Este curso introductorio aborda conceptos de energía sustentable y describe tecnologías avanzadas que pueden sustituir progresivamente las actuales dominadas por el carbón, el petróleo y gas natural, cuyas emisiones está perturbando progresivamente el clima, lo que puede afectar el desarrollo y la convivencia internacional.
Este curso ilustra los impactos que provoca la transformación de energía para estimular el desarrollo de cambios en las formas y tecnologías de producción y uso de la energía, comprendiendo su origen físico, sus desafíos, compromisos y externalidades. Se estudia la evolución del clima global y los escenarios que se contemplan. En base a ellos, se promueve la adopción de recursos naturales de larga autonomía, cuya transformación emite el mínimo impacto ambiental y climático y cuyas tecnologías son posibles de implementar a costos abordables para la sociedad, considerando que un sexto de la población global aún no accede a la electricidad ni a otros servicios energéticos esenciales para su desarrollo. Se proponen soluciones efectivas para la mitigación del cambio climático y se enuncian opciones aún en estudio.
De la lección
Cambio climático y externalidades
En este módulo observarás y analizarás las naturaleza y particularidades del clima a lo largo del tiempo, apreciarás las magnitudes de las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI) y el efecto de éstas en cuanto al cambio climático. También conocerás las iniciativas de la humanidad para afrontar esta problemática.
PhD in Nuclear Materials Engineering Profesor Asociado Adjunto de la Escuela de Ingeniería UC.
César Sáez Navarrete
Doctor en Ciencias de la Ingeniería Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos
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 conoceremos las emisiones anual de dióxido de carbono. Se identificarán las sumideras de dióxido de carbono y se cuantificará el destino de las emisiones antropogénicas.
La atmósfera terrestre tiene bastante carbón, unas 750 a 800 giga toneladas de carbono, que actúan como filtro de onda larga para regular la temperatura superficial de la Tierra.
A este valor hoy se suma algo más de 10 giga toneladas de carbono cada año por emisiones antropogénicas.
El sector energía domina en estas emisiones, le sigue el cambio de uso de suelo, deforestación, por ejemplo. Y parte de estas emisiones decantan al mar, alterando levemente su acidez, y son absorbidas por la superficie terrestre y la flora.
La atmósfera forzosamente retiene suspendido el resto de las emisiones. Podemos estimar el aumento anual de carbono en la atmósfera mediante relaciones simples. La primera estima cuánto carbono queda anualmente en la atmósfera.
Que es la diferencia entre las emisiones fósiles y el cambio neto de uso de suelo, menos o más los sumideros tecnológicos y naturales, como el mar y la tierra.
La principal influencia humana directa puede obtenerse usando la identidad Kaya para estimar rápidamente las emisiones del sector fósil.
Al poner algunos números de población, producto, energía y factor de emisión fósil en la relación Kaya, podemos llegar a una generación de emisiones de origen energético fósil del orden de las 9 gigatoneladas de carbono cada año.
Si ese valor se inserta en el balance en fuentes y sumideros, notando que aún no existen sumideros tecnológicos relevantes y descontando los grandes sumideros naturales como la tierra y el mar, confirma que la atmósfera se queda hoy con casi cinco giga toneladas de carbono cada año.
En esta figura se muestran los inventarios y flujos adelantados dentro de las distintas fuentes y sumideros, así como los flujos entre los sumideros.
Existen flujos de emisión y de posición en relativo equilibrio sin gran flujo neto.
Salvo algunas emisiones antropogénicas del sector energía y cambio de uso de suelo que aumentan levemente cada año y sin mediar otros efectos planetarios, el sistema debiera ser relativamente estable.
Se aprecia el enorme inventario de carbono en la tierra y el agua y una cantidad no despreciable en la atmósfera, cercana a las 800 giga toneladas de carbono.
En esta figura, se construye el balance de emisiones partiendo de las emisiones del sector cambio de uso de suelo, contando principalmente la deforestación.
