La mayoría de los problemas medioambientales se generan por el empleo de combustibles fósiles




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Cambio climático y efecto invernadero


Generalidades

 

Uno de los principales problemas medioambientales asociados con la explotación, el uso y la transformación de la energía es el del "calentamiento global del planeta", debido al aumento gradual de la temperatura media global del aire en la superficie de la Tierra.

Actualmente, la mayoría de científicos coincide en señalar a la actividad humana como la causante del calentamiento global terrestre, al contribuir con sus emisiones al incremento de la concentración en la atmósfera de los denominados "gases de efecto invernadero (GEI)", como el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), los óxidos de nitrógeno (N2O) y los halocarbonos (compuestos de carbono que contienen flúor, cloro, bromo o yodo).



El CO2 emitido en los procesos de quema de los combustibles fósiles es el principal responsable del efecto invernadero.

En la figura 3.2 se muestra la contribución de diferentes sectores al efecto invernadero. Nótese como las actividades ligadas a la producción de energía aportan prácticamente la mitad del cambio climático global.


Figura 3.2: Contribución de diferentes sectores al efecto invernadero.
Fuente: elaborado a partir de estadísticas de la IEA.

Sin embargo, otros estudiosos apuntan que los cambios que está sufriendo el planeta (huracanes, épocas de sequía seguidas de lluvias torrenciales, expansión térmica de los océanos, etc.) se deben a variaciones naturales periódicas del clima, cuyo origen no es claramente antropogénico. Estos científicos basan sus razonamientos en que, a lo largo de su historia, la Tierra ha ido sufriendo fluctuaciones climáticas, como la acontecida entre 1550 y 1850, y que fue conocida como Pequeña Glaciación, durante la cual se produjeron grandes cambios tanto de tipo económico como social debido a un descenso de la temperatura media global del planeta de 2°C.



Algunos científicos afirman que estamos al final de un período interglacial previo a una glaciación.

Sea cual sea la postura adoptada, lo cierto es que la temperatura de la Tierra aumentó medio grado centígrado a lo largo del siglo XX.

Los datos publicados en la actualidad sobre el efecto invernadero se dieron a conocer gracias a un estudio preparado por la Organización Mundial de la Meteorología, en la que se hizo una subdivisión del aporte de cada uno de los gases al efecto invernadero, según se verá más adelante.

Balance y flujos de radiación

 

La energía procedente del Sol constituye el motor que origina los principales fenómenos que afectan directamente al clima. Dicha energía se transmite en forma de radiación, que al ser absorbida por la atmósfera y la superficie terrestre, se convierte en forma de energía calorífica. Asimismo, los cuerpos que absorben radiación pueden, a su vez, emitirla en otro rango de frecuencias diferente al que la han recibido, tal y como se verá posteriormente.

La energía procedente del Sol constituye el motor que origina los principales fenómenos que afectan directamente al clima. Dicha energía se transmite en forma de radiación, que al ser absorbida por la atmósfera y la superficie terrestre, se convierte en forma de energía calorífica. Asimismo, los cuerpos que absorben radiación pueden, a su vez, emitirla en otro rango de frecuencias diferente al que la han recibido, tal y como se verá posteriormente.

La radiación, como cualquier otra onda electromagnética, se caracteriza por tres parámetros: velocidad, frecuencia y longitud de onda. De esta forma, para entender la problemática del calentamiento global hace falta conocer una serie de leyes fundamentales:

  • Todo cuerpo que se encuentre a una temperatura superior al cero absoluto, es decir, -273,5ºC, que es teóricamente la menor temperatura posible, emite radiación.

  • Cada cuerpo emite en un conjunto de longitudes de onda, lo que constituye el espectro de la radiación.

  • La radiación depende cuantitativamente de la temperatura absoluta del cuerpo emisor. A más temperatura, mayor cantidad de radiación emitida.

  • La longitud de onda de la radiación emitida es inversamente proporcional a la temperatura del cuerpo. De esta manera, cuanto más caliente esté un cuerpo, menor será la longitud de onda de dicha radiación.

De todas estas leyes, se desprenden las siguientes consecuencias:

  • Tanto la Tierra como el Sol emiten radiación. Sin embargo, la mayor temperatura del astro (5.000ºC) hace que éste emita mucha mayor cantidad de radiación que la Tierra, cuya temperatura media es de 18ºC.

  • La radiación solar se mueve en una zona del espectro electromagnético comprendida entre la ultravioleta (longitud de onda menor a 0,4 mm) y la infrarroja lejana (superior a 24 µm), pasando por el visible (entre 0,4 µm y 0,8 µm), el infrarrojo próximo (entre 0,8 µm y 3 µm) y el infrarrojo medio (entre 3 µm y 24 µm).

  • Sin embargo, la mayor parte de la radiación emitida por el Sol se concentra en la zona del visible (figura 3.3), mientras que la Tierra emite en longitudes de onda próximas a las 10 µm: por lo tanto, la radiación solar emite en su mayor parte en longitud de onda corta, mientras que la Tierra lo hace en onda larga o infrarroja.

Análogamente al espectro de radiación, se tiene otro de absorción provocado por la desigual capacidad de los cuerpos para absorber la radiación que les llega. De esta manera, según la figura 3.3, de un total de 100 partes de radiación solar de onda corta incidente, 19 se absorben directamente en la atmósfera por el ozono y el vapor de agua, 51 llegan a la superficie terrestre y las 30 partes restantes se reflejan al exterior por la acción de las nubes (20 partes), el aire (6 partes), la superficie de la nieve e hielo, y la propia de océanos y continentes (4 partes en total) sin experimentar un cambio en la longitud de onda.

