Gases de efecto invernadero y contaminación del aire: puntos en común y diferenciadores

ARTÍCULO ORIGINAL

LIMA, Leandro Jose Barbosa ^[1], HAMZAGIC, Miroslava ^[2]

LIMA, Leandro Jose Barbosa. HAMZAGIC, Miroslava. Gases de efecto invernadero y contaminación del aire: puntos en común y diferenciadores. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Año 07, Ed. 09, vol. 06, págs. 102-144. Septiembre 2022. ISSN:2448-0959, Enlace de acceso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/medio-ambiente/gases-de-efecto-invernadero

RESUMEN

La contaminación del aire provoca alrededor de 4,2 millones de muertes al año, mientras que los Gases de Efecto Invernadero (GEI) provocan el calentamiento global y los cambios climáticos. En este contexto, el presente artículo tiene como pregunta orientadora: ¿cuál es la relación entre la Contaminación Atmosférica y los Gases de Efecto Invernadero? El objetivo de este estudio fue comprender la relación entre la Contaminación del Aire y los Gases de Efecto Invernadero (GEI). Este fue un estudio exploratorio, documental y de revisión de literatura basado en materiales publicados con el uso de herramientas estadísticas. Como conclusión, el material publicado presenta qué tienen en común los GEI y la Contaminación del Aire, cuáles son los diferenciadores y las perspectivas de futuro sobre estos.

Palabras clave: Transición Energética, Contaminación del Aire, Gases de Efecto Invernadero, Muertes, Huella de Carbono.

1. INTRODUCCIÓN

Hay muchas perspectivas diferentes para tomar, cuando se mira la transición energética. Es importante enfocarse en su propósito principal: evitar el aumento de la temperatura de la tierra y consecuentemente generar el cambio climático, que afecta vidas de muy diversas formas, como: eventos de desastres naturales, desertificación, producción de alimentos, inundaciones, extinción de especies, entre otros efectos ( HAINES, 2020).

Los gases de efecto invernadero, GEI, están hechos de moléculas que pueden mantener la radiación infrarroja del sol reflejada en la superficie de la tierra durante largos períodos de tiempo, lo que hace que la temperatura de la tierra aumente, algunos gases tienen un mayor efecto de reflexión que otros, o simplemente pueden permanecer en la atmósfera durante por más tiempo, por lo tanto, los GEI tienen diferentes potenciales y, para simplificar, existen multiplicadores que se pueden aplicar para convertirlo en equivalente de dióxido de carbono, o CO2e. El Dióxido de Carbono fue elegido para representar al grupo no por su efecto de calentamiento global, sino por ser el más abundante (BABARINDE y ADIO, 2020).

La fluctuación en la temperatura de la tierra ha sido normal a lo largo de los años, y antes de la humanidad la temperatura de la tierra era extremadamente alta, pero con el paso de las eras, el carbono que estaba presente en la atmósfera se recolectó, absorbió y almacenó bajo tierra. Las actividades antropogénicas principalmente posteriores a la primera revolución industrial han devuelto este carbono a la atmósfera, con el fin de generar progreso para la humanidad. Esto ha sucedido a través de innovaciones como barcos de vapor, automóviles, calefacción doméstica, industrias con mayor productividad, etc. Incluso antes de la revolución industrial, el uso del fuego con carbón ha permitido calentar las casas y cocinar los alimentos. En resumen, se emitieron GEI para promover el progreso con la tecnología disponible (WHO, 2021a).

Los GEI no son el único efecto de ese progreso. Los GEI podrían estar realmente asociados con la contaminación del aire, que también resulta en el progreso de la humanidad. Se sabe que la contaminación del aire causa alrededor de 7 millones de muertes cada año, con alrededor de 4,2 millones relacionadas únicamente con la contaminación del aire exterior, el enfoque principal de este estudio. La contaminación del aire, como los GEI, proviene de productos químicos y partículas en la atmósfera y estos se deben a razones naturales o antropogénicas. Las fuentes naturales de contaminación del aire son las erupciones volcánicas, los incendios forestales y los alérgenos; los contaminantes antropogénicos están más relacionados con el uso de energía y la agricultura, desde los propios GEI, el smog y los contaminantes tóxicos (WHO, 2021a). También es importante destacar que el aumento de la temperatura intensifica algunos tipos de contaminación del aire: este estudio pretende demostrar los puntos en común y los diferenciadores entre estos dos actores en el medio ambiente global.

En este contexto, el presente artículo tiene como pregunta orientadora: ¿cuál es la relación entre la Contaminación Atmosférica y los Gases de Efecto Invernadero? El objetivo de este estudio fue comprender la relación entre la Contaminación del Aire y los Gases de Efecto Invernadero (GEI).

2. REVISIÓN DE LITERATURA

La generación de electricidad es uno de los principales contribuyentes a la contaminación del aire y los GEI. El gráfico 1 muestra las muertes más directamente relacionadas con la contaminación del aire y los accidentes en teravatios-hora a la izquierda y las toneladas de CO2 liberadas en gigavatios-hora a la derecha (RITCHIE, 2020).

