El fracking es el gran responsable del incremento de metano en la atmósfera

Un estudio recién publicado demuestra que que el auge del fracking en Estados Unidos y Canadá es el principal responsable del aumento global de metano.

El metano es el segundo gas de efecto invernadero (GEI) más importante detrás del dióxido de carbono como causante del cambio climático global (IPCC, 2013). A diferencia del dióxido de carbono, el sistema climático global responde rápidamente a los cambios en las emisiones de metano, por lo que la reducción de las emisiones de metano podría ser una gran oportunidad para reducir rápidamente la tasa de calentamiento global (Shindell et al., 2012) y ayudar muy positivamente cumplir con la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático COP21 cuyo objetivo es mantener el planeta muy por debajo de 2 ºC por encima de la base preindustrial (IPCC, 2018). 

El metano también contribuye a la formación de ozono a nivel del suelo, lo que acarrea graves consecuencias adversas para la salud humana y la agricultura. Teniendo en cuenta estos efectos y el cambio climático, Shindell (2015) estimó que el costo social del metano es de 40 a 100 veces mayor que el del dióxido de carbono.

La concentración atmosférica de metano ha aumentado rápidamente durante la última década, contribuyendo al cambio climático global. A diferencia de finales del siglo XX, cuando el aumento del metano atmosférico estuvo acompañado de un enriquecimiento en el isótopo más estable de carbono (13C), el metano atmosférico de los últimos años tiene mucho menos 13C. Ese decrecimiento se ha interpretado como indicador de una fuente principalmente biogénica del aumento de metano. 

Una nueva investigación realizada por el profesor Robert Howarth de la Universidad de Cornell, Nueva York, y publicada en la revista Biogeosciences del pasado 14 de agosto, demuestra que el auge del fracking en Estados Unidos y Canadá en la última década es en buena medida el culpable del gran aumento de metano en la atmósfera, y que la reducción de las emisiones de este extremadamente potente GEI es crucial para ayuda a detener la crisis climática internacional 

El profesor Howarth analizó los datos de la fracturación hidráulica en las últimas décadas, subrayando el auge del fracking que ha tenido lugar desde los inicios del siglo XXI. Entre 2005 y 2015, el fracking pasó de producir 31.000 millones de metros cúbicos de gas al año a producir 435.000 millones. Casi el 90% por ciento de la actividad tuvo lugar en Estados Unidos, mientras que alrededor del 10 por ciento se realizó en Canadá.

Figura 1 (a) Aumento global del metano atmosférico entre 1980 y 2015. (b) Cambio en el valor del isotopo 13C del metano atmosférico a nivel mundial entre 1980 y 2015. Fuente.

La clave de la investigación de Howarth reside en el isótopo de carbono 13C. Aunque el metano liberado a finales del siglo XX ya estaba enriquecido con él, Howarth destaca que el metano liberado en los últimos años presenta niveles más bajos. Esto se debe a que el metano en el gas de lutitas (el resultante de la práctica del fracking) ha agotado los niveles del isótopo en comparación con los existentes en el gas natural convencional o en combustibles fósiles como el carbón.

Figura 2 (a) Esquema que compara el gas de lutitas y el gas natural convencional. Cuando se forma el gas natural convencional, a lo largo del tiempo geológico el metano migra desde las lutitas a través de formaciones semipermeables, hasta quedar atrapado bajo un sellado geológico. El gas de lutitas es metano que permaneció en la formación de lutitas y se libera a través de las de fracking. (b) Producción global de gas de lutitas y de otras fuentes de gas natural desde 2000 hasta 2017, con proyecciones futuras de la EIA (2016). Fuente.

Según los resultados de la investigación, el metano en el gas de lutitas tiene una concentración mucho más baja en comparación con el gas natural convencional, lo que permitir concluir a la que la producción durante la última década de gas de lutitas en Norteamérica puede haber contribuido con más de la mitad del incremento de las emisiones de los combustibles fósiles a nivel mundial y aproximadamente con un tercio del aumento total de las emisiones de todas la fuentes mundiales durante la última década. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

Metano y cambio climático

El metano es, junto al dióxido de carbono y al óxido de nitrógeno, uno de los principales gases de efecto invernadero (GEI). Aunque el dióxido de carbono es el culpable del 80% del calentamiento global, el metano atrapa 28 veces más calor. Afortunadamente, su concentración en la atmósfera es mucho menor. Mientras que la del dióxido de carbono supera las 400 partes por millón de unidades de aire (ppm), el metano alcanzó las 1.834 por cada mil millones (ppb).

A diferencia del dióxido de carbono, las concentraciones atmosféricas de metano están aumentando más rápidamente que en cualquier otro momento de las últimas dos décadas y, desde 2014, se están acercando a los escenarios más nefastos de uso intensivo de GEI. Todavía no están claras las razones de este crecimiento, sobre todo porque hay algunas cuestiones por dilucidar en el balance mundial. Nuevas investigaciones, resumidas en este artículo, sugieren que el reciente y rápido aumento en las concentraciones mundiales de metano tiene un origen principalmente biogénico y muy probablemente debido a actividades agropecuarias, aunque con contribuciones menores procedentes del uso de combustibles fósiles y de los humedales. Es necesario cuantificar y reducir cuanto antes las emisiones de metano. La mitigación de las emisiones de metano tiene beneficios climáticos inmediatos y beneficios económicos, de salud y agrícolas colaterales que completarían los derivados de la mitigación del dióxido de carbono.

Figura 1. Concentración mensual media de metano atmosférico medida en la red de puntos de muestreo en superficies marinas de todo el mundo de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA). Las concentraciones aparecen en partes por billón (ppb), teniendo en cuenta que se usa el billón anglosajón (mil millones). Una ppb expresa que una de cada mil millones de moléculas en una muestra de aire es metano. La línea roja y sus cuadrados son valores medios mensuales globales. La línea negra muestra la tendencia a largo plazo (media de 12 meses). Fuente. 

