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Emisiones de metano

Fuentes de emisiones de metano debidas a la actividad humana (estimaciones para el año 2020) [1]

  Uso de combustibles fósiles (33%)
  Agricultura animal (30%)
  Agricultura vegetal (18%)
  Residuos (15%)
  Todos los demás (4%)

Las crecientes emisiones de metano son un importante contribuyente a la creciente concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera de la Tierra y son responsables de hasta un tercio del calentamiento global a corto plazo . [1] [2] Durante 2019, alrededor del 60% (360 millones de toneladas) del metano liberado a nivel mundial provino de actividades humanas, mientras que las fuentes naturales contribuyeron con alrededor del 40% (230 millones de toneladas). [3] [4] Reducir las emisiones de metano mediante la captura y utilización del gas puede producir beneficios ambientales y económicos simultáneos. [1] [5]

Desde la Revolución Industrial, las concentraciones de metano en la atmósfera se han más que duplicado, y alrededor del 20 por ciento del calentamiento que ha experimentado el planeta puede atribuirse al gas. [6] Alrededor de un tercio (33%) de las emisiones antropogénicas provienen de la liberación de gas durante la extracción y entrega de combustibles fósiles ; principalmente debido a la ventilación y fugas de gas tanto de la infraestructura de combustibles fósiles activa como de pozos huérfanos . [7] Rusia es el principal emisor de metano del mundo proveniente del petróleo y el gas. [8] [9]

La agricultura animal es una fuente igualmente importante (30%); principalmente debido a la fermentación entérica del ganado rumiante , como el ganado vacuno y ovino. Según la Evaluación Global del Metano publicada en 2021, las emisiones de metano del ganado (incluido el vacuno) son las mayores fuentes de emisiones agrícolas en todo el mundo [10] . Una sola vaca puede producir hasta 99 kg de gas metano al año. [11] El ganado rumiante puede producir entre 250 y 500 L de metano al día. [12]

Los flujos de desechos de consumo humano, especialmente los que pasan por vertederos y plantas de tratamiento de aguas residuales , han crecido hasta convertirse en la tercera categoría principal (18%). La agricultura vegetal, que incluye tanto la producción de alimentos como de biomasa , constituye un cuarto grupo (15%), siendo la producción de arroz el mayor contribuyente individual. [1] [13]

Los humedales del mundo aportan aproximadamente tres cuartas partes (75%) de las fuentes naturales de metano que perduran. [3] [4] Las filtraciones de los depósitos de hidrocarburos e hidratos de clatratos cercanos a la superficie , las liberaciones volcánicas , los incendios forestales y las emisiones de termitas representan gran parte del resto. [13] Las contribuciones de las poblaciones silvestres supervivientes de mamíferos rumiantes se ven ampliamente superadas por las del ganado, los seres humanos y otros animales de granja. [14]

The Economist recomendó establecer objetivos de emisiones de metano, ya que una reducción de las emisiones de metano permitiría tener más tiempo para abordar las emisiones de carbono más desafiantes ". [15] [16]

Influencia de la concentración atmosférica y el calentamiento

Concentración atmosférica media mundial y su tasa de crecimiento anual. [17] En abril de 2022, la NOAA informó de un aumento anual del metano atmosférico global de 17 partes por mil millones (ppb) en 2021 (con un promedio de 1.895,7 ppb en ese año), el mayor aumento anual registrado desde que comenzaron las mediciones sistemáticas en 1983; el aumento durante 2020 fue de 15,3 ppb, lo que en sí mismo constituye un aumento récord. [18]

La concentración atmosférica de metano (CH 4 ) está aumentando y superó las 1.860 partes por mil millones en 2019, equivalente a dos veces y media el nivel preindustrial. [19] El propio metano causa un forzamiento radiativo directo que es superado solo por el del dióxido de carbono (CO 2 ). [20] Debido a las interacciones con compuestos de oxígeno estimulados por la luz solar, el CH 4 también puede aumentar la presencia atmosférica de ozono y vapor de agua de vida más corta , que son potentes gases de calentamiento: los investigadores atmosféricos llaman a esta amplificación de la influencia del metano en el calentamiento a corto plazo forzamiento radiativo indirecto . [21] Cuando ocurren tales interacciones, también se produce CO 2 de vida más larga y menos potente . Incluyendo tanto los forzamientos directos como los indirectos, el aumento del metano atmosférico es responsable de aproximadamente un tercio del calentamiento global a corto plazo. [1] [2]

Aunque el metano atrapa mucho más calor que la misma masa de dióxido de carbono, menos de la mitad del CH4 emitido permanece en la atmósfera después de una década. En promedio, el dióxido de carbono se calienta durante mucho más tiempo, suponiendo que no haya cambios en las tasas de secuestro de carbono. [22] [23] El potencial de calentamiento global (GWP) es una forma de comparar el calentamiento debido a otros gases con el del dióxido de carbono, durante un período de tiempo determinado. El GWP 20 del metano de 85 significa que una tonelada de CH4 emitida a la atmósfera crea aproximadamente 85 veces el calentamiento atmosférico que una tonelada de CO2 durante un período de 20 años. [23] En una escala de tiempo de 100 años, el GWP 100 del metano está en el rango de 28-34.

