Potencial de calentamiento global - Global warming potential

El 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 (CO 2 ). GWP es 1 para CO 2 . Para otros gases, depende del gas y del período de tiempo. Algunos gases, como el metano, tienen un gran GWP, ya que una tonelada de metano absorbe mucho más calor que una tonelada de CO 2 . Algunos gases, nuevamente como el metano, se descomponen con el tiempo, y su absorción de calor, o GWP, durante los próximos 20 años es un múltiplo mayor del CO 2 de lo que será su absorción de calor durante 100 o 500 años. Los valores de GWP se estiman y actualizan para cada período de tiempo a medida que mejoran los métodos.

El equivalente de dióxido de carbono (CO 2 e o CO 2 eq o CO 2 -e) se calcula a partir del GWP. Puede medirse en peso o concentración. Para cualquier cantidad de cualquier gas, es la cantidad de CO 2 que calentaría la tierra tanto como esa cantidad de ese gas. Por tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula como GWP multiplicado por la cantidad del otro gas. Por ejemplo, si un gas tiene un GWP de 100, dos toneladas de gas tienen CO 2 e de 200 toneladas y 1 parte por millón del gas en la atmósfera tiene CO 2 e de 100 partes por millón.

Las estimaciones de los valores de GWP durante 20 y 100 años se compilan periódicamente en informes del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático .

Valores

El dióxido de carbono tiene un GWP de exactamente 1 (ya que es la unidad de referencia con la que se comparan todos los demás gases de efecto invernadero). La mayoría de los gases de efecto invernadero tienen GWP más que el CO
2, por lo tanto, más de 1. Algunos tienen valores por debajo de 1, lo que significa que calientan la tierra, pero no tanto como una cantidad igual de CO
2haría. Los valores se han estimado en:

  • La página 714 del Quinto Informe de Evaluación del AR5 del IPCC de 2013, la página 731 tiene muchos más compuestos que no se muestran aquí.
  • pags. 212 del Cuarto Informe de Evaluación del AR4 del IPCC de 2007. Esa página tiene muchos más compuestos que no se muestran aquí.
Valores y tiempos de vida de GWP Vida útil en años Potencial de calentamiento global (GWP) Fuente con / sin
retroalimentación climática de carbono
20 años 100 años 500 años
Metano 12,4 86 34 2013 p714 con comentarios
Metano 12,4 84 28 2013 p714 sin comentarios
Óxido nitroso (N 2 O) 121,0 268 298 2013 p714 con comentarios
Óxido nitroso (N 2 O) 121,0 264 265 2013 p714 sin comentarios
HFC-134a ( hidrofluorocarbono ) 13,4 3790 1550 2013 p714 con comentarios
HFC-134a ( hidrofluorocarbono ) 13,4 3710 1300 2013 p714 sin comentarios
CFC-11 ( clorofluorocarbono ) 45,0 7020 5350 2013 p714 con comentarios
CFC-11 ( clorofluorocarbono ) 45,0 6900 4660 2013 p714 sin comentarios
Tetrafluoruro de carbono (CF 4 ) 50000 4950 7350 2013 p714 con comentarios
Tetrafluoruro de carbono (CF 4 ) 50000 4880 6630 2013 p714 sin comentarios
Valores y tiempos de vida de GWP Vida útil en años Potencial de calentamiento global (GWP) Fuente
20 años 100 años 500 años
Perfluorotributilamina (PFTBA) 7100 2013 GRL
Metano 96 32 2018 Ciencia + 2016 GRL
Metano (biogénico) 39 2016 GRL con comentarios
Metano ("fósil") 40 2016 GRL con comentarios
Óxido nitroso 114 289 298 153 2007 p212
HFC-134a ( hidrofluorocarbono ) 14 3830 1430 435 2007 p212
CFC-11 ( clorofluorocarbono ) 45,0 6730 4750 1620 2007 p212
Tetrafluoruro de carbono (CF 4 ) 50000 5210 7390 1120 2007 p212
HFC-23 ( hidrofluorocarbono ) 270 12 000 14,800 12.200 2007 p212
Hexafloruro de azufre 3200 16,300 22.800 32.600 2007 p212

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 en dióxido de carbono reduciría el impacto del calentamiento global, pero en un factor menor que 25: 1 porque la masa de metano quemado es menor que la masa de dióxido de carbono liberado (relación 1: 2,74). Si comenzara con 1 tonelada de metano que tiene un GWP de 25, después de la combustión tendría 2.74 toneladas de CO 2 , cada tonelada de las cuales tiene un GWP de 1. Esta es una reducción neta de 22.26 toneladas de GWP, reduciendo el global efecto de calentamiento en una proporción de 25: 2,74 (aproximadamente 9 veces).

