Potencial de calentamiento global

Calor potencial absorbido por un gas de efecto invernadero.

Comparación del potencial de calentamiento global (GWP) de tres gases de efecto invernadero en un período de 100 años: perfluorotributilamina , óxido nitroso , metano y dióxido de carbono (este último es el valor de referencia, por lo tanto tiene un GWP de uno)

El potencial de calentamiento global ( GWP ) es un índice para medir cuánta radiación térmica infrarroja absorbería un gas de efecto invernadero durante un período de tiempo determinado después de haber sido agregado a la atmósfera (o emitido a la atmósfera). El GWP compara diferentes gases de efecto invernadero en cuanto a su "eficacia para provocar forzamiento radiativo ". ^{[1] : 2232} Se expresa como un múltiplo de la radiación que sería absorbida por la misma masa de dióxido de carbono (CO ₂ ) añadido , que se toma como gas de referencia. Por tanto, el PCA tiene un valor de 1 para el CO ₂ . Para otros gases, depende de la fuerza con la que el gas absorbe la radiación térmica infrarroja, de la rapidez con la que el gas abandona la atmósfera y del período de tiempo considerado.

Por ejemplo, el metano tiene un PCG en 20 años (GWP-20) de 81,2 ^[2], lo que significa que, por ejemplo, una fuga de una tonelada de metano equivale a emitir 81,2 toneladas de dióxido de carbono medidas en 20 años. Como el metano tiene una vida atmosférica mucho más corta que el dióxido de carbono, su GWP es mucho menor durante períodos de tiempo más largos, con un GWP-100 de 27,9 y un GWP-500 de 7,95. ^{[2] : 7SM-24}

El equivalente de dióxido de carbono (CO ₂ e o CO ₂ eq o CO ₂ -e) se puede calcular a partir del PCA. Para cualquier gas, es la masa de CO ₂ la que calentaría la Tierra tanto como la masa de ese gas. Por tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula como GWP multiplicado por la masa del otro gas.

Definición

El potencial de calentamiento global (GWP) se define como un "índice que mide el forzamiento radiativo tras la emisión de una unidad de masa de una sustancia determinada, acumulado durante un horizonte temporal elegido, en relación con el de la sustancia de referencia, el dióxido de carbono (CO2). El PCA representa, por tanto, el efecto combinado de los diferentes tiempos en que estas sustancias permanecen en la atmósfera y su eficacia para provocar forzamiento radiativo". ^{[1] : 2232}

A su vez, el forzamiento radiativo es un concepto científico utilizado para cuantificar y comparar los impulsores externos del cambio en el equilibrio energético de la Tierra . ^{[3] : 1–4} El forzamiento radiativo es el cambio en el flujo de energía en la atmósfera causado por factores naturales o antropogénicos del cambio climático , medido en vatios por metro cuadrado. ^[4]

Valores

Potencial de calentamiento global de cinco gases de efecto invernadero en una escala de tiempo de 100 años. ^[5]

El potencial de calentamiento global (GWP) depende tanto de la eficiencia de la molécula como gas de efecto invernadero como de su vida atmosférica. El GWP se mide en relación con la misma masa de CO ₂ y se evalúa en una escala de tiempo específica. ^[6] Por lo tanto, si un gas tiene un forzamiento radiativo alto (positivo) pero también una vida corta, tendrá un PCA grande en una escala de 20 años, pero pequeño en una escala de 100 años. Por el contrario, si una molécula tiene una vida atmosférica más larga que el CO _2, su GWP aumentará cuando se considere la escala de tiempo. Se define que el dióxido de carbono tiene un PCA de 1 en todos los períodos de tiempo.

El metano tiene una vida atmosférica de 12 ± 2 años. ^{[7] : Tabla 7.15} El informe del IPCC de 2021 enumera el PCA como 83 en una escala de tiempo de 20 años, 30 en 100 años y 10 en 500 años. ^{[7] : Tabla 7.15} Un análisis de 2014, sin embargo, afirma que aunque el impacto inicial del metano es aproximadamente 100 veces mayor que el del CO ₂ , debido a la vida atmosférica más corta, después de seis o siete décadas, el impacto de los dos gases es aproximadamente iguales, y a partir de entonces el papel relativo del metano continúa disminuyendo. ^[8] La disminución del PCA en períodos más largos se debe a que el metano se descompone en agua y CO ₂ a través de reacciones químicas en la atmósfera.