El metano atmosférico ha experimentado dinámicas desconcertantes en los últimos 15 años. Después de un período de estancamiento relativo a principios de los 2000 (+0,5 ± 3,1 ppb/año de aumento medio entre 2000 y 2006), sus concentraciones atmosféricas han aumentado rápidamente desde 2007 a más de diez veces esta tasa: +6,9 ± 2,7 ppb/año entre 2007 y 2015, hasta alcanzar un máximo de 1852,7 ppb en septiembre de 2017 (Figura 1). 

En el Quinto Informe IPCC de 2014 se definieron 4 nuevos escenarios de emisión GEI, las denominadas Trayectorias de Concentración Representativas (RCP, por sus siglas en inglés). Éstas se caracterizan por un Forzamiento Radiativo (FR) total para el año 2100 que oscila entre 2,6 y 8,5 vatios por metro cuadrado (W/m²). Las cuatro trayectorias RCP (Figura 2) representan otros tantos escenarios en el que los esfuerzos en reducir las emisiones conducen desde un nivel de forzamiento muy bajo (RCP2.6), pasando por dos escenarios de estabilización (RCP4.5 y RCP6), hasta un escenario con un nivel muy alto de emisiones de GEI (RCP8.5).

Figura 2. Trayectorias de Concentración Representativas (RCP) y Forzamiento Radiativo (FR) en los escenarios previstos en el IPCC (2014). Fuente.

Debido a la aceleración de las emisiones de metano, su evolución se separa de la mitigación exigida en las RCP2.5, RCP 4.5 y RCP6, y se ajusta más al RCP8.5 W/m2 (Figura 3, izquierda). Esta dinámica al alza subraya la creciente contribución del metano al calentamiento global en relación con las tasas más lentas de crecimiento de CO2 en los últimos tres años (Figura 3, derecha).

Figura 3. Concentraciones de metano atmosférico (izquierda, ppb) y concentraciones de dióxido de carbono (derecha, ppm) entre 2005 y 2020 según las cuatro proyecciones de las RCP. La línea negra es la concentración atmosférica media observada en la red NOAA. Fuente.

Según los datos de 1999, las fuentes y sumideros que determinan el balance mundial del metano se muestran en la Tabla 1. Actualizadas a 2016, las emisiones globales se estiman en 559 [540-568] Tg/año para la década 2003-2012. Las fuentes tropicales, incluidas las naturales y las antropogénicas, representan dos tercios de las emisiones mundiales totales y están dominadas por las emisiones procedentes de los humedales. Aproximadamente dos tercios de las emisiones globales son atribuibles a actividades antropogénicas (Figura 4).

Tabla 1. Fuente.

Aunque no existe un escenario consensuado de fuentes y sumideros de metano que explique el aumento atmosférico desde 2007, observaciones atmosféricas publicadas en 2016 sugieren tres contribuyentes principales para el cambio. El primer elemento es un aumento en las emisiones biogénicas, principalmente de la agricultura y de la ganadería. Un tercio de las emisiones antrópicas procede de la ganadería y, en concreto, del sistema digestivo de los 2.500 millones de cabezas de ganado que, entre vacas, ovejas y cabras, alimentan a media humanidad. Y son millones de humanos los que dependen del arroz para subsistir. Los arrozales son responsables de otro 9% del metano que cada año llega a la atmósfera. El segundo es un aumento de las emisiones relacionadas con los combustibles fósiles. El tercero es una disminución de las emisiones debidas a la quema de biomasa.

Figura 4. Emisiones anuales de metano (en Tg/año para la década 2003-2012) para catorce regiones continentales y cinco categorías de emisiones. Las estimaciones son el promedio de un conjunto de modelos de inversión de arriba hacia abajo descritos en Saunois et al (2016).

A pesar de las importantes incertidumbres en las fuentes y sumideros de metano, el reciente aumento en sus concentraciones atmosféricas sugiere una contribución antropogénica dominante (ya sea biogénica o termogénica). Por lo tanto, el metano ofrece oportunidades cada vez mayores para la mitigación del cambio climático que podría permitir un retorno a trayectorias de menor emisión como RCP6 o RCP4.5.

Debido al alto potencial de calentamiento global del metano y a su corta vida en la atmósfera en comparación con el dióxido da carbono, su mitigación ofrece la posibilidad de frenar el cambio climático de manera eficiente en un horizonte de tiempo más corto. Ya existe un conjunto diverso de estrategias, tal como lo proponen asociaciones multilaterales como la Iniciativa Mundial sobre el Metano y la Coalición sobre el Clima y el Aire Limpio, respaldadas por la Declaración de los Líderes del G7 en mayo de 2016  en la que se “reconoce la importancia de mitigar las emisiones de contaminantes climáticos de vida corta”. Las oportunidades de mitigar las emisiones incluyen (1) airear y quemar metano en minas de carbón, lo que al mismo tiempo mejora la seguridad de los mineros; (2) detectar y eliminar fugas de gas natural desde los pozos a lo largo de la cadena de distribución; (3) sellar vertederos, lo que reduce las emisiones de metano al tiempo que se produce biogás para el uso de energía y transporte, y (4) desarrollar biodigestores agrícolas, lo que se ha hecho masivamente en Alemania y se está extendiendo a otros países europeos.

Se están desarrollando otras estrategias, pero se necesita más investigación sobre posibles consecuencias indirectas. El cambio de la dieta de los rumiantes (por ejemplo, alimentándolos con semillas del lino Linum usitatissimum) está siendo analizado (1, 2), pero se necesita la evaluación final de la calidad de la carne y la leche. La modificación de las prácticas agrícolas arroceras (por ejemplo, arrozales con inundación reducida o, incluso, de secano) está probada satisfactoriamente a escala experimental, lo que resulta prometedor suponiendo que sea capaz de garantizar el rendimiento y la calidad del alimento básico de más de 3.000 millones de personas. Esas políticas de mitigación en los sectores de la agricultura y los desechos son fundamentales para reducir las emisiones de metano en la mayoría de las regiones con emisiones elevadas (Figura 4).