Gráfico 1. Comparación del impacto de la meta de seguridad entre la contaminación del aire y las emisiones de GEI para cada fuente de energía, a modo de ejemplo

2.1.1 LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE

Cualquier cosa que cambie la condición natural del aire es un contaminador potencial, desde partículas hasta productos químicos. El contaminante puede provenir de fuentes naturales o artificiales, y la contaminación puede estar en interiores, dentro de residencias o al aire libre, del medio ambiente (UNITED NATIONS, s.d.).

Según la OMS (2021a), solo la contaminación del aire interior causa alrededor de 3,2 millones de muertes cada año (alrededor del 0,1% del total de expuestos), principalmente porque el grupo afectado depende de un tipo de combustible/energía no avanzada para cocinar o calentar, que incluye la tradicional uso de biomasa u otros combustibles: afecta principalmente a familias en los límites de la pobreza. Este grupo representa a 2.400 millones de personas que actualmente no están incluidas en el grupo afortunado, que podría usar un tipo de energía más moderno y seguro, fuentes que son un vínculo clave con los GEI y la Transición Energética (UNITED NATIONS, 2007). Un aspecto que algunos países afirman seguir utilizando fuentes de electricidad menos amigables con las emisiones para brindar acceso a la electricidad a toda la población, lo que no parece estar igualmente basado como se puede observar en el Gráfico 2, lo que es en cierto modo un objetivo de seguridad.

La conciencia en torno a los efectos de la contaminación comenzó a notarse como lo relata inicialmente Rachel Carson en el libro Silent Spring, sobre el impacto de los pesticidas, publicado en 1962, que desencadenó un importante movimiento ambientalista. Cerca de 14 mil científicos y otros profesionales en los Estados Unidos se unieron por la protección del medio ambiente, lo que últimamente condujo a la creación de la National Environmental Act, precursora de la US Environmental Protection Agency (EPA) en 1970 (LEWIS, 1985).

Gráfico 2. Porcentaje de población con acceso a energía eléctrica, Datos Globales 2020

Como se demostró en el Gráfico 3 y se observó previamente en el Gráfico 2, en general, las muertes por contaminación del aire exterior o interior cambian de un país a otro, por lo tanto, de la naturaleza de la fuente de contaminación del aire, pero la relación cualitativa entre la contaminación del aire y los GEI puede ser confirmado.

Gráfico 3. Fuentes de muertes por contaminación del aire en EE. UU. e India, 2018

Los contaminantes comunes de la calidad del aire exterior incluyen monóxido de carbono, plomo, dióxido de nitrógeno, ozono, materia particular (grueso o PM10, fino o PM2.5 y ultrafino o PM0.1) y dióxido de azufre (WHO, 2021b; GOODKIND et al., 2019).

La Imagen 1 ilustra en 4 Gráficos cómo el Producto Interno Bruto de los países de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos) han desvinculado su crecimiento económico de los principales contaminantes, a partir de iniciativas para reducir estos contaminantes del aire. En la parte superior izquierda, OCDE, se pueden observar los datos de los 37 países, mientras que los otros 3 gráficos son tendencias más específicas regionales. Es clara la diferencia en el efecto de las políticas de unos países/áreas contra otros al observar la diferencia en el PIB de los contaminantes del aire en 2017.

Imagen 1. PIB vs Contaminantes

2.1.1.1 MONÓXIDO DE CARBONO (CO)

El Monóxido de Carbono es un residual del uso de combustibles fósiles principalmente (transporte), así como de la quema de otros materiales, como el uso tradicional de la biomasa, en su mayoría lo que se podría llamar quema incompleta. La posible producción natural de monóxido de carbono es a través de incendios forestales y erupciones volcánicas. El CO podría provocar confusión, somnolencia y muerte, dependiendo de la concentración (EPA, 2022d; EUROPEAN COMMISSION, 2022). El gráfico 4 demuestra una disminución en la concentración de monóxido de carbono a nivel mundial. Estas son mediciones del sensor de Measurements of Pollution in the Troposphere (MOPITT) en el satélite Terra, que se lanzó en 1999. Según Voiland (2015), la disminución de CO se observó principalmente en el Hemisferio Norte, evidente en la Imagen 2, y aunque el CO no es un GEI, su presencia está asociada con el dióxido de carbono y el metano, ya que se forma con el uso de combustibles fósiles.

Gráfico 4. Concentración de Monóxido de Carbono (partes por billón por volumen)

La reducción en su concentración está relacionada con la innovación tecnológica y las regulaciones, ya que los motores y las centrales eléctricas se han vuelto más sofisticados, con el paso de los años y los países con tecnologías más desarrolladas han logrado mejores resultados en la reducción de Monóxido de Carbono, excepto aquellos que también podrían verse afectados por incendios forestales, principalmente incendios forestales (VOILAND, 2015).

Imagen 2. Imagen del sensor MOPITT en 2014

2.1.2 PLOMO (PB)

La exposición al plomo también tiene su origen en actividades antropogénicas, como el uso de pinturas, combustibles, soldadura y soldadura blanda, materiales, minería y cosméticos con plomo. Sus efectos sobre la salud incluyen anemia, cáncer, crecimiento lento, coeficiente intelectual reducido e hiperactividad, comportamiento, problemas de aprendizaje, así como disminución de la función renal, efectos cardiovasculares y problemas reproductivos (WHO REGIONAL OFFICE FOR EUROPE, 2001). La industria del petróleo y el gas ha desarrollado combustibles más eficientes y se ha detenido el uso de plomo para aumentar los octanos del combustible, como se muestra en el Gráfico 5.

