103) Emisiones de CO₂: Cuánto puede aumentar la temperatura de la Tierra y las posibles consecuencias a largo plazo.
En la última década ha irrumpido en nuestro vocabulario la palabra “descarbonización”. Todos los seguidores del canal la habréis oído miles de veces. ¡Tenemos que reducir nuestra huella de carbono, tenemos que reducir las emisiones de CO₂!
Pues para que podamos aprender en el canal sobre la problemática y soluciones a las emisiones de CO2 contamos con un experto en la materia, Pablo Ortiz . En este artículo expone por qué las emisiones de CO2 contribuyen al aumento de la temperatura y futuros escenarios. En sucesivos análisis, irá profundizando en la captura, almacenamiento y usos del CO₂, así como qué futuro le espera a esta molécula.
Pablo es doctor por la Universidad de Groningen (Países Bajos), fue investigador en el centro de investigación VITO (Bélgica) y es actualmente gestor de proyectos relacionados con la bioeconomía y el CO2 en el centro tecnológico Tecnalia (España). Asimismo, es miembro de la junta directiva de la asociación industrial CO2 Value Europe, que representa toda la cadena de valor de Captura y Utilización de Carbono (CCU) en Europa.
Los titulares anuncian periódicamente que los niveles de CO₂ en la atmósfera han alcanzado un nuevo récord, el último superando los 420 ppm (mg/L). Esta concentración es la más alta de los últimos 800.000 años (Imagen 1). El rápido aumento de la concentración de CO₂ en las últimas décadas tiene su origen en la actividad humana. Desde 1850, coincidiendo con la revolución industrial, los niveles de CO₂ de la atmósfera han ido en aumento debido a la quema de combustibles fósiles y a la desforestación.
Los niveles de CO₂ en la atmósfera están relacionados con la temperatura de la superficie de la tierra debido al conocido efecto invernadero. El efecto invernadero es como se denomina popularmente al incremento de la temperatura de la tierra resultante de la absorción y posterior irradiación por parte de los gases de la atmósfera al calor producido en la tierra. Es importante entender que el efecto invernadero es crucial para la existencia de la vida en la tierra ya que sin gases de efecto invernadero la temperatura de la superficie terrestre sería de -20°C.
¿Por qué unos gases calientan la atmósfera y otros no? - Gases de efecto invernadero
Hace 25 años se firmó el protocolo de Kioto, donde se describieron 6 gases (CO₂, CH₄, N₂O, HFC, PFC y SF₆) que contribuyen al efecto invernadero, al retener parte de la radiación térmica emitida por la superficie terrestre tras ser calentada por el sol.
La energía de los fotones de la luz infrarroja emitida por el planeta, es absorbida por las moléculas, almacenándose en forma de energía vibracional y rotacional de sus núcleos. Pero para ello, se tiene que modificar el momento dipolar durante el movimiento de oscilación vibracional. Dicho de otra manera, se tiene que descompensar su momento dipolar (es decir, se tiene que romper esa simetría que lo anula).
Los 6 gases arriba descritos absorben la luz infrarroja, sufriendo oscilaciones entre los átomos, y por tanto viéndose alterada la distancia entre ellos. Cuando las moléculas dejan de estar en esos estados excitados de vibración, vuelven a emitir en todas direcciones radiación infrarroja a la atmósfera, traduciéndose en un aumento de temperatura.
El aire al estar compuesto principalmente por N₂ y O₂ (moléculas diatómicas y lineales), solo tiene un enlace que une a los 2 átomos. Las oscilaciones entre esos 2 átomos, hace que el momento dipolar sea nulo, por lo que se contrarrestan entre sí. Debido a ello, no contribuyen al efecto invernadero.
Al analizar el CO₂, podemos comprobar que posee diferentes vibraciones como son:
Estiramiento C-O simétrico.
Estiramiento C-O asimétrico.
Doblamiento ángulo O-C-O.
El 2) y 3) si pueden ser excitados, y esas vibraciones le posibilitan al CO₂ absorber los fotones de luz infrarroja. Ese es el motivo por el cual moléculas como CO₂, CH₄ o N₂O absorben luz infrarroja y al dejar de estar excitados, devuelven fotones calentando la atmósfera.