Parece que el metano desempeña un papel cada vez más importante en el cambio climático de origen antropogénico, particularmente a la luz de la relativa desaceleración de las emisiones de dióxido de carbono en los últimos tres años. Las emisiones de metano derivadas del aumento de las actividades agropecuarias parece ser una causa importante, posiblemente dominante, de las tendencias de crecimiento atmosférico de la última década, por lo que ofrece una creciente oportunidad de mitigación, atendiendo a la necesidad de equilibrar la seguridad alimentaria y la protección del medio ambiente. 

Con la mayor parte de la atención puesta en las emisiones de dióxido de carbono, mantener el calentamiento global por debajo de los 2 °C es de por sí un gran desafío, un desafío que se volverá cada vez más difícil de conseguir si las reducciones en las emisiones de metano no se abordan de manera firme y rápida. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

Cómo la alimentación y la agricultura contribuyen al cambio climático

 

Alimentar al mundo exige un gran esfuerzo que, además de crear otros problemas ambientales entre los que se cuenta la acusada pérdida de biodiversidad, produce cada año miles de millones de toneladas de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), alrededor de un tercio del total mundial.

A pesar de que la alimentación es un gran problema climático, hasta ahora se ha hecho muy poco para abordarlo. La conferencia climática de la ONU de este año en Dubai será la primera en dedicar un día entero a la cuestión de cómo reducir el impacto climático de los alimentos.

Los que siguen son algunos datos sobre las fuentes de emisiones del sector agroalimentario.

¿CUÁNTO EMITEN NUESTROS ALIMENTOS?

Los sistemas alimentarios mundiales representaron 16.000 millones de toneladas métricas de equivalentes de dióxido de carbono, es decir, el 31% de las emisiones de GEI provocadas por el hombre en 2020, según el último informe de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO). Esas emisiones representan un incremento del 9% con respecto a 2000.

Eso incluye las emisiones relacionadas con la agricultura y el uso de la tierra, la producción de cultivos y ganado, el consumo y desperdicio de alimentos en los hogares, y la energía utilizada en el procesamiento y transporte agroalimentario.

En total, esos sectores generaron el 21% de todo el dióxido de carbono del mundo, el 53% de todo el metano y el 78% de todas las emisiones de óxido nitroso a nivel mundial, según la FAO.

GANADO

Uno de los mayores contribuyentes es el ganado. Según la FAO, la producción ganadera mundial genera alrededor del 14,5% de todas las emisiones antropogénicas de GEI. El ganado es responsable del 65% de esas emisiones, en gran parte en forma de metano. Cuando los animales rumiantes como las vacas y las ovejas digieren los alimentos, producen metano en forma de gases a través de eructos y ventosidades. El almacenamiento de estiércol, especialmente en grandes balsas, también emite metano.

Las emisiones también provienen de la producción y procesamiento de alimentos para animales, incluido el cultivo de tierras para cultivar, lo que libera dióxido de carbono almacenado en el suelo.

USO DEL SUELO

Las actividades de apoyo a la agricultura, como la deforestación o la degradación de las turberas, generan 3.500 millones de toneladas métricas de CO₂ equivalente al año. Cuando los bosques se talan para fines agrícolas, como criar ganado o cultivar, el carbono almacenado se libera a la atmósfera.

La deforestación es responsable de casi el 80% de las emisiones procedentes de la producción de alimentos en Brasil, por ejemplo, el mayor exportador mundial de carne vacuna y soja. Por su parte, las turberas almacenan enormes cantidades de carbono: el doble que los bosques del mundo. Drenar o quemar turberas para fines como cultivos o pastoreo de ganado es responsable de aproximadamente el 5% de todas las emisiones antropogénicas, según un informe de 2021 de las Naciones Unidas.

DESECHOS ALIMENTICIOS

Según la ONU, alrededor de un tercio de todos los alimentos cultivados en el mundo se desperdicia: el 13% entre las etapas de cosecha y venta al por menor, y el 17% en los hogares y en los sectores de servicios alimentarios y venta.

Según un estudio publicado en la revista Nature Food, esos alimentos desperdiciados (incluida la energía utilizada para producirlos y transportarlos, el deterioro en el transporte y los alimentos desechados después de pudrirse en los refrigeradores y despensas domésticos, generan la mitad de todas las emisiones del sistema alimentario mundial.

Una buena parte de esas emisiones son causadas por el metano que se forma cuando los alimentos se pudren en los vertederos. Los desechos de alimentos representan alrededor del 25% de los desechos sólidos municipales en los vertederos de Estados Unidos, según un estudio reciente de la Agencia de Protección Ambiental norteamericana. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

Adiós a las carnes rojas

Hace algunos meses decidí dejar de comer carnes rojas. Suprimir un alimento que me encanta, supone otra de mis pequeñas contribuciones a la mitigación del mayor problema global: el cambio climático inducido. Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) debidas a la producción de carne de rumiantes son muy importantes. Reducir a nivel mundial el número de rumiantes domésticos supondría una contribución sustancial a los objetivos de mitigación del cambio climático, al tiempo que generaría importantes beneficios sociales y ambientales añadidos [1].

Los rumiantes son herbívoros salvajes y domésticos que comen plantas y las digieren a través del proceso de fermentación entérica en un estómago de cuatro cámaras. El metano se produce como un subproducto de procesos digestivos microbianos que tienen lugar en la primera de esas cámaras, el rumen. Allí, para obtener energía, millones de microorganismos anaeróbicos (bacterias, protozoos y hongos) fermentan el alimento que pueden utilizar: la fibra (especialmente celulosa y hemicelulosa).

Aunque el objetivo principal de la lucha contra el cambio climático inducido se ha centrado en reducir el consumo de combustibles fósiles, los grandes recortes en las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) no mitigarán por sí solos el cambio climático. En la actualidad, los gases de efecto invernadero (GEI) sin CO₂ representan aproximadamente un tercio del total de emisiones antropogénicas equivalentes de CO₂ (CO₂eq)*. Por tanto, solo mediante grandes reducciones simultáneas en las emisiones con y sin dióxido de carbono se lograrán mitigar los efectos de los GEI.