Gráfica 5. Comparación entre concentración de Plomo en gasolina en EUA y México

Como se muestra en los Gráficos 6 y 7 la legislación, el control y la evolución tecnológica han demostrado ser capaces de reducir los niveles de Plomo (Pb) en el aire, en los Estados Unidos.

Gráfico 6. Emisiones de plomo en EE. UU., en miles de toneladas por fuente

Como es posible constatar en el Gráfico 7, que presenta el promedio de Estados Unidos de diez años: 2010 a 2020.

Gráfico 7. Promedio nacional de EE. UU., plomo (μg/m3), como contaminante del aire, de 2010 a 2020

2.1.3 DIÓXIDO DE NITRÓGENO Y ÓXIDO NÍTRICO (NO_2/ NO)

También está relacionado principalmente con la quema de combustibles fósiles a mayor temperatura. El Dióxido de Nitrógeno (NO2) y el Óxido Nítrico (NO), ambos denominados NOX, empeoran las enfermedades respiratorias y reducen las funciones pulmonares, dando síntomas respiratorios como dificultad para respirar, lo que también aumenta la susceptibilidad a infecciones respiratorias. En su interacción con otros contaminantes del aire, podría empeorar los efectos y generar lluvia ácida y es un precursor en la formación de Ozono, un contaminante importante, componente del smog (EPA, 2022b; AMERICAN LUNG ASSOCIATION, 2020).

El éxito general de la reducción en el Reino Unido, las emisiones de NOX está más relacionado con la reducción en el uso de plantas a carbón y automóviles diésel, que incluso con mejoras en la tecnología y reducciones en las emisiones de NOX a lo largo de los años han seguido siendo las principales fuentes urbanas de estas emisiones (GOV.UK, 2022).

Gráfico 8. Promedio de contenido de dióxido de nitrógeno (μg/m3), Reino Unido 1990 a 2021

La Imagen 3 muestra observaciones satelitales sobre los niveles de Dióxido de Nitrógeno durante 2014. Estas imágenes revisan que el área ha establecido restricciones sobre estas emisiones o sobre el uso de combustibles que liberan este tipo de contaminantes que han mostrado avances en la Calidad del Aire (NASA, 2015).

Imagen 3. Concentración de dióxido de nitrógeno en todo el mundo durante 2014

2.1.4 HOLLÍN O PARTÍCULAS (PM10, PM2.5 PM0.1)

PM es una mezcla de partículas sólidas y líquidos que se encuentran en el aire. Puede ser de origen urbano y no urbano. Las PM10, es decir, de 10 micrómetros y menores (partículas inhalables), las PM2.5, es decir, de 2,5 micrómetros y menores (4 veces menores que las PM10) y las PM0.1, es decir, de 0,1 micrómetros o menores, podrían tener su origen en muy diferentes fuentes, incluido el polvo de las obras de construcción, caminos sin pavimentar, incendios y uso de combustibles fósiles. Estas partículas inhaladas pueden causar daños en los pulmones y en otros órganos al entrar al torrente sanguíneo (EPA, 2022e; WHO, 2021b). La imagen 4 ejemplifica las comparaciones de tamaño entre las partículas y algunos elementos conocidos como el cabello humano o la arena de la playa.

Imagen 4. Comparación de tamaño de PM10 y PM2.5 a arena y cabello humano

El Gráfico 9 expresa el comportamiento del PM2.5 a lo largo de los años. En este gráfico, cierta estabilidad, o una pequeña caída, en la concentración en la mayoría de los países a lo largo de los años en la concentración de PM2.5. El Gráfico 10 muestra esa tendencia en una sola línea para una mejor observación. Según la University of Chicago (2022), aproximadamente el 60 % de la concentración de PM2.5 proviene del uso de combustibles fósiles, el 22 % proviene de fuentes naturales y el 18 % proviene de otras actividades humanas (UNIVERSITY OF CHICAGO, 2022).

Gráfico 9. Exposición a la contaminación del aire (PM2.5) de 1990 a 2017 expresada en μg/m3.

Gráfico 10. Contaminación del aire por PM2.5 (μg/m3), Promedio mundial, de 2000 a 2020

2.1.5 DIÓXIDO DE AZUFRE (SO_X/SO₂)

El dióxido de azufre también resulta de la combustión de combustibles fósiles, erupciones volcánicas y algunos procesos industriales. Afecta la salud humana a través de enfermedades respiratorias y también puede reducir la tasa de crecimiento de las plantas y contribuye a la formación de lluvia ácida (EPA, 2022d). El gráfico 11 demuestra las emisiones de dióxido de azufre por región del mundo desde 1950 hasta 2010, donde alrededor de 1980 se puede observar el cambio en el comportamiento de la curva a medida que se hizo más clara la conciencia de los impactos ambientales y de salud, la excepción ha sido en Asia donde un cambio en estos economías de los países han llevado a un aumento del nivel de emisiones.

