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Almacenamiento geológico de carbono: el patito feo de la descarbonización

Por Víctor Vilarrasa (CSIC)*

Ahora que aprieta el calor, no puedo dejar de pensar en el cambio climático. Los registros nos indican que aumenta el número de olas de calor, de noches tropicales y de episodios de gota fría o DANAs –depresiones aisladas en los niveles altos de la atmósfera que provocan fuertes tormentas–. Para mitigar estos y otros efectos del cambio climático, debemos conseguir un balance neto de emisiones de dióxido de carbono (CO2) igual o menor que cero en un futuro cercano. Es decir, la cantidad de CO2 que emitamos a la atmósfera tendrá que ser igual o inferior al CO2 que extraigamos de ella. En España, con unas emisiones de gases de efecto invernadero de 334 millones de toneladas equivalentes de CO2 en 2018, todavía nos queda un largo camino para conseguirlo. Aunque las hemos disminuido un 25% con respecto a 2005, siguen siendo un 15% mayores que las de 1990, año que se toma como referencia para cuantificar las reducciones en las emisiones.

Planta de almacenamiento de carbono. / Pexels

Planta de almacenamiento de carbono. / Pexels

Descarbonizar la economía

El primer paso para la neutralidad de carbono consiste en descarbonizar todos los sectores de la economía. El sector que emite más CO2 es el energético, ya que en la actualidad el 85% de la energía que consumimos se genera a partir de hidrocarburos. Las grandes petroleras y empresas energéticas se están comprometiendo a lograr el balance neto de emisiones de CO2 igual a cero en 2050. Esta transición implica basar la producción de energía en fuentes renovables; mayoritariamente las energías solar, eólica e hidroeléctrica, pero complementadas por la geotérmica, la mareomotriz (que aprovecha las mareas) y la undimotriz (que se obtiene del movimiento de las olas). También se plantea sustituir los hidrocarburos por biomasa en la producción de electricidad, dado que el carbono que se emitiría al quemarla sería el mismo que habrían capturado previamente las plantas. Igualmente, la energía nuclear, que no tiene emisiones de CO2 asociadas, seguirá formando parte del mix energético con gran probabilidad.

Esta transformación es más compleja que instalar una capacidad de producción igual a la demanda, dado que las fluctuaciones que se producen en la mayoría de las fuentes de energías renovables (luz solar, viento, caudal hidrológico, etc.) requieren la capacidad de almacenar cantidades ingentes de energía para compensar los déficits de producción con los excedentes. Cómo almacenar esta energía no es trivial, dado que las baterías no tienen suficiente capacidad y la producción de combustibles sin carbono para su uso posterior, como el hidrógeno, conlleva una eficiencia bastante baja. A pesar de estos retos, se considera que la descarbonización del sector energético es viable.

Al sector energético le siguen en emisiones de CO2 los sectores del transporte e industrial. Para reducir sus emisiones, estos sectores se tendrán que electrificar, lo que aumentará la demanda del sector energético. No obstante, al contrario que el sector de la energía, estos sectores difícilmente se podrán descarbonizar por completo. En el sector del transporte, el transporte marítimo y, sobre todo, el aéreo no cuentan, por el momento, con combustibles alternativos a los actuales. Por otra parte, aunque el sector industrial se abastezca de energías renovables, seguirá emitiendo millones de toneladas de CO2, porque la fabricación de ciertos productos, como el cemento, el acero y el etanol, conlleva la emisión de CO2 por las reacciones químicas que tienen lugar en su proceso de producción. En algunos casos, la investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) podrá permitir la descarbonización de alguno de estos procesos mediante procedimientos alternativos, como en el caso del acero, que en la actualidad es responsable del 8% de las emisiones de CO2 a escala global. Sin embargo, otros procesos industriales solo se podrán descarbonizar mediante la captura del CO2 antes de ser emitido a la atmósfera y su posterior almacenamiento geológico. En España, 16 millones de toneladas de CO2 al año (Mt/a) son emitidas por 23 industrias que, a largo plazo, solo se podrán descarbonizar con la captura y almacenamiento de CO2 (CCS, por sus siglas en inglés); y 53 Mt/a, por 38 plantas de producción de energía, en las que se podría aplicar CCS a corto plazo para acelerar la transición hacia la neutralidad de carbono.

Devolver el carbono al subsuelo

El almacenamiento geológico de carbono tiene como objetivo devolverlo a su lugar de origen: bajo tierra. Tecnológicamente, este procedimiento está probado con éxito con caudales de inyección de 1 Mt/a. El Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) estima que la cantidad de CO2 almacenado en formaciones geológicas profundas debe aumentar de los 40 Mt/a actuales a 8.000 Mt/a en 2050. Esto implicaría tener unos 8.000 pozos inyectando 1 Mt/a de CO2. Puede parecer un número muy grande, pero es pequeño en comparación con los 8 millones de pozos que se han perforado para extraer gas y petróleo. No obstante, multiplicar por 200 el almacenamiento de CO2 en 30 años es sin duda un gran reto que implica un aumento del CO2 almacenado del 6% anual.

Víctor Vilarrasa

Víctor Vilarrasa

El almacenamiento se realiza a profundidades mayores de 800 metros en acuíferos salinos o en yacimientos agotados de gas o petróleo. A medida que aumenta la profundidad, como el subsuelo está saturado, es decir, los poros de las rocas están llenos de agua, la presión del agua que llena estos poros aumenta de forma equivalente al peso de la columna de agua que hay por encima. De manera similar, la temperatura también aumenta con la profundidad una media de 30°C por kilómetro. A profundidades mayores de 800 metros, la presión y la temperatura son suficientemente elevadas para que el CO2 se encuentre en su estado supercrítico. A pesar de lo extraño que pueda parecer el nombre de este estado, lo que nos indica es que el CO2 tiene propiedades tanto de un gas como de un líquido. Por un lado, su viscosidad es como la de un gas, es decir, muy baja, por lo que va a poder fluir con facilidad. Por otro, su densidad es como la de un líquido, es decir, elevada, y, por lo tanto, su almacenamiento va a ser eficiente porque ocupará un volumen relativamente pequeño. A pesar de presentar una densidad elevada, el CO2 es más ligero que el agua, por lo que tiende a flotar. Por este motivo, se necesita la presencia de una roca impermeable ubicada encima de la formación almacén, que se conoce como roca sello y que impide que el CO2 vuelva a la superficie. La formación almacén, al contrario que la roca sello, se caracteriza por una alta permeabilidad y porosidad, para albergar grandes cantidades de CO2 sin generar sobrepresiones elevadas.