Figura 1. a, emisiones de gases de efecto invernadero y fuentes específicas (F1-F6); F1: Rumiantes; F2: Gas natural, petróleo, industria; F3: Vertederos; F4: Quema de biomasa; F5: Carbón; F6: Arrozales. b, censos mundiales de rumiantes de 1961 a 2011. Fuente.

El metano (CH₄) es el GEI sin dióxido de carbono más abundante. Existen varias fuentes antropogénicas importantes de metano: los rumiantes, la industria de los combustibles fósiles, los vertederos, la quema de biomasa y la producción de arroz (Figura 1a). La ganadería de rumiantes es la mayor fuente de emisiones antropogénicas de CH₄ y ocupa más superficie que cualquier otro uso del terreno a nivel mundial. La relativa falta de atención puesta en esta fuente de GEI sugiere que la conciencia de su importancia es inapropiadamente baja. Las reducciones en el número de rumiantes y de la producción cárnica derivada de ellos beneficiarían simultáneamente a la seguridad alimentaria mundial, la salud humana y la conservación del medio ambiente.

Los animales no rumiantes o "monogástricos" como cerdos y aves de corral tienen un estómago de una sola cámara y sus emisiones de metano son comparativamente insignificantes. En 2011 había censados 3.600 millones de rumiantes domésticos (1.400 millones de bóvidos, 1.100 millones de ovejas, 900.000 cabras y 200.000 búfalos). En promedio, durante los últimos 50 años cada año se suman unos 25 millones de rumiantes domésticos a la cabaña mundial (Figura 1b).

En todo el mundo, el sector ganadero es responsable de aproximadamente el 14,5% de todas las emisiones antropogénicas de GEI (7,1 de 49 Gt CO₂eq/año)**. Aproximadamente el 44% de las emisiones del sector ganadero son en forma de CH₄ procedente de la fermentación gástrica, del estiércol y del forraje de los animales alimentados con derivados del arroz, mientras que el resto corresponde casi por igual al CO₂ (27%) debido al cambio de uso del territorio y al empleo de combustibles fósiles, y al óxido nitroso (29%) de los fertilizantes aplicados en los pastizales. Los rumiantes contribuyen significativamente más (5,7 Gt CO₂eq/año) a las emisiones de GEI que el ganado monogástrico (1,4 Gt CO₂eq/año). Las emisiones debidas al ganado bovino (4,6 Gt CO₂eq/año) son sustancialmente más altas que las de los búfalos (0,6 Gt CO₂eq/año) y las de ovejas y cabras (0,5 Gt CO₂eq/año) [2].

A nivel mundial, los rumiantes contribuyen con el 11,6% y el ganado bovino con el 9,4% de todas las emisiones de GEI procedentes de fuentes antropogénicas. El área total dedicada al pastoreo abarca el 26% de la superficie terrestre. La producción ganadera representa el 70% de las tierras agrícolas mundiales y el área dedicada a la producción de cultivos forrajeros representa el 33% del total de tierras cultivables [3]. Ni que decir tiene que, de disminuir la presión ganadera, todos esos terrenos recuperarían su carácter forestal original.

Aunque las políticas climáticas internacionales se esfuerzan por reducir las emisiones de combustibles fósiles, el sector pecuario ha estado generalmente exento de las políticas climáticas y se está haciendo muy poco para modificar los patrones de producción y consumo de productos cárnicos procedentes de rumiantes [4, 5]. La producción anual de carne en todo el mundo está creciendo rápidamente y se prevé que, si no hay cambios en las políticas, se duplique con creces, de 229 millones de toneladas en 2000 a 465 millones de toneladas en 2050 [3].

Figura 2. Huella media de carbono equivalente de alimentos sólidos ricos en proteínas por kilogramo de producto. F1: Bovino extensivo; F2: Ovino; F3: Bovino en prados; F4: Bovino intensivo (estabulado); F5: Pesquerías; F6: Avicultura (carnes); F7: Avicultura (huevos); F8: Vegetales sustitutos de la carne (productos vegetales de alto contenido proteínico que tienen cualidades morfológicas y organolépticas semejantes a algunos tipos específicos de carne, y que se utilizan en dietas vegetarianas o veganas. Entre las más conocidas se encuentran el tempeh, el seitán, el tofu y otros derivados de la soja); F9: Legumbres. Fuente. 

Cuando el análisis del ciclo de vida completo toma en consideración los efectos ambientales directos e indirectos desde la "granja a la mesa" lo que incluye la fermentación entérica, el estiércol, el forraje, los fertilizantes, el procesamiento, el transporte y el cambio en el uso de la tierra, la huella de GEI del consumo de carne de rumiante es, en promedio, 19-48 veces mayor que la de los alimentos ricos en proteínas obtenidos de las plantas (Fig. 2). Las carnes de animales no rumiantes como las de cerdos y aves de corral (y los marinos) tienen una huella inferior de carbono equivalente, aunque todavía tengan un promedio de 3 a 10 veces mayor que los alimentos vegetales con alto contenido de proteínas. Los cerdos y las aves de corral también consumen alimentos que, de otro modo, consumirían los humanos.

Dado que el cambio del clima de la Tierra puede estar cerca de alcanzar puntos de inflexión importantes, la necesidad de actuar es cada vez más apremiante. Disminuir el aumento del cambio climático forzando rápidamente las reducciones de rumiantes y de CH₄ disminuiría la probabilidad de cruzar irreversiblemente esos puntos de inflexión hacia un nuevo estado climático. Reducir el número de rumiantes será una tarea difícil y compleja, tanto política como socialmente. Sin embargo, la disminución de la cabaña de rumiantes debe considerarse a la par que nuestro gran desafío de reducir significativamente la dependencia del mundo de los combustibles fósiles.

Solo con el reconocimiento de la urgencia de este tema y la voluntad política de comprometer recursos para mitigar de forma integral tanto las emisiones de gases de efecto invernadero con y sin emisiones de CO₂ se logrará un progreso significativo en la mitigación del cambio climático. Para conseguir una respuesta efectiva y rápida, necesitamos aumentar la conciencia entre el público y los legisladores de que lo que elegimos comer tiene importantes consecuencias para el clima. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.