Pero NO todos los gases de efecto invernadero contribuyen de la misma manera al calentamiento de la atmósfera. Para ello, se creó un parámetro llamado Global Warming Potencial, GWP (https://lnkd.in/e7sHjSy6)); siendo este índice una medida relativa de cuanto calor puede ser atrapado por un determinado gas de efecto invernadero, en comparación con un gas de referencia, CO₂.
Aunque asociemos el efecto invernadero con el CO₂, el principal contribuyente a este efecto es el agua en estado gaseoso.
Sin embargo, el vapor de agua permanece poco tiempo en la atmósfera comparado con otros gases y la mayor parte del vapor de agua generado no es debido a la actividad humana.
Por el contrario, cuando hablamos de gases de efecto invernadero nos solemos referir a gases que permanecen largo tiempo (desde años hasta siglos) y son producto de la actividad humana. Como se puede observar en la siguiente imagen, los más importantes son el CO₂, el metano y el óxido nitroso, Aunque el metano y el óxido nitroso tienen un potencial de calentamiento 23 y 296 veces mayor respectivamente que el CO₂, sus emisiones son reducidas en comparación con el CO₂ por lo que contribuyen en menor medida al efecto invernadero.
Las principales actividades humanas que contribuyen a la generación de CO₂ son la quema de combustibles fósiles para la generación de energía, seguido de los cambios en el uso de la tierra, principalmente deforestación y agricultura.
No todo el CO₂ emitido acaba en la atmósfera, ya que existen sumideros naturales de carbono: bosques y océanos.
Relación entre el aumento de las emisiones y el aumento de la temperatura de la tierra
Actualmente existe consenso científico en que el aumento de los niveles de CO₂ en la atmósfera de los últimos dos siglos está relacionado con el aumento de las temperaturas observadas (Imagen 5). Existe un cierto retraso en el aumento de la temperatura debido a la alta capacidad calorífica del agua y el gran volumen existente en los océanos, lo cual actúa como un buffer. Por otra parte, a medida que la temperatura aumenta, se evapora más agua , y se produce una retroalimentación positiva debido al efecto invernadero de este gas.
El riesgo principal actual no es tanto los actuales niveles de CO₂ en la atmósfera, sino la velocidad en su crecimiento y los altos niveles en el futuro si las emisiones continúan como hasta ahora.
Las emisiones históricas de CO₂ por la quema de combustibles fósiles son exponenciales. Esto significa que durante los últimos 25 años se ha emitido tanto dióxido de carbono procedente de la quema de combustibles fósiles como desde el comienzo de la revolución industrial hasta los años 1980. También implica, que, de seguir con esta tendencia, cada vez emitiremos más CO₂ a la atmósfera.
Se espera que al duplicarse la concentración de CO₂ en la atmósfera, la temperatura de la Tierra aumente alrededor de 3°C (rango 2 - 4,5 ºC, dependiendo del modelo). Es decir, se espera un aumento de temperatura promedio de 3 °C cuando la concentración de dióxido de carbono se duplique del nivel preindustrial de 280 ppm a 560 ppm.
El posterior aumento de la temperatura de otros 3°C requeriría de un aumento de la concentración de CO₂ de 560 a 1120 ppm (que se puede alcanzar si seguimos al ritmo actual).
Cambios tan bruscos en las concentraciones de CO₂ pueden tener efectos catastróficos en el planeta. Las cinco grandes extinciones se han producido cuando ha habido variaciones de temperatura de más de 5.2 °C a una velocidad mayor de 10 °C por millón de años y en un periodo menor a 0.4 millones de años. Es importante tener en cuenta que estas variaciones, rápidas en tiempo geológico, no son nada en comparación a la posible velocidad de incremento de emisiones (y su consiguiente temperatura) derivada de la actividad humana, que se mide en cientos de años, órdenes de magnitud menor.
Ante este escenario apocalíptico, es importante considerar dos aspectos. El primero es que hablamos de escenarios posibles, basados en modelos y predicciones. El segundo, es que hay margen para revertir este escenario. En base a la evidencia actual, son necesarias medidas para evitar aumentos rápidos en la temperatura de la tierra.