Gráfico 11. Emisiones de dióxido de azufre por regiones del mundo de 1950 a 2010 en millones de toneladas

Con base en las imágenes de la Imagen 5, y haciendo referencia cruzada con el Gráfico 11, es posible comprender las fuentes y por qué está creciendo en algunas áreas, lo que prueba la conexión con el uso de combustibles fósiles para energía como la mayoría y en las actividades de fundición, otra conexión con los GEI. También es posible hacer referencia a la Imagen 3 y las ubicaciones de las centrales a la concentración de Dióxido de Nitrógeno.

Imagen 5. Fuentes globales de dióxido de azufre, petróleo y gas (círculo azul), centrales eléctricas (círculo rojo), fundición (círculo verde) y erupción volcánica (triángulo naranja), datos de satélite

2.1.6 COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES DISTINTOS DEL METANO (NMVOC)

Los COVDM son emitidos por varios tipos de productos y procesos, como pinturas, barnices, ceras, solventes, combustibles, pesticidas, y esto varía según las características de estos productos, lo que hace que sus emisiones sean geográficamente dependientes. Su emisión también está asociada al uso de combustibles fósiles, procesos alimentarios, siderúrgicos y papeleros, quema de procesos agrícolas. Puede causar irritación en los ojos y el sistema respiratorio, algún tipo de cáncer en humanos y animales, dolor de cabeza y daños en el hígado, los riñones y el sistema nervioso central (HUANG et al., 2017). El metano es un tipo de COV, pero es menos reactivo (WHO, 2021b).

Gráfico 12. Emisiones antropogénicas globales de COVDM

El gráfico 12 muestra una reducción en Europa y América del Norte, que se relaciona principalmente con la implementación de políticas relacionadas con los combustibles que afectaron la contaminación residencial y el transporte, lo que incluye el uso de combustibles más limpios. África, India y China son los países que más emiten NMVOC WW, y eso se debe principalmente a factores residenciales, principalmente al uso de biomasa (HUANG et al., 2017).

Gráfico 13. COVDM por Sector

De las Imágenes 13, 14 y 15 es posible observar que la mayor parte del aumento de emisiones de COVDM proviene de la Industria de Transformación, Aplicación de Solventes y ‘Producción y uso de otros productos’, pero el mayor contribuyente en número absoluto es el Combustible Producción/transmisión.

Gráfico 14. COVDM sobre Otras Combustiones Industriales

Gráfico 15. COVDM sobre Otros

2.1.7 OZONO A NIVEL TERRESTRE (GLO) O TROPOSFÉRICO

Esta no es una emisión directa al aire, sino que se convierte en un Contaminante del Aire, por la combinación de Nitrógeno y Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) – GLO es el principal componente del SMOG (Humo y Niebla). Estos dos elementos reaccionan químicamente en presencia de la luz solar generando el Ozono (una reacción fotoquímica), en los días más calurosos, los niveles de GLO aumentan. El ozono puede agravar las enfermedades pulmonares, provocar dificultad para respirar y otras enfermedades respiratorias, como se puede ver en la Imagen 6 (EPA, 2022c; EPA 2022f).

Imagen 6. Efecto del ozono en el músculo de la vía aérea con aire atrapado

2.1.8 AMONÍACO (NH₃)

Esto normalmente se deriva de los desechos, el proceso de tratamiento de desechos, la acuicultura, la operación de alimentación animal concentrada, la aplicación de estiércol, los fertilizantes, la agricultura, las fuentes industriales y otros procesos naturales; es el resultado de la descomposición bacteriana del material orgánico. Esta es una causa normal de muerte de peces, y en humanos podría causar muertes psicológicas, conductuales, morfológicas e incluso (EPA, 2022a).

Gráfico 16. Emisiones globales de amoníaco

La mayor parte de las emisiones de Amoníaco provienen del sector Agricultura, según el Gráfico 16, y específicamente debido al tratamiento del suelo y manejo de estiércol, según el Gráfico 17.

Gráfico 17. Emisiones globales de amoníaco, sector Agricultura

2.1.9 IMPACTO EN LA SALUD Y LA SEGURIDAD DE LOS CONTAMINANTES DEL AIRE

Como parece, la contaminación del aire ingresa al cuerpo humano principalmente por el sistema respiratorio y afecta los pulmones, el corazón y el cerebro. El tamaño del contaminante puede ser 30 veces más pequeño que el diámetro de un cabello o una partícula de arena. Dentro de los pulmones o las venas se podrían crear inflamaciones que conducirían a un aumento de la presión arterial o cáncer (efecto estocástico a largo plazo por daños constantes en los tejidos o por productos químicos) (WHO, 2018). La Tabla 1 representa el porcentaje de muertes relacionadas con cierta condición que podría atribuirse a la Contaminación del Aire.

Tabla 1. El impacto de los contaminantes del aire en la salud

Fuente: Adaptado de United Nations (s.d.) y de Ritchie e Roser (2022).

Es importante resaltar que cada contaminante del aire tiene un grado diferente para causar un impacto en la salud humana y su concentración también impactaría el efecto sobre el individuo eventualmente expuesto a él. Estas exposiciones son acumulativas a lo largo de los años, también denominadas ‘efectos estocásticos’, y esto se puede observar en el Gráfico 18, ya que la mayor tasa de mortalidad se da en las edades mayores, excepto en los menores, que también son más susceptibles al efecto no estocástico, sino al efecto agudo representado por algunos contaminantes del aire (SEXTON y RYAN, 1988).

