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Análisis
La amenaza del metano
La actividad agrícola y ganadera está favoreciendo el aumento de la concentración de este gas en la atmósfera terrestre
Mariano Marzo
- 12/08/2016
- Número 46
El metano (CH4) es un gas incoloro e inodoro, muy inflamable y explosivo, que se encuentra tanto en el interior de nuestro planeta como en sus envolturas fluidas más externas. Este gas es inyectado a la atmósfera a partir de emanaciones naturales procedentes, entre otras fuentes, de volcanes, sedimentos y rocas sedimentarias cargadas de hidrocarburos, el permafrost de las regiones árticas, humedales, embalses, lagos, ríos, incendios forestales y la actividad intestinal de los animales. También es introducido en la atmósfera por la acción humana, muy especialmente a partir de la explotación, transporte y uso de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), la combustión de la biomasa y los procesos de descomposición bacteriana de la materia orgánica en vertederos, plantas de tratamiento de aguas residuales y en las explotaciones agrícolas y ganaderas.
Según la Agencia Internacional de la Energía, más de la mitad de las emisiones son de origen antropogénico
En un estudio publicado en 2013, la Agencia Internacional de la Energía considera que, aproximadamente, algo más de la mitad de las emisiones de metano a la atmósfera terrestre son de origen antropogénico. A su vez, según la misma fuente, las actividades relacionadas con la energía y la gestión de residuos representaron en 2010 la mitad de las emisiones antropogénicas globales de metano. Las emisiones provenientes de la exploración y de la producción de petróleo y gas, junto a las generadas por la minería del carbón, contabilizaron un 26% del total.
El metano tan solo constituye el 0,00018% de la atmósfera terrestre, en comparación con el 0,039% del dióxido de carbono (CO2), lo que significa que este último gas es unas 200 veces más abundante. Sin embargo, los científicos responsabilizan a las emisiones de metano de una sexta parte del actual proceso de calentamiento global, ya que aunque su volumen es menor que el de CO2, su potencial como gas de efecto invernadero es mucho mayor. Así, durante un periodo de 20 años, una tonelada de metano tiene un potencial de calentamiento global que es 84-87 veces superior a la del CO2, aunque en el transcurso de un siglo dicho factor se reduce a 28-36. Esto es debido a que en el plazo de una década el metano es parcialmente eliminado del aire por una serie de reacciones químicas, mientras que el CO2 persiste en la atmósfera durante mucho más de un siglo.
El palo de hockey
Sin duda, la concentración de metano en la atmósfera terrestre es una importante variable a tener en cuenta en el tema de la lucha y mitigación del cambio climático. De hecho, parte del interés que en la actualidad existe sobre este gas se debe a que una reducción de sus emisiones podría desacelerar el calentamiento durante las próximas décadas. Aunque esto no exime de la obligación de reducir el CO2, hay que tener en cuenta que los beneficios de esta última acción serán perceptibles a mucho más largo plazo que la anterior.
La evolución a escala secular del contenido de metano en la atmósfera es clara. Los datos muestran cómo la concentración de este gas permaneció relativamente estable durante cientos de miles de años (800.000 como mínimo) para luego, a partir de 1750, iniciar un frenético ascenso que ha continuado hasta nuestros días. La razón de esta gráfica en forma de palo de hockey tiene fácil explicación. Durante el intervalo de tiempo considerado, las emisiones procedentes de fuentes naturales no han sufrido grandes cambios, todo lo contrario que las antropogénicas. La utilización masiva de los combustibles fósiles, iniciada con la revolución industrial, ha posibilitado un crecimiento económico y demográfico sin precedentes, que a su vez ha comportado un aumento exponencial de las actividades agrícolas y ganaderas, de los residuos asociadas a estas, así como una creciente dependencia de los hidrocarburos, que representan ya algo más del 80% de la energía primaria utilizada por la humanidad.
