potencial de calentamiento global

El potencial de calentamiento global ( PCG ) es una medida de cuánto calor atrapa un gas de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera durante un período de tiempo específico, en relación con el dióxido de carbono ₍ CO₂ ) . ^[¹^]^:²²³² Es una magnitud adimensional que se expresa como un múltiplo del calentamiento causado por la misma masa de CO₂ . Por lo tanto, por definición, _elCO₂ tiene un PCG de 1. Para otros gases, depende de la intensidad con la que el gas absorbe _laradiación térmica , la rapidez con la que abandona la atmósfera y el período de tiempo considerado.

Por ejemplo, el metano (CH₄ ₎ tiene un PCA a 20 años (PCA-20) de 81,2 ^{[ 2 ]} , lo que significa que una fuga de una tonelada de metano equivale a emitir 81,2 toneladas de CO₂ _, ambas medidas a lo largo de 20 años. Dado que el metano tiene una vida útil atmosférica mucho más corta que el CO₂ _, su PCA es mucho menor en periodos de tiempo más largos, con un PCA-100 de 27,9 y un PCA-500 de 7,95. ^{[ 2 ]}^{: 7SM-24}

Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) pueden expresarse en términos de masa equivalente de dióxido de carbono o simplemente equivalente de dióxido de carbono ₍_simbolizado como CO₂e o CO₂eq , también denominado CO₂ _- e o CO₂ _- eq) y calcularse a partir del potencial de calentamiento global (PCG) y la masa emitida. Para cualquier gas, la masa de CO₂ que calentaría la Tierra sería equivalente a la masa de dicho gas. Por lo tanto _, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula multiplicando el PCG por la masa del otro gas y se expresa normalmente en gigatoneladas (símbolo Gt).

Definición

El potencial de calentamiento global (PCG) se define como un "índice que mide el forzamiento radiativo posterior a la emisión de una unidad de masa de una sustancia determinada, acumulada durante un horizonte temporal elegido, en relación con el de la sustancia de referencia, el dióxido de carbono (CO₂ ₎ . El PCG representa, por lo tanto, el efecto combinado de la diferente duración de la permanencia de estas sustancias en la atmósfera y su eficacia para causar 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 balance 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 ]}

Importancia de la escala de tiempo

El PCA de una sustancia depende de la escala temporal (expresada en años, indicada por un subíndice) sobre la que se calcula su potencial. Un gas que se elimina rápidamente de la atmósfera puede tener inicialmente un gran efecto, pero a medida que se va eliminando, su importancia disminuye. Así, el metano tiene un potencial de 25 en 100 años (PCA ₁₀₀ = 25), pero de 86 en 20 años (PCA 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 del PCA depende de cómo disminuye la concentración del gas en la atmósfera con el tiempo. Esto a menudo no se conoce con precisión, por lo que los valores no deben considerarse exactos. Por esta razón, al citar un PCA, es importante hacer referencia al cálculo. Generalmente, los organismos reguladores utilizan una escala temporal de 100 años. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Los cálculos de CO ₂ e dependen de la escala de tiempo elegida, típicamente 100 años o 20 años, ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} ya que los gases se descomponen en la atmósfera o se absorben naturalmente a diferentes velocidades.

equivalente de dióxido de carbono

La masa equivalente de dióxido de carbono (símbolo _CO₂eo CO₂eq o CO₂ _-e ₎ de una cantidad de gas se calcula a partir de su PCA. Para cualquier gas, es la masa de CO₂ que calentaría la Tierra tanto como la masa de ese gas. ^[⁹^]_{De esta manera ,} proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula como el PCA multiplicado por la masa del otro gas. Por ejemplo, si un gas tiene un PCA de 100, dos toneladas de ese gas tienen _unCO₂e de 200 toneladas, y nueve toneladas de ese gas tienen un CO₂e 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 equivalente de dióxido de carbono. Es la concentración atmosférica de _CO₂que calentaría la Tierra tanto como una concentración particular de algún otro gas o de todos los gases y aerosoles en la atmósfera. Por ejemplo, _unCO₂e de 500 partes por millón reflejaría una mezcla de gases atmosféricos que calientan la Tierra tanto como lo harían 500 partes por millón de CO₂ . ^[¹⁰^]^[¹¹^] El cálculo de la concentración equivalente _deCO₂ _de un gas de efecto invernadero o aerosol atmosférico es más complejo e implica las concentraciones atmosféricas de esos gases, sus GWP y las relaciones de sus masas molares con la masa molar del CO₂ _.