Las emisiones de metano son importantes porque reducirlas puede dar tiempo para abordar las emisiones de carbono . [24] [25]

Panorama de las fuentes de emisión

Principales fuentes de metano para el decenio 2008-2017, estimadas por el Proyecto Global de Carbono [17]
"Emisiones globales de metano de las cinco categorías amplias para el decenio 2008-2017 para modelos de inversión de arriba hacia abajo y para modelos e inventarios de abajo hacia arriba (diagramas de caja de color oscuro de la derecha). [17] [ aclaración necesaria ]

El metano biogénico es producido activamente por microorganismos en un proceso llamado metanogénesis . En determinadas condiciones, la mezcla de procesos responsable de una muestra de metano se puede deducir a partir de la relación de los isótopos de carbono y mediante métodos de análisis similares a la datación por carbono . [26] [27]

Antropogénico

Mapa de emisiones de metano de cuatro categorías de fuentes [17]

A partir de 2020 , los volúmenes de emisión de algunas fuentes siguen siendo más inciertos que otros, debido en parte a picos de emisión localizados que no son captados por la limitada capacidad de medición global. El tiempo necesario para que una emisión de metano se mezcle bien en toda la troposfera de la Tierra es de aproximadamente 1 a 2 años. [28]

Los datos satelitales indican que más del 80% del crecimiento de las emisiones de metano durante el período 2010-2019 son emisiones terrestres tropicales. [29] [30]

Cada vez hay más investigaciones y datos que demuestran que las emisiones de metano de la industria del petróleo y el gas (o de la extracción, distribución y uso de combustibles fósiles) son mucho mayores de lo que se creía. [31] [32] [33] [34] [35]

Natural

Mapa de emisiones de metano de tres fuentes naturales y un sumidero. [17]

Las fuentes naturales siempre han sido parte del ciclo del metano . Las emisiones de los humedales han disminuido debido al drenaje de las áreas agrícolas y de construcción.

Metanogénesis

La mayor parte de las emisiones ecológicas de metano están relacionadas directamente con los metanógenos que generan metano en suelos cálidos y húmedos, así como en el tracto digestivo de ciertos animales. Los metanógenos son microorganismos productores de metano. Para producir energía, utilizan un proceso anaeróbico llamado metanogénesis. Este proceso se utiliza en lugar de los procesos aeróbicos o con oxígeno, porque los metanógenos no pueden metabolizarse en presencia de concentraciones de oxígeno incluso pequeñas. Cuando el acetato se descompone en la metanogénesis, el resultado es la liberación de metano al medio ambiente circundante.

La metanogénesis , el término científico para la producción de metano, ocurre principalmente en condiciones anaeróbicas debido a la falta de disponibilidad de otros oxidantes. En estas condiciones, los organismos microscópicos llamados arqueas utilizan acetato e hidrógeno para descomponer los recursos esenciales [ vago ] en un proceso llamado fermentación .

Metanogénesis acetoclástica : ciertas arqueas escinden el acetato producido durante la fermentación anaeróbica para producir metano y dióxido de carbono.

H3C - COOH → CH4 + CO2

Metanogénesis hidrogenotrófica : las arqueas oxidan el hidrógeno con dióxido de carbono para producir metano y agua.

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O​​

Si bien la metanogénesis acetoclástica y la metanogénesis hidrogenotrófica son las dos principales reacciones fuente de metano atmosférico, también ocurren otras reacciones biológicas menores que generan metano. Por ejemplo, se ha descubierto que la cera de la superficie de las hojas expuesta a la radiación ultravioleta en presencia de oxígeno es una fuente aeróbica de metano. [42]

Ciclos naturales del metano

Observaciones de metano de 2005 a 2014 que muestran las variaciones estacionales y la diferencia entre los hemisferios norte y sur

Las emisiones de metano a la atmósfera están directamente relacionadas con la temperatura y la humedad. Por lo tanto, los cambios ambientales naturales que ocurren durante el cambio estacional actúan como un importante control de la emisión de metano. Además, incluso los cambios de temperatura durante el día pueden afectar la cantidad de metano que se produce y se consume. [ cita requerida ]

Su concentración es mayor en el hemisferio norte , ya que la mayoría de las fuentes (tanto naturales como humanas) se encuentran en la tierra y el hemisferio norte tiene más masa terrestre. [43] Las concentraciones varían estacionalmente, con, por ejemplo, un mínimo en los trópicos del norte durante abril-mayo debido principalmente a la eliminación por el radical hidroxilo . [44]

Por ejemplo, las plantas que producen metano pueden emitir entre dos y cuatro veces más metano durante el día que durante la noche. [45] Esto está directamente relacionado con el hecho de que las plantas tienden a depender de la energía solar para realizar procesos químicos.

