Potencial de aquecimento global

Potencial de aquecimento global (GWP) é a medida de quanta radiação térmica infravermelha um gás de efeito estufa adicionado à atmosfera absorveria em um determinado período de tempo, como um múltiplo de a radiação que seria absorvida pela mesma massa de dióxido de carbono adicionado (CO₂). GWP é 1 para CO₂. Para outros gases, depende da intensidade com que o gás absorve a radiação térmica infravermelha, da rapidez com que o gás sai da atmosfera e do período de tempo considerado.

Dióxido de carbono equivalente (CO₂e ou CO₂eq ou CO₂-e) é calculado a partir do GWP. Para qualquer gás, é a massa de CO₂ que aqueceria a Terra tanto quanto a massa desse gás. Assim, fornece uma escala comum para medir os efeitos climáticos de diferentes gases. É calculado como GWP vezes a massa do outro gás.

O metano tem GWP (mais de 100 anos) de 27,9, o que significa que, por exemplo, uma fuga de uma tonelada de metano equivale à emissão de 27,9 toneladas de dióxido de carbono. Da mesma forma, uma tonelada de óxido nitroso, proveniente de esterco, por exemplo, equivale a 273 toneladas de dióxido de carbono.

Valores

O dióxido de carbono é a referência. Tem um GWP de 1 independentemente do período de tempo utilizado. As emissões de CO₂ causam aumento nas concentrações atmosféricas de CO₂ que durará milhares de anos. As estimativas de valores de GWP ao longo de 20, 100 e 500 anos são periodicamente compiladas e revisadas em relatórios do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas:

• SAR (1995)
• TAR (2001)
• AR4 (2007)
• (2013)
• AR6 (2021)

Embora relatórios recentes reflitam mais precisão científica, países e empresas continuam a usar valores SAR e AR4 para fins de comparação em seus relatórios de emissões. O AR5 ignorou os valores de 500 anos, mas introduziu estimativas de GWP, incluindo o feedback clima-carbono (f) com uma grande quantidade de incerteza.

O IPCC lista muitas outras substâncias não mostradas aqui. Alguns têm alto GWP, mas apenas uma baixa concentração na atmosfera. O impacto total de todos os gases fluorados é estimado em 3% de todas as emissões de gases de efeito estufa.

Os valores indicados na tabela assumem que a mesma massa de composto é analisada; proporções diferentes resultarão da conversão de uma substância em outra. Por exemplo, queimar metano em dióxido de carbono reduziria o impacto do aquecimento global, mas por um fator menor que 25:1 porque a massa de metano queimado é menor que a massa de dióxido de carbono liberado (proporção 1:2,74). Para uma quantidade inicial de 1 tonelada de metano, que tem um GWP de 25, após a combustão haveria 2,74 toneladas de CO_{2, cada tonelada tem um GWP de 1. Esta é uma redução líquida de 22,26 toneladas de GWP, reduzindo o efeito do aquecimento global em uma proporção de 25:2,74 (aproximadamente 9 vezes).}

Uso no Protocolo de Kyoto e UNFCCC

De acordo com o Protocolo de Quioto, em 1997, a Conferência das Partes padronizou os relatórios internacionais, decidindo (decisão 2/CP.3) que os valores de GWP calculados para o Segundo Relatório de Avaliação do IPCC deveriam ser usados para converter os vários gases de efeito estufa emissões de gás em CO₂ equivalentes comparáveis.

Depois de algumas atualizações intermediárias, em 2013 este padrão foi atualizado pela reunião de Varsóvia da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC, decisão 24/CP.19) para exigir o uso de um novo conjunto de valores de GWP de 100 anos. Eles publicaram esses valores no Anexo III e os retiraram do 4º Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, publicado em 2007.

Essas estimativas de 2007 ainda são usadas para comparações internacionais até 2020, embora a pesquisa mais recente sobre os efeitos do aquecimento tenha encontrado outros valores, conforme mostrado na tabela acima.