Las siguientes unidades se utilizan comúnmente:

Según el panel de la ONU sobre el cambio climático ( IPCC ): mil millones de toneladas métricas = n×10 ⁹toneladas de CO ₂ equivalente (Gt CO ₂ eq) ^{[ 12 ]}
En la industria: millones de toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente (MMTCDE) ^{[ 13 ]} y MMT CO ₂ eq. ^{[ 14 ]}

Otras magnitudes derivadas incluyen la masa equivalente de dióxido de carbono por distancia, tal como se utiliza para los viajes en vehículo. Sus unidades del SI son _gramospor kilómetro (g/km), a menudo denominadas "gramos de dióxido de carbono equivalente por kilómetro" (g _CO₂e/ km) o por milla (g CO₂e /milla). ^[¹⁵^]^[¹⁶^]

Por ejemplo, la tabla que aparece a continuación muestra un PCA (potencial de calentamiento global) de 86 para el metano durante 20 años y de 289 para el óxido nitroso, por lo que las emisiones de 1 millón de toneladas de metano o de óxido nitroso equivalen a emisiones de 86 o 289 millones de toneladas de dióxido de carbono, respectivamente.

Métodos de cálculo

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 útil atmosférica del gas

Un alto GWP se correlaciona con una gran absorción infrarroja y una larga vida útil atmosférica. La dependencia del GWP con la longitud de onda de absorción es más compleja. Incluso si un gas absorbe radiación de manera eficiente en una determinada longitud de onda, esto puede no afectar mucho su GWP si la atmósfera ya absorbe la mayor parte de la radiación en esa longitud de onda. Un gas tiene mayor efecto si absorbe en un rango de longitudes de onda donde la atmósfera es bastante transparente. La dependencia del GWP en función de la longitud de onda se ha determinado empíricamente y se ha publicado en forma de gráfico. ^{[ 19 ]}

Dado que el potencial de calentamiento global (PCG) 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 los diversos factores que se cree que influyen en el sistema climático, los potenciales de calentamiento global (PCG) son un tipo de índice simplificado basado en propiedades radiativas que puede utilizarse para estimar los posibles impactos futuros de las emisiones de diferentes gases sobre el sistema climático en un sentido relativo. El PCG se basa en varios factores, incluida la eficiencia radiativa (capacidad de absorción infrarroja) de cada gas en relación con la del dióxido de carbono, así como la tasa de decaimiento de cada gas (la cantidad eliminada de la atmósfera durante un número determinado de años) en relación con la del dióxido de carbono. ^{[ 20 ]}

La capacidad de forzamiento radiativo (FR) es la cantidad de energía por unidad de área y 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:

${\mathit {RF}}=\sum _{i=1}^{100}{\text{abs}}_{i}\cdot F_{i}/\left({\text{l}}\cdot {\text{d}}\right)$ donde el subíndice i representa un intervalo de número de onda de 10 centímetros inversos . Abs _i representa la absorbancia infrarroja integrada de la muestra en ese intervalo, y F _i representa la RF para ese intervalo.