Además, las emisiones de metano se ven afectadas por el nivel de las fuentes de agua. Las inundaciones estacionales durante la primavera y el verano aumentan naturalmente la cantidad de metano liberado al aire. [ cita requerida ]

Humedales

Las emisiones de gases de efecto invernadero de los humedales de interés consisten principalmente en emisiones de metano y óxido nitroso . Los humedales son la mayor fuente natural de metano atmosférico del mundo y, por lo tanto, constituyen un área de gran preocupación con respecto al cambio climático . [46] [47] [48] Los humedales representan aproximadamente el 20-30% del metano atmosférico a través de emisiones de suelos y plantas, y contribuyen con un promedio aproximado de 161 Tg de metano a la atmósfera por año. [49]

Los humedales se caracterizan por tener suelos anegados y comunidades distintivas de especies vegetales y animales que se han adaptado a la presencia constante de agua . Este alto nivel de saturación de agua crea condiciones propicias para la producción de metano. La mayor parte de la metanogénesis , o producción de metano, ocurre en ambientes pobres en oxígeno . Debido a que los microbios que viven en ambientes cálidos y húmedos consumen oxígeno más rápidamente de lo que puede difundirse desde la atmósfera, los humedales son los ambientes anaeróbicos ideales para la fermentación , así como para la actividad metanógena . Sin embargo, los niveles de metanogénesis fluctúan debido a la disponibilidad de oxígeno , la temperatura del suelo y la composición del suelo. Un ambiente más cálido y anaeróbico con un suelo rico en materia orgánica permitiría una metanogénesis más eficiente. [50]

En los humedales, donde la tasa de producción de metano es alta, las plantas ayudan a que el metano viaje a la atmósfera, actuando como pararrayos invertidos que dirigen el gas hacia arriba a través del suelo y hacia el aire. También se sospecha que producen metano por sí mismas, pero como las plantas tendrían que usar condiciones aeróbicas para producir metano, el proceso en sí aún no se ha identificado, según un artículo de Biogeochemistry de 2014. [51]

Un artículo de 1994 sobre las emisiones de metano de los humedales del norte decía que, desde el siglo XIX, las concentraciones atmosféricas de metano aumentaron anualmente a una tasa de aproximadamente el 0,9%. [45]

Emisiones de metano de origen humano

El AR6 del IPCC afirmó: "Es inequívoco que los aumentos del dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ), el metano (CH 4 ) y el óxido nitroso (N 2 O) desde el período preindustrial son causados ​​abrumadoramente por actividades humanas". [52] [53] [54] El metano atmosférico representó el 20% del forzamiento radiativo (RF) total de todos los gases de efecto invernadero de larga duración y mezclados globalmente.

Según la evaluación de 2021 de la Coalición por el Clima y el Aire Limpio (CCAC) y el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), más del 50% de las emisiones mundiales de metano son causadas por actividades humanas en combustibles fósiles (35%), desechos (20%) y agricultura (40%). La industria del petróleo y el gas representa el 23% y la minería del carbón el 12%. El 20% de las emisiones antropogénicas mundiales provienen de vertederos y aguas residuales. El estiércol y la fermentación entérica representan el 32%, y el cultivo de arroz representa el 8%. [55]

El aumento más claro de metano atmosférico como resultado de la actividad humana ocurrió en el siglo XVIII durante la revolución industrial. Durante el siglo XX, principalmente debido al uso de combustibles fósiles, la concentración de metano en la atmósfera aumentó, para luego estabilizarse brevemente en la década de 1990 [56] , para luego comenzar a aumentar nuevamente en 2007. Después de 2014, el aumento se aceleró y en 2017 alcanzó 1.850 (partes por mil millones) ppb. [57] [58]

Los aumentos en los niveles de metano debido a las actividades humanas modernas surgen de una serie de fuentes específicas, entre ellas la actividad industrial; la extracción de petróleo y gas natural de reservas subterráneas; [59] el transporte por oleoductos de petróleo y gas natural; y el deshielo del permafrost en las regiones árticas, debido al calentamiento global causado por el uso humano de combustibles fósiles.

El componente principal del gas natural es el metano, que se emite a la atmósfera en cada etapa de su producción, procesamiento, almacenamiento, transmisión y distribución. [60]

Emisiones debidas a la extracción de petróleo y gas

Un artículo del Instituto Wuppertal para el Clima, el Medio Ambiente y la Energía de 2005 identificó los gasoductos que transportan gas natural como una fuente de emisiones de metano. El artículo citó el ejemplo del sistema de gasoductos transiberianos que lleva gas natural a Europa occidental y central desde los yacimientos de gas de Yamburg y Urengoy en Rusia, con una concentración de metano del 97%. [61] De acuerdo con el IPCC y otros grupos de control de emisiones de gas natural, se tuvieron que tomar mediciones a lo largo del gasoducto para medir las emisiones de metano provenientes de descargas tecnológicas y fugas en los accesorios y respiraderos del gasoducto. Aunque la mayoría de las fugas de gas natural eran de dióxido de carbono, también se estaba liberando constantemente una cantidad significativa de metano del gasoducto como resultado de fugas y averías. En 2001, las emisiones de gas natural del gasoducto y del sistema de transporte de gas natural representaron el 1% del gas natural producido. [61] Entre 2001 y 2005, esta cifra se redujo al 0,7%, el valor de 2001 fue significativamente menor que el de 1996. [61]