Los científicos estiman que la concentración de metano en la atmósfera terrestre se ha incrementado desde aproximadamente 0,7 partes por millón (ppm) en el año 1750 a más de 1,8 ppm en el año 2015. Sin embargo, las mediciones muestran que el ritmo de aumento en las últimas décadas no se ha mantenido constante. Así, desde 1984 hasta 1992 la concentración de metano se incrementó a razón de 0,012 ppm por año, para después, durante buena parte de la siguiente década, rebajar el ritmo de incremento anual a 0,003 ppm. Tras una fase de estabilización entre 1999 y 2006, se produjo una nueva escalada que, a un ritmo de 0,006 ppm por año, se ha prolongado hasta nuestros días.
Las causas de estas variaciones son objeto de controversia en el seno de la comunidad científica. Se sabe que la cantidad de metano en la atmósfera depende tanto de la magnitud de las emisiones de este gas como de la disponibilidad de reactivos para descomponerlo en otros compuestos (básicamente agua y monóxido y dióxido de carbono). Por tanto, cualquier balance completo sobre la concentración de metano atmosférico para un determinado intervalo de tiempo requiere conocer la cantidad de las emisiones generada por cada una de las diversas fuentes, así como la disponibilidad de los productos químicos atmosféricos que descomponen las moléculas de metano. La buena noticia en este empeño es que la composición isotópica de los átomos de carbono que integran las moléculas de metano puede ayudar a identificar su procedencia, ya que cada una de las principales fuentes de emisiones —humedales, explotación y uso de los combustibles fósiles, quema de biomasa y la actividad agrícola y ganadera— produce un metano específico, caracterizado por una composición isotópica diferente.
El colapso soviético
Utilizando esta aproximación, un equipo de científicos publicaba el pasado mes de mayo en la revista Science unos interesantes resultados. Los análisis isotópicos muestran que con anterioridad a 1999 el incremento de la concentración de metano en la atmósfera parece estar mayoritariamente ligada a emisiones derivadas del uso de combustibles fósiles. Nada sorprendente, pensarán. Sin embargo, lo realmente chocante es que con posterioridad a dicha fecha esta fuente parece perder relevancia frente a otras de origen biológico.
Coincidiendo con el colapso económico de la URSS se produjo un estancamiento de los niveles de metano
Los datos isotópicos sugieren que el periodo de estabilización de la concentración de metano atmosférico observado entre 1999 y 2006 puede relacionarse con una disminución de las emisiones ligadas a los combustibles fósiles y, quizás también, con cambios en los reactivos atmosféricos que descomponen el metano. Curiosamente, las fechas citadas coinciden grosso modo con el colapso económico de la Unión Soviética, por lo que una hipótesis de trabajo contempla la posibilidad de relacionar el estancamiento de la concentración de metano con la caída de la producción de petróleo y gas experimentada en la antigua URSS durante dicho colapso.
Pero, sin duda, lo más sorprendente ha sido constatar que, con posterioridad a 2006, el aumento observado en las concentraciones de metano se puede explicar mejor en base a un aumento de las emisiones de origen biológico. Lamentablemente, el análisis de los isótopos del carbono no permite diferenciar entre las diferentes fuentes biogénicas, como por ejemplo la ganadería de rumiantes, el cultivo de arroz, los humedales tropicales o el permafrost ártico. Sin embargo, las mediciones efectuadas mediante satélites permiten descartar cualquier aumento sustancial de las emisiones procedentes de latitudes tropicales y árticas. Los datos también muestran un importante aumento en los inventarios de la cabaña ganadera y del cultivo de arroz durante el periodo considerado.
Todo apunta, pues, a que la actividad agrícola y ganadera, ligada a la producción de alimentos en un mundo globalizado, está teniendo una importante incidencia en el aumento de la concentración de metano atmosférico.
Resulta extraño que los combustibles fósiles tengan una contribución menor de lo esperado, sobre todo considerando el auge alcanzado recientemente por la explotación de carbón y gas no convencional por fracking. En cualquier caso, las evidencias científicas disponibles apuntan a que en el tema del cambio climático, los balances del carbono —y los esfuerzos de mitigación— deben considerar y monitorizar con atención la expansión de la agricultura y la ganadería, particularmente si la tendencia actual hacia un mayor consumo de carne se consolida.