El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) proporciona los valores generalmente aceptados para el PCA, que cambiaron ligeramente entre 1996 y 2001, excepto para el metano, cuyo PCA casi se duplicó. Una definición exacta de cómo se calcula el PCA se encuentra en el Tercer Informe de Evaluación del IPCC de 2001. ^{[ 21 ]} El PCA se define como la relación entre el forzamiento radiativo integrado en el tiempo de la liberación instantánea de 1 kg de una sustancia traza y el de 1 kg de un gas de referencia:

${\mathit {GWP}}\left(x\right)={\frac {a_{x}}{a_{r}}}{\frac {\int _{0}^{\mathit {TH}}[x](t)\,dt}{\int _{0}^{\mathit {TH}}[r](t)\,dt}}$ donde TH es el horizonte temporal sobre el que se considera el cálculo; a _x es la eficiencia radiativa debida a un aumento unitario en la abundancia atmosférica de la sustancia (es decir, Wm ⁻² kg ⁻¹ ) y [x](t) es la disminución dependiente del tiempo en la abundancia de la sustancia después de una liberación instantánea de la misma en el tiempo t=0. El denominador contiene las cantidades correspondientes para el gas de referencia (es decir, CO ₂ ). Las eficiencias radiativas a _x y a _r no son necesariamente constantes en el tiempo. Si bien la absorción de radiación infrarroja por muchos gases de efecto invernadero varía linealmente con su abundancia, algunos importantes muestran un comportamiento no lineal para las abundancias actuales y probables futuras (por ejemplo, CO ₂ , CH ₄ y N ₂ O). Para esos gases, el forzamiento radiativo relativo dependerá de la abundancia y, por lo tanto, del escenario futuro adoptado.

Dado que todos los cálculos de PCA se basan en una comparación con el CO₂ _, que no es lineal, todos los valores de PCA se ven afectados. Suponer lo contrario, como se hizo anteriormente, dará lugar a valores de PCA más bajos para otros gases que los que se obtendrían con un enfoque más detallado. Para aclarar esto, si bien el aumento de las concentraciones _deCO₂ tiene cada vez menos efecto sobre la absorción radiativa a medida que aumentan las concentraciones en ppm, los gases de efecto invernadero más potentes, como el metano y el óxido nitroso, tienen frecuencias de absorción térmica diferentes a las _delCO₂ , que no se saturan tanto como _elCO₂ , por lo que el aumento de las concentraciones en ppm de estos gases es mucho más significativo.

Mezclas

El PCA para una mezcla de gases se puede obtener a partir del promedio ponderado por fracción de masa de los PCA de los gases individuales. ^{[ 22 ]}

vapor de agua

El vapor de agua sí contribuye al calentamiento global antropogénico, pero según la definición del PCG, es insignificante para el H₂O _: una estimación da un PCG de 100 años entre -0,001 y 0,0005. ^{[ 23 ]}

_El H₂O puede funcionar como gas de efecto invernadero debido a su profundo espectro de absorción infrarroja, con bandas de absorción más amplias y numerosas que las _delCO₂ . Su concentración en la atmósfera está limitada por la temperatura del aire, por lo que el forzamiento radiativo del vapor de agua aumenta con el calentamiento global (retroalimentación positiva). Sin embargo, la definición de PCA excluye los efectos indirectos. Esta definición también se basa en las emisiones, y las emisiones antropogénicas de vapor de agua ( torres de refrigeración , riego ) se eliminan mediante la precipitación en cuestión de semanas, por lo que su PCA es insignificante.

Aplicaciones

Uso en la formulación de políticas

A medida que los gobiernos desarrollan políticas para combatir las emisiones de fuentes con alto PCA, los responsables políticos han optado por utilizar la escala de PCA de 100 años como estándar en los acuerdos internacionales. La Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal establece la reducción gradual global de los hidrofluorocarbonos (HFC), un grupo de compuestos con alto PCA. Requiere que los países utilicen un conjunto de valores de PCA100 iguales a los publicados en el Cuarto Informe de Evaluación (AR4) del IPCC. ^{[ 24 ]} Esto permite a los responsables políticos tener un estándar para la comparación en lugar de cambiar los valores de PCA en los nuevos informes de evaluación. ^{[ 25 ]} Existe una excepción al estándar PCA100: la Ley de Liderazgo Climático y Protección Comunitaria del estado de Nueva York requiere el uso de PCA20, a pesar de ser un estándar diferente al de todos los demás países que participan en la reducción gradual de los HFC. ^[²⁴^]

Uso en el Protocolo de Kioto y para la presentación de informes a la CMNUCC.