Referencias

[1] Peinado, M. Metano y cambio climático. (2017).

[2] Gerber, P. J. et al. Tackling Climate Change trough Livestock. A Global Assessment of Emissions and Mitigation Opportunities (FAO, 2013).

[3] Steinfeld, H. et al. Livestock’s Long Shadow: Environmental Issues and Options (FAO, 2006).

[4] Smith, P. et al. Glob. Change Biol. 19: 2285–2302 (2013).

[5] Wirsenius, S., Hedenus, F. & Mohlin, K. Climatic Change 108, 159–184 (2011).

* CO₂eq. Medida en toneladas de la huella de carbono, es decir la totalidad de la emisión de Gases de Efecto Invernadero. Para uniformizar la medida, la masa de los diferentes gases emitidos es medida por su equivalencia en CO₂ (dióxido de carbono).

** Gt: gigatonelada, o mil millones de toneladas.

Gas Natural Licuado (GNL)

Los números del gas natural aturden por su magnitud. El promedio de reservas comprobadas de gas del mundo se estima en 156 billones de metros cúbicos [mc] (BP, 2003). Esto, traducido en reservas potenciales, se aproxima a 372 trillones de mc. La incorporación de recursos de fuentes no convencionales, tales como el metano en capas de carbón, y de fuentes altamente especulativas, como los hidratos de gas naturales, arroja un total general de unos 20.000 billones de mc (Kvenvolden, 1993: Reviews of Geophysics, 31 (2). Pero no se hagan ilusiones: el 99% de esos recursos son tan inaccesibles como la energía nuclear que se libera en los procesos de fusión que ocurren en el núcleo del Sol.

Consumos y producción mundiales de gas natural (1965- 2011). Fuente: Fig. 8.

La producción y el consumo mundiales por regiones aparecen en la figura adjunta. Los consumos se han más que triplicado desde 1970. La producción se incrementó en un 227% en ese período y un 2,2% entre 2010 y 2011. Como ocurre con el petróleo, el consumo de gas natural se ha incrementado muy rápidamente en Oriente Medio, Asia-Pacífico y África.

A diferencia del petróleo, que se mueve con relativa facilidad por todo el mundo, el gas natural se comercializa principalmente a escala continental debido a las dificultades de hacerlo a escala intercontinental mediante el transporte en buques cisterna del gas natural licuado. El gas natural licuado es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma líquida. Es la mejor alternativa para transportar gas a lugares donde no es económico llevar el gas por otras vías.

A pesar de su abundancia, el gas natural tardó mucho tiempo en utilizarse masivamente debido a que en su estado normal es gaseoso y, por tanto, difícil de transportar. Quedaba entonces limitado a unas pocas localidades en las que el yacimiento de gas estaba cerca del centro de consumo. Eso fue así hasta que el desarrollo del transporte por gasoductos permitió cubrir largas distancias y conectar los depósitos de gas a los grandes centros de consumo.

Aunque alrededor del año 500 aC, los chinos comenzaron a usar bambú crudo para construir "tuberías" destinado al transporte del gas que se filtraba a la superficie y utilizarlo para hervir el agua de mar para obtener agua potable, fue en Argentina donde se inauguró en 1949 el primer gasoducto moderno, que cubría 1.700 km de distancia para unir del golfo San Jorge con Buenos Aires y que fue en su momento el gasoducto más largo del mundo. A medida que los gasoductos comenzaron a perfeccionarse, se tendió una tupida red pricipalmente a escala continental (pero también intercontinental en el caso de continentes separados por distancia relativamente cortas, como el norte de África y el sur de Europa) y el gas natural pasó a ocupar una porción cada vez más relevante en el suministro energético mundial

Sin embargo, su uso aún quedaba restringido al transporte por gasoducto, lo que dejaba aislado al gas descubierto en otras regiones muy alejadas de los centros de consumo o rodeadas por mares. Gracias a los experimentos que Faraday realizó en el siglo XIX, sabemos que cuando el gas natural, esto es, el metano, se enfría a -161 ºC y a presión atmosférica, se convierte en líquido y se puede manejar como tal. Por el contrario, el gas que se transporta por gasoductos circula en estado gaseoso a presiones de 72 bares para los de las redes básicas de transporte y de 16 bares en las redes de distribución en las ciudades, lo que requiere la instalación a lo largo de su trayecto de estaciones reguladoras.

Karl von Linde. Fuente

En 1870 el inventor e industrial alemán Karl von Linde construyó la máquina de absorción, así como el primer aparato refrigerador por compresión. En 1895 licuó el aire por compresión y expansión combinada con el enfriamiento intermedio, obteniendo oxígeno líquido y nitrógeno gaseoso prácticamente puros. El invento principal de von Linde fue la máquina de absorción, es decir, el frigorífico. Para licuar el aire von Linde utilizó un método basado en los trabajos de James Prescott Joule y de William Thomson (lord Kelvin), y la introducción de la técnica de contracorriente. El aire es aspirado por la máquina, donde es comprimido, antes de enfriarse y ser descomprimido, con lo que en este punto se enfría. En la contracorriente intercambiadora de calor, el aire que ya se ha enfriado se emplea para enfriar más el aire comprimido, que se enfría de nuevo con la siguiente entrada de aire. La continua repetición del proceso conduce a una mayor reducción de la temperatura hasta que el aire es licuado.

Golar Spirit, un buque metanero de 240 metros de eslora
construido por Kawasaki. Fuente

Cuando el gas natural se presuriza hasta alcanzar su temperatura de licuefacción (GNL[1]), ocupa aproximadamente unas 600 veces menos volumen en fase líquida que en fase gaseosa, lo que permite su transporte y almacenaje en cisternas y buques cisterna, también llamados buques metaneros, porque el gas natural es esencialmente eso, metano. Para empezar a entendernos, un buque metanero medianamente grande que tenga una capacidad de 100.000 mc puede transportar 60 millones de mc de GNL. También, para situar las cosas en perspectiva, en España se consumen anualmente unos 36.000 millones de mc de gas natural, lo que quiere decir que se requerirían 600 viajes de uno de esos buques para suministrar nuestro consumo anual. De todo el gas que importó España en 2013, el 46% fue en forma de GNL transportado por buques, mientras que el 54% restante entró por gasoductos..