Gráfico 18. Tasas de muertes por contaminación del aire exterior por edad, por cada 100 mil personas, Mundo, 2019

El Gráfico 19 de 2016 utiliza la relación de Pareto para demostrar la tasa de muertes relacionadas con la contaminación del aire por país, a partir del conjunto de datos, más del 52 % de las muertes ocurrieron en China e India (3 456 780 personas en 2016). En Ucrania, por ejemplo, la contaminación proviene de las zonas industriales y de transporte, principalmente por NO2, y la contaminación está más concentrada en estas 5 áreas industriales. En 2016, Ucrania estaba dando los primeros pasos en los estándares de la Unión Europea para el control de la contaminación del aire. La meteorología tiene un gran impacto en la concentración de contaminantes en el aire (SAVENETS, 2020).

Gráfico 19. Número de muertes por contaminación del aire exterior/habitante, en el top 80% de países con más muertes por contaminación del aire exterior en 2016

Considerando el contaminante del aire, la concentración y el impacto de la climatología en las muertes por contaminación del aire, los Gráficos 20 y 21 expresan el impacto específico del Contaminante del Aire PM2.5 en relación con otros factores de riesgo y geográficos (UNIVERSITY OF CHICAGO, 2022).

Gráfico 20. Impacto de PM2.5 en la esperanza de vida y causa/riesgo de muerte no asociado, global

Gráfico 21. Impacto de PM2.5 en la esperanza de vida y causa/riesgo de muerte no asociado – Global

2.1.10 MEDIDAS DE CONTROL

Hubo un buen progreso general en la reducción de los contaminantes del aire en EE. UU., como se observa en la Tabla 2, y esto también se refleja en el Gráfico 22, donde incluso con la alta actividad industrial y el desarrollo económico indicado Consumo de energía, Producto interno bruto (PIB), Millas de vehículos recorridas y población. Hay una disminución en las emisiones agregadas de los Contaminantes del Aire más comunes, a pesar del alto volumen de GEI. Un indicador importante aquí son las millas recorridas por vehículos, que representarían un impacto en la contaminación en el transporte en algunos países, pero las políticas de emisiones, la evolución de la tecnología de combustibles y vehículos hacen una contribución importante.

Tabla 2. Cambio porcentual en la calidad del aire, solo EE. UU.

La mayoría de los contaminantes del aire se relacionan con los combustibles fósiles como el carbón, los combustibles derivados del petróleo, el diesel, la gasolina o el gas natural, pero el nivel de contaminantes de cada uno difiere en tipo y volumen, según el Gráfico 25.

Gráfico 22. Comparación de Áreas de Crecimiento y Emisiones, 1980-2021

2.2 GASES DE INVERNADERO (GEI)

Los gases de efecto invernadero son gases que tienen el potencial de atrapar el calor del sol en la tierra, lo que lleva al calentamiento global: cada gas tiene un potencial diferente según su tiempo en la atmósfera y su capacidad de retención de calor. Algunos de los Gases de Efecto Invernadero (GEI) son el Dióxido de Carbono (CO2), el Metano (CH4), el Óxido Nitroso (N2O), el CCF-12 y el HCFC-22 (F-Gases). Con base en cada potencial de GEI, existe un multiplicador, y este multiplicador puede usarse para agregarlos al equivalente de dióxido de carbono (CO2e) (LIMA y HAMZAGIC, 2022).

Aunque algunos GEI son emitidos por fuentes naturales. La preocupación por el nivel de las emisiones proviene de diferentes sectores económicos, como edificios, industria energética, transporte, otros sectores de la economía y otras combustiones industriales, como se muestra en el Gráfico 23. Otros sectores, como la agricultura y la industria energética, son los que más contribuye a las emisiones de GEI, alrededor del 60 %, seguidas por el transporte y otras industrias de combustión con un 16 % cada una y los edificios son los últimos con un 8 % de las emisiones globales (EUROPEAN COMMISSION, 2022).

Gráfico 23. Emisiones globales de GEI en CO2e por sector

Aún considerando el potencial de GEI, el GEI que más impacta es el CO2, como se expresa en la Tabla 3, y el sector que más contribuye es el de Energía seguido del Transporte.

Tabla 3. Emisiones globales de GEI 2018 por sector en CO2e (toneladas por año)

Fuente: Adaptado de European Commission (2022).

2.2.1 DIÓXIDO DE CARBONO (CO₂)

El Dióxido de Carbono es un gas común que se encuentra en la naturaleza, pero sus niveles en la atmósfera han aumentado en los últimos siglos debido a actividades antropogénicas, principalmente la quema de biomasa y combustibles fósiles para producir energía, a partir de las industrias del acero y el cemento. Es el GEI más abundante del planeta. El ciclo del Dióxido de Carbono también se ve afectado cuando se reduce la capacidad de absorberlo, ya sea por el océano o por el bosque (THE UNIVERSITY OF WAIKATO, 2008).