Las posibilidades del CO2 almacenado

Socialmente, el almacenamiento geológico de carbono no acaba de estar bien aceptado, al menos en algunos países. Existe el efecto NIMBY (no en mi jardín trasero, por sus siglas en inglés), por el que se puede llegar a rechazar el desarrollo de proyectos de este tipo en ciertas zonas. Una posible solución es el almacenamiento en alta mar, como sucede en Noruega, donde llevan 25 años inyectando CO2 con éxito en acuíferos marinos, lo que convierte al país nórdico en líder mundial en almacenamiento de este gas. La manera en que esta tecnología es vista por la sociedad también puede mejorar cuando se aplica al CO2 que se genera en la combustión de biomasa para producir electricidad, ya que de esta forma conseguimos extraer CO2 de la atmósfera, en lo que se conoce como BECCS (por sus siglas en inglés).

Otra estrategia que puede ayudar a mejorar la imagen del almacenamiento geológico de carbono es utilizar el CO2 inyectado de alguna forma, para darle valor y que el proceso no se limite a deshacerse de un residuo. La opción más viable consiste en utilizar el CO2 inyectado para producir energía geotérmica, dado que, por sus propiedades, es un fluido mucho más eficiente que el agua en la extracción del calor de las profundidades de la Tierra. El CO2 inyectado se calienta cuando entra en contacto con la roca almacén, por lo que, si se extrae, se puede aprovechar la alta temperatura que ha adquirido para producir electricidad. Este ciclo es muy eficiente porque apenas se requiere energía para bombear el CO2: como tiende a flotar, sube hasta la superficie por sí solo. El CO2, una vez enfriado después de aprovechar la energía geotérmica, puede reinyectarse junto con más CO2 para su almacenamiento geológico. De esta forma, se reduciría la cantidad de CO2 en la atmósfera y se generaría energía limpia.

El tratamiento del CO2 debe seguir una evolución similar a la que ha tenido la gestión de nuestros residuos domésticos. Antiguamente se desechaban en cualquier parte, que es lo que hacemos ahora con el CO2. Posteriormente se recogían y se llevaban a vertederos, que es lo que se está empezando a hacer con el almacenamiento geológico de carbono. En la actualidad, reciclamos la mayoría de nuestros residuos y solo una fracción pequeña va a parar a los vertederos. En un futuro próximo deberemos hacer lo mismo con el CO2: almacenarlo y utilizarlo para conseguir que el balance neto de emisiones sea cero y así podamos mitigar los efectos del cambio climático.

 

* Víctor Vilarrasa es investigador del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA-CSIC) y del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA, CSIC-UIB). Actualmente dirige un proyecto del European Research Council (ERC) para conseguir que los recursos de la Tierra contribuyan a la descarbonización.

Incendios forestales: la geometría del fuego

Por Serafín J. González Prieto (CSIC)*

Tradicionalmente se ha considerado que tanto el inicio como la propagación del fuego son una cuestión de triángulos. Para que se inicie un fuego son necesarios tres factores: combustible, comburente y fuente de ignición. Los dos primeros son casi omnipresentes en condiciones naturales, en forma de vegetación y oxígeno de la atmósfera, y el tercero surge con frecuencia variable a partir de rayos o erupciones volcánicas, por ejemplo. La propagación del fuego también está controlada por tres factores: el combustible disponible, la topografía y las condiciones meteorológicas (humedad, viento, temperatura).

Sin embargo, con demasiada frecuencia se olvida que desde hace miles de años a los triángulos anteriores les ha crecido un ‘cuarto vértice’, que condiciona decisivamente a los otros tres vértices en la mayor parte del planeta: las actividades humanas. Con el dominio del fuego los humanos pasamos a ser la principal ‘fuente de ignición’ en la naturaleza. Con la extinción de los mega-herbívoros silvestres en amplísimas zonas (en parte sustituidos por ganado), la agricultura y ciertas plantaciones forestales masivas –con especies pirófitas de interés económico, como eucaliptos y pinos– pasamos a controlar la cantidad y continuidad del combustible, es decir, las posibilidades de inicio y propagación del fuego. Sobre estas posibilidades de inicio y propagación inciden también el cambio climático que estamos provocando y las labores de extinción de los incendios cuando y donde nos interesa, incluso cuando estos son naturales. Por último, con la imparable expansión, a menudo caótica, de las áreas urbanizadas y las infraestructuras, nos hemos metido, literalmente, en la ‘boca del fuego’ que nosotros mismos atizamos. Así, además de la sexta extinción masiva de especies, la actividad humana está generando lo que ya se denomina mega-incendios de sexta generación: humanamente imposibles de apagar; humana y ecológicamente devastadores.

Ilustración: Irene Cuesta (CSIC)

Los riesgos de las quemas controladas o ‘pastorear’ el fuego

Llegados a este punto, ¿qué podemos hacer? Pensando solamente en el primero de los triángulos mencionados, algunos aseguran que únicamente podemos gestionar el ‘combustible’ y propugnan realizar quemas controladas o prescritas, ‘pastorear’ el fuego. Antes de optar por esta alternativa, conviene recordar que la sabiduría popular nos advierte que, si jugamos con fuego, es probable que acabemos quemándonos. Debemos tener presente que tanto las quemas prescritas como los incendios tienen efectos sobre la salud humana, la economía, la atmósfera, el agua, el suelo, la vegetación, la fauna e, incluso, el patrimonio cultural. Estos efectos pocas veces, o nunca, son tenidos en cuenta adecuadamente y en su conjunto.

