Bienvenidos a esta nueva sesión del curso de energías sustentables. Mi nombre es Julio Vergara, profesor de la escuela de ingeniería UC. En esta ocasión, se conocerá el rol del dióxido de carbono en la atmósfera. En segundo lugar, se espera comprender el efecto de ese gas en el balance térmico de la tierra. Y finalmente, inferir la relación entre la presencia del dióxido de carbono en la atmósfera y la temperatura superficial. Hoy es común escuchar que el dióxido de carbono es un agente contaminante, tóxico, un veneno para la atmósfera. En realidad, es un gas incoloro e inodoro importante para regular la temperatura de la Tierra, con una concentración actual de 0.04% o 400 partes por millón. Si su concentración superara las 1,000 partes por millón, puede producir somnolencia. Si supera las 2,000, causaría mareos y náuseas. Solo más de 4% o 40,000 ppm desplazaría oxígeno, y por esa razón resultaría peligroso. El CO2 surge en forma natural, es parte del ciclo biológico y tiene aplicaciones industriales en el sector alimentario. El CO2 y otros gases de efecto invernadero, como el metano, el óxido nitroso, el hollín, el hexafluoruro de azufre, etcétera, absorben parte de la energía radiante de onda larga que emite la Tierra y la reirradia isotópicamente con todas direcciones, devolviendo una parte a la superficie. Por eso, la Tierra no logra balancear su energía y redunda en un leve aumento de temperatura. Cada gas tiene características térmicas propias en efectividad, residencia en la atmósfera y forzamiento, destacando hoy el CO2 por su mayor volumen relativo, seguido del metano y óxido nitroso, por su mayor poder relativo, y otros gases industriales. Gráficamente, se puede hacer un balance simple en el planeta igualando por un lado la energía que proyecta el Sol sobre la superficie terrestre a gran distancia, y por otro lado la energía que emite la Tierra. Parte de la energía del Sol se refleja, otra parte se difunde en la atmósfera, y parte ingresa a su superficie. La atmósfera terrestre está dominada por nitrógeno, seguido de oxígeno y trazas de otros gases relativamente transparentes, más gases de efecto invernadero, entre ellos el CO2. Este efecto lo plantea John Tyndall y permite confirmar que sin CO2 atmosférico la temperatura sería de -19 grados Celsius. Por ende, la presencia de gases de efecto invernadero es necesaria para sostener la vida. De lo contrario, no podríamos haber crecido en este planeta. Del mismo modo, se puede hacer un balance de energía más complejo en la atmósfera del planeta, considerando los gases de efecto invernadero y la reirradación de energía hacia la guerra. Despejando términos, se puede concluir que la presencia de gases de efecto invernadero en la atmósfera es conveniente, que nos permite vivir cómodamente en general en la superficie a una temperatura media de 16 grados Celsius, que favorece la producción agrícola y los ciclos hídricos en varios lugares sin mayores perturbaciones. Hay quienes viven en lugares más calurosos o fríos por razones históricas o de otro tipo. Algunos se acostumbran y otros no, según la tasa de cambio. Comparando la Tierra y los planetas vecinos, tenemos notables ventajas. Aparte de la presencia de agua y de una atmósfera apropiada, la Tierra tiene un geodínamo que nos protege de radiaciones del Sol, de inyecciones de masa coronal y más allá. Encima de eso, está a una distancia razonable en relación a la potencia del Sol. Venus y Marte no pudieron fijar el carbono producido en sus respectivas superficies y quedaron, por lo tanto, suspendidos en sus atmósferas. En ambos casos, la presencia de CO2 supera el 95%. Además, la presión atmosférica en Venus es de 9.3 mega Pascales, 90 veces la presión superficial de la Tierra, y su temperatura media es de 470 grados Celsius. Gira muy lento, donde un día toma 243 días terrestres. La presión en Marte es solo 0,6 kilo Pascales. Por eso, su temperatura media superficial es muy variable, de -50 a 20 grados Celsius. Entre ambos, es más razonable llegar a Marte, pues si se quisiera llegar a Venus, solo podríamos establecer una base a cierta altura en la atmósfera Venusiana. La presencia oscilante de CO2 en la atmósfera terrestre, que se registra en el pasado, se suma hoy a crecientes emisiones antropogénicas. Lo que se deduce, significaría una subida de temperatura. En los modelos actuales, cada gas aporta un incremento o reducción de temperatura en relación a su forzamiento radiativo, que es el cambio de flujo de calor, o bien el cambio de la concentración preindustrial de tal gas respecto del actual multiplicado por un factor de ponderación lampda. El efecto total es la suma de las contribuciones positivas de los diferentes gases y aportes energéticos. Se puede suponer que un cambio de hasta ocho grados Celsius, como ha sucedido naturalmente en el pasado, puede ser perturbador para la sociedad, afectando en especial la producción agrícola y la disponibilidad de agua. En las emisiones de CO2 antropogénico domina el sector energía. Alrededor del 80% de la energía primaria se relaciona con los combustibles fósiles y la biomasa. Menos del 15% de la energía primaria está libre de CO2, en especial por energía nuclear, y la hidraúlica cuando está ubicada en climas fríos. Las emisiones provienen principalmente de los combustibles fósiles, y algo más de la biomasa cuando no existe un balance en la creación y uso de esta. Aparte de las emisiones que corresponden a energía, que son dos tercios del total, las hay por cambio de uso de suelo, producción de alimentos y gestión de desechos. Menos del cuarto de la energía corresponde a electricidad y calor con usos de industria, residencia, comercio y transporte. Las energías eléctricas que más emiten CO2 son el carbón, el petróleo y el gas natural. El resto, aunque no supera el 30%, tiene muy bajas emisiones, con excepción de la hidraúlica, según la temperatura de su ubicación y la naturaleza del terreno. El dióxido de carbono no es el único gas de efecto invernadero. Le siguen en importancia el metano, el óxido nitroso, algunos halógenos, el hexafluoruro de azufre, el hollín y otros gases. Cada uno de estos gases tiene su propio forzamiento radiativo y tiene sus propias constantes. Es posible resumir y concluir que el CO2 ha sido necesario para permitir una vida relativamente confortable en la Tierra. El clima del planeta lo define, aparte de su posición relativa al Sol, la constitución de la atmósfera y la presencia de agua. Al inventario natural de CO2 atmosférico, de unos 280 partes por millón durante el Holoceno, se suman emisiones antropogénicas, que llevan el inventario actual a superar las 400 partes por millón. La ciencia debe encargarse de analizar el efecto de esta suma antropogénica, mientras varía el contenido natural de CO2. Hasta la próxima sesión.