Se ha estimado que el potencial de calentamiento global de la perfluorotributilamina (PFTBA) en un horizonte temporal de 100 años es de aproximadamente 7100. La industria eléctrica la ha utilizado desde mediados del siglo XX para pruebas electrónicas y como agente de transferencia de calor. PFTBA tiene la mayor eficiencia radiativa (efectividad relativa de los gases de efecto invernadero para evitar que la radiación de onda larga escape al espacio) de cualquier molécula detectada en la atmósfera hasta la fecha. Los investigadores encontraron un promedio de 0,18 partes por billón de PFTBA en muestras de aire de Toronto, mientras que el dióxido de carbono existe alrededor de 400 partes por millón.

Uso en el Protocolo de Kyoto y la CMNUCC

En virtud del Protocolo de Kyoto , en 1997 la Conferencia de las Partes estandarizó la presentación de 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 las diversas emisiones de gases de efecto invernadero en CO comparable 2 equivalentes.

Después de algunas actualizaciones intermedias, en 2013 esta norma fue actualizada por la reunión de Varsovia de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC, decisión 24 / CP.19) para requerir el uso de un nuevo conjunto de valores de PCA de 100 años. Publicaron estos valores en el Anexo III, y los tomaron del Cuarto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, que había sido publicado en 2007. Esos estándares aún están vigentes a partir de 2020.

Importancia del horizonte temporal

El GWP de una sustancia depende del número de años (indicado por un subíndice) durante los cuales se calcula el potencial. Un gas que se elimina rápidamente de la atmósfera puede tener inicialmente un gran efecto, pero durante períodos de tiempo más prolongados, a medida que se elimina, se vuelve menos importante. Así, el metano tiene un potencial de 34 en 100 años (GWP 100 = 34) pero 86 en 20 años (GWP 20 = 86); a la inversa, 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 de GWP depende de cómo decae la concentración de gas con el tiempo en la atmósfera. A menudo, esto 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 puede obtenerse del promedio ponderado de la fracción de masa de los GWP de los gases individuales.

Por lo general, los reguladores (por ejemplo, la Junta de Recursos del Aire de California ) utilizan un horizonte temporal de 100 años .

Vapor de agua

El vapor de agua es uno de los principales gases de efecto invernadero , pero algunos problemas impiden que su GWP se calcule directamente. Tiene un espectro de absorción infrarrojo profundo con más y más bandas de absorción que el CO 2 , y también absorbe cantidades de radiación distintas de cero en sus regiones espectrales de baja absorción. A continuación, su concentración en la atmósfera depende de la temperatura del aire y la disponibilidad de agua; el uso de una temperatura promedio global de ~ 16 ° C, por ejemplo, crea una humedad promedio de ~ 18,000ppm al nivel del mar (el CO 2 es ~ 400ppm y por lo tanto las concentraciones de [H 2 O] / [CO 2 ] ~ 45x). A diferencia de otros gases de efecto invernadero, el vapor de agua no se descompone en el medio ambiente, por lo que se debe utilizar un promedio sobre algún horizonte temporal o alguna otra medida consistente con la "descomposición dependiente del tiempo", qv, arriba, en lugar de la descomposición dependiente del tiempo de artificial o exceso Moléculas de CO 2 . Otros problemas que complican su cálculo son la distribución de la temperatura de la Tierra y las diferentes masas de tierra en los hemisferios norte y sur.

Otras métricas: potencial de cambio de temperatura global (GTP)

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 superficial promedio 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 causaría la misma masa de CO 2 . El cálculo de GTP requiere modelar cómo el mundo, especialmente los océanos, absorberá el calor. GTP se publica en las mismas tablas del IPCC con GWP.