Como realizar quemas prescritas con las necesarias garantías es laborioso y costoso, con relativa frecuencia se hacen mal y afectan a más superficie de la prevista, llegando incluso a convertirse en grandes incendios forestales. Pero, aún siendo técnicamente bien realizadas y de baja severidad, las quemas controladas o prescritas provocan pérdidas elevadas de nutrientes y organismos del suelo (lo que disminuye su fertilidad) y reducen su capacidad para actuar como una gigantesca ‘esponja’ que se empapa cuando llueve. Gracias a esta función de ‘esponja’, un suelo sano y rico en biodiversidad reduce las inundaciones y libera lentamente el agua después, lo que reduce las sequías.

Pérdida de áreas forestales por la erosión del terreno tras incendio (Ourense, Galicia)

Además, ya sea en un incendio forestal o en una quema prescrita, la combustión incompleta de materia orgánica de los suelos y vegetación genera inevitablemente hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) tóxicos, que la erosión arrastra a embalses y zonas costeras y que afectan a la potabilidad del agua, la riqueza pesquera y marisquera, y, una vez más, a la biodiversidad. Las cenizas suelen también contener concentraciones demasiado elevadas de algunos micronutrientes y metales pesados, con riesgos aún no evaluados para los lugares donde se sedimentan.

Sedimentos de cenizas en costas gallegas

Pastoreo sí, pero de ganado extensivo y sostenible

Entonces, ¿qué otras cosas podemos hacer? En primer lugar, convencernos de que actualmente la figura geométrica del fuego, más que a un triángulo, se parece a un rombo, en cuyo vértice superior está la actividad humana influyendo decisivamente sobre el inicio y la propagación de los incendios. Los datos oficiales indican que el 78% de los incendios en España son de origen antrópico (quemas deliberadas, accidentes y descuidos). Por tanto, nada conseguiremos si no actuamos sobre la principal ‘fuente de ignición’ en los incendios forestales, grandes y pequeños: la actividad humana.

Salamandra calcinada por un incendio (Galicia)

Para dificultar la propagación y facilitar la extinción de los incendios debemos actuar sobre la biomasa vegetal, mal llamada combustible: aunque arde, nadie en su sano juicio llama combustible a una biblioteca, a un retablo barroco o a los tejados de Notre Dame. Una superficie continua de hierba seca, matorral, eucaliptos, pinos o acacias puede facilitar mucho la propagación de un incendio. Para reducirla, debemos generar discontinuidades y crear un mosaico de hábitats diferentes que, además, es muy beneficioso para la biodiversidad. Para eso disponemos básicamente de tres herramientas: diente, hierro y fuego; pastorear, rozar y quemar. Más allá de unos puestos de trabajo coyunturales, las quemas prescritas y el ‘pastoreo de incendios’ no producen bienes o riqueza y tienen en contra los mayores efectos ambientales. En circunstancias parecidas están las rozas, pero con menor impacto ambiental. Y luego está el pastoreo real, trashumante o con ganado en régimen extensivo o semi-extensivo, es decir, en el que este pasa la mayor parte de su vida en libertad. Al suplir a los grandes herbívoros salvajes que hemos diezmado o extinguido, el ganado en semi-libertad controla el crecimiento de la biomasa vegetal, contribuye a conservar un mosaico diverso de hábitats, genera puestos de trabajo estructurales, ayuda a mantener la población rural y produce alimentos.

Por todo ello, la solución del grave problema de los incendios forestales en nuestro país pasa por actuar cuanto antes sobre las causas de origen humano, promocionar un pastoreo semi-extensivo bien gestionado y recurrir a desbroces mecánicos donde sea necesario. Y solo cuando el número, extensión, severidad y frecuencia de los incendios sea más o menos natural podremos plantearnos no extinguir o ‘pastorear’ los incendios naturales.

* Serafín J. González Prieto es experto en restauración de suelos tras incendio e investigador del CSIC en el Instituto de Investigaciones Agrobiológicas de Galicia (IIAG-CSIC).

Cinco pinturas contemporáneas que hablan mucho de ciencia

Por Mar Gulis (CSIC)

Este próximo jueves, 25 de marzo, el Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) inaugura la exposición Arte y ciencia del siglo XXI. La muestra reúne obras de 35 artistas contemporáneos que trabajan en España: 66 cuadros y 11 esculturas figurativas que el Museo ha puesto a dialogar con la ciencia de hoy. ¿Cómo? Conectando el tema de cada obra con una línea de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, como la alimentación, el envejecimiento, el calentamiento global, la evolución humana o la desigualdad de género. Si quieres ir abriendo boca, aquí tienes algunos de los cuadros que encontrarás en la exposición.

Egg IV

En la muestra, este óleo hiperrealista de Pedro Campos sirve para introducir la investigación en alimentos funcionales de Marta Miguel. Los compuestos bioactivos presentes en alimentos como el huevo son utilizados por esta especialista del Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CSIC-UAM) para elaborar productos que mejoren nuestro metabolismo y prevengan enfermedades relacionadas con nuestro estilo de vida o la malnutrición.

Juanito

La nitidez y definición de esta obra son abrumadoras. Se trata de una pintura al óleo en la que José Luis Corella retrata a un hombre con alzhéimer. Esta enfermedad, cada vez más común entre nuestros mayores, impide generar nuevas neuronas a quienes la padecen. En la exposición, el cuadro nos conduce hasta el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CSIC-UAM), donde María Llorens estudia la neurogénesis adulta en humanos y modelos animales para diseñar terapias que permitan retrasar o disminuir los síntomas del alzhéimer.

