
  • 芦C贸mo de potente禄 se refiere a su Potencial de Calentamiento Global (PCG) o a su impacto en las temperaturas globales. Algunos gases son m谩s eficaces para absorber energ铆a o atrapar el calor que otros. Por ejemplo, una libra de metano atrapa 21 veces m谩s calor que una libra de di贸xido de carbono.

Las actividades humanas son la principal fuente de GEI. La quema de combustibles f贸siles, la deforestaci贸n, la ganader铆a intensiva, el uso de fertilizantes sint茅ticos y los procesos industriales contribuyen a ello. Desde la Revoluci贸n Industrial del siglo XVIII, se ha producido un fuerte y peligroso aumento de los GEI en la atm贸sfera. Esto puede atribuirse en gran parte a los procesos industriales, la electricidad, la calefacci贸n de los hogares y la conducci贸n.

La temperatura de la Tierra depende del equilibrio entre la energ铆a que entra y sale de la atm贸sfera. El desequilibrio puede ser causado por cambios en el efecto invernadero, que a su vez provoca el cambio clim谩tico.

Antes de la Revoluci贸n Industrial, el clima variaba de forma natural. Sin embargo, los cambios clim谩ticos desde entonces no pueden explicarse por causas naturales. El aumento de las temperaturas, los cambios en los patrones de nieve y precipitaciones y los fen贸menos clim谩ticos m谩s extremos se han relacionado con los niveles antinaturales de di贸xido de carbono y otros GEI en la atm贸sfera.


 

El ciclo de carbono

El carbono se transporta en diversas formas a trav茅s de la atm贸sfera, la hidrosfera y las formaciones geol贸gicas.

Una de las principales v铆as de intercambio de di贸xido de carbono (CO2) tiene lugar entre la atm贸sfera y los oc茅anos; all铆 una fracci贸n del CO2 se combina con el agua, formando 谩cido carb贸nico (H2CO3) que posteriormente pierde iones de hidr贸geno (H+) para formar iones bicarbonato (HCO3-) y carbonato (CO32-).

Las conchas de moluscos o los precipitados minerales que se forman por la reacci贸n del calcio u otros iones met谩licos con el carbonato pueden quedar enterrados en los estratos geol贸gicos y liberar eventualmente CO2 a trav茅s de la desgasificaci贸n volc谩nica.

El di贸xido de carbono tambi茅n se intercambia a trav茅s de la fotos铆ntesis en las plantas y de la respiraci贸n en los animales. La materia org谩nica muerta y en descomposici贸n puede fermentar y liberar CO2 o metano (CH4) o puede incorporarse a la roca sedimentaria, donde se convierte en combustibles f贸siles.

La quema de combustibles de hidrocarburos devuelve CO2 y agua (H2O) a la atm贸sfera. Las v铆as biol贸gica y antropog茅nica son mucho m谩s r谩pidas que las v铆as geoqu铆micas y, en consecuencia, tienen un mayor impacto en la composici贸n y la temperatura de la atm贸sfera.

  • Sumidero de carbono – Bomba de solubilidad: Una serie de procesos oce谩nicos tambi茅n act煤an como sumideros de carbono. Uno de ellos, la 芦bomba de solubilidad芦, implica el descenso del agua de mar superficial que contiene CO2 disuelto.
  • Sumidero de carbono – Bomba biol贸gica: Otro proceso, la 芦bomba biol贸gica芦, consiste en la absorci贸n de CO2 disuelto por la vegetaci贸n marina y el fitoplancton (peque帽os organismos fotosint茅ticos que flotan libremente) que viven en la parte superior del oc茅ano o por otros organismos marinos que utilizan el CO2 para construir esqueletos y otras estructuras hechas de carbonato de calcio (CaCO3). A medida que estos organismos expiran y caen al fondo del oc茅ano, su carbono es transportado hacia abajo y finalmente enterrado en la profundidad. El equilibrio a largo plazo entre estas fuentes y sumideros naturales conduce al nivel de fondo, o natural, de CO2 en la atm贸sfera.

En cambio, las actividades humanas aumentan los niveles de CO2 en la atm贸sfera principalmente a trav茅s de la quema de combustibles f贸siles (principalmente petr贸leo y carb贸n, y en segundo lugar gas natural, para su uso en el transporte, la calefacci贸n y la producci贸n de electricidad) y a trav茅s de la producci贸n de cemento. Otras fuentes antropog茅nicas son la quema de bosques y el desmonte de tierras.

En la actualidad, las emisiones antropog茅nicas suponen la liberaci贸n anual de unas 7 gigatoneladas (7.000 millones de toneladas) de carbono a la atm贸sfera. Las emisiones antropog茅nicas equivalen a aproximadamente el 3% del total de las emisiones de CO2 procedentes de fuentes naturales, y esta carga amplificada de carbono procedente de las actividades humanas supera con creces la capacidad de compensaci贸n de los sumideros naturales (tal vez hasta 2-3 gigatoneladas al a帽o). En consecuencia, el CO2 se ha acumulado en la atm贸sfera a un ritmo medio de:

  • 1,4 partes por mill贸n (ppm) en volumen por a帽o entre 1959 y 2006
  • y aproximadamente 2,0 ppm por a帽o entre 2006 y 2018

En general, este ritmo de acumulaci贸n ha sido lineal (es decir, uniforme a lo largo del tiempo). Sin embargo, algunos sumideros actuales, como los oc茅anos, podr铆an convertirse en fuentes en el futuro. Esto puede llevar a una situaci贸n en la que la concentraci贸n de CO2 atmosf茅rico aumente a un ritmo exponencial (es decir, a un ritmo de aumento tambi茅n creciente en el tiempo).


 

Reducir las emisiones de GEI: Un reto mundial

La reducci贸n de las emisiones de gases de efecto invernadero es una cuesti贸n importante a nivel mundial, y la industria del gas natural y el petr贸leo se ha comprometido a reducir la cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero generadas por cada barril de petr贸leo y metro c煤bico de gas natural producido.

Las innovaciones en materia de gas natural y petr贸leo que se est谩n desarrollando pueden utilizarse -y se est谩n utilizando- a nivel mundial, tanto para producir gas natural y petr贸leo como para sustituir los hidrocarburos m谩s intensivos en emisiones, como el carb贸n, por fuentes de energ铆a producidas de forma responsable.

Para limitar la acentuaci贸n del efecto invernadero y el aumento de las temperaturas en la superficie del planeta, muchos pa铆ses, han puesto en marcha pol铆ticas de reducci贸n o limitaci贸n de las emisiones de determinados GEI, sobre todo en el marco del Protocolo de Kioto.


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