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El cambio climático y las emisiones de carbono

George Power Porto

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Contenido

• Introducción

• Balance energético y cambio climático

• Gases de invernadero y emisiones de carbono

• Modelamiento climático y predicciones

• Estrategias de solución

• Conclusiones

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¿Qué nos ha preocupado antes?

• Guerras, terrorismo

• Holocausto nuclear, armas biológicas

• Crisis energéticas

• Ciclos de recesión económica

• La internet y la informática omnipresente

• Contaminación ambiental

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¿Y ahora?

• Superpoblación• Crisis energética agravada• Contaminación ambiental• Capa de ozono, calentamiento global• Clima extremo: huracanes, tornados, deshielo,  inundaciones, incendios

• Escasez de agua y alimentos básicos• …¿el fin de nuestra civilización?

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¿Se está calentado la tierra?

• Aunque hay variaciones notorias, la tendencia promedio indica que sí y en un modo sin precedentes en la historia.

• Las proyecciones recientes predicen un aumento de la temperatura media en varios grados.

• Los efectos serían catastróficos: deshielo, inundaciones, clima extremo, desaparición de especies, incendios, pérdida de cosechas, hambruna, migración masiva de refugiados “medioambientales”

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Fuente: http://naturematters.files.wordpress.com 2006

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El balance energético de la tierraEntradas (fuentes) Cantidad % Entrada

(GW x 105)Sol (flujo solar interceptado) 1730 99,98Tierra (geotérmica) 0,32 >0,02Luna (mareas) 0,03 0,03?

Salidas (usos) Cantidad % Entrada(GW x 105)

Absorbida y re-emitida 778 45,0Directamente reflejada 519 30,0Ciclo hidrológico 397,9 23,0Absorbida 34,6 2,0Vientos, olas, corrientes 3,7 0,2Biósfera 0,4 0,02

Notas:- La luz absorbida y re-emitida es re-emitida como radiación infrarroja (calor).- La radiación absorbida es radiación ultravioleta en la capa de ozono de la atmósfera.

Fuente: Encyclopaedia Britannica

8Fuente: NASA

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¿Qué causa el desbalance?

• Variaciones en la actividad solar

• Variaciones en el movimiento de la tierra

• Tectónica de placas

• Incremento de gases de efecto invernadero y aerosoles en la atmósfera por causas naturales y, especialmente, antropogénicas desde el inicio de la era industrial

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Cambio climático debido al ciclo solar

Fuente: Observatorio espacial SOHO http://apod.nasa.gov

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Cambio climático debido a la excentricidad de la órbita, inclinación y precesión del eje de la tierra

Fuente: http://apollo.lsc.vsc.edu

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Cambio climático debido a catástrofes naturales

Fuente: http://apollo.lsc.vsc.edu

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Cambio climático debido a los gases de invernadero

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¿Qué es el efecto invernadero?

• Los gases mono y diatómicos presentes la atmósfera  como O2, N2, Ar, Xe, son “transparentes” a la radiación.

• Los gases poliatómicos como H2O, CO2, CH4, N2O, CFCs, HFCs, reflejan la radiación y  producen un incremento de la temperatura.

• El mayor gas de efecto invernadero es el vapor de agua, sin él el clima de la tierra sería muy diferente…

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El efecto invernadero

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Comparación del efecto invernadero de distintos gases

• De los gases de efecto invernadero distintos del agua, el CO2 es el más importante por el nivel de las emisiones pero los otros gases tienen un mayor efecto potencial de calentamiento

• Como índice de comparación se usa el potencial de calentamiento global (GWP)

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Potencial de calentamiento global y tiempo de vida

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¿Qué países emiten más gases de invernadero?

Fuente: Data from the World Resources Institute 2000

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Distribución de las emisiones globales

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El ciclo del carbono

Fuente: NASA

21Fuente: National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

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Emisiones de carbono de combustibles fósiles

Fuente: Oak Ridge National Laboratory 2007, elaboración propia.1 t C = 3,66 t CO2

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¿Quiénes son los grandes responsables?

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Aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera

Fuente: Muestras de hielo antártico, Vostok. Petit et al, 1999

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¿Cuál es la proyección del contenido de CO2 en la atmósfera?

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¿Qué efecto tendrían en el calentamiento global?

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¿Pueden equivocarse las predicciones?

• ¿Qué tan confiable es la predicción del clima para un día, semana, mes, año?

• ¿Adoptar medidas trecnológicas costosas solo “por si acaso”?

• ¿Detener el progreso económico?

• ¿Estamos viviendo tal vez una histeria colectiva?

• ¿Qué dicen los escépticos?

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El modelamiento climático

Fuente: IPCC AR4, 2007

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Complejidad de los modelos ‐Interacciones

Fuente: IPCC AR4, 2007FAR = First Asessment Report 1990, SAR = Second Asessment Report 1996TAR = Third Asessment Report 2001, AR4 = Fourth Asessment Report 2007

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Complejidad de los modelos ‐Resolución

Fuente: IPCC AR4, 2007

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Los argumentos en contra

Fuente: Oregon Institute for Science and Medicine (OISM), 2007

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O sea, ¿“puro cuento”?

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¿Qué concluyen los escépticos?

