Sr. Sergey Alekseenko, cuando un lego se entera del cambio climático a través de las noticias, esta persona podría tener la impresión de que los científicos del clima han pasado de hablar principalmente sobre la amenaza de la destrucción de la capa de ozono hace 20 años a discutir las consecuencias a largo plazo de las emisiones de gases de efecto invernadero. hoy. ¿Es correcta esa impresión?
Sí, después de centrarse principalmente en el problema de la destrucción de la capa de ozono en la década de 1980, han pasado al calentamiento global en los últimos años, aparentemente olvidándose del ozono. Pero el problema de la destrucción de la capa de ozono no ha desaparecido, y ha sido causado en gran medida por las emisiones de freones creadas por el hombre, derivados de carbonos saturados que contienen halógenos y que se utilizan ampliamente como refrigerantes. Por supuesto, también hay fuentes naturales de gases que contienen halógenos, como los volcanes. Es crucial señalar que los mecanismos del cambio climático y el agotamiento del ozono están fuertemente interconectados.
¿Podría explicar el mecanismo del calentamiento global?
Hay cinco factores físicos principales que inciden en el cambio climático: el efecto invernadero, los aerosoles troposféricos (que contribuyen a bajar las temperaturas), la actividad solar, los parámetros de la órbita terrestre y, por último, la actividad volcánica.
Estos factores tienen diferentes impactos dependiendo de su duración, lo que significa que debemos tener en cuenta la escala de tiempo. Por ejemplo, los ciclos de Milankovitch, que son responsables de las variaciones en el flujo de energía solar que llega a la Tierra, tienen un período de 23.000 años (precesión axial de la Tierra) a 96.000 años (variaciones en la excentricidad orbital de la Tierra). Este es un factor importante en una escala de decenas de miles de años, como se puede ver en los núcleos de hielo extraídos en la estación Vostok en la Antártida en la era soviética. Sin embargo, este factor se cancela casi por completo en un siglo.
No se puede explicar el cambio climático sin tener en cuenta las llamadas retroalimentaciones, el fenómeno más difícil de comprender y describir. Me gustaría citar el ejemplo más importante de la manifestación de retroalimentaciones, que demuestra cómo una pequeña cantidad de emisiones de CO2 provocadas por el hombre puede tener un fuerte efecto de calentamiento. Partimos del hecho de que todo el sistema Tierra está en equilibrio (lo que incluye las grandes emisiones de CO 2 existentes en la naturaleza). Cuando las actividades humanas generan emisiones menores de CO 2emisiones, esto conduce a un aumento muy pequeño de la temperatura debido al efecto invernadero. Pero un pequeño aumento de la temperatura provoca un aumento de la humedad debido a la relación exponencial entre la humedad y la temperatura. El vapor de agua, que es el gas de efecto invernadero dominante, inmediatamente comienza a contribuir en gran medida al efecto invernadero. En otras palabras, el CO2Las emisiones sirven como una especie de desencadenante de los procesos que conducen al calentamiento global. Por supuesto, solo se puede obtener un resultado cuantitativo sobre la base de modelos climáticos completos del sistema terrestre, teniendo en cuenta todos los factores posibles, lo cual es una tarea increíblemente difícil. Las constantes emisiones de dióxido de carbono (y otros gases de efecto invernadero menos significativos) provocadas por el hombre dan como resultado un desequilibrio de carbono en la Tierra. Cada año, 5 mil millones de toneladas de carbono permanecen en la atmósfera y no pueden ser absorbidas rápidamente por la vegetación terrestre o los océanos del mundo. Por ejemplo, el dióxido de carbono se une al carbonato de calcio en las capas profundas del océano, pero este proceso lleva cientos e incluso miles de años, por lo que debemos volver a mencionar la escala de tiempo.
Para evaluar el calentamiento, necesitamos calcular el balance de energía. La Tierra recibe un promedio de 341 vatios (W) de energía solar por metro cuadrado. Debido al efecto invernadero, la cantidad de energía que devuelve al espacio exterior es ligeramente menor. Y el desequilibrio es de solo 2,72 W/m 2 . Esta es la razón del calentamiento global expresado en números.
¿Cómo es el proceso de destrucción de la capa de ozono?
Hay muchas reacciones involucradas en el agotamiento del ozono. Antes de la influencia humana, todo en la naturaleza estaba en equilibrio. Sin embargo, las emisiones humanas de freones y otras sustancias que contienen halógenos a la atmósfera perturbaron el equilibrio, lo que comenzó a causar la destrucción de la capa de ozono. Estos procesos ocurren en varias etapas. Dado que los freones tienen una larga vida útil, se acumulan en la troposfera y luego son llevados a través de vórtices atmosféricos a la estratosfera, donde primero se acumulan en forma de los llamados gases colectores como HCl (compuestos de baja reactividad). Los gases colectores luego se convierten de varias maneras en los gases más reactivos del tipo ClO, que están involucrados en las reacciones de agotamiento del ozono bajo la radiación ultravioleta. Solo el cloro y el bromo interactúan directamente con el ozono. La reacción del ozono con el cloro provoca la destrucción del ozono y la formación de óxido de cloro, que se convierte de nuevo en cloro y oxígeno cuando se expone a la radiación ultravioleta. Lo que significa que esta reacción es catalítica. Al mismo tiempo, un átomo de cloro puede destruir millones de moléculas de ozono.
