Opinión · Un poco de ciencia, por favor

El calentamiento global: datos, alarmas e incertidumbres

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

La preocupación por el calentamiento del planeta no para de crecer, en especial en este año, en el que vemos con agradable sorpresa (al menos, por mi parte) como se multiplican las manifestaciones de un colectivo que hasta el momento había permanecido en silencio: los que yo denomino “extraordinariamente jóvenes”, alentadas por una joven activista sueca, Greta Thunberg, que ha logrado lo que a mí me parece un milagro, movilizar a la juventud europea con manifestaciones masivas urgiendo a los dirigentes políticos a “hacer los deberes”, en sus propias palabras.

Pues recojo el guante y en lo que yo puedo aportar desde mi posición de científico preocupado por esta cuestión desde hace años, tal y como he detallado en este periódico, describiré en este artículo los datos de que disponemos en la actualidad para cuantificar esta amenaza y algunas de las posibles vías de solución, relacionadas con la obtención de energía.

1. El Calentamiento Global

Denominamos Calentamiento Global al fenómeno del aumento gradual de las temperaturas de la atmósfera, de la superficie y de los océanos de la Tierra, fenómeno que se viene observando de manera continua e ininterrumpida años tras años, desde hace más de un siglo, aunque se ha incrementado sustancialmente en las tres últimas décadas.

Todavía genera dudas y controversias (aunque cada vez menos), la o las causas de dicho aumento. La mayor parte de la comunidad científica considera que hay fuertes evidencias de que el aumento se debe al incremento de las concentraciones en la atmósfera de los denominados Gases de Efecto Invernadero (en lo que sigue, GEI), producidos por ciertas actividades humanas, esencialmente la deforestación y principalmente, la quema de combustibles fósiles, entendiendo por tales petróleo, gas natural y carbón. Esos gases, emitidos por los seres humanos en su actividad industrial, son fundamentalmente los siguientes [1]:

Dióxido de carbono (CO2). Está presente en la atmósfera en porcentajes muy bajos (0,04%), pero es el responsable de la mayoría del efecto invernadero causado por el ser humano, aproximadamente del 60% de éste. Una molécula de CO2 puede permanecer en la atmósfera entre 50 y 200 años.

Metano. Representa menos del 0,0002% de la composición de la atmósfera, pero tiene una capacidad de calentamiento 70 veces superior al CO2, aunque su permanencia en la atmósfera es menor, entre 10 y 15 años, se calcula que su potencial de calentamiento es unas 20 veces superior al del CO2. Se considera que el metano es responsable del 20% del efecto invernadero causado por el hombre.

Óxido nitroso. El óxido nitroso está presente en la atmósfera en proporciones menores que el metano, (alrededor de 6 veces menos), y aunque tiene una capacidad de calentamiento 300 veces superior al CO2, su impacto en el cambio climático es alrededor del 5%.

Gases fluorados. Fundamentalmente los perflurocarbonos, los hidrofluorcarburos y el hexafluoruro de azufre, unos gases de efecto invernadero potentísimos (entre 750 y 22.000 veces más que el CO2), aunque afortunadamente son muy residuales; estos gases son los que sustituyeron desde mediados de la década de 1990 a los CFC (Clorofluorocarbonos), responsables de la destrucción de la capa de ozono.

Todos ellos absorben la radiación que emite la tierra y la sobrecalientan mediante el denominado “efecto invernadero”, que consiste esencialmente en el fenómeno que describo en el siguiente punto de este texto.

2. Una breve descripción del efecto invernadero

Una fracción de la radiación del sol que llega a la atmósfera terrestre, muy energética, penetra a través de la atmósfera y llega a la superficie y la calienta. Al estar caliente, la superficie a su vez también emite radiación, pero mucho menos energética. Esa radiación, en atmósferas limpias de contaminantes, es reemitida de nuevo, contribuyendo a enfriar la tierra y logrando el equilibrio térmico entre el día y la noche, lo que hace que la temperatura, en promedios temporales largos, se mantenga estable. Sin embargo, cuando la atmósfera contiene cantidades significativas de GEI, la radiación no puede salir, ya que una parte es reabsorbida por esos gases en suspensión, que de nuevo la reemiten en todas direcciones, con lo que una parte significativa vuelve de nuevo a la tierra, provocando un aumento progresivo de la temperatura del aire y de la superficie. La imagen lo ilustra esquemáticamente:

Explicación gráfica del Efecto Invernadero

3. Correlación entre Calentamiento Global y GEI

La mayor parte del Calentamiento ha sucedido en las últimas tres décadas debido a que estos GEI tienen actualmente una concentración en la atmósfera mayor que en cualquier otro periodo en los últimos 800.000 años. La concentración de CO2 en la atmósfera es alrededor de un 40% superior a la que existía antes de 1750. En el caso del metano, la concentración se ha multiplicado por 2,5 desde la revolución industrial, mientras que el óxido nitroso ha aumentado su presencia en la atmósfera en un 20% en ese mismo periodo. Los compuestos fluorados ni siquiera existían en la atmósfera antes del siglo XX.

Que el Calentamiento Global es provocado mayoritariamente por el aumento de CO2 lo prueban los siguientes datos: entre 1995 y 2015, la concentración en la atmósfera de CO2 ha aumentado desde 360 ppm (partes por millón) hasta 400 ppm; las emisiones de este gas provocadas por los combustibles fósiles han crecido desde 6.5 GT Carbón/año (1 GT = 1.000 millones de Toneladas) en 1995 a 10 GT Carbón/año en 2015. La siguiente figura muestra la estrecha correlación existente entre el aumento de la temperatura de la tierra y el aumento de CO2 descrito:

Variación de la temperatura global comparado con el cambio de concentración del CO2 en la atmósfera terrestre durante el período 1880-2016. Fuente: Cambio Climático Global

El aumento de la concentración descrita de GEI ha contribuido a un aumento de la temperatura entre 0,5 y 1,2ºC en el periodo 1950-2010. De otra parte, se calcula que las causas naturales han tenido un efecto no superior a 0,1ºC. Si se considera el periodo de 1880-2016, el aumento de la temperatura global ha sido mayor, de 1,1ºC. El año pasado 2018 ha sido el año más caliente desde que existen registros, tras 2015, 2016 y 2017 que también fueron los más calientes. El siguiente vídeo muestra ese incremento de una manera muy gráfica:

La evidencia no proviene de un estudio aislado, ni de estudios de una única disciplina científica, son estudios independientes utilizando metodologías diversas y los resultados son tozudamente similares. De acuerdo con los sucesivos informes emitidos por el  Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) hay hasta 11 indicadores diferentes del calentamiento global, además de la temperatura de la superficie y del aire: nivel del mar, grosor de las cubiertas de nieve en ambos hemisferios, humedad atmosférica, cubierta de hielo ártica, etc. Las proyecciones para la segunda mitad de este siglo son verdaderamente alarmantes, tal y como muestran los distintos modelos que se usan para evaluar el aumento previsto de la temperatura:

Mapa mostrando predicciones de calentamiento del planeta proyectado para los próximos 70 años con el modelo climático HadCM3

4. ¿Qué podemos hacer?

Hoy en día nos encontramos ante un incremento sin precedentes en la demanda de energía debido al aumento de la población y al aumento en el nivel de vida de una parte muy significativa de la misma. La energía barata y abundante sigue siendo crucial para el desarrollo económico; la relación entre el consumo de energía per cápita y el Índice de Desarrollo Humano de las Naciones Unidas es directo. Pero parece poco probable que disminuya el consumo de energía a nivel mundial en este siglo, especialmente con países como India o China, que concentran cerca del 40 % de la población del planeta, en desarrollo vertiginoso. Una acción eficaz contra el calentamiento global exige planes creíbles y basados ​​en evidencias para que los sistemas energéticos, de una parte, eviten casi por completo la explotación de fuentes de combustibles fósiles y de otra, sean escalables a una demanda de energía creciente para una población de aproximadamente 9.000-10.000 millones de personas a mediados de siglo, y quizá más de 12.000 millones a finales de siglo.