• No hay datos experimentales que soporten la teoría de que el incremento del uso de combustibles fósiles causen cambios desfavorables en el clima

• No hay razón para limitar la producción antropogénica de CO2, CH4 y otros gases de invernadero

• Tampoco debemos preocuparnos de las catástrofes ambientales, aún si la tendencia de calentamiento continúa

• Debemos producir más energía, no menos…

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¿Y si las predicciones son correctas?

• ¿Cuánto más podemos esperar sin hacer nada?

• ¿Cuál es el “punto de no retorno”?

• ¿Podemos detener o reducir el incremento en las emisiones de gases de invernadero?

• ¿Podemos llegar a “cero emisiones”?

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Estrategias de solución

• El mayor problema está en enfocarse en una sola alternativa

• Una disminución efectiva de las emisiones de carbono requiere muchas alternativas

• El uso racional de energía en el futuro involucra diversas fuentes

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¿Cómo atacar el problema?

Fuente: Sokolow, Hotinski, Greenblatt, Pacala, 2004

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Estabilización y reducción de las emisiones de carbono

Fuente: Sokolow, Hotinski, Greenblatt, Pacala, 2004

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¿Qué significa cada “cuña de estabilización”?

• Reducción de emisiones equivalentes a1 GtC/año en el lapso de 50 años.

• Adoptar tecnologías actualmente disponibles• 8 cuñas significaría mantener las emisiones de carbono en el nivel actual (2007)

• 4 cuñas adicionales reducirían las emisiones a la mitad del nivel actual

• Adicionalmente se requerirían más cuñas para llegar a nivel de emisiones neto igual a cero.

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Tecnologías disponibles

X

X

X

X

X

X

X

Electricidad

X

X

14. Reducir deforestación

15. Explotación con conservación

X

X

X

X

10. Captura de CO2 en planta de H2

11. Captura de CO2 en planta decombustibles sintéticos

12. H2 a partir de energía eólica

13. Combustible de biomasa

5. Energía a partir de gas natural

6. Captura de CO2 en planta

7. Energía nuclear

8. Energía eólica

9. Energía fotovoltaica

X

X

X

X

1. Vehículos eficientes

2. Reducción del uso de vehículos

3. Edificios eficientes

4. Plantas de carbón más eficientes

ReservaCalorCombustibleTecnología

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Ejemplos:Vehículos eficientes

• Dos mil millones de vehículos ligeros

• Actualmente 15000 km/año, 50 km/gal

• Emisiones equivalentes: 2 GtC/año

• Un aumento de la eficiencia a 100 km/gal (posible con la tecnología actual) significa emisiones de solo 1 GtC/año = una “cuña” de estabilización

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Reducción del uso de vehículos

• Similar al caso anterior, pero con un recorrido de 7500 km/año

• Resultado 1 GtC/año menos = otra cuña de estabilización

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Edificios y viviendas eficientes

• Mejorar aislamiento y uso de energía• Sistemas de calefacción y aire acondicionado más eficientes

• Mejor diseño, uso de paneles solares• Iluminación eficiente, eliminación de bombillos incandescentes

• Resultado: una cuña menos del sector comercial y otra del sector residencial

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Plantas de energía más eficientes

• Producción de electricidad estimada en 50 años = 13.000 TWh/año

• Emisiones actuales: 232 gC/kWh con 40% de eficiencia = 3 GtC/año

• Un incremento de la eficiencia a 60% (ciclo combinado) significa emisiones de 2 GtC/año = otra cuña menos

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Reemplazo de carbón por gas natural en plantas de potencia

• Condiciones actuales: 2,8 Gt  de carbón (70,7% C) 1400 GW de capacidad instalada y 10.800 TWh de generación

• Emisiones 1,98 GtC/año

• Equivalente energético en gas natural: 1,3 Gt (75% C), emisiones 0,98 GtC/año = otra cuña menos

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Energía nuclear

• Una cuña más se deriva de la triplicación de la capacidad de producción de energía nuclear (351 GW en 1999)

• El crecimiento de la capacidad instalada de energía nuclear ha sido menor que lo proyectado por problemas de abastecimiento, disposición de residuos, transferencia de tecnología

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Energía eólica y solar

• Un incremento de la producción de energía eólica y solar 100 TWh/año en un lapso de 50 años representan una cuña c/u.

• La tecnología está cambiando constantemente y ya existen turbinas de viento de 5 MW y plantas solares (fotovoltaicas y térmicas) de 30 MW

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Combustible de biomasa

• Por lo menos una cuña adicional es posible reemplazo de combustibles fósiles por biocombustibles (etanol, biodiésel, biogás)

• Los grados de eficiencia energética varían mucho

• Es importante evitar la competencia con la producción de alimentos

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Comparación de la eficiencia energética de biocombustibles

2 a 36Etanol de celulosa (USA, todavía en desarrollo)

2,5Biodiésel de colza (Alemania)

8Etanol de caña de azúcar (Brasil)

1,3Etanol de maíz (USA)

Energía obtenible por cada unidad de energía gastada

Tipo de combustible

Fuente: National Geographic Magazine 2007

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Conclusiones y discusión

• No está del todo comprobado que el incremento de las emisiones de carbono aumente la temperatura pero síecha más “leña al fuego”

• Existen suficientes tecnologías maduras para lograr la disminución de las emisiones de carbono

• Aún sin la presión del cambio climático, resulta rentable disminuir el consumo y la dependencia de combustibles fósiles.

• Nuevas tecnologías continúan siendo desarrolladas.

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¡Muchas gracias!