En la siguiente tabla se dan ejemplos de la vida atmosférica y el PCA en relación con el CO _{2 de varios gases de efecto invernadero:}

Las estimaciones de los valores de PCA a lo largo de 20, 100 y 500 años se compilan y revisan periódicamente en informes del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático . El informe más reciente es el Sexto Informe de Evaluación del IPCC (Grupo de Trabajo I) de 2023. ^[7]

El IPCC enumera muchas otras sustancias que no se muestran aquí. ^{[11] [7]} Algunos tienen un alto PCA pero sólo una baja concentración en la atmósfera.

Los valores dados en la tabla suponen que se analiza la misma masa de compuesto; diferentes proporciones resultarán de la conversión de una sustancia a otra. Por ejemplo, quemar metano para convertirlo en dióxido de carbono reduciría el impacto del calentamiento global, pero en un factor menor que 25:1 porque la masa de metano quemado es menor que la masa de dióxido de carbono liberado (proporción 1:2,74). ^[12] Para una cantidad inicial de 1 tonelada de metano, que tiene un PCA de 25, después de la combustión habría 2,74 toneladas de CO ₂ , cada tonelada de las cuales tiene un PCA de 1. Esto supone una reducción neta de 22,26 toneladas de GWP, reduciendo el efecto del calentamiento global en una proporción de 25:2,74 (aproximadamente 9 veces).

Valores anteriores de 2007

Los valores proporcionados en la siguiente tabla son de 2007 cuando se publicaron en el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC . ^{[19] [15]} Estos valores todavía se utilizan (a partir de 2020) para algunas comparaciones. ^[20]

Importancia del horizonte temporal

El PCA de una sustancia depende del número de años (indicado por un subíndice) durante los cuales se calcula el potencial. Un gas que se elimina rápidamente de la atmósfera puede tener inicialmente un gran efecto, pero durante períodos de tiempo más largos, a medida que se elimina, se vuelve menos importante. Así, el metano tiene un potencial de 25 en 100 años (GWP ₁₀₀ = 25), pero de 86 en 20 años (GWP ₂₀ = 86); por el contrario, el hexafluoruro de azufre tiene un PCA de 22.800 en 100 años, pero de 16.300 en 20 años (Tercer Informe de Evaluación del IPCC). El valor de GWP depende de cómo disminuye con el tiempo la concentración de gas en la atmósfera. A menudo esto no se sabe con precisión y, por tanto, los valores no deben considerarse exactos. Por este motivo, al cotizar un PCA es importante dar una referencia al cálculo.

El PCA de una mezcla de gases se puede obtener a partir del promedio ponderado por fracción de masa de los PCA de los gases individuales. ^[21]

Los reguladores suelen utilizar un horizonte temporal de 100 años. ^{[22] [23]}

Vapor de agua

El vapor de agua contribuye al calentamiento global antropogénico, pero tal como se define el GWP, es insignificante para el H ₂ O: una estimación arroja un GWP a 100 años entre -0,001 y 0,0005. ^[24]

El H ₂ O puede funcionar como gas de efecto invernadero porque tiene un espectro de absorción infrarrojo profundo con más bandas de absorción y más amplias que el CO ₂ . Su concentración en la atmósfera está limitada por la temperatura del aire, de modo que el forzamiento radiativo del vapor de agua aumenta con el calentamiento global (retroalimentación positiva). Pero la definición de GWP excluye los efectos indirectos. La definición de PCA también se basa en las emisiones, y las emisiones antropogénicas de vapor de agua ( torres de refrigeración , riego ) se eliminan mediante precipitaciones en cuestión de semanas, por lo que su PCA es insignificante.

Métodos de cálculo

El forzamiento radiativo (influencia de calentamiento) de los gases atmosféricos de efecto invernadero de larga vida se ha acelerado, casi duplicándose en 40 años. ^{[25] [26] [27]}

Al calcular el PCA de un gas de efecto invernadero, el valor depende de los siguientes factores:

• la absorción de radiación infrarroja por el gas dado
• el horizonte temporal de interés (período de integración)
• la vida atmosférica del gas

Un alto PCA se correlaciona con una gran absorción infrarroja y una larga vida atmosférica. La dependencia del PCA de la longitud de onda de absorción es más complicada. Incluso si un gas absorbe radiación de manera eficiente en una determinada longitud de onda, esto puede no afectar mucho su PCG, si la atmósfera ya absorbe la mayor parte de la radiación en esa longitud de onda. Un gas tiene el mayor efecto si se absorbe en una "ventana" de longitudes de onda donde la atmósfera es bastante transparente. La dependencia del PCA en función de la longitud de onda se ha determinado empíricamente y se ha publicado en forma de gráfico. ^[28]

Debido a que el PCA de un gas de efecto invernadero depende directamente de su espectro infrarrojo, el uso de la espectroscopia infrarroja para estudiar los gases de efecto invernadero es de vital importancia en el esfuerzo por comprender el impacto de las actividades humanas en el cambio climático global .

