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.

Equivalente de dióxido de carbono ( CO
2
e o CO
2
eq o CO
2
-e) se calcula a partir de GWP. Puede medirse en peso o concentración . Para cualquier cantidad de gas, es la cantidad de CO
2
que calentaría la tierra tanto como esa cantidad 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 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.

Valores

El dióxido de carbono es la referencia. Tiene un GWP de 1 independientemente del período de tiempo utilizado. CO
2
las emisiones provocan aumentos en las concentraciones atmosféricas de CO
2
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 continúan utilizando los valores SAR y AR4 por razones de comparación en sus informes de emisiones. AR5 ha omitido los valores de 500 años, pero ha introducido estimaciones de GWP que incluyen la retroalimentación climática-carbono (f) con una gran cantidad de incertidumbre.

Valores y tiempos de vida de GWP Vida útil
(años)
Potencial de calentamiento global, GWP
20 años 100 años 500 años
Metano CH
4
12,4 56
72
84 / 86f
96
21
25
28 / 34f
32
39f (biogénico)
40f (fósil)
6,5
7,6
Óxido nitroso ( N
2
O
)
121,0 280
289
264 / 268f
310
298
265 / 298f
170
153
HFC-134a ( hidrofluorocarbono ) 13,4 3710 / 3790f 1300 / 1550f 435
CFC-11 ( clorofluorocarbono ) 45,0 6900 / 7020f 4660 / 5350f 1620
Tetrafluoruro de carbono (CF 4 / PFC-14) 50.000 4880 / 4950f 6630 / 7350f 11.200
HFC-23 ( hidrofluorocarbono ) 222 12.000
10.800
14,800
12,400
12.200
Hexafluoruro de azufre SF
6
3200 16,300
17,500
22.800
23.500
32.600
Hidrógeno (H 2 ) 4-7 N / A 4.3 N / A

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

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 este estándar fue actualizado 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.

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

Gases de efecto invernadero Fórmula química Potencial de calentamiento global de 100 años
(estimaciones de 2007, para comparaciones de 2013-2020)
Dióxido de carbono CO 2 1 0
Metano CH 4 25 0
Óxido nitroso N 2 O 298 0
Hidrofluorocarbonos (HFC)
HFC-23 CHF 3 14800 0
Difluorometano (HFC-32) CH 2 F 2 675 0
Fluorometano (HFC-41) CH 3 F 92 0
HFC-43-10mee CF 3 CHFCHFCF 2 CF 3 1640 0
Pentafluoroetano (HFC-125) C 2 HF 5 3500 0
HFC-134 C 2 H 2 F 4 (CHF 2 CHF 2 ) 1100 0
1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) C 2 H 2 F 4 (CH 2 FCF 3 ) 1430 0
HFC-143 C 2 H 3 F 3 (CHF 2 CH 2 F) 353 0
1,1,1-trifluoroetano (HFC-143a) C 2 H 3 F 3 (CF 3 CH 3 ) 4470 0
HFC-152 CH 2 FCH 2 F 53 0
HFC-152a C 2 H 4 F 2 (CH 3 CHF 2 ) 124 0
HFC-161 CH 3 CH 2 F 12 0
1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (HFC-227ea) C 3 HF7 3220 0
HFC-236cb CH 2 FCF 2 CF 3 1340 0
HFC-236ea CHF 2 CHFCF 3 1370 0
HFC-236fa C 3 H 2 F 6 9810 0
HFC-245ca C 3 H 3 F 5 693 0
HFC-245fa CHF 2 CH 2 CF 3 1030 0
HFC-365mfc CH 3 CF 2 CH 2 CF 3 794 0
Perfluorocarbonos
Tetrafluoruro de carbono - PFC-14 CF 4 7390 0
Hexafluoroetano - PFC-116 C 2 F 6 12200 0
Octafluoropropano - PFC-218 C 3 F 8 8830 0
Perfluorobutano - PFC-3-1-10 C 4 F 10 8860 0
Octafluorociclobutano - PFC-318 cC 4 F 8 10300 0
Perfluouropentano - PFC-4-1-12 C 5 F 12 9160 0
Perfluorohexano - PFC-5-1-14 C 6 F 14 9300 0
Perfluorodecalina - PFC-9-1-18b C 10 F 18 7500 0
Perfluorociclopropano cC 3 F 6 17340 0
Hexafluoruro de azufre (SF 6 )
Hexafluoruro de azufre SF 6 22800 0
Trifluoruro de nitrógeno (NF 3 )
Trifluoruro de nitrógeno NF 3 17200 0
Éteres fluorados
HFE-125 CHF 2 OCF 3 14900 0
Bis (difluorometil) éter (HFE-134) CHF 2 OCHF 2 6320 0
HFE-143a CH 3 OCF 3 756 0
HCFE-235da2 CHF 2 OCHClCF 3 350 0
HFE-245cb2 CH 3 OCF 2 CF 3 708 0
HFE-245fa2 CHF 2 OCH 2 CF 3 659 0
HFE-254cb2 CH 3 OCF 2 CHF 2 359 0
HFE-347mcc3 CH 3 OCF 2 CF 2 CF 3 575 0
HFE-347pcf2 CHF 2 CF 2 OCH 2 CF 3 580 0
HFE-356pcc3 CH 3 OCF 2 CF 2 CHF 2 110 0
HFE-449sl (HFE-7100) C 4 F9OCH 3 297 0
HFE-569sf2 (HFE-7200) C 4 F9OC 2 H 5 59 0
HFE-43-10pccc124 (H-Galden 1040x) CHF 2 OCF 2 OC 2 F 4 OCHF 2 1870 0
HFE-236ca12 (HG-10) CHF 2 OCF 2 OCHF 2 2800 0
HFE-338pcc13 (HG-01) CHF 2 OCF 2 CF 2 OCHF 2 1500 0
(CF 3 ) 2 CFOCH 3 343 0
CF 3 CF 2 CH 2 OH 42 0
(CF 3 ) 2 CHOH 195 0
HFE-227ea CF 3 CHFOCF 3 1540 0
HFE-236ea2 CHF 2 OCHFCF 3 989 0
HFE-236fa CF 3 CH 2 OCF 3 487 0
HFE-245fa1 CHF 2 CH 2 OCF 3 286 0
HFE-263fb2 CF 3 CH 2 OCH 3 11 0
HFE-329mcc2 CHF 2 CF 2 OCF 2 CF 3 919 0
HFE-338mcf2 CF 3 CH 2 OCF 2 CF 3 552 0
HFE-347mcf2 CHF 2 CH 2 OCF 2 CF 3 374 0
HFE-356mec3 CH 3 OCF 2 CHFCF 3 101 0
HFE-356pcf2 CHF 2 CH 2 OCF 2 CHF 2 265 0
HFE-356pcf3 CHF 2 OCH 2 CF 2 CHF 2 502 0
HFE-365mcf Voy a t3 CF 3 CF 2 CH 2 OCH 3 11 0
HFE-374pc2 CHF 2 CF 2 OCH 2 CH 3 557 0
- (CF 2 ) 4 CH (OH) - 73 0
(CF 3 ) 2 CHOCHF 2 380 0
(CF 3 ) 2 CHOCH 3 27 0
Perfluoropoliéteres
PFPMIE CF 3 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF 2 OCF 3 10300 0
Pentafluoruro de trifluorometilsulfuro (SF 5 CF 3 )
Pentafluoruro de trifluorometilsulfuro SF 5 CF 3 17 0