¿Por qué se observan agujeros de ozono en la Antártida?
Esto es causado por las llamadas nubes polares, que se forman a partir de agua, ácidos nítrico y sulfúrico a temperaturas inferiores a -78 grados centígrados. A diferencia del Ártico, esta temperatura puede persistir en la Antártida durante seis meses gracias a un vórtice polar muy estable, que actúa como una barrera que impide que las masas de aire se mezclen. En las partículas de las nubes polares se producen reacciones heterogéneas que conducen a la formación intensiva de óxido de cloro. En la primavera, la exposición a la luz solar hace que el óxido de cloro produzca cloro, lo que destruye la capa de ozono. En el Ártico, la presencia de áreas terrestres grandes y poco espaciadas provoca perturbaciones atmosféricas que impiden la formación de un vórtice polar estable o, como resultado, una zona de bajas temperaturas a largo plazo.
¿Cómo podemos prevenir la destrucción de la capa de ozono?
La solución ya es bastante evidente: debemos dejar de usar freones que agotan la capa de ozono y otros gases industriales que contienen halógenos. Pero esto crea algunos otros problemas. Como alternativa, los fabricantes han comenzado a emplear activamente freones que no dañan la capa de ozono, principalmente hidrofluorocarbonos del tipo Freon 134a, que ahora se usa ampliamente en refrigeradores. Pero tanto los freones que agotan la capa de ozono como los que no dañan la capa de ozono son fuertes gases de efecto invernadero. Es por eso que también se prohibirá su uso en un futuro próximo.
Otro problema es que, como ya he señalado, existe una fuerte relación entre el cambio climático y la destrucción de la capa de ozono. Las sustancias que agotan la capa de ozono y sus sustitutos son gases de efecto invernadero. El ozono también es un gas de efecto invernadero. A su vez, el cambio climático tiene un gran impacto en el ozono. El contenido de ozono depende en gran medida de las futuras emisiones de dióxido de carbono, metano y óxido nitroso.
Esto lleva a un enigma. Si las emisiones de CO 2 son altas, el ozono total se recuperará rápidamente (en 2030). ¡ Si las emisiones de CO 2 son bajas, el ozono total no se recuperará en absoluto ni siquiera para el año 2100! Por eso, la lucha contra el cambio climático nos obliga esencialmente a elegir entre reducir los gases de efecto invernadero o restaurar la capa de ozono.
¿Qué significa esto para la industria energética mundial?
Cuando se trata del cambio climático, debemos avanzar hacia la energía baja en carbono, aunque teniendo en cuenta el potencial económico de los países y las especificidades regionales. Y conocemos los enfoques que se pueden utilizar. Esto significa, sobre todo, aumentar la eficiencia de las centrales eléctricas y desarrollar tecnologías que permitan utilizar combustibles fósiles sin producir CO 2emisiones, incluyendo el Ciclo Allam y otras tecnologías con secuestro de dióxido de carbono. Al mismo tiempo, existe la necesidad de lograr un equilibrio entre las fuentes de energía fósiles y renovables, particularmente considerando las necesidades de los países con climas fríos en términos de generación de energía térmica. Esto es especialmente cierto para Rusia. Ni la energía solar ni la eólica pueden resolver el problema aquí. De mayor interés en este sentido son las plantas de energía geotérmica, que generan tanto electricidad como calor (que es, en esencia, energía primaria). El punto es que la energía geotérmica, con la posterior transición al uso de la energía petrotérmica en el futuro, es una fuente de energía inagotable y ¡también la más respetuosa con el medio ambiente! Por supuesto, la energía nuclear también es esencial. Y no nos olvidemos del ahorro energético,
En cuanto a la capa de ozono, que también está relacionada con el clima, mis conclusiones son las siguientes. Dado que casi todos los principales fluidos de trabajo (como los freones) que se utilizan en los motores térmicos son gases que agotan la capa de ozono o de efecto invernadero (o ambos), la selección de sustancias de trabajo para refrigeración, bombas de calor y el ciclo orgánico de Rankine plantea un problema fundamental. . Por esa razón, los fabricantes están considerando el uso de freones amigables con el ozono (pero que producen efecto invernadero) como R134a y R245fa para el período de transición, y el uso de freones de próxima generación (?) sin efecto invernadero en el futuro.
Los fluidos de trabajo (no acuosos) más apropiados en términos de seguridad del ozono y el efecto invernadero son los conocidos agentes naturales: hidrocarburos como el propano y el isobutano; dióxido de carbono; amoníaco. Cada uno tiene sus propias características, incluyendo toxicidad e inflamabilidad. El amoníaco parece especialmente prometedor porque se produce en todo el mundo y también sirve como la mejor forma de almacenar hidrógeno y como combustible eficiente para las pilas de combustible.