Un artículo de 2012 sobre el cambio climático y una publicación de 2014 de un equipo de científicos dirigido por Robert W. Howarth afirmaron que había pruebas sólidas de que "el gas de esquisto tiene una huella de GEI mayor que el gas convencional, considerada en cualquier escala de tiempo. La huella de GEI del gas de esquisto también supera a la del petróleo o el carbón cuando se considera en escalas de tiempo decenales". [62] [63] Howarth pidió cambios en las políticas para regular las emisiones de metano resultantes de la fracturación hidráulica y el desarrollo del gas de esquisto. [64]

Un estudio de 2013 realizado por un equipo de investigadores dirigido por Scot M. Miller, dijo que las políticas de reducción de gases de efecto invernadero de EE. UU. en 2013 se basaron en lo que parecían ser subestimaciones significativas de las emisiones antropogénicas de metano. [65] El artículo decía que "las emisiones de gases de efecto invernadero de la agricultura y la extracción y procesamiento de combustibles fósiles" (petróleo y/o gas natural) eran "probablemente un factor de dos o más de lo citado en los estudios existentes". [65] Para 2001, después de un estudio detallado de las fuentes antropogénicas sobre el cambio climático, los investigadores del IPCC encontraron que había "pruebas más sólidas de que la mayor parte del calentamiento observado en los últimos 50 años [era] atribuible a las actividades humanas". [66] [67] Desde la Revolución Industrial, los humanos han tenido un impacto importante en las concentraciones de metano atmosférico, aumentando las concentraciones atmosféricas aproximadamente en un 250%. [68] Según el informe del IPCC de 2021 , entre el 30% y el 50% del aumento actual de las temperaturas se debe a las emisiones de metano, [69] y la reducción del metano es una forma rápida de mitigar el cambio climático . [70] Una alianza de 107 países, incluidos Brasil, la UE y los EE. UU., se han unido al pacto conocido como Compromiso Global de Metano, comprometiéndose con un objetivo colectivo de reducir las emisiones globales de metano en al menos un 30% con respecto a los niveles de 2020 para 2030. [71] [72]

La Unión Europea adoptó normas sobre el metano en 2024. La ley exige que los productores de petróleo y gas controlen, midan e informen sobre las emisiones de metano. Los productores deben dejar de quemar gas natural no utilizado y utilizar imágenes satelitales para detectar fugas. [73]

Animales y ganado

Los animales rumiantes , en particular las vacas y las ovejas, contienen bacterias en sus sistemas gastrointestinales que ayudan a descomponer el material vegetal. Algunos de estos microorganismos utilizan el acetato del material vegetal para producir metano, y debido a que estas bacterias viven en los estómagos e intestinos de los rumiantes, cada vez que el animal "eructa" o defeca, también emite metano. Según un estudio de 2012 en la región de las Montañas Snowy , la cantidad de metano emitido por una vaca es equivalente a la cantidad de metano que pueden consumir alrededor de 3,4 hectáreas de bacterias metanotróficas . [74] : 103  investigaciones en la región de las Montañas Snowy de Australia mostraron que 8 toneladas de metano oxidadas por bacterias metanotróficas por año en una granja de 1000 hectáreas. 200 vacas en la misma granja emitieron 5,4 toneladas de metano por año. Por lo tanto, una vaca emitió 27 kg de metano por año, mientras que las bacterias oxidaron 8 kg por hectárea. Las emisiones de una vaca fueron oxidadas por 27/8 ≈ 3,4 hectáreas.

Las termitas también contienen microorganismos metanogénicos en su intestino. Sin embargo, algunos de estos microorganismos son tan únicos que no viven en ningún otro lugar del mundo excepto en el tercer intestino de las termitas. Estos microorganismos también descomponen los componentes bióticos para producir etanol , así como metano como subproducto. Sin embargo, a diferencia de los rumiantes que pierden el 20% de la energía de las plantas que comen, las termitas solo pierden el 2% de su energía en el proceso. [75] Por lo tanto, comparativamente, las termitas no tienen que comer tanto alimento como los rumiantes para obtener la misma cantidad de energía y emiten proporcionalmente menos metano.

En 2001, los investigadores de la NASA confirmaron el papel vital de la fermentación entérica en el ganado en el calentamiento global. [76] Un informe de la FAO de la ONU de 2006 informó que el ganado genera más gases de efecto invernadero medidos en equivalentes de CO2 que todo el sector del transporte. El ganado representa el 9% del CO2 antropogénico , el 65% del óxido nitroso antropogénico y el 37% del metano antropogénico. [77] Desde entonces, los investigadores de la ciencia animal y la biotecnología han centrado la investigación en los metanógenos en el rumen del ganado y la mitigación de las emisiones de metano. [78]

Nicholas Stern, autor del Informe Stern de 2006 sobre el cambio climático, ha declarado que "la gente tendrá que volverse vegetariana si el mundo quiere vencer al cambio climático". [79] En 2003, el presidente de la Academia Nacional de Ciencias , Ralph Cicerone —un científico atmosférico— expresó su preocupación por el aumento del número de ganado lechero y vacuno productor de metano, ya que el metano era el "segundo gas de efecto invernadero más importante en la atmósfera". [80]