El mayor mecanismo de absorción de dióxido de carbono ocurre en los océanos, donde millones de fitoplancton producen fotosíntesis y convierten el CO2 en O2, almacenando permanentemente este CO2 en el fondo de los océanos mientras termina su ciclo de vida en la naturaleza. La Imagen 7 muestra el almacenamiento de carbono en gris y los procesos de carbono en azul. En gris se observa la atmósfera, el suelo y la materia orgánica, el carbón, el petróleo, el gas (combustibles fósiles), la superficie oceánica y el fondo oceánico como depósito del CO2. El proceso en azul incluye la quema de combustibles fósiles o materia orgánica que convierte el CO2 de su estado sólido a la atmósfera, la respiración de humanos y animales que libera absorbe el O2 y libera CO2, y el proceso de fotosíntesis que convierte el CO2 en O2 sobre bosques, plantas y fitoplancton (THE UNIVERSITY OF WAIKATO, 2008).

Imagen 7. Ciclo del Carbono

2.2.2 METANO (CH₄)

El Metano tiene un potencial 28 veces mayor, según el Informe de Evaluación #5 (AR5), de causar el calentamiento global en comparación con el Dióxido de Carbono, y es el segundo en la cadena de emisión. Es emitido principalmente por la industria agrícola a nivel mundial, principalmente el cultivo de arroz (alrededor del 20% de las emisiones globales), y además hay algunos humedales naturales, termitas, animales salvajes y estiércol animal (otro 25% de las emisiones globales). Otra industria que tiene un alto impacto en las emisiones de metano es la industria del gas natural (del 5 al 10% de las emisiones globales). Estos procesos se pueden observar en la Imagen 8 mediante la metanogénesis, la materia orgánica en forma anaeróbica por bacterias en CO2 y CH4 (metano) (THOMAS; KUMAR y KUMAR, 2020).

Imagen 8. Ciclo del Metano

2.2.3 ÓXIDO NITROSO (N₂O)

El óxido nitroso tenía un potencial de calentamiento global de 298. Tiene sus principales fuentes en la agricultura, la quema de combustibles fósiles, la gestión de aguas residuales y los procesos industriales, además del ciclo natural regular del nitrógeno en la naturaleza en una proporción de 40% antropogénica y 60% natural. Este ciclo se puede observar en la Foto 9. De las fuentes antropogénicas, la mayoría es de la agricultura, casi el 74% (de Estados Unidos 2017, por ejemplo) en el proceso de fertilizantes (lo que también está impactando a la industria, principalmente) o quema de algunos residuos agrícolas. Por la combustión del combustible depende de los aditivos del combustible y de la maquinaria, mientras que por el lado de los residuos, se utiliza y se libera en las plantas de tratamiento de agua (EPA, 2022d).

Imagen 9. Ciclo del Nitrógeno

2.2.4 F-GASES

Por F-Gases cabe considerar, como ejemplos, los Clorofluorocarbonos (CFC), los hidrofluorocarbonos (HFC) y los hidroclorofluorocarbonos (HCFC). Estos gases contribuyen al Efecto Invernadero (GH) y contribuyen a los daños al Ozono en la atmósfera superior, por lo que se denominan Sustancias Agotadoras del Ozono (ODP), que aumentan la exposición humana a los rayos ultravioleta (UVB). Alrededor del 84% de ellos son el resultado de fuentes antropogénicas, y el resto del 16% son naturales. La mayor parte de la producción e importación de CFC y HCFC están prohibidas en la mayoría de los lugares, como se muestra en el Gráfico 24. Su potencial de GH podría llegar a 14.000 dependiendo de la sustancia. Normalmente son refrigerantes (THE OZONE HOLE, 2022; MINNESOTA POLLUTION CONTROL AGENCY; UNITED NATIONS DEVELOPMENT PROGRAMME, 2012).

El Protocolo de Montreal fue un protocolo de acuerdo global para proteger la capa de ozono al detener la producción de sustancias que podrían dañar la capa de ozono estratosférico.

Gráfico 24. Disminución de la Producción PAO WW (valores aproximados de la fuente original)

3. METODOLOGÍA

En cuanto a su naturaleza, se trata de una investigación aplicada, ya que pretende identificar correlaciones entre los GEI y la Contaminación del Aire. Teniendo en cuenta sus objetivos, esta es una investigación explicativa, ya que tiene como objetivo explicar estas relaciones y el impacto en la salud y la seguridad humanas. Según protocolos técnicos la investigación es documental, ya que utiliza todo tipo de fuentes disponibles para recolectar datos y la investigación experimental cuando la información es contrastada mediante modelos estadísticos, lo que define su estilo de enfoque cuantitativo.

La parte de investigación documental utilizó 45 fuentes de información para comprender y por este medio traducir este conocimiento. El estudio utilizó el 67 % de la información de sitios web de agencias y universidades reconocidas, como las Naciones Unidas, la Organización Mundial de la Salud, la University of Chicago, Our World in Data, etc., además del 37 % de artículos de revistas, libros e informes públicos. Alrededor del 80% de la información se publicó entre 2017 y 2022; Más del 90% de la información proviene de fuentes internacionales.

Los principales temas investigados fueron Emisiones, que incluye tanto Contaminantes del Aire como GEI (32), Salud (7), Energía (5) y Demografía (1).

En cuanto a los objetivos, esta fue una investigación exploratoria que buscaba medios para comprender la relación entre estas dos variables a través de todas las diferentes fuentes y comprender las perspectivas para el futuro.