El GNL es una alternativa al transporte de gas natural por gasoductos. A medida que aumenta la distancia a la que debe ser transportado el gas, disminuyen las ventajas económicas del gasoducto frente al GNL. Los costes de capital y operativos del gasoducto crecen exponencialmente con su longitud, mientras que un sistema de GNL tiene una sola componente variable con la distancia: el transporte marítimo, tradicionalmente mucho más económico por metro cúbico transportado. Por esa razón, se admite hoy que para distancias por encima de los 1.000 kilómetros y caudales superiores a los 15 millones de mc por día, el GNL es competitivo frente a los gasoductos. Sin embargo, esa afirmación general no tiene en cuenta costes adicionales tales como cruces de ríos, montañas, bosques, etc., en el caso de los gasoductos; ni la necesidad de construir costosas instalaciones portuarias en el caso de las terminales de GNL.

Además de las fases iniciales de exploración, investigación y producción comunes a todos los yacimientos con independencia de su desarrollo posterior, las etapas más importantes de la cadena del GNL son las siguientes:

• Licuefacción para convertir al gas natural en etado gaseoso en GNL y su almacenamiento en tanques especiales para que así pueda ser transportado por barco.

• Transporte GNL en embarcaciones especiales.

• Almacenamiento y regasificación, para convertir el GNL almacenado en tanques de almacenamiento especiales de su fase líquida a su fase gaseosa, listo para ser llevado a su destino final a través del sistema de gasoductos que surge de los puntos de regasificación.

Proceso de licuefacción

Planta de licuefacción Damietta, Port Said, Egipto. Fuente

Cuando se extrae el gas natural de los yacimientos subterráneos, a menudo contiene otros materiales y componentes que deben ser eliminados antes de que pueda ser licuado para su uso. Entre ellos destacan:

• Helio: se separa por su valor económico y por los problemas que podría producir durante el licuado.

• Azufre, que es corrosivo para los equipos; dióxido de carbono que se solidifica en las condiciones de licuefacción, y mercurio, que puede depositarse en instrumentos y falsificar las mediciones.

• Agua: que al enfriar el gas, se congelaría y formaría hielo o bien hidratos que provocarían bloqueos en el equipo en el caso de que no se eliminaran.

• Hidrocarburos pesados: llamados condensados o LGN, que pueden congelarse al igual que el agua y producir bloqueos del equipo y problemas en la combustión del gas.

Según el mercado final, la remoción de etano, propano y otros hidrocarburos debe estar controlada mediante una unidad de remoción de líquidos que puede estar integrada en el proceso de licuefacción.

Para convertir el gas natural en líquido, se enfría el gas tratado hasta -161 °C, que es la temperatura en la cual el metano se convierte en líquido.

El proceso de licuefacción es similar al de refrigeración común: se comprimen los gases refrigerantes (propano, etano/etileno, metano, nitrógeno) y se producen líquidos fríos, que luego se evaporan a medida que intercambian calor con la corriente de gas natural. Hay varias tecnologías de licuefacción usadas industrialmente: las más usadas son la de Air Products (su filial española es Carburos Metálicos) y la de ConocoPhillips Optimized Cascade. La primera se utiliza en el 80% de las plantas, mientras que la segunda en el 12%.

Proceso de almacenamiento

Planta de almacenamiento de GNL en el puerto de Barcelona.
 Fuente

El GNL es almacenado en tanques de paredes dobles a presión atmosférica y a -161 °C, cuyas dimensiones pueden llegar a 80/90 metros de diámetro exterior y 45/50 metros de altura en centro de la cúpula. El tanque de almacenaje es, en realidad, un tanque dentro de otro tanque. El espacio anular entre las dos paredes del tanque está lleno de aislante. El tanque interno, en contacto con el GNL, está hecho de materiales recomendados para el servicio criogénico y la carga estructural proporcionada por el GNL. Estos materiales incluyen un 9% de acero níquel, aluminio y cemento pretensado. El tanque exterior está hecho generalmente de acero al carbono y concreto pretensado. El fondo de hormigón se atraviesa con una serie de tubos que contienen resistencias de calefacción para evitar la congelación del terreno.

Al estar almacenado el GNL en condiciones de equilibrio, tanto las aportaciones de energía (calor entrante por las paredes) como las disminuciones de presión, dan lugar a la vaporización de un pequeño porcentaje de GNL. Este gas vaporizado (boil-off) se comprime mediante compresores criogénicos y se bombea nuevamente al tanque donde se condensa.

Proceso de transporte

Los buques de transporte de GNL son embarcaciones de casco dobles, especialmente diseñadas y aislados para prevenir el goteo o ruptura en caso de un accidente. El GNL está almacenado en un sistema especial dentro del casco interior donde se mantiene a presión atmosférica y -161 °C.

Buque metanero de tipo Moss. Fuente

Hay esencialmente dos tipos de tanques para estos buques: A) esféricos o tipo Moss: están construidos en acero inoxidable o aleación de aluminio y son autoportantes, es decir, que los propios buques soportan la carga. Son muy característicos por tener un sistema de contención de carga muy particular, que incluye cuatro, o más, grandes tanques esféricos, cuyas semiesferas destacan sobre la cubierta principal. B) de membrana de acero corrugado y expandible en los que el peso de la carga se trasmite al casco interior a través de las membranas y aislamientos. Se denominan Q-Flex. Externamente se distinguen porque sobre la cubierta sobresale una estructura de tipo prismático.

Buque metanero QMax. Fuente

El GNL en los tanques de carga del buque se mantiene a su temperatura de saturación (-161 °C) a lo largo de toda la navegación, pero se permite que una pequeña cantidad de vapor se disipe por ebullición, en un proceso que se denomina autorrefrigeración. El gas evaporado se utiliza para impulsar los motores del buque.

