Potencial de calentamiento global

Potencial de calentamiento global (GWP) es el calor absorbido por cualquier gas de efecto invernadero en la atmósfera, como un múltiplo del calor que sería absorbido por la misma masa de dióxido de carbono (CO₂). GWP es 1 para CO₂. Para otros gases, depende del gas y del marco de tiempo.

Dióxido de carbono equivalente (CO₂e o CO₂eq o CO₂-e) se calcula a partir del GWP. Para cualquier gas, es la masa de CO₂ la que calentaría la tierra tanto como la masa de ese gas. Por lo tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula como GWP por la masa del otro gas.

El metano tiene un GWP (más de 100 años) de 27,9, lo que significa que, por ejemplo, una fuga de una tonelada de metano equivale a emitir 27,9 toneladas de dióxido de carbono. Del mismo modo, una tonelada de óxido nitroso, procedente del estiércol, por ejemplo, equivale a 273 toneladas de dióxido de carbono.

Valores

El dióxido de carbono es la referencia. Tiene un GWP de 1 independientemente del período de tiempo utilizado. Las emisiones de CO₂ provocan aumentos en las concentraciones atmosféricas de CO₂ que durará miles de años. Las estimaciones de los valores de GWP durante 20, 100 y 500 años se compilan y revisan periódicamente en informes del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático:

• SAR (1995)
• TAR (2001)
• AR4 (2007)
• AR5 (2013)
• AR6 (2021)

Aunque los informes recientes reflejan una mayor precisión científica, los países y las empresas siguen utilizando los valores SAR y AR4 por razones de comparación en sus informes de emisiones. AR5 ha omitido los valores de 500 años, pero introdujo estimaciones de GWP que incluyen la retroalimentación del clima y el carbono (f) con una gran cantidad de incertidumbre.

El IPCC enumera muchas otras sustancias que no se muestran aquí. Algunos tienen un GWP alto pero solo una baja concentración en la atmósfera. El impacto total de todos los gases fluorados se estima en un 3% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero.

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 a dióxido de carbono reduciría el impacto del calentamiento global, pero por 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). Para una cantidad inicial de 1 tonelada de metano, que tiene un GWP de 25, después de la combustión habría 2,74 toneladas de CO₂, cada tonelada tiene un GWP de 1. Esta es una reducción neta de 22,26 toneladas de GWP, lo que reduce el efecto del calentamiento global en una proporción de 25:2,74 (aproximadamente 9 veces).

Uso en el Protocolo de Kioto y la CMNUCC

Bajo el Protocolo de Kioto, en 1997 la Conferencia de las Partes estandarizó los informes internacionales, al decidir (decisión 2/CP.3) que los valores de GWP calculados para el Segundo Informe de Evaluación del IPCC se utilizarían para convertir los diversos invernaderos emisiones de gas en equivalentes comparables de CO₂.

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 (UNFCCC, decisión 24/CP.19) para requerir el uso de un nuevo conjunto de valores de GWP de 100 años. Estos valores los publicaron en el Anexo III, y los tomaron del 4º Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, que había sido publicado en 2007.

Esas estimaciones de 2007 todavía se usan para comparaciones internacionales hasta 2020, aunque la investigación más reciente sobre los efectos del calentamiento ha encontrado otros valores, como se muestra en la tabla anterior.

Importancia del horizonte temporal

El GWP de una sustancia depende de la cantidad de años (indicados por un subíndice) durante los cuales se calcula el potencial. Un gas que se elimina rápidamente de la atmósfera inicialmente puede tener 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 (GWP₁₀₀ = 25) pero de 86 en 20 años (GWP₂₀ = 86); por el contrario, el hexafluoruro de azufre tiene un GWP de 22 800 en 100 años, pero de 16 300 en 20 años (tercer informe de evaluación del IPCC). El valor GWP depende de cómo la concentración de gas decae con el tiempo en la atmósfera. Esto a menudo no se conoce con precisión y, por lo tanto, los valores no deben considerarse exactos. Por este motivo, al cotizar un GWP es importante dar una referencia al cálculo.

El GWP para una mezcla de gases se puede obtener a partir del promedio ponderado de la fracción de masa de los GWP de los gases individuales.

Por lo general, los reguladores utilizan un horizonte temporal de 100 años.

Vapor de agua

El vapor de agua contribuye al calentamiento global antropogénico, pero como se define el GWP, es insignificante para H₂O.

H₂O es el gas de efecto invernadero más fuerte, porque tiene un espectro de absorción infrarrojo profundo con más bandas de absorción y más amplias que el CO₂. 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). Pero la definición de GWP excluye los efectos indirectos. La definición de GWP también se basa en las emisiones, y las emisiones antropogénicas de vapor de agua (torres de enfriamiento, irrigación) se eliminan a través de la precipitación en semanas, por lo que su GWP es insignificante.

Críticas y otras métricas

El potencial de cambio de temperatura global (GTP) es otra forma de comparar gases. Mientras que GWP estima el calor absorbido, GTP estima el aumento resultante en la temperatura promedio 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 la misma masa de CO₂ causaría. El cálculo de GTP requiere modelar cómo el mundo, especialmente los océanos, absorberá el calor. GTP se publica en las mismas tablas IPCC con GWP.