Para el modelo de regresión, solo se consideraron los siguientes países dada la falta de fuente de datos para el consumo de carbón: Argelia, Argentina, Australia, Austria, Azerbaiyán, Bangladesh, Bielorrusia, Bélgica, Brasil, Bulgaria, Canadá, Chile, China, Colombia, Croacia, Chipre, Chequia, Dinamarca, Ecuador, Egipto, Estonia, Finlandia, Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Islandia, India, Indonesia, Irán, Irak, Irlanda, Israel, Italia, Japón, Kazajstán, Kuwait, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malasia, México, Marruecos, Países Bajos, Nueva Zelanda, Macedonia del Norte, Noruega, Omán, Pakistán, Perú, Filipinas, Polonia, Portugal, Qatar, Rumania, Rusia, Arabia Saudita, Singapur, Eslovaquia, Eslovenia, Sudáfrica, Corea del Sur , España, Sri Lanka, Suecia, Suiza, Tailandia, Trinidad y Tobago, Turquía, Turkmenistán, Ucrania, Emiratos Árabes Unidos, Reino Unido, Estados Unidos, Uzbekistán, Venezuela y Vietnam.

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Según Rose (2020), Imagen 10, el dato de la OMS (2021b) no es el único de muertes por Contaminación del Aire, aunque esa fue la referencia para este trabajo, que no es la más alta, promedia bien con otras cifras reconocidas de otras publicaciones.

Imagen 10. Número de muertes por Contaminación del Aire de diferentes fuentes

Aunque tanto la contaminación del aire como los gases de efecto invernadero se suman a diferentes estadísticas de registro de muertes, de la OMS (2021a) 7 millones de muertes cada año por contaminación del aire (interna, 3,8 millones y externa, 4,2 millones), y de (ZHAO et al., 2021) sobre 5 millones de personas mueren cada año debido al cambio climático. Como se puede observar en la Tabla 19 y la Tabla 20, la mayoría de ambos tipos de emisiones están relacionadas con procesos de combustión, pero hay un punto de inflexión donde ambos comienzan a separarse.

Tabla 19. Algunas fuentes de GEI

Fuente: elaborado por el autor.

Tabla 20. Algunas fuentes de contaminación del aire

Fuente: elaborado por el autor.

La Imagen 11 muestra parcialmente las complejas relaciones entre contaminantes (rojo), fuentes (naranja), gases de efecto invernadero (rojo) y la atmósfera (verde), según las conexiones, tanto los combustibles fósiles como los procesos industriales parecen ser los que más contribuyen a los GEI y contaminación del aire.

Imagen 11. Mapa Mental con relaciones entre GEI, Contaminante del Aire y Fuentes

Aunque las tablas muestran que los combustibles fósiles son la principal contribución a la contaminación del aire, la mayor diferencia está en el tipo de combustible que se usa, mientras que el petróleo y el carbón tienen altas concentraciones de contaminantes, el gas natural o incluso el biometano del biogás tienen concentraciones mucho más bajas en Contaminantes y casi un 44% menos de emisiones de CO2 que el Carbón y un 30% menos de emisiones de CO2 que el Petróleo, una de las razones por las que se denomina ‘Combustible de Transición’, según el Gráfico 25.

Gráfico 25. Contaminantes y CO2 de algunos Combustibles Fósiles

Otra perspectiva al respecto es la relación entre las muertes por contaminación del aire exterior y las emisiones de GEI. Con base en los datos de este estudio basado en datos de (RITCHIE y ROSER, 2022), la regresión muestra una relación estadísticamente significativa entre las muertes por contaminación del aire exterior (Y) y las emisiones de GEI (X). Algunos aspectos importantes de este estudio de regresión son:

1. Especialmente en los gráficos 12 y 13 la regresión considera 183 países, en contraposición al método de este estudio global que solo da cuenta de 77 países,
2. hay grandes grupos, lo que significa que hay otros factores que afectan nuestra Y,
3. En la parte superior del clúster, se destacan 3 países con altas emisiones de GEI: China, India y EE. UU., que tienen realidades diferentes sobre la contaminación del aire,
4. Si considera las ecuaciones de la Imagen 13, es posible que no sea aplicable a algunas áreas, ya que la constante de la ecuación puede conducir a un número incompatible con la población.

Imagen 12. Estudio de regresión directa entre Muertes por Contaminación del Aire Exterior y emisiones de GEI, Resumen

Imagen 13. Estudio de regresión directa entre Muertes por Contaminación del Aire Exterior y emisiones de GEI, Modelo

En el intento de reducir los efectos destacados en las Imágenes 12 y 13, se agregaron otras variables X a las emisiones de GEI: ubicación principal, población y Consumo de Carbón, según las Imágenes 14, 15 y 16.

Imagen 14. Regresión múltiple entre muertes por contaminación del aire exterior y variables, datos de 2016

Cada una de las variables (X) utilizadas para el estudio han presentado un comportamiento diferente frente a la media de muertes relacionadas con la contaminación del aire exterior, en algunos casos una relación negativa, como se observa en la Figura 15.

