Los gases de efecto invernadero y sus fuentes

Los gases de efecto invernadero constituyen parte de la atmósfera y tienen la propiedad de ser prácticamente transparentes a la radiación que proviene del Sol, pero absorben la radiación infrarroja que proviene de la superficie de la tierra, y contribuyen con esto al calentamiento del planeta (SEMARNAT, 2003). Estos gases son emitidos tanto de forma natural, provenientes de ecosistemas acuáticos (lagos, estuarios, humedales) o ecosistemas terrestres (bosques y suelos), así como por actividades humanas (Tremblay et al., 2005).

Figura 2.1. Estimaciones y margen de variación del forzamiento radiativo (FR) medio mundial en 2005 para el CO2, CH4, N2O y otros agentes importantes, conjuntamente con la extensión geográfica típica del forzamiento y del nivel de conocimiento evaluado (IPCC,

2007).

El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más importante, seguido por el CO2. El CH4, el N2O, el O3 y algunos otros gases presentes en la atmósfera en pequeñas cantidades también contribuyen al efecto invernadero (WGI-IPCC, 2007).

40 Se ha demostrado que la concentración de los GEI en la atmósfera es casi constante alrededor del planeta y dentro de los 80 km de altura por encima de la superficie, y que el tiempo medio de residencia de estos gases en la atmósfera es desde años hasta varias décadas. Contrastando con esto, el vapor de agua sólo permanece alrededor de diez días, debido a que su concentración en la atmósfera es muy cambiante, pues depende de las variaciones regionales en la evaporación de la superficie, la precipitación y el transporte horizontal del vapor de agua (Chapin III et al., 2002). Por ello, este GEI no ha sido considerado en las plataformas de los acuerdos internacionales, puesto que las actividades antropogénicas no afectan directamente sus emisiones.

A pesar de que existen varios GEI en la atmósfera, los que se han incluido dentro de las negociaciones internacionales son aquéllos que se ha demostrado que son importantes impulsores del calentamiento global debido a su forzamiento radiativo, así como por su potencial de calentamiento; y que además, son emitidos directamente tanto por fuentes naturales como por las actividades humanas, llamados por esto último como GEI directos. De acuerdo a las características antes mencionadas, los principales GEI directos son el CO2, CH4, y N2O.

Entre los GEI directos, también se incluyen a los hidrofluorocarbonos, los perfluorocarbonos y el hexafluoruro de azufre, que son poderosos GEI sintéticos emitidos en pequeñas cantidades por diferentes procesos industriales, y se utilizan como sustitutos de las sustancias agotadoras de la capa de ozono.

La CMNUCC promueve la estimación nacional de los gases precursores en la formación de GEI, conocidos como GEI indirectos. Estos son compuestos que no son en sí mismos gases de efecto invernadero ni aerosoles, pero que influyen en las concentraciones de GEI y de los aerosoles al contribuir en los procesos físicos o químicos que rigen sus tasas de producción o destrucción. Los más importantes

41 son los óxidos de nitrógeno (NOx), el monóxido de carbono (CO), los compuestos orgánicos distintos del metano (COVDM), y el dióxido de azufre (S2O).

Dióxido de carbono (CO2).

La fuente principal de emisiones de CO2 a la atmósfera es la quema de combustibles fósiles tales como el petróleo, gas natural y carbón. Además de las generadas por la combustión de residuos sólidos, productos de árboles y madera. También se emite como resultado de reacciones químicas durante la producción de minerales, cemento y de cal; así como en procesos especializados de producción de metales (US-EPA, 2001). El aumento del uso de combustibles fósiles ha sido asociado al crecimiento económico de las naciones, razón por la cual las emisiones de CO2 han manifestado la misma tendencia (Gráfica 2.2) (SEMARNAT, 2003).

Gráfica 2.2. Emisiones mundiales de CO2 producidas por la quema de combustibles fósiles, 1755-2001 (EIA, 2013).

De acuerdo a la Agencia Europea de Medio Ambiente (EEA, por sus siglas en inglés) y la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (US-EPA, por sus sigla en inglés), las emisiones de CO2 contribuyen en un 80-85% del total de las

42 emisiones de GEI. En un panorama global, la quema de combustibles fósiles para el transporte y la generación de energía eléctrica son las fuentes de emisión principales, y contribuyen con un 50% de estas emisiones (Tremblay et al., 2005).

El CO2 es removido de la atmósfera (secuestrado) al ser absorbido por las plantas, como parte del ciclo biológico del carbón o es diluido a través de los procesos geofísicos; sin embargo, estos procesos naturales de remoción han sido rebasados debido al incremento de la concentración de este gas en la atmósfera, que ha pasado de 316,0 ppm en 1959 a 369,4 ppm en el 2000, y en el 2011 alcanzaron 390,5 ppm (Gráfica 2.3) (Marland y Boden, 2001; US-EPA, 2002; IPCC, 2007; IPCC, 2013).

Gráfica 2.3. Concentraciones atmosféricas de CO2

en Mauna Loa (19º32 N, 155º34 W, en rojo) y en el Polo Sur (89º59 S, 24º48 W, en negro) (IPCC, 2007).

Metano (CH⁴).

El metano es emitido tanto por fuentes naturales, como por fuentes relacionadas con actividades humanas. Dentro de estas últimas se encuentran:

Rellenos sanitarios.

El metano es generado en rellenos sanitarios o tiraderos abiertos por la descomposición de los residuos municipales bajo condiciones anaerobias (US-EPA,

43 2002). La cantidad de estas emisiones depende, en gran medida del número de habitantes en las ciudades. Por ejemplo, en la zona metropolitana del valle de México, los rellenos sanitarios son la fuente principal de emisiones de metano, con una contribución de 223 346 toneladas anuales; esto es el 95% de las emisiones totales de metano (SMA-D.F., 2004).