Así como el forzamiento radiativo proporciona un medio simplificado para comparar entre sí los diversos factores que se cree que influyen en el sistema climático, los potenciales de calentamiento global (PCA) son un tipo de índice simplificado basado en propiedades radiativas que se puede utilizar para estimar el potencial futuro. impactos de las emisiones de diferentes gases sobre el sistema climático en un sentido relativo. El PCA se basa en una serie de factores, incluida la eficiencia radiativa (capacidad de absorción de infrarrojos) de cada gas en relación con la del dióxido de carbono, así como la tasa de desintegración de cada gas (la cantidad eliminada de la atmósfera durante un número determinado de años) en relación con la del dióxido de carbono. ^[29]

La capacidad de forzamiento radiativo (RF) es la cantidad de energía por unidad de área, por unidad de tiempo, absorbida por el gas de efecto invernadero, que de otro modo se perdería en el espacio. Se puede expresar mediante la fórmula:

$${\displaystyle {\mathit {RF}}=\sum _{i=1}^{100}{\text{abs}}_{i}\cdot F_{i}/\left({\text{l}}\cdot {\text{d}}\right)}$$

ide número de ondacentímetros inversos_irepresenta^{[ cita necesaria ]}

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) proporciona los valores generalmente aceptados para el PCA, que cambió ligeramente entre 1996 y 2001, a excepción del metano, cuyo PCA casi se duplicó. En el Tercer Informe de Evaluación de 2001 del IPCC se encuentra una definición exacta de cómo se calcula el GWP. ^[30] El PCA se define como la relación entre el forzamiento radiativo integrado en el tiempo procedente de la liberación instantánea de 1 kg de una sustancia traza en relación con el de 1 kg de un gas de referencia:

$${\displaystyle {\mathit {GWP}}\left(x\right)={\frac {a_{x}}{a_{r}}}{\frac {\int _{0}^{\mathit {TH}}[x](t)\,dt}{\int _{0}^{\mathit {TH}}[r](t)\,dt}}}$$

_x⁻²⁻¹CO 2_axar242

Dado que todos los cálculos de GWP son una comparación con el CO ₂ , que no es lineal, todos los valores de GWP se ven afectados. Suponer lo contrario, como se hizo anteriormente, conducirá a menores PCA para otros gases de lo que lo haría un enfoque más detallado. Para aclarar esto, si bien el aumento de CO ₂ tiene cada vez menos efecto sobre la absorción radiativa a medida que aumentan las concentraciones de ppm, los gases de efecto invernadero más potentes, como el metano y el óxido nitroso, tienen diferentes frecuencias de absorción térmica que el CO ₂ , que no están llenos (saturados) tanto como el CO _2. , por lo que el aumento de ppm de estos gases es mucho más significativo.

Aplicaciones

Equivalente de dióxido de carbono

El equivalente de dióxido de carbono (CO ₂ e o CO ₂ eq o CO ₂ -e) de una cantidad de gas se calcula a partir de su PCA. Para cualquier gas, es la masa de CO ₂ la que calentaría la Tierra tanto como la masa de ese gas. ^[31] Por lo tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula multiplicando el PCA por la masa del otro gas. Por ejemplo, si un gas tiene un PCA de 100, dos toneladas de gas tienen CO ₂ e de 200 toneladas y 9 toneladas de gas tienen CO ₂ e de 900 toneladas.

A escala global, los efectos de calentamiento de uno o más gases de efecto invernadero en la atmósfera también pueden expresarse como una concentración atmosférica equivalente de CO ₂ . CO ₂ e puede entonces ser la concentración atmosférica de CO ₂ que calentaría la Tierra tanto como una concentración particular de algún otro gas o de todos los gases y aerosoles de la atmósfera. Por ejemplo, un CO ₂ e de 500 partes por millón reflejaría una mezcla de gases atmosféricos que calientan la Tierra tanto como 500 partes por millón de CO ₂ la calentarían. ^{[32] [33]} El cálculo de la concentración atmosférica equivalente de CO ₂ de un gas o aerosol de efecto invernadero atmosférico es más complejo e involucra las concentraciones atmosféricas de esos gases, su PCA y las relaciones entre sus masas molares y la masa molar de CO. ₂ .