Aproximadamente el 5% del metano se libera a través de los gases , mientras que el 95% restante se libera a través de los eructos . Se están desarrollando vacunas para reducir la cantidad introducida a través de los eructos. [81] El uso de algas marinas como aditivo en la alimentación del ganado ha reducido las emisiones de metano en más del 80%. [82]

Desperdiciar

Vertederos

Debido a las grandes acumulaciones de materia orgánica y la disponibilidad de condiciones anaeróbicas, los vertederos son la tercera fuente más grande de metano atmosférico en los Estados Unidos, representando aproximadamente el 18,2% de las emisiones de metano a nivel mundial en 2014. [83] Cuando los desechos se agregan por primera vez a un vertedero, el oxígeno es abundante y, por lo tanto, sufre una descomposición aeróbica; durante este tiempo, se produce muy poco metano. Sin embargo, generalmente en el plazo de un año los niveles de oxígeno se agotan y las condiciones anaeróbicas dominan el vertedero, lo que permite que los metanógenos se hagan cargo del proceso de descomposición. Estos metanógenos emiten metano a la atmósfera e incluso después de que se cierra el vertedero, la gran cantidad de materia en descomposición permite que los metanógenos sigan produciendo metano durante años. [84]

Tratamiento de aguas residuales

Las instalaciones de tratamiento de aguas residuales actúan para eliminar materia orgánica, sólidos, patógenos y peligros químicos como resultado de la contaminación humana. La emisión de metano en las instalaciones de tratamiento de residuos se produce como resultado de los tratamientos anaeróbicos de compuestos orgánicos y la biodegradación anaeróbica de lodos. [85]

Liberación de metano almacenado en el Ártico

Concentraciones de metano en Utqiaġvik, Alaska (antes conocida como Barrow)
Imagen que muestra el permafrost descongelado que da lugar al termokarst , una fuente de metano liberado del permafrost.

Las emisiones de metano del Ártico contribuyen a un aumento de las concentraciones de metano en la atmósfera . Si bien la región del Ártico es una de las muchas fuentes naturales del gas de efecto invernadero metano, hoy en día también existe un componente humano debido a los efectos del cambio climático . [86] En el Ártico, las principales fuentes de metano de influencia humana son el deshielo del permafrost , el derretimiento del hielo marino del Ártico , la descomposición de clatratos y el derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia . Esta liberación de metano da como resultado una retroalimentación positiva del cambio climático (es decir, una que amplifica el calentamiento), ya que el metano es un poderoso gas de efecto invernadero. [87] Cuando el permafrost se descongela debido al calentamiento global, grandes cantidades de material orgánico pueden estar disponibles para la metanogénesis y, por lo tanto, pueden liberarse como metano. [88]

Desde aproximadamente 2018, se han producido aumentos constantes en los niveles globales de metano en la atmósfera; el aumento de 2020 de 15,06 partes por mil millones rompió el récord anterior de 14,05 ppb establecido en 1991, y el de 2021 estableció un aumento aún mayor de 18,34 ppb. [89] Sin embargo, actualmente no hay evidencia que relacione al Ártico con esta aceleración reciente. [90] De hecho, un estudio de 2021 indicó que las contribuciones de metano del Ártico fueron generalmente sobreestimadas, mientras que las contribuciones de las regiones tropicales fueron subestimadas. [91]

Sin embargo, se considera que es muy probable que el papel del Ártico en las tendencias globales de metano aumente en el futuro. Hay evidencia de un aumento de las emisiones de metano a la atmósfera desde 2004 desde un sitio de permafrost siberiano vinculado al calentamiento. [92]

La mitigación de las emisiones de CO2 para 2050 (es decir, alcanzar emisiones netas cero ) probablemente no sea suficiente para detener la futura desaparición de la capa de hielo del Océano Ártico en verano. También es necesaria la mitigación de las emisiones de metano y esto tiene que llevarse a cabo en un período de tiempo aún más corto. [93] Estas actividades de mitigación deben llevarse a cabo en tres sectores principales: petróleo y gas , residuos y agricultura. Utilizando las medidas disponibles, esto podría representar reducciones globales de aproximadamente 180 Mt/año o alrededor del 45% de las emisiones actuales (2021) para 2030. [94]

Otros

Ecosistemas acuáticos

Se estima que las emisiones naturales y antropogénicas de metano de los ecosistemas acuáticos contribuyen aproximadamente a la mitad de las emisiones globales totales. [95] Se espera que la urbanización y la eutrofización conduzcan a un aumento de las emisiones de metano de los ecosistemas acuáticos. [95]

Conversión ecológica

La conversión de bosques y entornos naturales en parcelas agrícolas aumenta la cantidad de nitrógeno en el suelo, lo que inhibe la oxidación del metano , debilitando la capacidad de las bacterias metanotróficas del suelo para actuar como sumideros. [96] Además, al cambiar el nivel del nivel freático, los humanos pueden afectar directamente la capacidad del suelo para actuar como fuente o sumidero. La relación entre los niveles del nivel freático y la emisión de metano se explica en la sección de humedales de fuentes naturales.

