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Dióxido de carbono


¿Qué es el dióxido de carbono CO2 y cuáles son sus propiedades?

El dióxido de carbono o anhídrido carbónico (CO2) es un gas incoloro compuesto por los elementos carbono y oxígeno y que está presente en la atmósfera del planeta, donde juega un papel fundamental en el efecto invernadero.

Es un compuesto químico que se estructura de forma que sus átomos de oxígeno están unidos por dobles enlaces covalentes al átomo central de carbono.

En condiciones normales de presión y temperatura, el CO2 es inodoro e incoloro y se encuentra en forma gaseosa. No obstante, si se enfría por debajo de -79°C (punto de sublimación), puede llegar a solidificarse, y si se calienta por encima de 2000°C, tenderá a descomponerse.

Se puede licuar (convertir en líquido) al disolverlo en agua. Además, su solubilidad en agua es elevada, de manera que, a igualdad de volumen, el 90% del volumen de CO2 se disuelve en el volumen de agua.

Otra propiedad importante del CO2 es su efecto refrigerante cuando se encuentra en forma sólida, formando el hielo seco. Este es un refrigerante muy común por su eficiencia, ya que no se convierte en agua al aumentar la temperatura (como el hielo común) sino que pasa a estado gaseoso (pues a presión atmosférica es gaseoso), lo que facilita la reducción de las contaminaciones de origen microbiano en los productos frescos.

Es un gas poco reactivo y no es combustible. Es por ello por lo que se usa en extintores y más concretamente para apagar incendios con riesgo de descarga eléctrica, ya que tampoco conduce la electricidad.

Por último, otra característica a considerar es su acidez. Cuando se disuelve el CO2 en agua tiende acidificar la disolución al formarse ácido carbónico (H2CO3) en primera instancia y el ion bicarbonato (HCO3) posteriormente.

Procesos de formación del dióxido de carbono

El CO2 puede formarse gracias a diversos procesos que aparecen en la naturaleza, entre los que cabe destacar:

  • Combustión. Cuando un compuesto de carbono (combustible) reacciona con oxígeno se libera dióxido de carbono y agua.
  • Fermentación. La llevan a cabo las bacterias y levaduras sobre los azúcares, y en este proceso se genera dióxido de carbono. Un ejemplo común es la fermentación alcohólica, proceso por el cual se obtiene el etanol (alcohol etílico) y en el que también se libera CO2.
  • Respiración. Cuando los animales y las personas respiramos, tomamos oxígeno del aire para liberarlo en forma de CO2.
  • Reacción de carbonatos con ácidos.

El dióxido de carbono y el ciclo del carbono

El ciclo del carbono es uno de los principales ciclos biogeoquímicos del planeta (junto con el ciclo del agua o el ciclo del nitrógeno), y en él el CO2 desempeña un papel fundamental. Representa la circulación de este compuesto por los cuatro grandes componentes del sistema climático: atmósfera, hidrosfera, biosfera y litosfera.

Dentro de este ciclo pueden distinguirse tres etapas fundamentales: producción, síntesis y fijado de carbono (CO2).

La producción de carbono se consigue mediante la respiración de los organismos aerobios (se exhala CO2) y en los procesos de descomposición de la materia orgánica, donde se libera metano y CO2. Además, el CO2 disuelto en los océanos puede emitirse como consecuencia de las variaciones térmicas. Por último, también se emite CO2 a la atmósfera durante las erupciones volcánicas, en las que se libera el carbono contenido en las rocas y minerales.

La síntesis del carbono tiene lugar mayoritariamente durante el proceso de fotosíntesis, que la llevan a cabo las plantas y algunos otros organismos como las algas. Consiste en el consumo por parte de estos seres de una parte del CO2 de la atmósfera, de manera que junto con la energía solar consiguen sintetizar carbohidratos y liberar oxígeno a la atmósfera. Es un proceso fundamental ya que ayuda a disminuir las crecientes concentraciones de CO2 en el planeta.

Por último, la etapa de fijado del carbono consiste en la acumulación de CO2 en los denominados como sumideros de carbono. Básicamente son depósitos naturales o artificiales en los que se almacena el CO2 en grandes cantidades (donde comienza de nuevo el ciclo mediante su liberación). Entre ellos encontramos las grandes masas de hielo, la biomasa animal y vegetal o las rocas sedimentarias calizas; pero el mayor almacén de CO2 (y por ende, de carbono) lo constituyen los océanos.

Además, el CO2 se almacena mejor en los océanos a bajas temperaturas, por lo que el calentamiento global actual contribuye a su liberación a la atmósfera y al consiguiente aumento del efecto invernadero (más calor). Tenemos aquí, por tanto, un ejemplo de retroalimentación positiva de la temperatura del planeta.

Por todo lo comentado, vemos como el ciclo del carbono es vital para la vida en el planeta y para la regulación de su temperatura, y como una alteración del mismo (mediante deforestación o aumento de la temperatura global por actividades humanas) provoca la alteración del clima.

¿Cuál es la concentración de CO2 en la atmósfera?

Aunque se encuentra en niveles de gas traza, el CO2 es un componente que aparece de forma natural en la atmósfera y que desempeña un papel fundamental en ella.

Tras el nitrógeno y el oxígeno (que representan más del 99% de la composición atmosférica) y el argón, el dióxido de carbono es el cuarto elemento mayoritario en la atmósfera terrestre.