El escondite

¿Qué nos distingue verdaderamente de los simios? Este óleo de Arantzazu Martínez suscita una pregunta fundamental a la que tratan de responder investigadores como Antonio Rosas, del MNCN-CSIC. La respuesta está relacionada con el bipedismo, que libera las manos y las convierte en herramientas de precisión, y con el posterior incremento de la capacidad cerebral. Sin embargo, aún nos queda mucho por saber sobre cómo, cuándo y por qué nuestros ancestros modificaron su anatomía y sus modos de vida. Eso nos permitirá entender mejor de dónde venimos, pero también a dónde vamos como especie.

Patio

La subida del nivel del mar provocada por el calentamiento global es evocada en esta imagen onírica, pintada al óleo por Santos Hu. La obra da pie al investigador del MNCN-CSIC David Vieites, comisario de la exposición, a hablar del impacto del cambio global en el modo de vida de millones de personas o de la pérdida de biodiversidad. De este modo, el cuadro nos lleva hasta los centros del CSIC que estudian estos fenómenos y las medidas que hacen falta para prevenirlos y remediarlos.

La labor invisible

La pintora Carmen Mansilla denuncia en este óleo elaborado ex profeso para la exposición que las artes y las ciencias han compartido a lo largo de los siglos la exclusión de las mujeres. Científicas y artistas quedaron ocultas y sus nombres empiezan a conocerse y valorarse en su justa medida con los estudios de género. El Museo destaca que investigadoras como la física Pilar López Sancho –impulsora de la Comisión Mujeres y Ciencia del CSIC– lideran el cambio hacia una mayor participación de las mujeres en ciencia y tecnología.

¿Nos encaminamos hacia la sexta extinción?

Por Mar Gulis (CSIC)

“El 25% de las especies de la Tierra desaparecerá en las próximas décadas si el cambio climático persiste. Es decir, en función de las emisiones y del grado de calentamiento global, perderemos de 500.000 a un millón de especies de animales y plantas”. Esta es la respuesta de la bióloga evolutiva Isabel Sanmartín, investigadora en el Real Jardín Botánico (RJB-CSIC), a la pregunta de si hay evidencias científicas suficientes para predecir el impacto del aumento de las temperaturas sobre la biodiversidad.

Invernadero del Real Jardín Botánico del CSIC / Irene Lapuerta

A partir del análisis de fósiles y de reconstrucciones de ADN, Sanmartín investiga cómo se adaptaron las plantas en el pasado a las variaciones climatológicas. Esas indagaciones le dan pistas para entender lo que sucede en el presente y vislumbrar qué sucederá en el futuro. Y las evidencias se acumulan: “El calentamiento global se está produciendo tan rápido que es muy difícil que las especies consigan adaptarse”, señala. Ahí están los datos: “Por ejemplo, en los bosques tropicales, donde vive el 50% de los organismos de la Tierra, calculamos que desaparecerá el 45% de las plantas”.

El aumento de la temperatura y la destrucción de hábitat, en gran medida provocados por la actividad humana, son las principales causas de esta pérdida de biodiversidad que ya se denomina “sexta extinción masiva”, afirma la bióloga.

Las variaciones del clima no son algo nuevo. A lo largo de la historia de la Tierra, factores geológicos como la tectónica de placas han generado cambios climáticos. Las reconstrucciones paleoclimáticas realizadas permiten afirmar que “cuando los continentes estaban juntos, en Pangea, el clima era árido y frío; en cambio, cuando se separaron el clima se hizo tropical. Eso se ve a lo largo de los últimos 600 millones de años”, explica Sanmartin.

¿Qué es entonces lo que hace que el actual calentamiento global dispare las alarmas en la comunidad científica? Básicamente, la velocidad a la que se producen estos cambios y lo que ello implica. “Quizá lo más relevante de esta era del Antropoceno es precisamente lo distinta que es de otras extinciones masivas que se han producido antes. En los cambios climáticos producidos por el movimiento de los continentes, los tiempos son geológicos; estamos hablando de varios de millones de años. El Antropoceno son [como mucho] 10.000 años, desde la aparición de la agricultura, y sin embargo la tasa de extinción de fondo –el número de extinciones por millón de especies por año (background extinction)– ha aumentado entre 100 y 10.000 veces”, detalla Sanmartin.

Más allá del impacto ambiental, la desaparición de tantas especies afectará directamente a la agricultura y por tanto a la obtención de alimentos para el sustento humano, pero también a la economía o incluso a la aparición de conflictos entre comunidades. La Plataforma Intergubernamental de Ciencia y Política sobre Biodiversidad y Servicios de los Ecosistemas (IPBES) de la ONU advierte que estamos ante la primera gran extinción causada por el ser humano, y desde distintos foros científicos, personal investigador de todo el mundo acumula conocimiento y plantea soluciones a este problema.

La pérdida de biodiversidad es uno de los grandes desafíos asociados al cambio global, entendido este como el conjunto de impactos medioambientales provocados por la actividad humana. En el CSIC queremos divulgar lo que dice la ciencia respecto a esta cuestión. Con ese objetivo hemos creado el espacio ‘Científicas y Cambio Global’, donde entrevistamos a Isabel Sanmartin y otras investigadoras que, desde muy diversas disciplinas, tratan de comprender el alcance de este fenómeno, sus causas, sus efectos y qué podemos hacer para afrontarlo.

Científicas y Cambio Global cuenta con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.

¿Qué sabemos del cambio climático? Respuestas científicas a 5 preguntas frecuentes

Por Armand Hernández (CSIC)*

Aunque ha habido muchos cambios climáticos a lo largo de la historia de nuestro planeta, sabemos que ahora la Tierra se está calentando a un ritmo sin precedentes.  Ya no hay duda de que el cambio climático actual es un hecho reconocido por la ciencia. Sin embargo, la sociedad sigue haciéndose preguntas al respecto. En este post respondemos a algunas de las más frecuentes.

¿Cómo sabemos que el clima está cambiando?