Importância do horizonte de tempo

O GWP de uma substância depende do número de anos (indicado por um subscrito) durante o qual o potencial é calculado. Um gás que é rapidamente removido da atmosfera pode inicialmente ter um grande efeito, mas por períodos de tempo mais longos, à medida que foi removido, torna-se menos importante. Assim, o metano tem um potencial de 25 em 100 anos (GWP₁₀₀ = 25), mas 86 em 20 anos (GWP₂₀ = 86); inversamente, o hexafluoreto de enxofre tem um GWP de 22.800 em 100 anos, mas 16.300 em 20 anos (terceiro relatório de avaliação do IPCC). O valor GWP depende de como a concentração de gás decai ao longo do tempo na atmosfera. Muitas vezes, isso não é conhecido com precisão e, portanto, os valores não devem ser considerados exatos. Por esse motivo, ao citar um GWP, é importante fornecer uma referência ao cálculo.

O GWP para uma mistura de gases pode ser obtido a partir da média ponderada por fração de massa dos GWPs dos gases individuais.

Normalmente, um horizonte de tempo de 100 anos é usado pelos reguladores.

Vapor de água

O vapor de água contribui para o aquecimento global antropogênico, mas como o GWP é definido, é insignificante para H₂O.

H₂O é o gás de efeito estufa mais forte, porque tem um espectro de absorção infravermelho profundo com bandas de absorção mais amplas do que CO₂. Sua concentração na atmosfera é limitada pela temperatura do ar, de modo que o forçamento radiativo pelo vapor de água aumenta com o aquecimento global (feedback positivo). Mas a definição de GWP exclui efeitos indiretos. A definição de GWP também é baseada em emissões, e as emissões antropogênicas de vapor d'água (torres de resfriamento, irrigação) são removidas por precipitação em semanas, portanto, seu GWP é insignificante.

Críticas e outras métricas

O Potencial de mudança de temperatura global (GTP) é outra maneira de comparar gases. Enquanto o GWP estima a radiação térmica infravermelha absorvida, o GTP estima o aumento resultante na temperatura média da superfície do mundo, nos próximos 20, 50 ou 100 anos, causado por um gás de efeito estufa, em relação ao aumento de temperatura que a mesma massa de CO₂ causaria. O cálculo do GTP requer a modelagem de como o mundo, especialmente os oceanos, absorverá o calor. O GTP é publicado nas mesmas tabelas do IPCC com o GWP.

O GWP* foi proposto para levar em conta os poluentes climáticos de vida curta (SLCP), como o metano, relacionando uma mudança na taxa de emissões de SLCPs a uma quantidade fixa de CO₂.

Calculando o potencial de aquecimento global

O GWP depende dos seguintes fatores:

• a absorção de radiação infravermelha por um determinado gás
• o horizonte de tempo de interesse (período de integração)
• a vida atmosférica do gás

Um alto GWP se correlaciona com uma grande absorção de infravermelho e um longo tempo de vida na atmosfera. A dependência do GWP no comprimento de onda de absorção é mais complicada. Mesmo que um gás absorva radiação eficientemente em um determinado comprimento de onda, isso pode não afetar muito seu GWP se a atmosfera já absorve a maior parte da radiação nesse comprimento de onda. Um gás tem mais efeito se for absorvido em uma "janela" de comprimentos de onda onde a atmosfera é bastante transparente. A dependência do GWP em função do comprimento de onda foi encontrada empiricamente e publicada como um gráfico.

Como o GWP de um gás de efeito estufa depende diretamente de seu espectro infravermelho, o uso da espectroscopia infravermelha para estudar gases de efeito estufa é de importância central no esforço de entender o impacto das atividades humanas nas mudanças climáticas globais.

Assim como o forçamento radiativo fornece um meio simplificado de comparar os vários fatores que se acredita influenciarem o sistema climático entre si, os potenciais de aquecimento global (GWPs) são um tipo de índice simplificado baseado em propriedades radiativas que podem ser usadas para estimar os potenciais impactos futuros das emissões de diferentes gases sobre o sistema climático em um sentido relativo. O GWP é baseado em vários fatores, incluindo a eficiência radiativa (capacidade de absorção de infravermelho) de cada gás em relação ao dióxido de carbono, bem como a taxa de decaimento de cada gás (a quantidade removida da atmosfera em um determinado número de anos) em relação ao dióxido de carbono.

A capacidade de forçamento radiativo (RF) é a quantidade de energia por unidade de área, por unidade de tempo, absorvida pelo gás de efeito estufa, que de outra forma seria perdida para o espaço. Pode ser expresso pela fórmula:

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

onde o subscrito i representa um intervalo de 10 centímetros inversos. Abs_i representa a absorbância infravermelha integrada da amostra naquele intervalo, e F_i representa a RF para aquele intervalo.