En cuanto a la radiación de onda larga emitida por la superficie, de las 51 partes que llegan a la superficie terrestre, 6 partes escapan directamente al espacio en forma de radiación infrarroja, 15 partes se absorben directamente en la atmósfera (efecto invernadero), 7 se transmiten por calentamiento directo entre la superficie y la atmósfera (calor sensible) y, finalmente, las 23 partes restantes se liberan como consecuencia del cambio de estado que sufre el vapor procedente de la evaporación de las aguas al pasar a líquido en la atmósfera.

En consecuencia, la emisión neta de la Tierra es de 21 partes, de las que 15, es decir, aproximadamente un 70%, contribuyen al efecto invernadero natural necesario para atemperar la vida en el planeta.



El efecto invernadero en sí es necesario, ya que de no existir, la temperatura media de la Tierra sería próxima a los -18ºC.

Tal y como se puede deducir, existe un equilibrio entre el flujo de radiación emitida por el Sol y la radiación reflejada por la Tierra, lo cual condiciona en gran manera el clima del planeta.

Si por alguna razón la concentración de gases invernadero en la atmósfera aumenta, se producirá un desequlibrio en el balance, provocando una mayor absorción de la radiación emitida por la Tierra y, por tanto, un incremento de la temperatura del aire en la superficie del planeta.



Figura 3.3: Radiación media anual y balance calorífico de la atmósfera y de la Tierra.

Los gases del efecto invernadero. 

Del apartado anterior se desprende que el efecto invernadero tiene unas connotaciones positivas, contrariamente a lo que se podría pensar en un principio. Gracias a dicho efecto, la temperatura media superficial de la Tierra se mantiene entre unos umbrales que hacen posible la vida. De hecho, si no existiera en cierta medida, la Tierra sería un planeta gélido como Marte.

Sin embargo, la proporción natural de los gases que favorecen este fenómeno se ha multiplicado desde los inicios de la era industrial, debido fundamentalmente a las emisiones de los países industrializados. A pesar de ello, mientras que en estos países se aprecia en la actualidad una cierta tendencia al estancamiento debido en parte a la presión económica, en países emergentes como China o la India se siguen emitiendo cada vez más gases de efecto invernadero (figura 3.4).

Esto supone un serio peligro por las repercusiones que pueda tener el cambio climático sobre las especies que pueblan el planeta, incluido el hombre.



Figura 3.4: Evolución de las emisiones totales de GEI por regiones.
Para tener un objetivo comparable, se suelen referenciar las contribuciones de los diferentes GEI a unidades de CO2 equivalente. Por ejemplo, 1 tonelada de metano tiene una influencia en el efecto invernadero equivalente a 21 toneladas de anhídrido carbónico. Así pues, 1 tonelada de CH4 = 21 toneladas de CO2equivalente (Líneas Guía 1996 - International Panel of Climate Change, IPCC). 
Fuente: EPA.

El principal gas causante del efecto invernadero natural es el vapor de agua. No obstante, los más nocivos son los producidos por el hombre, como el dióxido de carbono (CO2) y, en menor cantidad, pero no por ello menos significativos, el metano (CH4), los óxidos de nitrógeno (N2O) y los halocarbonos.

Otros gases que favorecen este fenómeno son el ozono en las capas bajas de la atmósfera y algunos gases sustitutivos de los CFC's1.

En la tabla 3.2 se muestran los seis gases de efecto invernadero contemplados en el Protocolo de Kioto, fuentes de emisión, potencial de calentamiento global2 y tiempo de permanencia de las moléculas en la atmósfera.

COMPUESTO
QUÍMICO


FUENTES DE EMISIÓN

PCG

(1996)

PCG

(2001)

PERÍODO DE VIDA (AÑOS)

CONTRIBUCIÓN AL CALENTAMIENTO GLOBAL

CO
(dióxido de carbono)

aviones, industrias y tubos escape de los automóviles.

1

1

120

60%

CH
(metano)

putrefacción de materia orgánica en pantanos, vertederos, arrozales y ganaderías.

211

23

122

40%

N2
(óxido nitroso)

agricultura, ganaderías y procesos de combustión.

310

296

114

HFC

(hidrofluorocarbonos)

refrigerantes líquidos

140-11700

120-12000

1,4-260

PFC

(perfluorocarbonos)

producción de aluminio

6500-9200

5700-11900

3200-50000

SF6
(hexafluoruro de azufre)

aislantes eléctricos

23900

22200

3200

Tabla 3.2 Gases del efecto invernadero y sus características.

Fuente: IPCC, informes segundo (1996) y tercero (2001).

1 El potencial del metano incluye sus efectos directos y sus efectos indirectos en la creación de vapor de agua estratosférico.

2 Los valores de período de vida para el metano y el óxido nitroso son datos de ajuste en los que se incluyen sus efectos directos e indirectos.
Se debe aclarar que la importancia del CO2 en el cambio climático obedece a que este gas se produce en cantidades muy considerables como consecuencia de la quema de combustibles fósiles. De todas formas, el resto de gases, aun cuando se producen en menor proporción, deben también controlar su emisión dado su mayor poder de calentamiento global.

1 En el año 1996 se prohibió su producción e importación -salvo casos excepcionales- por parte de los países industrializados. Han sido sustituidos temporalmente por los hidrocloro fluorocarbonos (HCFC), cuya producción debe quedar erradicada para el año 2030.


2 Este índice señala la capacidad de absorber la radiación infrarroja considerando como referencia al CO2, con un PCG (CO2) =1. Así, por ejemplo, una molécula de metano absorbe en promedio unas 23 veces más energía que una de CO2. Estos valores se modifican según avanza el conocimiento científico que se tiene de los gases, de ahí que aparezcan en dos períodos de tiempo diferentes.

El dióxido de carbono (CO2)

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