 Los registros instrumentales a nivel global nos muestran que estamos experimentando las temperaturas más altas desde que se empezaron a medir hace algunos siglos. Diecisiete de los dieciocho años más cálidos desde que existen registros instrumentales se han producido durante el siglo XXI. Además, las observaciones indirectas de registros naturales como el hielo de los casquetes polares, las estalagmitas, los anillos de los árboles, los corales y los sedimentos marinos y lacustres sugieren que este calentamiento no tiene precedentes en los últimos cientos de miles de años.

Gráfica calentamiento

Temperaturas globales anuales entre 1850 y 2017. La escala de colores representa el cambio en las temperaturas en un rango de 1.35°C. / Autor: Ed Hawkins (University of Cambridge). Datos: HadCRUT4 (Climatic Research Unit-University of East Anglia y Hadley Centre-Met Office).

¿Qué está causando el cambio climático actual?

La fuente principal de la energía que consumimos en la actualidad proviene de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas, que producen emisiones de gases de efecto invernadero.

Cuando la comunidad científica trata de reproducir el calentamiento global actual con modelos climáticos, solo se obtienen resultados satisfactorios si se tienen en cuenta las concentraciones de gases de efecto invernadero procedentes, principalmente, de la quema de combustibles fósiles. De esta manera, se descarta que esta tendencia sea causada sólo por procesos naturales.

¿Qué va a pasar?

Con el aumento de la temperatura global, podemos esperar cambios más rápidos y de mayor magnitud en el medio ambiente, con diversas implicaciones para las diferentes regiones del planeta.

El deshielo en los polos, así como la expansión del agua debido a las mayores temperaturas, provocarán un aumento del nivel del mar, que se prevé que alcanzará más de 1 metro a finales del siglo XXI. Esto es muy importante, ya que la mayor parte de la población mundial vive en zonas costeras.

También se espera que los fenómenos climáticos extremos se hagan más frecuentes, duraderos, intensos y devastadores. Una consecuencia de todos estos cambios podría ser un aumento de los movimientos migratorios y la generación de una inestabilidad geopolítica creciente.

¿Cuánto tiempo tenemos hasta que el cambio climático sea irreversible?

Es casi imposible saber cuánto tiempo nos queda para que el cambio climático sea irreversible. En realidad, algunos de los impactos causados por el cambio climático ya no tienen vuelta atrás, mientras que otros se reducirían si se detuvieran de inmediato las emisiones de gases de efecto invernadero de origen humano.

Según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de las Naciones Unidas (IPCC, siglas en inglés), deberíamos reducir a la mitad las emisiones de dióxido de carbono para el año 2030 y alcanzar el “cero neto” para el año 2050, para así poder mantener el calentamiento global en 1,5 °C a finales del siglo XXI.

Esto es importante, ya que mantener el aumento de la temperatura global por debajo de 2°C es vital para reducir los impactos asociados a los efectos de larga duración, como la pérdida de algunos de los ecosistemas más sensibles (los arrecifes coralinos, por ejemplo) o la capacidad de cultivar ciertos alimentos básicos, como el arroz, el maíz o el trigo.

Estas y otras preguntas, así como sus respuestas, las puedes encontrar en el audiovisual “Climate Change: the FAQs” elaborado por un grupo de científicos/as internacionales (entre los que se encuentran dos integrantes del CSIC) para resolver las dudas planteadas por estudiantes de secundaria y bachillerato.

¿Qué están haciendo las instituciones al respecto?

A menudo se hace hincapié en que los pequeños cambios, como por ejemplo el uso del transporte público o la bicicleta, pueden ayudar a reducir las emisiones de CO2. Sin embargo, para que estas acciones sean suficientes, deben ir acompañadas de cambios drásticos en los sistemas de producción y consumo promovidos por los gobiernos e instituciones a nivel internacional.

La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) es el principal acuerdo internacional sobre el clima. Entró en vigor en el año 1994 como medio de colaboración entre los países para limitar el aumento de la temperatura mundial y hacer frente a sus consecuencias.

Veinte años después, en el famoso Acuerdo de París 2015, y siguiendo las directrices del IPCC, se alcanzó un consenso político mundial para detener el incremento de temperaturas por debajo de los 2ºC respecto a los niveles preindustriales. En virtud de ese acuerdo, cada país decide su contribución a la mitigación del calentamiento global. Como no existe ningún mecanismo que obligue a un país a fijar o cumplir objetivos específicos en fechas concretas, el acuerdo tiene un impacto limitado.

A modo de ejemplo tenemos los resultados de la reciente Cumbre sobre la Acción Climática de las Naciones Unidas, en la que sólo 77 países se comprometieron a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a “cero neto” para el año 2050. Además, únicamente 70 países anunciaron que impulsarán sus planes de acción nacionales para 2020 (en el marco del Acuerdo de París) o que han comenzado el proceso para hacerlos realidad.

Si es suficiente o no, sólo el futuro nos los dirá, pero de lo que no hay duda es que nos enfrentamos a un reto global sin precedentes.

 

* Armand Hernández (@armandherndz) es paleoclimatólogo e investigador en el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera del CSIC.

25.000 especies están amenazadas: ¿cómo nos afecta esta pérdida de biodiversidad?

Por Mar Gulis (CSIC)*

Cerca de 25.000 especies están amenazadas por el cambio global causado por el ser humano. Más concretamente, el cambio climático amenaza la extinción de entre el 15 y el 37% de todas las especies terrestres de aquí a 2050. Estas son algunas de las cifras que recoge el libro colectivo Cambio global. Una mirada desde Iberoamérica, una publicación de LINCglobal en la que han participado una decena de investigadores e investigadoras del CSIC.