En virtud del Protocolo de Kioto , en 1997 la Conferencia de las Partes estandarizó la presentación de informes internacionales, al decidir (véase la decisión número 2/CP.3) que los valores de PCG calculados para el Segundo Informe de Evaluación del IPCC se utilizarían para convertir las diversas emisiones de gases de efecto invernadero en equivalentes _deCO₂ comparables . ^[²⁶^]^[²⁷^]

Después de algunas actualizaciones intermedias, en 2013 esta norma fue actualizada 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 había publicado en 2007. ^{[ 28 ]} Esas estimaciones de 2007 todavía se utilizan para comparaciones internacionales hasta 2020, ^{[ 14 ]} aunque las investigaciones más recientes sobre los efectos del calentamiento han encontrado otros valores, como se muestra en las tablas anteriores.

Aunque los informes recientes reflejan una mayor precisión científica, los países y las empresas siguen utilizando los valores del Segundo Informe de Evaluación (SAR) del IPCC ^{[ 29 ]} y del Cuarto Informe de Evaluación del IPCC para fines comparativos en sus informes de emisiones. El Quinto Informe de Evaluación del IPCC omitió los valores de 500 años, pero introdujo estimaciones del PCG que incluyen la retroalimentación clima-carbono (f) con un alto grado de incertidumbre. ^{[ 30 ]}

Otras métricas para comparar los gases de efecto invernadero

El potencial de cambio de temperatura global ( PCG ) es otra forma de comparar los gases de efecto invernadero. Mientras que el PCG estima la radiación térmica infrarroja absorbida, el PCG estima el aumento resultante en la temperatura superficial promedio del mundo, durante un horizonte temporal determinado (los próximos 20, 50 o 100 años), causado por un gas de efecto invernadero, en relación con el aumento de temperatura que causaría la misma masa de _CO₂ . [ ³⁰^]^El cálculo del PCG requiere modelar cómo el mundo, especialmente los océanos, absorberá calor. ^[⁵^] El PCG se publica en las mismas tablas del IPCC que el PCG. ^[³⁰^]

Se ha propuesto otra métrica llamada GWP* (pronunciada "GWP estrella" ^{[ 31 ]} ) para tener mejor en cuenta los contaminantes climáticos de vida corta (SLCP), como el metano. Un aumento permanente en la tasa de emisión de un SLCP tiene un efecto similar al de una emisión única de dióxido de carbono, porque ambos aumentan el forzamiento radiativo de forma permanente o (en el caso del dióxido de carbono) prácticamente permanente (ya que el _CO₂permanece en el aire durante mucho tiempo). Por lo tanto, GWP* asigna a un aumento en la tasa de emisión de un SLCP una cantidad supuestamente equivalente (toneladas) de CO₂ . ^[³²^]_{Sin embargo ,} GWP* ha sido criticado tanto por su idoneidad como métrica como por características de diseño inherentes que pueden perpetuar injusticias y desigualdades. Los países en desarrollo cuyas emisiones de SLCP están aumentando son "penalizados", mientras que los países desarrollados como Australia o Nueva Zelanda, que tienen emisiones estables de SLCP, no son penalizados de esta manera, aunque sí pueden ser penalizados por sus emisiones de _CO₂. [ ³³^]^[³⁴^]^[³¹^]^Una declaración firmada por 42 científicos afirma que "al centrarse únicamente en los cambios en el calentamiento a lo largo del tiempo, en lugar del calentamiento total, las aplicaciones inapropiadas del GWP* y el concepto de "no calentamiento adicional" perpetúan las emisiones actuales de metano", lo que permite que "los principales emisores de metano continúen produciendo grandes cantidades de gases de efecto invernadero". ^[³⁵^] La declaración advierte que este enfoque puede facilitar el debilitamiento de los objetivos de reducción de metano por parte de los grandes emisores de metano, cuyo objetivo es estabilizar en lugar de reducir el impacto del calentamiento global de las emisiones de metano, a menudo denominados objetivos de "neutralidad de la temperatura" o "no calentamiento adicional". ^[³⁵^]