En 2012 había en el mundo 360 metaneros en operación, incluyendo 31 Q-Flex (210.000- 217.000 mc ) y 14 QMax (más de 260.000 mc), con una capacidad combinada de 53 millones de mc de GNL, lo que quiere decir que entre todos podrían suministrar el gas que se consume en España en aproximadamente año y medio.

Proceso de regasificación del GNL

Una vez que el buque metanero llega a la terminal de regasificación, se bombea el GNL desde el barco hasta los tanques de almacenamiento, que son similares a los utilizados en la terminal de licuefacción. Cuando llega el momento de su uso, se calienta el GNL pasándolo por tuberías calentadas directamente por calderas, agua de mar o a través de tuberías calentadas por agua. El gas vaporizado es después regulado a presión y entra al sistema de gaseoductos como gas natural.

Con el incremento de la oferta de GNL en el mundo, comenzaron a incrementarse las ventas spot (al contado) de GNL en el mundo. A partir de ello, y considerando los altos costes de capital en infraestructuras que exige la construcción de una planta regasificadora, se comenzaron a construir sistemas de regasificación del GNL en los propios barcos metaneros, que en principio habían sido diseñados para atender picos de demanda estacional en distintas partes del mundo.

Planta de regasificación de Petrobras. Fuente

El buque regasificador utiliza sus tanques para almacenaje. Es necesario adecuar las instalaciones portuarias para la maniobra de estos cargueros y su amarre. Además, hay que diseñar un brazo de carga en el muelle y construir los gasoductos de conexión con el gasoducto local. A medida que se agota el GNL almacenado en sus tanques, el buque regasificador es reabastecido por otro buque metanero en una operación de carga barco a barco.

El mercado

Los proyectos de GNL son técnicamente muy complejos, exigen largos tiempos de construcción y requieren varios miles de millones de euros de inversión. En sus comienzos, en la década de los sesenta del año pasado y en las décadas siguientes, la financiación de estos proyectos requería que se firmasen previamente contratos de suministro con clientes en el lugar de destino, para que se cubriera la casi totalidad de la capacidad de la planta de licuefacción.

En muchos casos, en los lugares de destino se construían centrales con turbinas de gas para generación de energía eléctrica, para de esa manera asegurar un mercado para el gas. Actualmente, la situación ha cambiado mucho, hay mucha más oferta mundial de gas y eso ha convertido al GNL en una herramienta muy flexible de suministro de gas.

Estos son algunos datos relevantes:

• Actualmente, los volúmenes de GNL comercializados están en el orden de las 224 millones de toneladas (500 millones de mc ), más del 10% del mercado global de gas natural.

• Hay 94 instalaciones de licuefacción (llamadas trenes en la jerga de la industria) con una capacidad conjunta de 271 millones de toneladas (604 millones de  mc ).

• En cuanto a terminales de regasificación, existen actualmente 83, en 23 países, con una capacidad total de 572 millones de toneladas (1.276 millones de mc). Además, hay 110 millones de toneladas de capacidad en construcción para 2015.

• En 2013, España recibió gas de 11 mercados distintos, encabezados por Argelia (51%), Países del Golfo (12%), Nigeria (10%), Trinidad & Tobago (6%), y Perú y Noruega, con un 4%, principalmente. En la actualidad, nuestro país puede recibir gas a través de 6 regasificadoras activas (con una capacidad de recepción de 60.000 millones de m³, lo que supone el 36,5% de la capacidad de regasificación de Europa), y mediante 6 gasoductos, dos con el Magreb, dos con Francia y dos con Portugal.

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[1] En la industria energética el gas natural licuado se conoce por sus siglas: GNL y no hay que confundirlo con los líquidos del gas natural, como el propano o el butano que se obtienen por tratamiento del gas o del petróleo en las refinerías.

Unas plantas con "estómago" de rumiante

Utricularia australis. Foto.

Las vejigas (género Utricularia) son uno de los grupos más cosmopolitas de plantas carnívoras. Entre las más de doscientas especies del género las hay terrestres, pero la mayoría de ellas son acuáticas. De las cinco especies que viven en España, U. subulata es la única terrestre, aunque viva en medios temporalmente inundados, y el resto son totalmente acuáticas. Desde hace un par de siglos, se sabía que todas son carnívoras y capturan pequeños organismos por medio de trampas con vejigas de succión.

En general, las especies terrestres poseen trampas diminutas (entre 0,2 y 1,2 mm), y se alimentan de pequeñísimas presas como protozoos y rotíferos que flotan en suelos encharcados. Sin embargo, en las especies acuáticas como U. vulgaris, las trampas miden más de cinco mm de diámetro y se pueden alimentar de presas más grandes, como nemátodos, larvas de mosquito y renacuajos. A pesar de su pequeño tamaño, las trampas son extremadamente eficaces.

A pesar de su cosmopolitismo y de su popularidad entre los aficionados a las plantas carnívoras, los hábitos carnívoros de las vejigas han sido objeto de algún debate. Cuando se han estudiado a fondo se ha visto que las tasas de captura de presas son sorprendentemente bajas para la mayoría de las especies. Dicho de otra forma, se sospechaba que con lo que ingerían no era suficiente para mantenerse vivas.

La cuestión llevó a algunos investigadores a postular que las vejigas pueden beneficiarse de otras formas pasivas de incorporación de nutrientes. Para comprender mejor cómo utilizan sus trampas, un equipo de investigadores decidió observar más de cerca el microbioma que vive en el fluido interno de las trampas de tres especies acuáticas flotantes: U. vulgaris, U. australis y U. reflexa (las dos primeras viven en España).

Antes de entrar en materia es conveniente decir un par de cosas sobre Utricularia. El nombre del género procede del latín utriculus, diminutivo de odre en alusión a los característicos utrículos, las trampas con aspecto de vejiga. 

El mecanismo de captura de estas plantas es puramente mecánico; no requiere ninguna reacción de la planta (irritabilidad) por la presencia de la presa, a diferencia de los mecanismos de disparo de las trampas de otras conocidas carnívoras como Dionaea, Aldrovanda, y muchas Drosera. Desde el fondo de la trampa surgen varias cerdas largas y rígidas que se extienden hacia el exterior; aunque a veces se les denomine pelos sensitivos o antenas, no tienen nada que ver con los de Dionaea y Aldrovanda. De hecho, son simples palancas. 