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. Esto a menudo no se conoce con precisión y, por lo tanto, los valores no deben considerarse exactos. Por esta razón, 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.

Normalmente, los reguladores 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 de infrarrojos profundo con más bandas de absorción y más amplias 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 ( CO
2
es ~ 400 ppm, por lo que 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 usar 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 en exceso. CO
2
moléculas. 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.

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 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 la misma masa de CO
2
causaría. 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.

Se ha propuesto el GWP * para tener más 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 CO
2
.

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 útil 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 a una determinada longitud de onda, es posible que esto no afecte 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 levemente entre 1996 y 2001. Una definición exacta de cómo se calcula el GWP se encuentra en el Tercer Informe de Evaluación de 2001 del IPCC. El PCA 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 con respecto a 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 debida 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 a x y a 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 (p. Ej., 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 un GWP más bajo para otros gases que lo que haría un enfoque más detallado. Aclarando esto, mientras aumenta 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 a las del CO
2
que no están llenos (saturados) tanto como CO
2
, por lo que el aumento de ppms de estos gases es mucho más significativo.

Equivalente de dióxido de carbono

Equivalente de dióxido de carbono ( CO
2
e o CO
2
eq o CO
2
-e) se calcula a partir de GWP. Puede medirse en peso o concentración. Para cualquier cantidad de gas, es la cantidad de CO
2
que calentaría la tierra tanto como esa cantidad 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 cantidad del otro gas.

Como peso, CO
2
e es el peso de CO
2
que calentaría la tierra tanto como un 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 tiene CO
2
e de 900 toneladas.

Como concentración, CO
2
e 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
lo calentaría.

CO
2
Los 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 (Gt CO
    2
    eq)
  • En la industria: millones de toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente (MMTCDE) y MMT CO
    2
    eq.
  • Para vehículos: gramos de dióxido de carbono equivalente por milla (g CO
    2
    e / milla) o por kilómetro (g CO
    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

Notas

Fuentes

Informes del IPCC

Otras fuentes

enlaces externos

Bibliografía