Agricultura del arroz

La agricultura del arroz es una fuente importante de metano. Con un clima cálido y un suelo anegado, los arrozales actúan como humedales, pero son generados por los seres humanos con el fin de producir alimentos. Debido al entorno pantanoso de los arrozales, estos arrozales emitieron alrededor de 30 de los 400 millones de toneladas métricas de metano antropogénico en 2022. [97]

Quema de biomasa

La quema incompleta de materia orgánica viva y muerta produce emisiones de metano. Si bien los incendios forestales naturales pueden contribuir a las emisiones de metano, la mayor parte de la quema de biomasa se produce como resultado de la acción humana, lo que incluye desde las quemas accidentales realizadas por civiles hasta las quemas deliberadas utilizadas para limpiar la tierra y las quemas de biomasa que se producen como resultado de la destrucción de desechos. [98]

Cadena de suministro de petróleo y gas natural

El metano es un componente principal del gas natural y, por lo tanto, durante la producción, el procesamiento, el almacenamiento, la transmisión y la distribución del gas natural, una cantidad significativa de metano se pierde en la atmósfera. [85]

Según el informe Inventario de emisiones y sumideros de gases de efecto invernadero de Estados Unidos: 1990-2015 de la EPA , las emisiones de metano de los sistemas de gas natural y petróleo en 2015 ascendieron a 8,1 Tg al año en los Estados Unidos. Individualmente, la EPA estima que el sistema de gas natural emitió 6,5 Tg al año de metano, mientras que los sistemas de petróleo emitieron 1,6 Tg al año de metano. [99] Las emisiones de metano se producen en todos los sectores de la industria del gas natural, desde la perforación y la producción, pasando por la recolección, el procesamiento y la transmisión, hasta la distribución. Estas emisiones se producen a través de la operación normal, el mantenimiento de rutina, las fugas fugitivas, las alteraciones del sistema y la ventilación de los equipos. En la industria petrolera, parte del crudo subterráneo contiene gas natural que se arrastra en el petróleo a altas presiones del yacimiento. Cuando se extrae el petróleo del yacimiento, se produce gas asociado .

Sin embargo, una revisión de los estudios sobre emisiones de metano revela que el informe Inventario de emisiones y sumideros de gases de efecto invernadero de la EPA: 1990-2015 probablemente subestimó significativamente las emisiones de metano de 2015 de la cadena de suministro de petróleo y gas natural. La revisión concluyó que en 2015 la cadena de suministro de petróleo y gas natural emitió 13 Tg por año de metano, lo que es aproximadamente un 60% más que el informe de la EPA para el mismo período de tiempo. Los autores escriben que la causa más probable de la discrepancia es un muestreo insuficiente por parte de la EPA de las llamadas "condiciones operativas anormales", durante las cuales se pueden emitir grandes cantidades de metano. [100]

Minería de carbón

En 2014, investigadores de la NASA informaron del descubrimiento de una nube de metano de 6500 km2 (2500 millas cuadradas ) flotando sobre la región de Four Corners en el suroeste de los Estados Unidos. El descubrimiento se basó en datos del espectrómetro de absorción de imágenes de barrido para cartografía atmosférica de la Agencia Espacial Europea de 2002 a 2012. [101]

El informe concluyó que "la fuente probablemente sea la minería y el procesamiento establecidos de gas, carbón y metano de lechos de carbón ". La región emitió 590.000 toneladas métricas de metano cada año entre 2002 y 2012, casi 3,5 veces las estimaciones ampliamente utilizadas en la Base de Datos de Emisiones para la Investigación Atmosférica Global de la Unión Europea . [101] En 2019, la Agencia Internacional de Energía (AIE) estimó que las emisiones de metano que se filtran de las minas de carbón del mundo están calentando el clima global al mismo ritmo que las industrias del transporte marítimo y la aviación juntas. [102]

Gas metano a partir de clatratos de metano

A altas presiones, como las que se encuentran en el fondo del océano, el metano forma un clatrato sólido con el agua, conocido como hidrato de metano . Una cantidad desconocida, pero posiblemente muy grande, de metano queda atrapada en esta forma en los sedimentos oceánicos. Los investigadores están estudiando posibles cambios en este proceso ( hipótesis del cañón de clatrato ).

Sin embargo, el Sexto Informe de Evaluación del IPCC de 2021 concluyó que era "muy improbable que los clatratos de gas (principalmente metano) en el permafrost terrestre más profundo y en los clatratos submarinos provoquen una desviación detectable de la trayectoria de las emisiones durante este siglo". [52] : 5 

Escape de metano de los motores de gas

El uso de gas natural y biogás en motores de combustión interna para aplicaciones como la producción de electricidad, la cogeneración y los vehículos pesados ​​o buques marítimos como los metaneros que utilizan el gas de ebullición para la propulsión emite un determinado porcentaje de hidrocarburos no quemados , de los cuales el 85% es metano. Los problemas climáticos del uso de gas para alimentar motores de combustión interna pueden contrarrestar o incluso anular las ventajas de una menor emisión de CO2 y partículas, como se describe en este documento de la UE de 2016 sobre el escape de metano de los motores marinos: "Las emisiones de metano no quemado (conocido como 'escape de metano') fueron de alrededor de 7 g por kg de GNL con cargas de motor más altas, aumentando a 23-36 g con cargas más bajas. Este aumento podría deberse a una combustión lenta a temperaturas más bajas, lo que permite que pequeñas cantidades de gas eviten el proceso de combustión". Los vehículos de carretera funcionan más con carga baja que los motores marinos, lo que provoca un escape de metano relativamente mayor.