Se ha propuesto el GWP* para tener mejor en cuenta los contaminantes climáticos de vida corta (SLCP) como el metano, relacionando un cambio en la tasa de emisiones de SLCP con una cantidad fija de CO₂.

Cálculo del potencial de calentamiento global

El GWP depende de los siguientes factores:

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

Un GWP alto se correlaciona con una gran absorción de infrarrojos y una larga vida atmosférica. La dependencia de GWP en la longitud de onda de absorción es más complicada. Incluso si un gas absorbe la radiación de manera eficiente en una cierta 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 el mayor efecto si se absorbe en una "ventana" de longitudes de onda donde la atmósfera es bastante transparente. La dependencia del GWP en función de la longitud de onda se ha encontrado empíricamente y se ha publicado como gráfico.

Debido a que el GWP 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 entre sí en el sistema climático, los potenciales de calentamiento global (GWP) son un tipo de índice simplificado basado en las propiedades radiativas que se pueden utilizar para estimar los posibles impactos futuros de las emisiones de diferentes gases sobre el sistema climático en un sentido relativo. GWP 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 descomposición de cada gas (la cantidad eliminada de la atmósfera durante un número determinado de años) en relación con la del dióxido de carbono.

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:

RF=.. i=1100abdominalesi⋅ ⋅ Fi/()l⋅ ⋅ d){displaystyle {Mathit {RF}=sum} {fnMicrosoft Sans Serif} F_{i}/left({text{l}cdot {text{d}right)}

donde el subíndice i representa un intervalo de 10 centímetros inversos. Abs_i representa la absorbancia infrarroja integrada de la muestra en ese intervalo, y F_i representa el RF para ese intervalo.

El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) proporciona los valores generalmente aceptados para GWP, que cambiaron ligeramente entre 1996 y 2001. Una definición exacta de cómo se calcula el GWP se encuentra en la Tercera Evaluación de 2001 del IPCC. Informe. El GWP se define como la relación del forzamiento radiativo integrado en el tiempo de la liberación instantánea de 1 kg de una sustancia traza en relación con la de 1 kg de un gas de referencia:

GWP()x)=axar∫ ∫ 0TH[x]()t)dt∫ ∫ 0TH[r]()t)dt{fnMicrosoft Sans Serif}left(xright)={frac {fnK} {fnK} {fnh} {fnh} {fnh} {fnh} {fn} {fnh} {fnfnh} {fnfnh} {fnfnh} {fnf}}}}}}}}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}} {f}}} {f} {f} {f} {f} {f}} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}

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 al gas de referencia (es decir, CO2). Las eficiencias radiativas a_x y a_r no son necesariamente constantes en el tiempo. Si bien la absorción de la 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 futuras probables (por ejemplo, CO₂, CH₄ y N₂O). 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 GWP son una comparación con CO₂, que no es lineal, todos los valores de GWP se ven afectados. Suponer lo contrario, como se hizo anteriormente, conducirá a PCG más bajos para otros gases que los que generaría un enfoque más detallado. Aclarando esto, mientras que el aumento de CO₂ 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 frecuencias de absorción térmica diferentes al CO₂ que no se llenan (saturan) tanto como el CO₂, por lo que el aumento de ppm de estos gases es mucho más significativo.

Dióxido de carbono equivalente

Dióxido de carbono equivalente (CO₂e o CO₂eq o CO₂-e) de una cantidad de gas se calcula a partir de su GWP. Para cualquier gas, es la masa de CO₂ la que calentaría la tierra tanto como la masa de ese gas. Por lo tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula como GWP multiplicado por la masa del otro gas. Por ejemplo, si un gas tiene un GWP de 100, dos toneladas del gas tienen CO₂e de 200 toneladas, y 9 toneladas del gas tienen CO₂e de 900 toneladas.

A escala global, los efectos de calentamiento de uno o más gases de efecto invernadero en la atmósfera también se pueden expresar como una concentración atmosférica equivalente de CO₂. CO₂e puede ser entonces la concentración atmosférica de CO₂ que calentaría la tierra tanto como una concentración particular de algún otro gas o de todos los gases y aerosoles en la atmósfera. Por ejemplo, CO₂e de 500 partes por millón reflejaría una mezcla de gases atmosféricos que calientan la tierra tanto como 500 partes por millón de CO₂ lo calentarían. El cálculo de la concentración atmosférica equivalente de CO₂ de un gas de efecto invernadero atmosférico o aerosol es más complejo e involucra las concentraciones atmosféricas de esos gases, sus GWP y las proporciones de sus masas molares a la masa molar de CO₂.

CO₂e cálculos dependen de la escala de tiempo elegida, normalmente 100 años o 20 años, ya que los gases se descomponen en la atmósfera o se absorben naturalmente, a diferentes velocidades.

Las siguientes unidades se utilizan comúnmente:

• Por el panel de cambio climático de la ONU (IPCC): miles de millones de toneladas métricas = n×10⁹ toneladas de CO₂ equivalente (GtCO)₂eq)
• In industry: million metric tonnes of carbon dioxide equivalents (MMTCDE) and MMT CO₂Eq.
• Para vehículos: gramos de dióxido de carbono equivalente por milla (gCO₂e/mile) o por kilómetro (gCO)₂e/km)

Por ejemplo, la tabla anterior muestra el GWP del metano durante 20 años en 86 y el 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..