Las cascadas de Houpeton (Australia), póximas al Otway National Park, forman parte de un entorno de extraordinario valor ecológico por su gran biodiversidad. / David Iliff

La comunidad científica coincide en que vivimos en un periodo de extinción masiva de especies. Esta pérdida de biodiversidad es una de las consecuencias más perniciosas del denominado cambio global, referido al conjunto de transformaciones que la actividad humana está provocando a escala planetaria, y que ha llevado a algunas voces expertas denominar al actual momento como la Era del Antropoceno.

Pero este proceso comenzó hace mucho tiempo. Como explica el libro, “en los últimos 11.000 años (…), la humanidad se ha venido apropiando, de forma creciente y continuada, de los recursos biológicos y de la productividad natural de la tierra y el mar, para generar crecimiento y expandir las civilizaciones”. Como resultado, más de la mitad de la superficie habitable de la tierra ha sido significativamente modificada por la actividad humana. Hemos alterado la naturaleza, y por tanto la biodiversidad, a través de la agricultura, la silvicultura y la pesca; la sobreexplotación de las especies de valor comercial; la destrucción, conversión, fragmentación y degradación de hábitats; la introducción de especies exóticas; la contaminación del suelo, el agua y la atmósfera, etc. Nuestro modelo de “desarrollo” es insostenible, pues se apoya en la explotación de recursos naturales y en la generación de todo tipo de desechos sobre los sistemas naturales. Esa actividad frenética va acompañada de una mayor producción y consumo de energía, un aumento de contaminantes y un incremento de las temperaturas.

Las deforestaciones realizadas en la Amazonía ponen en peligro a muchas especies que habitan en esta región. / Aaron Martin

Pero, ¿qué efectos tiene la pérdida de la biodiversidad para la humanidad? Este concepto va mucho más allá de la diversidad de especies; se refiere a todas las variaciones de las formas de vida en una determinada región, lo que incluye también la diversidad genética, de formas, de atributos funcionales, de interacción entre especies e incluso de ecosistemas. Por ello, la pérdida de biodiversidad, en  cualquiera de sus formas, tiene consecuencias muy perjudiciales para la humanidad a corto y a largo plazo. Sectores como la producción de alimentos, el suministro de agua potable y la producción de medicamentos dependen directamente de la biodiversidad y los servicios ecosistémicos. Por ejemplo, la sobreexplotación de los océanos puede poner en peligro la pesca y afectar a la soberanía alimentaria de muchas comunidades, como sucede en la costa chilena, donde las pesquerías están prácticamente en colapso. También la deforestación y consiguiente pérdida de los bosques promueve la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera y puede alterar el ciclo hidrológico. Esta situación se observa en la Amazonía a través de los llamados ‘ríos voladores’, expresión que alude al vapor de agua generado por el bosque y que regula la precipitación en diferentes regiones del continente. Dicha regulación garantiza a su vez el agua necesaria para el consumo humano, la agricultura, la ganadería y la electricidad, de ahí que la pérdida de diversidad biológica sea tan nociva.

Junto a lo anterior, la obra se refiere a los efectos en el ecoturismo. Esta actividad, importante fuente de riqueza para muchas regiones, puede comprometerse si se pierde biodiversidad y se degradan los paisajes. Lógicamente, el deterioro del sector conllevaría la destrucción de empresas y puestos de trabajo relacionados con el turismo sostenible.

Aunque aún no conocemos el papel exacto de la biodiversidad en el mantenimiento de los procesos ecológicos, el debate científico en torno a esta cuestión se ha intensificado. Tanto es así que la ONU ha declarado el 22 de mayo Día Internacional de la Diversidad Biológica.

Como señala la obra Cambio global. Una mirada desde Iberoamérica, “asignar un valor a la biodiversidad no es sencillo, no podemos establecer un valor monetario, pero sin ninguna duda su mantenimiento y conservación son esenciales para el bienestar humano en el planeta”.

¿Qué son y cómo funcionan los mercados de emisiones de CO2?

Por Mar Gulis (CSIC)

AZZVV

Emisiones de gases sobre el cielo de Madrid / M. Rodríguez Gutiérrez

En 2015, nuestro país aumentó las emisiones de C02 a la atmósfera, incumpliendo así sus compromisos internacionales en esta materia. Esta es una de las conclusiones del Informe sobre Cambio Climático elaborado por el Observatorio de Sostenibilidad. Uno de sus autores, el biólogo del CSIC Jorge Lobo, considera que esta situación se debe a nuestro “uso intensivo y abusivo de los combustibles fósiles”, sobre todo del carbón, mientras las energías renovables no acaban de despegar. Junto a ello, el investigador señala la ineficiencia del mercado de los derechos de emisión, un mecanismo que funciona a nivel internacional y que, aunque se concibió para luchar contra el calentamiento global, ha cosechado escasos resultados.

La web del Ministerio de Agricultura (MAGRAMA) explica que “el comercio de derechos de emisión es un instrumento de mercado persigue un beneficio medioambiental: que un conjunto de plantas industriales reduzcan colectivamente las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera”.

Para que el mecanismo funcione tiene que haber una autorización de emisión, es decir, un permiso otorgado a una instalación para que pueda emitir gases. Pero también existe el derecho a emitir, que se refiere a la cantidad de gases que podrán emitirse. Este derecho de emisión es transferible: se puede comprar o vender. Ahí está la clave.

Tal y como explica el MAGRAMA, “actualmente existen mercados de emisiones que operan en distintos países y que afectan a diferentes gases”.  La Unión Europea puso en marcha en 2005 un mercado de CO2 que cubre, en los 28 Estados miembros, las emisiones de este gas de instalaciones como centrales térmicas, refinerías, cementeras o papeleras. Este régimen afecta a más de 10.000 instalaciones y a más de 2.000 millones de toneladas de CO2, según cifras del MAGRAMA, lo que supone “en torno al 45% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero en la UE”.