Tanto tropical como no tropical. La deforestación tropical es hoy la más preocupante, aunque en el último tiempo ha disminuido la información registrada.
Las emisiones acumuladas de este sector en el período industrial, incluyendo la reforestación, se estiman en 180 giga toneladas de carbono, de las cuales la mitad han quedado retenidas en la atmósfera.
Ahora se agregan las nueve giga toneladas de emisiones crecientes del sector energía e industria, con lo cual se llega a un total de 10.5 giga toneladas de carbono anuales de origen tecnológico.
Esto significa que desde la era industrial se han emitido casi 380 giga toneladas de carbono desde el sector energía y cemento, de las cuales la mitad queda retenida en la atmósfera.
Estas emisiones deben quedar en alguna parte del planeta, por el mismo total de 10.5 giga toneladas de carbono al año.
Varios investigadores asociados al IPCC han evaluado las capturas naturales que se reparten entre la tierra, el mar y el aire.
De este modo, casi la mitad de las emisiones, esto es menos de 300 giga toneladas de carbono, han sido reabsorbidas en el mar y la tierra.
De estos, unos 160 giga toneladas de carbono se han acumulado desde la era industrial en diferentes ecosistemas terrestres, lo que ha significado mayor fotosíntesis y estaciones productivas de mayor duración en latitudes medias y altas.
Asimismo, el mar ha capturado unas 140 giga toneladas de carbono, las que han acidificado el océano, reduciendo el pH en 0.1 desde la era pre industrial.
Restando lo anterior, unas 250 giga toneladas de carbono son retenidas en la atmósfera, lo que ha llevado a la concentración de CO2 en la atmósfera desde 280 partes por millón en la era pre industrial a una cifra levemente sobre las 400 ppm.
Recordemos que en el presente el inventario de CO2 aumenta en casi 5 giga toneladas de carbono cada año.
Esta figura muestra la variación anual de los diferentes sumideros en los últimos 50 años.
El CO2 es emitido en la atmósfera, en la cual tiene una residencia media de 100 años.
La menor eficiencia de ocho sumideros hace que la atmósfera sea la que más acumula las emisiones de carbono. La Tierra ha perdido parte de su capacidad de captura de carbono por la deforestación y varias sequías importantes en latitudes medias del hemisferio norte.
además de cambios de sumidero a fuente, los efectos son regionales, y algunas regiones se mantienen relativamente estables. El mar ha perdido casi 30% de su capacidad de captura en los últimos 20 años
en parte por los vientos más intensos en la Antártica. Actualmente es posible medir el CO2 desde el espacio. Hay dos modelos principales, el OCO, el Observatorio de Carbono Orbital que resultó en su segunda versión y que opera desde el año 2014, pues el primero no se desplegó y cayó cerca de la Antártica.
El otro es el GOSAT, o Satélite de Observación de Gases de Efecto Invernadero, que entró en operación por cinco años desde el año 2009, al que se le ha extendido su vida útil.
Se espera pronto lanzamiento del OCO-3, asociado a la Estación Espacial Internacional.
Esta es una muestra temprana del GOSAT japonés, que exhibe concentraciones superiores a las 390 partes por millón en algunas partes.
Esta es una muestra del OCO-2, que ya exhibe zonas con concentraciones superiores a las 450 partes por millón.
Este gráfico permite además ver el desfase entre hemisferios, donde hay una diferencia de unos cinco ppms a favor del hemisferio norte.
Es posible resumir y concluir que cada año la atmósfera suma unas 38 giga toneladas de CO2 antropogénicos a su inventario natural.
Casi la mitad de las emisiones decantan y son retenidas en el mar y la tierra
En leve decadencia en estos últimos. El resto queda suspendido, con una vida media de un siglo en la atmósfera.
Hoy se monitorea el implemento de estos gases con equipos avanzados y satélites.
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Julio VergaraPhD in Nuclear Materials Engineering
César Sáez NavarreteDoctor en Ciencias de la Ingeniería