Valores calculados

El potencial de calentamiento global (PCG) depende tanto de la eficiencia de la molécula como gas de efecto invernadero como de su vida útil atmosférica. El PCG se mide en relación con la misma masa de _CO₂y se evalúa para una escala de tiempo específica. ^[³⁷^] Por lo tanto, si un gas tiene un forzamiento radiativo alto (positivo) pero también una vida útil corta, tendrá un PCG alto en una escala de 20 años, pero uno bajo en una escala de 100 años. Por el contrario, si una molécula tiene una vida útil atmosférica más larga que el CO₂ _, su PCG aumentará cuando se considere la escala de tiempo. El dióxido de carbono se define con un PCG de 1 en todos los períodos de tiempo.

El metano tiene una vida útil atmosférica de 12 ± 2 años. ^{[ 38 ]}^{: Tabla 7.15} El informe del IPCC de 2021 enumera el PCG como 83 en una escala de tiempo de 20 años, 30 en 100 años y 10 en 500 años. ^{[ 38 ]}^{: Tabla 7.15} La disminución del PCG en tiempos más largos se debe a que el metano se descompone en agua y CO ₂ a través de reacciones químicas en la atmósfera. De manera similar, el tercer GEI más importante, el óxido nitroso (N ₂ O), es un gas común emitido a través de la parte de desnitrificación del ciclo del nitrógeno . ^{[ 39 ]} Tiene una vida útil de 109 años y un nivel de PCG aún más alto que se sitúa en 273 en 20 y 100 años.

En la siguiente tabla se muestran ejemplos de la vida útil atmosférica y el potencial de calentamiento global (PCG) en relación con _elCO₂ para varios gases de efecto invernadero (Sexto Informe de Evaluación del IPCC de 2021).

Las estimaciones de los valores de GWP a lo largo de 20, 100 y 500 años se recopilan y revisan periódicamente en informes del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC ) . El informe más reciente es el Sexto Informe de Evaluación del IPCC (Grupo de Trabajo I) de 2023. ^{[ 38 ]}

El IPCC enumera muchas otras sustancias que no se muestran aquí. ^{[ 30 ]}^{[ 38 ]}^{[ 42 ]} Algunas tienen un alto PCA pero solo una baja concentración en la atmósfera.

Los valores que se muestran en la tabla asumen que se analiza la misma masa de compuesto; se obtendrán diferentes proporciones al convertir una sustancia en otra. Por ejemplo, la combustión de metano a dióxido de carbono reduciría el impacto del calentamiento global, pero en un factor menor que 25:1 porque la masa de metano quemada es menor que la masa de dióxido de carbono liberada (proporción 1:2,74). ^{[ 43 ]} Para una cantidad inicial de 1 tonelada de metano, que tiene un PCA de 25, después de la combustión habría 2,74 toneladas de CO₂ , cada tonelada de las cuales tiene un PCA de 1. Esto es una reducción neta de 22,26 toneladas de PCA, _lo que reduce el efecto del calentamiento global en una proporción de 25:2,74 (aproximadamente 9 veces).

Valores anteriores de 2007

Los valores que aparecen en la tabla siguiente corresponden a 2007, cuando se publicaron en el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC . ^{[ 28 ]}^{[ 45 ]} Estos valores todavía se utilizan (a fecha de 2020) para algunas comparaciones. ^{[ 14 ]}

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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