Los cálculos de CO ₂ e dependen de la escala de tiempo elegida, normalmente 100 años o 20 años, ^{[34] [35]} ya que los gases se desintegran en la atmósfera o se absorben naturalmente, a diferentes velocidades.

Las siguientes unidades se utilizan comúnmente:

• Según el panel de cambio climático de la ONU ( IPCC ): mil millones de toneladas métricas = n×10 ⁹ toneladas de CO ₂ equivalente (GtCO ₂ eq) ^[36]
• En la industria: millones de toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente (MMTCDE) ^[37] y MMT CO ₂ eq. ^[20]
• Para vehículos: gramos de dióxido de carbono equivalente por milla (gCO ₂ e/milla) o por kilómetro (gCO ₂ e/km) ^{[38] [39]}

Por ejemplo, la tabla anterior muestra el PCA del metano en 20 años en 86 y el del óxido nitroso en 289, por lo que las emisiones de 1 millón de toneladas de metano u óxido nitroso equivalen a emisiones de 86 o 289 millones de toneladas de dióxido de carbono, respectivamente.

Uso en el Protocolo de Kioto y para informar a la CMNUCC

En virtud del Protocolo de Kioto , en 1997 la Conferencia de las Partes estandarizó los informes internacionales, al decidir (ver decisión número 2/CP.3) que los valores de PCA calculados para el Segundo Informe de Evaluación del IPCC debían usarse para convertir los distintos gases de efecto invernadero. emisiones en equivalentes de CO ₂ comparables . ^{[40] [41]}

Después de algunas actualizaciones intermedias, en 2013 este estándar fue actualizado por la reunión de Varsovia de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC, decisión número 24/CP.19) para exigir el uso de un nuevo conjunto de valores de PCA de 100 años. Publicaron estos valores en el Anexo III y los tomaron del Cuarto Informe de Evaluación del IPCC , que se publicó en 2007. ^[19] Esas estimaciones de 2007 todavía se utilizan para comparaciones internacionales hasta 2020, ^[20] aunque las últimas investigaciones sobre el calentamiento efectos ha encontrado otros valores, como se muestra en las tablas anteriores.

Aunque los informes recientes reflejan una mayor precisión científica, los países y las empresas continúan utilizando los valores del Segundo Informe de Evaluación (SAR) del IPCC ^[14] y del Cuarto Informe de Evaluación del IPCC por motivos de comparación en sus informes de emisiones. El Quinto Informe de Evaluación del IPCC se saltó los valores de 500 años, pero introdujo estimaciones de PCA que incluyen la retroalimentación del carbono climático (f) con una gran cantidad de incertidumbre. ^[11]

Otras métricas para comparar gases de efecto invernadero

El potencial de cambio de temperatura global (GTP) es otra forma de comparar gases. Mientras que GWP estima la radiación térmica infrarroja absorbida, GTP estima el aumento resultante de la temperatura media de la superficie del mundo, durante los próximos 20, 50 o 100 años, causado por un gas de efecto invernadero, en relación con el aumento de temperatura que produciría la misma masa de CO _2. causa. ^[11] El cálculo del GTP requiere modelar cómo el mundo, especialmente los océanos, absorberá el calor. ^[22] El GTP se publica en las mismas tablas del IPCC que el GWP. ^[11]

Se ha propuesto el GWP* para tener más en cuenta los contaminantes climáticos de vida corta (SLCP, por sus siglas en inglés), como el metano, relacionando un cambio en la tasa de emisiones de los SLCP con una cantidad fija de CO ₂ . ^[42] Sin embargo, el propio GWP* ha sido criticado tanto por su idoneidad como métrica como por sus características de diseño inherentes que pueden perpetuar las injusticias y la desigualdad. ^{[43] [44] [45]}

Ver también

• portal sobre el calentamiento global
• Portal de energía

• Contabilidad del carbono
• Huella de carbono
• Intensidad de emisión

Referencias

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12. Esto es así debido a la fórmula de reacción: CH ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2 H ₂ O. Como se menciona en el artículo, el oxígeno y el agua no se consideran para fines de PCG, y una molécula de metano (masa molar = 16,04 g mol ⁻¹ ) producirá una molécula de dióxido de carbono (masa molar = 44,01 g mol ⁻¹ ). Esto da una relación de masa de 2,74. (44,01/16,04 ≈ 2,74).
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Fuentes

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enlaces externos

• Lista de potenciales de calentamiento global y vidas atmosféricas de la EPA de EE. UU.
• GWP y los diferentes significados de CO2e explicados