Monitoreo de emisiones globales de metano

Metano (CH 4 ) medido por el Experimento Avanzado de Gases Atmosféricos Globales (AGAGE) en la atmósfera inferior ( troposfera ) en estaciones de todo el mundo. Las abundancias se dan como fracciones molares medias mensuales libres de contaminación en partes por mil millones

El instrumento de vigilancia troposférica a bordo de la nave espacial Sentinel-5P de la Agencia Espacial Europea, lanzado en octubre de 2017, proporciona el seguimiento de emisiones de metano más detallado disponible públicamente. Tiene una resolución de unos 50 kilómetros cuadrados. [103]

El MethaneSAT está siendo desarrollado por el Environmental Defense Fund en asociación con investigadores de la Universidad de Harvard para monitorear las emisiones de metano con una resolución mejorada de 1 kilómetro. El MethaneSAT está diseñado para monitorear 50 importantes instalaciones de petróleo y gas, y también podría usarse para monitorear vertederos y agricultura. Recibe financiación del Audacious Project (una colaboración de TED y la Fundación Gates ), y se proyecta que se lanzará tan pronto como en 2024. [104]

En 2023, GHGSat desplegó 12 satélites para monitorear las emisiones de metano. [105]

Las incertidumbres en las emisiones de metano, incluidas las llamadas extracciones fósiles de "superemisores" [106] y las fluctuaciones atmosféricas inexplicables [107] , ponen de relieve la necesidad de mejorar la vigilancia a escala regional y mundial. Recientemente han comenzado a utilizarse satélites capaces de medir el metano y otros gases de efecto invernadero más potentes con una resolución cada vez mayor. [108] [109] [110]

El instrumento Tropomi [111] a bordo del Sentinel-5 , lanzado en 2017 por la Agencia Espacial Europea, puede medir las concentraciones de metano, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono, aerosoles y ozono en la troposfera terrestre con resoluciones de varios kilómetros. [106] [112] [113] En 2022, se publicó un estudio que utilizó datos del instrumento que monitorea las grandes emisiones de metano en todo el mundo; se detectaron 1200 grandes columnas de metano sobre sitios de extracción de petróleo y gas. [114] El instrumento EMIT de la NASA también identificó superemisores. [115] Se observó un aumento del 50% en los grandes eventos de emisiones de metano detectados por satélites en 2023 en comparación con 2022. [116]

La plataforma GOSAT-2 de Japón , lanzada en 2018, ofrece una capacidad similar. [117]

El satélite Claire, lanzado en 2016 por la empresa canadiense GHGSat, utiliza datos de Tropomi para localizar fuentes de emisiones de metano tan pequeñas como 15 m2 . [ 108]

Se prevé el desarrollo de otros satélites que aumentarán la precisión y la frecuencia de las mediciones de metano, así como una mayor capacidad para atribuir las emisiones a fuentes terrestres. Entre ellos se encuentran MethaneSAT , cuyo lanzamiento está previsto para 2022, y CarbonMapper.

Se están construyendo mapas globales que combinan datos satelitales para ayudar a identificar y monitorear las principales fuentes de emisión de metano. [118] [119] [120]

El Observatorio Internacional de Emisiones de Metano fue creado por la ONU.

Cuantificación del presupuesto global de metano

Para mitigar el cambio climático, los científicos se han centrado en cuantificar el presupuesto global de metano CH4 a medida que la concentración de metano sigue aumentando; ahora es el segundo gas después del dióxido de carbono en términos de forzamiento climático. [ 121] Es necesario comprender mejor el metano atmosférico para "evaluar vías realistas" hacia la mitigación del cambio climático. [121] Varios grupos de investigación dan los siguientes valores para las emisiones de metano:

Políticas nacionales de reducción

Un gráfico de la Agencia Internacional de Energía que muestra el potencial de varias políticas de reducción de emisiones para abordar las emisiones globales de metano.
Emisiones antropogénicas globales de metano a partir de inventarios históricos y proyecciones futuras de trayectorias socioeconómicas compartidas (VSSP). [17]

En 2010 , China implementó regulaciones que exigen que las plantas de carbón capturen las emisiones de metano o conviertan el metano en CO2 . Según un artículo de Nature Communications publicado en enero de 2019, las emisiones de metano aumentaron un 50 por ciento entre 2000 y 2015. [126] [127]