Este proceso, lógicamente, comienza con la reducción paulatina de las tecnologías basadas en combustibles fósiles en la generación de electricidad (carbón, gas natural y petróleo), pero que también debe extenderse para eliminarlos en la obtención de calor industrial y residencial, en el transporte individual y comercial y en la mayoría de otros servicios relacionados con la energía.

Hasta el momento, gran parte de los esfuerzos de los gobiernos de numerosos países, se han centrado en el desarrollo de escenarios energéticos dedicados mayoritariamente a las tecnologías renovables: hidroeléctrica, biomasa, eólica, solar fotovoltaica, termoeléctrica, mareomotriz y geotérmica. Pero, hoy por hoy, dada la “juventud” de las tecnologías renovables, hay una falta casi total de evidencia histórica acerca de la viabilidad de los sistemas de producción de electricidad 100% renovable que operan a escalas regionales o superior. En la actualidad, el único país desarrollado que tiene un sistema de producción de electricidad con fuentes 100% renovables es Islandia, gracias a sus acuíferos geotérmicos poco profundos, abundante energía hidroeléctrica y una población de solo 300.000 personas. Otros estados europeos alabados por sus esfuerzos en la implantación de fuentes de producción de energía de origen renovable, como Dinamarca o Alemania, producen emisiones de GEI en la generación de electricidad a ritmos similares al promedio de los países del resto de la Unión Europea.

Tampoco deberíamos olvidar el papel que podría jugar la energía nuclear, habida cuenta de que es una fuente energética que produce muy bajas emisiones de CO2. Es evidente que el temor generado por los accidentes de Chernobil y Fukushima, unido a la compleja gestión de los residuos radiactivos, hace que no esté en el tablero. Y creo que no debería ser así (sé que me van a llover las críticas, pero no sería honesto si no lo dijera).

No hay ninguna duda de los beneficios que aporta la incorporación de las  tecnologías renovables a los “mix” energéticos de todos los países que lo están llevando a cabo, principalmente la reducción de emisiones de GEI, pero queda por probar que un “mix” 100% renovable sea viable a escala nacional (es decir, con miles de MW instalados), debido entre otras múltiples razones a que con la tecnología de la que disponemos hoy en día, hay muy pocas posibilidades de almacenar grandes cantidades de energía por períodos  prolongados de tiempo, aspecto esencial para poder alcanzar el objetivo del 100% de generación eléctrica con tecnologías renovables. Las preguntas son: ¿puede funcionar un sistema así? ¿disponemos de datos suficientes acerca de variables tales como tiempo de utilización, coste, intermitencia, impactos medioambientales, etc. de estas tecnologías? No hay que olvidar los sustanciales inconvenientes de estas fuentes de energía: baja densidad energética, intermitencia, dificultades de almacenamiento a gran escala, coste todavía elevado de algunas tecnologías poco maduras (como es el caso de la termoeléctrica), etc.

En otras palabras, es imprescindible realizar estudios rigurosos que permitan mostrar la viabilidad de tal cambio de paradigma energético a largo plazo y a gran escala (nacional o incluso superior), habida cuenta de que en el sector de la energía las inversiones son muy costosas, los períodos de amortización muy largos y por consiguiente, las modificaciones en los “mix” son necesariamente muy dilatados en el tiempo. Por ejemplo, cambiar el “mix” energético español de generación de electricidad, con 27.000 MW de centrales de ciclo combinado instalados en su mayor parte a finales de la década de 1990, llevaría no menos de 30-40 años, que es el plazo previsible de amortización de esas inversiones.

En conclusión, nos encontramos en un momento decisivo, en el que las decisiones de política energética que se tomen ahora serán determinantes para lo que suceda en nuestro planeta en las próximas décadas. Parece claro que hay que realizar esfuerzos, tanto científicos como económicos para encauzar adecuadamente un problema que amenaza el futuro de nuestras sociedades.
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[1] Algunos datos de los utilizados en este artículo los he tomado del excelente libro de Pedro Fresco “El futuro de la energía en 100 preguntas” (Editorial Nowtilus, 2018) y del informe “CO2 emissions from fuel combustión” (International Energy Agency, 2017 Edition)