La bomba de relojería climática de los hidratos de gas
Mariano Marzo
Hace poco más de tres años un avance tecnológico permitió a la compañía Japan Oil, Gas & Metals National Corporation completar con éxito una prueba de extracción del metano contenido en muestras de hidratos de gas tomadas a un kilómetro de profundidad en la fosa de Nankai, en aguas del Pacífico. Un hecho significativo si se tiene en cuenta que se estima que los hidratos de gas localizados en la parte oriental de dicha fosa contienen recursos de metano cercanos a los 1,1 billones de metros cúbicos. Un volumen equivalente al empleado para cubrir las importaciones de gas natural licuado de Japón durante 11 años.
Los hidratos de gas son sustancias sólidas naturales, con apariencia de nieve helada, caracterizadas por una estructura clatrática (o en jaula) formada por un entramado cristalino de moléculas de agua que atrapan en su interior moléculas de hidrocarburos gaseosos, principalmente metano. Dentro de su jaula de hielo las moléculas de metano están comprimidas por un factor aproximado de 164, de modo que a presión y temperatura atmosféricas un metro cúbico de hidrato de gas libera 164 metros cúbicos de gas y 0,8 metros cúbicos de agua. Este factor de concentración confiere una especial relevancia a los sedimentos que contienen los hidratos de gas, tanto desde el punto de vista de su potencial energético como desde una perspectiva de los riesgos geológicos y del cambio climático.
Los compuestos descritos son estables bajo condiciones de presión moderadamente alta y de temperatura moderadamente baja. Estas condiciones, junto a la presencia del agua y del gas necesario para la génesis del hidrato de gas, se dan tanto en tierra firme, en el subsuelo permanentemente helado (o permafrost) de las regiones árticas, como en los sedimentos localizados en los fondos oceánicos y bajo otras grandes masas de agua, como por ejemplo los mares interiores.
En las últimas décadas los científicos han venido insistiendo sobre las vastas reservas de metano atrapadas en los hidratos de gas contenidos en el permafrost y en los sedimentos de los fondos marinos. Pero también advertían de que el desarrollo comercial de dichas reservas era una posibilidad aún lejana. Como consecuencia, la exploración y producción de gas a partir de los hidratos ha tenido una prioridad baja para la industria, que apenas se ha movilizado para aprovechar esta potencial oportunidad de negocio.
Sin embargo, esta perspectiva está empezando a cambiar como resultado de investigaciones recientes, como la comentada en Japón, emprendidas conjuntamente por organismos gubernamentales, consorcios internacionales de empresas, universidades y otros centros de investigación. Dichas pesquisas han demostrado que la viabilidad de la producción de gas a partir de los hidratos no es una quimera y que está más condicionada por las limitaciones en infraestructuras que por motivos técnicos. De hecho, si los precios del gas natural se mantuvieran altos, no es descabellado pensar que los hidratos de gas puedan emerger como un recurso comercialmente viable en un futuro no muy lejano.
Una posibilidad que, de concretarse, cambiaría radicalmente el panorama energético global. No en vano, algunas estimaciones recientes sitúan el volumen total de gas contenido en los hidratos entre 1.000 y 5.000 billones de metros cúbicos. Es decir, una cantidad entre 5 y 25 veces superior a los 208,4 billones de metros cúbicos que, a finales de 2011, constituían las reservas probadas globales de gas natural.
Pero los hidratos de gas también tienen su lado oscuro. Cualquier disminución de la presión y/o aumento de la temperatura conducen a la liberación del metano “enjaulado” en los hidratos. ¿Se imaginan los efectos devastadores que la desestabilización de los hidratos a causa del calentamiento global podría tener sobre las emisiones de metano a la atmósfera? ¿Se imaginan las consecuencias del proceso de deshielo observado en el permafrost de las regiones árticas?
El calentamiento global puede actuar de espoleta para activar una bomba de relojería de consecuencias catastróficas: la desestabilización de los hidratos de gas y la consiguiente liberación de ingentes cantidades de metano a la atmósfera en un periodo de tiempo que, desde una perspectiva geológica, podemos considerar instantáneo.