En marzo de 2020, Exxon pidió regulaciones más estrictas sobre el metano, que incluirían la detección y reparación de fugas de metano , la minimización de la ventilación y las liberaciones de metano no quemado y la obligación de informar a las empresas. [128] Sin embargo, en agosto de 2020, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos anuló un endurecimiento previo de las normas sobre emisiones de metano para la industria del petróleo y el gas de Estados Unidos. [129] [130]

Emisiones de metano en 2017 por región, categoría de fuente y latitud. [131]

Enfoques para reducir las emisiones

Industrias del gas natural

Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), aproximadamente el 40% de las emisiones de metano de la industria de los combustibles fósiles podrían "eliminarse sin ningún coste neto para las empresas" utilizando las tecnologías existentes. [15] El cuarenta por ciento representa el 9% de todas las emisiones humanas de metano. [15]

Para reducir las emisiones de las industrias del gas natural, la EPA desarrolló el Programa Natural Gas STAR, también conocido como Gas STAR. [85]

El Programa de Difusión sobre el Metano de Yacimientos de Carbón (CMOP) ayuda y alienta a la industria minera a encontrar formas de utilizar o vender el metano que de otro modo se liberaría de la mina de carbón a la atmósfera. [85]

En 2023, la Unión Europea aprobó una legislación que obligará a las empresas de combustibles fósiles a vigilar y notificar las fugas de metano y a repararlas en un breve plazo. La ley también obliga a remediar las fugas de metano que se producen al salir y quemarlo . Estados Unidos y China afirmaron que incluirán objetivos de reducción de metano en sus próximos planes climáticos, pero no han promulgado normas que obliguen a vigilar, notificar o reparar las fugas de metano. [132]

Ganado

Para contrarrestar la cantidad de metano que emiten los rumiantes, se ha desarrollado un tipo de fármaco llamado monensina (comercializado como rumensina ). Este fármaco se clasifica como un ionóforo , que es un antibiótico que se produce de forma natural por una cepa bacteriana inofensiva. Este fármaco no solo mejora la eficiencia alimentaria, sino que también reduce la cantidad de gas metano emitido por el animal y su estiércol. [133]

Además de los medicamentos, se han desarrollado técnicas específicas de gestión del estiércol para contrarrestar las emisiones del estiércol del ganado. Se han comenzado a proporcionar recursos educativos a las pequeñas granjas. Las técnicas de gestión incluyen la recogida y el almacenamiento diarios del estiércol en una instalación de almacenamiento completamente cerrada que evitará que la escorrentía llegue a los cuerpos de agua. El estiércol puede luego conservarse en el almacén hasta que se reutilice como fertilizante o se retire y almacene en un compost externo. Se proporcionan los niveles de nutrientes de diversos estiércoles animales para un uso óptimo como compost para jardines y agricultura. [134]

Cultivos y suelos

Para reducir los efectos de la oxidación del metano en el suelo, se pueden adoptar varias medidas. Controlar el uso de fertilizantes que mejoren el nitrógeno y reducir la cantidad de contaminación por nitrógeno en el aire pueden reducir la inhibición de la oxidación del metano. Además, el uso de condiciones de cultivo más secas para cultivos como el arroz y la selección de variedades de cultivos que produzcan más alimentos por unidad de superficie pueden reducir la cantidad de tierra con condiciones ideales para la metanogénesis. La selección cuidadosa de las zonas de conversión de tierras (por ejemplo, arando los bosques para crear campos agrícolas) también puede reducir la destrucción de las principales zonas de oxidación del metano. [ cita requerida ]

Vertederos

Para contrarrestar las emisiones de metano de los vertederos, el 12 de marzo de 1996, la EPA (Agencia de Protección Ambiental) añadió la "Regla de Vertederos" a la Ley de Aire Limpio. Esta regla requiere que los vertederos grandes que alguna vez hayan aceptado residuos sólidos municipales , se hayan utilizado a partir del 8 de noviembre de 1987, puedan contener al menos 2,5 millones de toneladas métricas de residuos con un volumen mayor de 2,5 millones de metros cúbicos y/o tengan emisiones de compuestos orgánicos no metánicos (CONM) de al menos 50 toneladas métricas por año recolecten y quemen el gas de vertedero emitido . [135] Este conjunto de requisitos excluye al 96% de los vertederos en los EE. UU. Si bien el resultado directo de esto es que los vertederos reducen la emisión de compuestos no metánicos que forman smog, el resultado indirecto es también la reducción de las emisiones de metano.

En un intento de absorber el metano que ya se produce en los vertederos, se han llevado a cabo experimentos en los que se añadieron nutrientes al suelo para permitir que los metanótrofos prosperaran. Se ha demostrado que estos vertederos suplementados con nutrientes actúan como un sumidero de metano a pequeña escala, lo que permite que la abundancia de metanótrofos absorba el metano del aire para utilizarlo como energía, reduciendo de forma eficaz las emisiones del vertedero. [136]

Véase también

Notas

  1. ^ ab Arroz incluido en humedales.
  2. ^ ab El total de vertederos incluye aguas residuales domésticas y desechos animales.
  3. ^ab Tratamiento de residuos incluido en rumiantes.
  4. ^ Contiene una pequeña cantidad de emisiones naturales de rumiantes salvajes .

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