Fermentación entérica.

El metano es un producto final de la fermentación que sufren los alimentos en el rumen, que en términos de energía constituye una pérdida y en términos ambientales contribuye al cambio climático global (Bonilla y Lemus, 2012). El ganado domesticado, como vacas, borregos, cabras, entre otros, producen cantidades significativas de metano, como parte de su proceso normal digestivo.

Tratamiento de aguas residuales.

Las aguas residuales de fuentes municipales e industriales son tratadas para remover materia orgánica soluble, sólidos suspendidos, organismos patógenos y contaminantes químicos. Estos tratamientos producen emisiones de metano cuando se realizan en condiciones anaerobias, y contribuyen con el 5% de las emisiones globales de este gas (Parra, Apaza y Agramont, 2010).

Además de las fuentes de emisión de metano, explicadas anteriormente, existen otras, como las derivadas de procesos agrícolas como el cultivo de arroz inundado en agua, la producción y distribución de gas natural y petróleo; así como de las actividades del minado del carbón (Cuatecontzi, 2002).

La concentración de CH⁴ en la atmósfera mundial ha aumentado, respecto de un valor preindustrial de aproximadamente 715 ppb, hasta 1 732 ppb a comienzos de los años 90s, y en el 2011 llegaron a 1 803 ppb. Las tasas de crecimiento han disminuido desde el comienzo de los años 90, en concordancia con las emisiones

44 totales (suma de fuentes antropogénicas y naturales), que fueron casi constantes durante ese período (Gráfica 2.4) (IPCC, 2007).

Óxido nitroso (N2O).

El N2O es emitido a la atmósfera durante las actividades agrícolas, a través del uso de fertilizantes sintéticos y abonos; así como por la quema de biomasa, en este mismo sector; de hecho, se cree que el incremento de las emisiones de N2O se debe a la creciente disponibilidad de nitrógeno en el suelo, por el uso excesivo de fertilizantes (TAR-IPCC, 2001). Las fuentes industriales de N2O incluyen las producciones de nylon y ácido adípico y nítrico, el tratamiento anaerobio de aguas residuales, la quema de combustibles fósiles en plantas de energía; otras emisiones importantes provienen de fuentes vehiculares (Cuatecontzi, 2002).

La concentración de N2O troposférico se ha ido incrementando, de los valores preindustriales (1750) en alrededor de 270 ppb, pasando a un valor medio global de 314 ppb en 1998, hasta alcanzar concentraciones de 324,2 ppb en el 2011 (IPCC, 2013).

Hidrofluorocarbonos (HFCs).

Los HFCs con las mediciones atmosféricas más altas, en orden decreciente son HFC-23, HFC-134ª y HFC-152a. El HCF-23 es un subproducto de la producción del HCF-22, tiene un tiempo de vida atmosférico de 260 años y su concentración se ha incrementado, entre 1978 y 1995, de 3 a 10 ppmb. El HCF-134a es usado principalmente como refrigerante, sobre todo para el aire acondicionado de los autos y tiene un tiempo de vida atmosférico de 13,8 años, con una tasa de crecimiento exponencial. El HFC-152a tiene un corto tiempo de vida atmosférico de 1,4 años, y sus concentraciones son por debajo de 1ppb (WGI-IPCC, 2007).

45 Gráfica 2.4. Concentraciones de gases de efecto invernadero de larga vida en los últimos

2000 años (del año 0 al 2005). (IPCC, 2007).

Perfluorocarbonos (PFCs).

El perfluorometano (PF⁴) tiene un tiempo de permanencia atmosférico de 50 000 años. Otros como el perfluoroetileno (C2F6) también tienen tiempos de vida largos, y absorben gran cantidad de radiación infrarroja; por lo tanto, aún en cantidades reducidas tienen la posibilidad de influir sobre el clima hasta un futuro muy lejano.

Estos gases son emitidos durante la producción de aluminio (Cuatecontzi, 2002;

US-EPA, 2011).

Hexafluoruro de azufre (SF6).

El SF6 es un gas de efecto invernadero 23 900 veces más eficaz que el CO2, en términos de su potencial de calentamiento. Se utiliza como aislante en la manufactura de interruptores y equipos eléctricos, así como en el proceso de producción de magnesio. Aunque sus concentraciones en la atmósfera son relativamente bajas, su tiempo medio de permanencia de 3 200 años, lo convierte

46 en uno de los gases de efecto invernadero más potenciales (Cuatecontzi, 2002 y US-EPA, 2008).

Los gases de efecto invernadero indirectos.

El uso de combustibles fósiles también genera emisiones de otros contaminantes conocidos como GEI indirectos o gases de vida corta, como el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOX), los compuestos orgánicos volátiles distintos del metano (COVDM) y el dióxido de azufre (SO2); los cuales tienen un impacto indirecto sobre el efecto invernadero mediante la alteración, a través de las reacciones químicas en la atmósfera, en las concentraciones de otros GEI importantes como el ozono troposférico (O3), y el CH4 (Monks et al., 1998; Galán y Fernández, 2006). La concentración de los GEI indirectos obedece a condiciones de escala local o regional debido a su corto tiempo de vida, por lo que no hay una medida global de su concentración, tal como la que existe para los GEI directos, que son de vida larga.

Por otra parte, algunos de los GEI indirectos están catalogados como contaminantes criterio, y sus concentraciones están normadas debido a los efectos que provocan en la salud y el medio ambiente; entre ellos, el CO, el O3 y los NOx (IEH, 2010; Chen et al., 2011; Chen, Yang, Ma, Bi y Huang, 2013).