Imagen 15. Gráficos de interacción y efecto principal de las variables probadas

De la misma manera que se observó que los GEI y la Contaminación del Aire pueden estar disociados en algunos lugares dependiendo de las políticas locales implementadas, el tipo de combustible fósil más utilizado, Gráfico 25, la relación entre Muertes por Contaminación del Aire Exterior depende de la región y la necesidad para ser agrupados en el futuro bajo otras categorías para construir un mejor modelo.

Imagen 16. Ecuaciones por ubicación principal (región) resultantes del análisis de regresión

La Imagen 16 muestra algunos ejemplos de ecuaciones que podrían usarse para una estimación de muertes debido a la Contaminación del Aire Exterior, con base en las emisiones de GEI, la Población y el Consumo de Carbón.

5. CONSIDERACIONES FINALES

El objetivo del presente estudio fue comprender la relación entre la Contaminación del Aire y los Gases de Efecto Invernadero (GEI), y como pregunta orientadora: ¿cuál es la relación entre la Contaminación del Aire y los Gases de Efecto Invernadero?

Siendo posible verificar, después del desarrollo de esta investigación, que la Contaminación del Aire y los GEI están intrínsecamente conectados a través de la mayoría de sus fuentes comunes, por lo tanto, aunque la literatura reveló 2 estadísticas separadas, existen vínculos ocultos, como se demuestra en la Imagen 11. Otra observación importante de El Gráfico 22 está relacionado con la intensidad de esta relación, ya que con la implementación de nuevas tecnologías y políticas para prevenir la Contaminación del Aire, la relación entre los GEI y la Contaminación del Aire podría debilitarse, un fenómeno que comenzó en los años 70 con el crecimiento de la conciencia de la Contaminación del Aire.

La disponibilidad de energía más avanzada y limpia apoyará la reducción de las muertes por contaminación del aire, internas o externas. La contaminación del aire interno está más relacionada con el uso de fuentes de energía menos avanzadas, que generan más contaminantes del aire en mayor concentración, y la contaminación del aire exterior se ve afectada por la forma y el volumen en que algunos combustibles fósiles se convierten en energía, por lo que las inversiones en renovables y eficiencia son claves, pero no la única alternativa.

El enfoque actual en el GNL, el biometano y el gas natural debe mantener su ritmo de crecimiento dado su impacto menos intensivo de ~40 % en las emisiones de CO2, una contaminación del aire significativamente menor y el potencial de integración con otras tecnologías como el hidrógeno. Estas centrales (actuales, en construcción o en conversión de otro combustible fósil a Gas Natural o similar) deben contemplar planes tangibles de tecnologías como Captura y Almacenamiento Subterráneo de Carbono (CCUS) o Captura y Almacenamiento de Carbono (CCS) y estar preparadas para operar con Hidrógeno verde en cualquier proporción dada.

Este estudio también presenta ecuaciones, Imagen 13 y 16, que no son absolutas pero tienen la intención de mostrar una relación entre GEI y Muertes por Contaminación del Aire Exterior, brindando una nueva herramienta para estimaciones basadas en un impacto de seguridad que puede ayudar al desarrollo de proyectos enfocado en la reducción de emisiones de GEI. Aunque las ecuaciones, de la Imagen 16, están enfocadas regionalmente. Es importante resaltar que cada país tendría su propia realidad y se debería hacer un estudio de regresión más específico para obtener resultados más precisos, dadas las diferentes acciones que se están tomando en cuanto al control de la contaminación del aire. Otro aspecto importante a aclarar es que estas muertes estimadas no deben sumarse a un número ya contabilizado de muertes por emisiones de GEI (ZHAO et al., 2021).

Para concluir, la revisión de la literatura y los datos presentados en este estudio, apoyan que existe una relación entre los GEI y las Muertes por Contaminación del Aire, y que cuando existe la voluntad de cambio, el uso de Tecnologías y Políticas puede hacer la diferencia para hacer esa relación más débil. La reducción global general de los contaminantes del aire, seguida del trabajo que el mundo ha realizado para reducir los productos que agotan la capa de ozono, lo demuestra y es alentador hacia el objetivo global neto cero de GEI.

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^[1] Magíster en Ingeniería Mecánica de la Universidade de Taubaté (UNITAU), MBA en Gestión Empresarial de la Fundação Getúlio Vargas (FGV), MBA en Gestión de Proyectos de la Fundação de fomento ao CEFET/RJ, Especialista en Ingeniería de Seguridad del Trabajo de la Universidade Candido Mendes (UCAM), Especialista en Ingeniería de Petróleos por la Universidade Estácio de Sá (UNESA), Graduada en Ingeniería de Petróleos por la Universidade Estácio de Sá (UNESA) y Graduada en Tecnología Mecánica con énfasis en Automatización Industrial por el CEFET/RJ, y Supervisora de Radioprotección certificada por la CNEN. ORCID: 0000-0002-6647-3914.

^[2] Tutora. Graduada en Arquitectura y Urbanismo por la Universidade de Taubaté, UNITAU, con posgrado en Gestión de Marketing e Ingeniería en Seguridad del Trabajo por la Escola Politécnica de Pernambuco. Máster en Gestión del Desarrollo Regional por la UNITAU y Doctor en Ingeniería de Producción por la Escola Politécnica da USP. ORCID: 0000-0001-8082-5763.