Calculando el potencial de calentamiento global

El GWP depende de los siguientes factores:

Un alto GWP se correlaciona con una gran absorción de infrarrojos y una larga vida atmosférica. La dependencia de GWP de la longitud de onda de absorción es más complicada. Incluso si un gas absorbe la radiación de manera eficiente en una determinada 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 de 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 de comparar los diversos factores que se cree que influyen en el sistema climático entre sí, los potenciales de calentamiento global (GWP) son un tipo de índice simplificado basado en las propiedades radiativas que se pueden utilizar para estimar el futuro potencial. impactos de las emisiones de diferentes gases sobre el sistema climático en un sentido relativo. El GWP se basa en varios 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 desintegración 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. Puede expresarse mediante la fórmula:

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 la RF para ese intervalo.

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

donde TH es el horizonte de tiempo sobre el que se considera el cálculo; a x es la eficiencia radiativa debido a un aumento unitario en la abundancia atmosférica de la sustancia (es decir, Wm -2 kg -1 ) y [x (t)] es la desintegración dependiente del tiempo en abundancia de la sustancia después de una liberación instantánea de en el tiempo t = 0. El denominador contiene las cantidades correspondientes para el gas de referencia (es decir, CO
2). Las eficiencias radiativas un x y un r no son necesariamente constantes en el tiempo. Si bien la absorción de 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 (por ejemplo, CO 2 , CH 4 y N 2 O). Para esos gases, el forzamiento radiativo relativo dependerá de la abundancia y, por tanto, del escenario futuro adoptado.

Dado que todos los cálculos de GWP son una comparación con el CO 2 que no es lineal, todos los valores de GWP se ven afectados. Suponiendo lo contrario, como se hizo anteriormente, dará lugar a GWP más bajos para otros gases que lo que haría un enfoque más detallado. Aclarando esto, mientras que aumentar el CO 2 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 CO 2 que no se llenan (saturan) tanto como el CO 2 , por lo que el aumento de ppms de estos gases es mucho más significativo.

Equivalente de dióxido de carbono

El equivalente de dióxido de carbono (CO 2 e o CO 2 eq o CO 2 -e) se calcula a partir del GWP. Puede medirse en peso o concentración. Para cualquier cantidad de cualquier gas, es la cantidad de CO 2 que calentaría la tierra tanto como esa cantidad de ese gas. Por tanto, proporciona una escala común para medir los efectos climáticos de diferentes gases. Se calcula como GWP multiplicado por la cantidad del otro gas.

Como peso, el CO 2 e es el peso del CO 2 que calentaría la tierra tanto como el peso particular de algún otro gas; se calcula como GWP multiplicado por el peso del otro gas. Por ejemplo, si un gas tiene un GWP de 100, dos toneladas de gas tienen CO 2 e de 200 toneladas y 9 toneladas de gas tienen CO 2 e de 900 toneladas.

Como concentración, CO
2e es la concentración de CO 2 que calentaría la tierra tanto como una concentración particular de algún otro gas o de todos los gases y aerosoles de la atmósfera; se calcula como GWP multiplicado por la concentración de los otros gases. Por ejemplo, CO 2 e de 500 partes por millón reflejaría una mezcla de gases atmosféricos que calientan la tierra hasta 500 partes por millón de CO 2 la calentarían.

CO
2Los cálculos dependen de la escala de tiempo elegida, típicamente 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 ): mil millones de toneladas métricas = n × 10 9 toneladas de CO
    2    equivalente (GtCO 2 eq)
  • En la industria: millones de toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente (MMTCDE) y MMT CO2 Eq.
  • Para vehículos: gramos de dióxido de carbono equivalente por milla (gCO 2 e / milla) o por kilómetro (gCO 2 e / km)

Por ejemplo, la tabla anterior muestra el GWP para el metano durante 20 años a 86 y el óxido nitroso a 289, por lo que las emisiones de 1 millón de toneladas de metano u óxido nitroso son equivalentes a las emisiones de 86 o 289 millones de toneladas de dióxido de carbono, respectivamente.

Ver también

Referencias

enlaces externos

Bibliografía

  • Gohar y Shine, CO equivalente
    2    y su uso para comprender los efectos climáticos del aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero     , Weather, noviembre de 2007, págs. 307–311.