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) fornece os valores geralmente aceitos para GWP, que mudaram ligeiramente entre 1996 e 2001. Uma definição exata de como o GWP é calculado pode ser encontrada na Terceira Avaliação de 2001 do IPCC Relatório. O GWP é definido como a razão do forçamento radiativo integrado no tempo da liberação instantânea de 1 kg de uma substância traço em relação a 1 kg de um gás de referência:

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

onde TH é o horizonte de tempo sobre o qual o cálculo é considerado; a_x é a eficiência radiativa devido a um aumento de unidade na abundância atmosférica da substância (ou seja, Wm⁻² kg⁻¹) e [ x](t) é o decaimento dependente do tempo em abundância da substância após uma liberação instantânea dela no tempo t=0. O denominador contém as quantidades correspondentes para o gás de referência (ou seja, CO2). As eficiências radiativas a_x e a_r não são necessariamente constantes ao longo do tempo. Embora a absorção da radiação infravermelha por muitos gases de efeito estufa varie linearmente com sua abundância, alguns importantes exibem um comportamento não linear para abundâncias atuais e futuras prováveis (por exemplo, CO₂, CH₄ e N₂O). Para esses gases, o forçamento radiativo relativo dependerá da abundância e, portanto, do cenário futuro adotado.

Como todos os cálculos de GWP são uma comparação com CO₂ que não é linear, todos os valores de GWP são afetados. Presumir o contrário, conforme feito acima, levará a GWPs mais baixos para outros gases do que uma abordagem mais detalhada. Esclarecendo isso, enquanto o aumento de CO ₂ tem cada vez menos efeito na absorção radiativa à medida que as concentrações de ppm aumentam, gases de efeito estufa mais poderosos, como metano e óxido nitroso têm diferentes frequências de absorção térmica para CO₂ que não são preenchidas (saturadas) tanto quanto CO< sub style="font-size: 80%;vertical-align: -0.35em">2, portanto, o aumento de ppm desses gases é muito mais significativo.

Equivalente de dióxido de carbono

Dióxido de carbono equivalente (CO₂e ou CO₂eq ou CO₂-e) de uma quantidade de gás é calculado a partir de seu GWP. Para qualquer gás, é a massa de CO₂ que aqueceria a Terra tanto quanto a massa desse gás. Assim, fornece uma escala comum para medir os efeitos climáticos de diferentes gases. É calculado como GWP multiplicado pela massa do outro gás. Por exemplo, se um gás tem GWP de 100, duas toneladas do gás têm CO ₂e de 200 toneladas e 9 toneladas de gás têm CO ₂e de 900 toneladas.

Em escala global, os efeitos de aquecimento de um ou mais gases de efeito estufa na atmosfera também podem ser expressos como uma concentração atmosférica equivalente de CO₂. CO₂e pode então ser a concentração atmosférica de CO₂ que aqueceria a terra tanto quanto uma concentração particular de algum outro gás ou de todos os gases e aerossóis na atmosfera. Por exemplo, CO ₂e de 500 partes por milhão refletiria uma mistura de gases atmosféricos que aquecem a terra tanto quanto 500 partes por milhão de CO ₂ iria aquecê-lo. O cálculo da concentração atmosférica equivalente de CO₂ de um gás de efeito estufa atmosférico ou aerossol é mais complexo e envolve as concentrações atmosféricas de esses gases, seus GWPs e as proporções de suas massas molares para a massa molar de CO₂.

CO₂os cálculos dependem da escala de tempo escolhida, normalmente 100 anos ou 20 anos, já que os gases decaem na atmosfera ou são absorvidos naturalmente, em taxas diferentes.

As seguintes unidades são comumente usadas:

• Pelo painel de mudança climática da ONU (IPCC): bilhões de toneladas métricas = n×10⁹ toneladas de CO₂ equivalente (GtCO₂Eq)
• Na indústria: milhões de toneladas métricas de equivalentes de dióxido de carbono (MMTCDE) e MMT CO₂Eq.
• Para veículos: gramas de dióxido de carbono equivalente por milha (gCO₂e/mile) ou por quilômetro (gCO)₂e/km)

Por exemplo, a tabela acima mostra o GWP para metano em 20 anos em 86 e óxido nitroso em 289, então emissões de 1 milhão de toneladas de metano ou óxido nitroso são equivalentes a emissões de 86 ou 289 milhões de toneladas de dióxido de carbono, respectivamente.