Utricularia macrorhiza. Foto. 

La captura se logra por el constante bombeo de agua a través de las paredes de la vejiga mediante transporte activo. Cada trampa tiene una trampilla muy pequeña que suele estar bien cerrada. Para tender las trampas, la planta bombea hacia el exterior una parte del agua, para que la presión en el interior sea menor que la exterior. Si un diminuto animal nada demasiado cerca de la trampa, rozará las cerdas que se encuentran pegadas a la trampilla. La trampilla se abre y la trampa engulle agua de repente, arrastrando al animal hacia adentro. Todo el proceso dura sólo de 10 a 15 milésimas de segundo. Una vez que la vejiga está llena de agua la puerta se cierra nuevamente (Mira este vídeo). 

La presa es digerida por secreciones digestivas, proceso que suele durar unas horas, aunque algunos protozoos parecen ser muy resistentes y se ha comprobado que pueden vivir varios días dentro de la trampa. Mientras dura la digestión, las paredes de la trampa siguen bombeando agua, y la vejiga puede estar lista para la siguiente captura en tan solo 15 o 30 minutos.

Cuando se pusieron a escudriñar en el microbioma del interior de los utrículos, los investigadores descubrieron una asombrosa variedad de microorganismos perfectamente acomodados dentro de ellas. Las trampas albergan comunidades microbianas extremadamente diversas, mucho más ricas que la diversidad microbiana de otras trampas de plantas carnívoras. De hecho, la riqueza de estas comunidades microbianas era más parecida a la que vive en las raices de las plantas terrestres o en el intestino de un rumiante. En lo que se refiere a las especies de microrganismos que encontraron, las comunidades microbianas de las vejigas se parecían más a las de las grandes trampas de las especies de Sarracenia y a los intestinos de las iguanas herbívoras.

Las similitudes con intestinos de herbívoros son más que notables. Los tipos de microorganismos que encontraron no eran desconocidos para la ciencia, pero su función resultó sorprendente. Un gran porcentaje de las bacterias que viven dentro del fluido lo componen especies productoras de enzimas que digieren tejidos vegetales complejos. El equipo encontró también grupos de microbios especializados en la fermentación anaerobia, que son en buena medida responsables de la descomposición de la materia vegetal en el rumen del ganado.

Utricularia argentea. Foto.

La conclusión es que los microbios que viven dentro de las trampas cumplen una función muy importante para la planta: descomponen las células de las plantas y las algas que penetran en las trampas cada vez que se abren y se cierran. Al hacerlo, se liberan nutrientes que las vejigas pueden absorber e incorporar a sus rutas metabólicas. Lo repito: las bacterias que viven en las trampas digieren algas y otros materiales vegetales que las especies de Utriculariapueden absorber.

Es bien sabido que este tipo de digestión bacteriana es responsable de emitir mucho metano en el proceso. Curiosamente, los investigadores no pudieron detectar niveles mensurables de metano saliendo de las trampas. De la eliminación del metano se encarga una comunidad de microbios que se alimentan de este gas y que también viven dentro de las trampas y metabolizan todo el metano que se produce antes de que pueda escapar de las trampas.

No quisiera dar la impresión de que estas plantas carnívoras hayan adoptado un estilo de vida vegano. El equipo también encontró dentro de las trampas miles de otros microorganismos, muchos de ellos carnívoros. Entre ellos destacaba una rica comunidad de protistas, en su mayoría eran euglénidos y ciliados. Este tipo de protistas son importantes depredadores microbianos y la cantidad de ellos encontradas dentro de las trampas sugiere que son un componente bastante significativo de estos microbiomas de las trampas.

A medida que persiguen y consumen bacterias y otros protistas, estos depredadores microscópicos liberan nutrientes que las utricularias pueden absorber y utilizar. El número de estos protistas depredadores era mucho mayor en las trampas más viejas, que han tenido mucho más tiempo para acumular un microbioma más complejo. Se estima que las comunidades de protistas pueden reciclar todo el contenido de las trampas más de 4 o 5 veces en un período de 24 horas. 

Los protistas tampoco fueron los únicos depredadores encontrados dentro de las trampas. También hay una cantidad considerable de depredadores bacterianos. Estos no solo reciclan los nutrientes de manera semejante a la comunidad de protistas, porque es probable que también ejerzan fuertes controles sobre la biodiversidad dentro de este ecosistema en miniatura. En otras palabras, se consideran depredadores clave de estos microcosmos. Dentro de las trampas había también grandes cantidades de ADN fúngico. Los investigadores piensan que ningún hongo vive realmente dentro de las trampas. Más bien, piensan que son esporas liberadas en el entorno.

En conjunto, descubrir comunidades microbianas tan complejas dentro de estas plantas carnívoras muestra la enorme complejidad ecológica de tales sistemas. Las utricularias dependen de una mezcla de organismos simbióticos para proporcionarles los nutrientes que necesitan. 

En esencia, casi se puede pensar en las utricularias como plantas provistas de pequeños y complejos estómagos de rumiante, que utilizan su comunidad microbiana para obtener la mayor cantidad de nutrientes posible de su entorno. Las utricularias consiguen nutrientes y los microbios un sitio para vivir. Parece, además, que las utricularias crean un hábitat favorable para estos microrganismos. El análisis del líquido de la trampa demostró que las plantas regulan activamente su pH para mantener a su comunidad digestiva. Al hacerlo, pueden compensar la relativa rareza de la captura de presas que tanto había escamado a los botánicos. Es una muestra más del raro mutualismo digestivo que practican algunas carnívoras.

Téngase en cuenta que esta investigación se realizó solo en tres especies de Utricularia procedentes de hábitats semejantes. Imagine lo que podrá encontrarse en las trampas de las más de doscientas especies conocidas del género. © Manuel Peinado Lorca @mpeinadolorca.