Sin embargo, en Bruselas se debate desde hace tiempo sobre cómo reformar este mercado. Teóricamente su objetivo es reducir las emisiones de gases con efecto invernadero y combatir así el cambio climático. Pero el propio Parlamento Europeo (PE) señala que “los desequilibrios entre la oferta y la demanda de los derechos de emisión está desincentivando las inversiones verdes”, es decir, la inversión de los Gobiernos en energías limpias que nos lleven a un modelo más sostenible y menos basado en los combustibles fósiles. Para que fuera eficaz, la compra-venta de derechos de emisión se debería realizar a un precio que anime a la industria “a buscar alternativas para ahorrar energía y reducir sus emisiones”, afirma el PE en su página web.

El PE afirma también que en la actualidad “el precio de mercado de estos permisos es muy bajo” porque la demanda se ha desplomado a raíz de la crisis económica. Por ejemplo, “en 2013 había un exceso de unos 2.000 millones de licencias comparado con las emisiones reales, que podría alcanzar los 2.600 millones en el horizonte de 2020”. Cada licencia concede a su titular el derecho de emitir una tonelada de CO2.

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La apuesta por las energías renovables, como la eólica, es clave para ir hacia un modelo energético más sostenible / Steve Wilson

El investigador Jorge Lobo explica que “en las cumbres del clima se establecen unos derechos de emisión para cada país y después se deja operar al mercado libremente. Por ejemplo, un país concreto, con una cantidad de población, un PIB, etc., tiene unas capacidades de emisión determinadas; pero si por tener un desarrollo escaso o por hacer un uso intensivo de renovables o por la razón que sea no tiene esa capacidad de emisión, puede vender los derechos. Es decir, las toneladas de CO2 que puede emitir pero que no emite, se las puede vender a otro Estado”. Y añade: “Si esos derechos de emisión se ponen en el mercado y cotizan alto, a muchos países no les rentará adquirirlos, sino que preferirán reconvertir su industria o invertir en renovables. Pero si  valen poco, puede compensar emitir CO2 porque luego compras esos derechos fuera”. Lobo considera que en el actual escenario de bajos precios, el comercio de emisiones, lejos de desincentivar a las industrias en el uso de combustibles fósiles, facilita el mantenimiento del modelo actual y con él las elevadas emisiones de CO2 a la atmósfera.

Para salir de esta situación ya en 2013 el PE votó a favor de una medida temporal para que algunas licencias programadas para 2014-2016 se retrasaran hasta 2019-2020. También se ha contemplado la creación de una reserva que reequilibre la oferta y la demanda. Si el exceso de oferta supera un determinado umbral, se retirarán licencias del mercado y se depositarán en la citada reserva hasta que, si cambian las circunstancias, se pongan de nuevo en circulación.

Sin embargo, investigadores como Lobo y otras voces críticas se muestran escépticos ante este tipo de medidas. En su opinión, la solución pasaría por incrementar la inversión en  energías renovables para, poco a poco, ir hacia un modelo de economía baja en carbono y más sostenible a largo plazo.

Zonas áridas: la tercera trinchera contra el cambio climático

Por J.M. Valderrama y Francisco Domingo (CSIC)*

El papel del suelo y, más precisamente, de las cavidades subterráneas que se forman en determinados lugares con sustrato calizo, como las zonas áridas, podría resultar decisivo para el cambio global: según investigaciones llevadas a cabo por la Estación Experimental de Zonas Áridas del CSIC, una parte significativa del CO2 atmosférico podría estar confinado en almacenes subterráneos. La alteración de estos suelos podría repercutir significativamente en la cantidad de CO2 emitido a la atmósfera.

Los científicos llevan años estudiando los procesos ligados al carbono con el fin de conocer los sumideros y fuentes de CO2, cuya acumulación en la atmósfera es una de las razones del calentamiento de la Tierra. Los estudios tratan de explicar por qué el incremento anual de la concentración de este gas debido a la actividad humana parece ser la mitad del esperado, un dato que no terminaba de cuadrar a la comunidad científica, que busca con ahínco el sumidero perdido del CO2.

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Torre de Correlación de Remolinos en el Llano de los Juanes, Sierra de Gádor, Almería.

Los resultados de este y de otros trabajos ponen de relieve el papel fundamental de las tierras áridas. Junto a océanos y zonas forestales, representan los tres grandes ámbitos que es preciso explorar para comprender el metabolismo del planeta. Hasta muy recientemente los esfuerzos se han concentrado en océanos y zonas forestales, mientras que las regiones áridas y semiáridas son las grandes desconocidas. Trabajos como el desarrollado por el equipo de investigación del CSIC, hacen pensar en estas zonas como un tercer bastión del planeta en la lucha contra el cambio global.

Lo primero que llama la atención en las zonas áridas es la relevancia de los procesos abióticos (no biológicos) en los que está envuelto el carbono. Es decir, que el carbono que forma parte de las rocas (como por ejemplo la caliza), lejos de ser un elemento estático e inmutable, participa activamente en varios procesos geoquímicos y se moviliza en determinadas condiciones. Otro hallazgo sorprendente ha sido constatar que parte del origen del carbono del subsuelo es biológico. La compleja maraña que entrevera procesos abióticos y bióticos (biológicos), en los que juega un papel muy relevante el carbono, aún está por desenmascarar.

De manera resumida puede afirmarse que estos procesos generan CO2. Parte del gas generado se emite a la atmósfera por ventilación (por efecto del viento y cambios de presión atmosférica) y parte se almacena, incluso en capas profundas a muchos metros, pues el CO2 desciende por gravedad. El tiempo que está almacenado se desconoce, de ahí que cuando se emite se confunde con el que respiran los seres vivos en superficie.

Estos procesos se han detectado y medido gracias al establecimiento de Torres de Correlación de Remolinos, unos aparatos capaces de apreciar el intercambio neto de CO2 entre la atmósfera y la superficie terrestre. La Estación Experimental de Zonas Áridas dispone, en colaboración con grupos de las Universidades de Granada y Almería, de tres estaciones de este tipo, integradas en la red internacional FLUXNET, que cuenta con más de 500 torres de flujo repartidas por todo el mundo.

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Sondas utilizadas para medir la concentración de CO2 en el suelo

El análisis de los datos que se han ido tomando mediante este y otros procedimientos empieza a revelar una serie de resultados interesantes, como el que señalábamos sobre el almacenamiento de CO2. Estos hallazgos son algunas de las piezas de un rompecabezas gigantesco que todavía hay que encajar. Mientras los investigadores se encuentran en esa fase de formular hipótesis y corroborar hechos, las torres continúan recogiendo información.

La degradación de las tierras áridas y la importancia que están revelando tener estos ecosistemas en relación con el calentamiento global hace necesario continuar investigando sobre el balance del CO2 en estas tierras.

*J. M. Valderrama colabora con la Estación Experimental Zonas Áridas del CSIC y escribe en el blog Dando bandazos, en el que entremezcla literatura, ciencia y amor a la montaña. Francisco Domingo Poveda es investigador y director de la Estación Experimental de Zonas Áridas. Los proyectos de investigación citados en esta entrada son CARBORAD (ref.CGL2011-27493) y GEOCARBO (ref. P08RNM3721), financiados por el Plan Nacional de I+D+i la Junta de Andalucía, respectivamente, y liderados por Francisco Domingo Poveda.

Ventanas inteligentes contra el calor

Por Mario Hoyos y Marta Marcos*

Estamos inmersos en una sofocante ola de calor que nos tiene encerrados en el interior de nuestras casas o pegados en la oficina al aparato de aire acondicionado, lo que ha provocado una punta de demanda eléctrica en España que ya ha superado el máximo registrado en los últimos cuatro años. Con estas condiciones climatológicas, conseguir un nivel de confort en los edificios suele estar ligado fundamentalmente a los sistemas convencionales de climatización. Apenas se presta importancia a la influencia del aspecto arquitectónico. La ‘arquitectura bioclimática’, basada en el modo tradicional de diseñar y construir edificios y viviendas, utiliza los recursos naturales disponibles para disminuir el impacto ambiental y el consumo de energía a la hora de crear hogares cálidos en invierno y frescos en verano. La planificación y construcción de un edificio de estas características pueden resultar más costosas que el de una vivienda convencional, pero el ahorro de energía del hogar durante los siguientes 40 o 50 años compensará con creces la inversión inicial.

Funcionamiento ventana inteligente.

Funcionamiento de una ventana inteligente.

Las ventanas son uno de los elementos que mayor impacto tienen en el consumo de energía: posibilitar la máxima iluminación con luz solar y garantizar la visibilidad del exterior se contraponen con el aislamiento térmico, ya que en verano permiten la entrada de un exceso de radiaciones y en invierno son un punto de fuga de calor. Una vivienda bien aislada puede reducir hasta casi la mitad el consumo de energía en su calefacción y refrigeración que una que no lo está.

En los últimos años se han realizado numerosos avances en un nuevo concepto de ventanas dinámicas que pueden modular su color y transparencia y, por tanto, controlar la temperatura y la luz que pasan a través de ellas. Este tipo de ventanas se conocen como ‘ventanas o vidrios inteligentes’. Se encuentran en el mercado desde hace varios años y, aunque su comercialización está siendo lenta, las expectativas de crecimiento son elevadas.

Estudios realizados sobre una ventana inteligente en un clima templado confirman una reducción de entre el 39 y el 40% del consumo eléctrico. Pero estos datos hay que tomarlos con precaución, ya que pueden variar mucho en función de la climatología, la orientación de la fachada en la que se coloca la ventana y las propiedades del edificio (tamaño, sistemas de climatización e iluminación). Por ejemplo, según un estudio en la ciudad de Quebec, las reducciones de consumo en las ventanas con orientación este oscilaron entre un 8 y un 52%, entre un 10 y un 53% en aquellas con orientación sur, y entre un 11 y un 51% en las orientadas al oeste.

Ventana inteligente del CSIC

Simulación de ventana inteligente desarrollada por investigadores del CSIC.

Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC podría contribuir a que las ventanas inteligentes lleguen finalmente a nuestras casas gracias a un nuevo sistema que abarata espectacularmente esta tecnología. El investigador del CSIC David Levy asegura que el precio podría descender desde los miles de euros por metro cuadrado que estas ventanas cuestan en la actualidad a unos cuantos céntimos. Esta tecnología consiste en un recubrimiento poroso que consume agua (de ahí que sea asequible), situado entre dos láminas de vidrio. Al ser expuesto al aire húmedo o seco cambia su transmisión óptica, lo que produce, como si se tratara de un interruptor, el paso del estado transparente a uno opaco.

Pero la ‘inteligencia’ de las ventanas podría ir más allá. Investigaciones recientes apuntan a que las ventanas de las casas y los coches podrían generar electricidad a partir del viento y de la lluvia. Se trataría de un sistema de dos capas, donde la primera, más superficial, tendría un revestimiento de un tipo de silicona -el polidimetilsiloxano– con una estructura en forma de pirámides de dimensiones nanoscópicas cargada negativamente. Las gotas de lluvia, cargadas positivamente al contacto con el aire, generarían una corriente eléctrica al caer sobre esta capa del cristal. La segunda capa, formada por nanogeneradores, tendría la función de recuperar la energía del viento. La combinación de estos dos procesos podría no sólo suministrar energía al cristal ‘electrocrómico’ para que se volviera opaco, sino también producir hasta 130 milivatios por metro cuadrado, lo que sería suficiente para alimentar un teléfono inteligente en el modo de espera o un marcapasos.

El potencial de las ventanas inteligentes es enorme. Si se van puliendo las limitaciones tecnológicas y se reducen los costes, serán sin duda un elemento clave en la edificación sostenible del futuro.

 

*Mario Hoyos es investigador Marie Sklodowska-Curie del grupo Hempol del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC y Marta Marcos es Responsable I+D en Intercomet S.L.