Actualmente, su concentración en la atmósfera es de unas 400 partes por millón (ppm), un 45% superior a los 280 ppm que se tenían en el periodo preindustrial. Este aumento tiene lugar a pesar de la absorción de buena parte de las emisiones por varios depósitos naturales que forman parte del ciclo del carbono.

La última vez que se dio en la Tierra una concentración similar de CO2 fue hace entre 3 y 5 millones de años, cuando la temperatura era de 2 a 3 grados más cálida que la actual y el nivel del mar era entre 10 y 20 metros superior. Por otro lado, los niveles más bajos han oscilado en torno a los 180 ppm durante las grandes glaciaciones que ha sufrido la Tierra. Por tanto, los niveles de CO2 no se han mantenido ni se mantienen constantes a lo largo del tiempo.

Como vamos a ver ahora, las variaciones en su concentración tienen un gran impacto sobre el comportamiento del planeta.

¿Qué función desempeña en ella?

El CO2 es necesario en la atmósfera en unos determinados niveles para mantener la temperatura de la Tierra óptima para la vida en ella. Esto es gracias a su efecto regulador de la temperatura, también llamado “efecto invernadero”.

Se conoce como efecto invernadero al efecto que producen ciertas sustancias presentes en la atmósfera por el cual absorben parte de la radiación infrarroja emitida desde la superficie, provocando un aumento de la temperatura.

Estas sustancias, conocidas como gases de efecto invernadero, permiten el paso de la radiación solar hacia la superficie, pero cuando ésta es devuelta hacia el exterior en forma de radiación infrarroja, la absorben, de forma que vuelve hacia la superficie y queda atrapada en la atmósfera interior (troposfera). Ello resulta en un incremento de la temperatura superficial respecto a la que habría en su ausencia.

Dentro de estos gases de efecto invernadero encontramos al CO2, siendo uno de los más importantes y el que más preocupa por sus relativamente altas concentraciones y por su larga permanencia en la atmósfera. Otros gases de efecto invernadero son el vapor de agua (vapor de H2O, el más relevante), el metano (CH4), el óxido nitroso (NO2), el ozono troposférico (O3) y los compuestos clorofluorocarbonados (CFCs).

Este efecto se da de forma natural y resulta indispensable para la vida en el planeta tal y como la conocemos ya que sin él la temperatura media global sería de unos -18°C, en vez de los 15°C actuales. Es lo que se conoce como efecto invernadero positivo.

Sin embargo, este proceso natural se convierte en algo dañino para el planeta y para la vida por culpa del aumento en las concentraciones de estos gases de efecto invernadero por encima de sus niveles “óptimos” que se ha experimentado desde la era preindustrial gracias a la actividad humana contaminante, la cual ha ido aumentando exponencialmente. Esto es lo que conocemos como efecto invernadero negativo o efecto invernadero intensificado.

¿Por qué es dañino para el planeta?

En primer lugar, hay que matizar que el CO2 en sí no solo no es dañino, sino que, como hemos visto, es necesario para mantener las condiciones óptimas de vida en el planeta.

El problema viene cuando los niveles de CO2 aumentan por encima de sus valores naturales en la atmósfera, como viene ocurriendo en las últimas décadas.

El efecto invernadero natural se ha acentuado durante las últimas décadas como consecuencia de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero. Una mayor concentración de estos gases en la atmósfera aumenta la magnitud de este efecto invernadero, es decir, un aumento de la temperatura del planeta.

Este incremento inducido de la temperatura resulta perjudicial para el planeta, siendo lo que conocemos como Calentamiento Global.

Este concepto de “Calentamiento Global” se emplea para referirse al progresivo aumento (observado y proyectado) de la temperatura global atmosférica y de la superficie terrestre. Es el componente fundamental del cambio climático.

Por tanto, este calentamiento se atribuye al efecto invernadero intensificado gracias al aumento de las emisiones de gases contaminantes resultantes de la actividad humana.

No es el primer calentamiento global que ha sufrido la Tierra. Sabemos que, durante los últimos cientos de miles de años, nuestro planeta ha experimentado hasta ocho ciclos climáticos bastante diferenciados, con grandes oscilaciones térmicas entre periodos glaciares e interglaciares.

No obstante, mientras que estos calentamientos eran consecuencia de causas naturales (meteoritos, grandes erupciones volcánicas o fluctuaciones en la energía procedente del Sol), el calentamiento global de las últimas décadas es el único inducido por la actividad antropogénica.

Las actuales concentraciones de estos gases contaminantes (CO2 principalmente) son las más desde que se registran, y en consecuencia el ritmo actual con el que aumenta la temperatura global no tiene precedentes. Esto únicamente puede explicarse por el impacto que supone la actividad humana.

La temperatura media del planeta se ha visto incrementada en cerca de 1°C desde 1880. Además, dos terceras partes de este aumento ha tenido lugar desde 1975. Por tanto, el calentamiento global presenta un cierto carácter exponencial.

En el caso de España, el Observatorio de la Sostenibilidad realizó un estudio considerando los datos de más de medio centenar de estaciones meteorológicas y concluyó que la temperatura media del país ha aumentado alrededor de 1,6°C en los últimos 50 años, suponiendo esta cifra casi el doble del incremento observado en ese mismo tiempo a escala mundial.

Este calentamiento global y el consecuente cambio climático tienen una serie de consecuencias sobre la Tierra y los seres que habitan en ella.

Entre los numerosos impactos negativos, cabe mencionar:

  • Deshielo de masas glaciares. El aumento de la temperatura, especialmente pronunciado en las regiones polares, traerá el derretimiento de gran parte de la cubierta de hielo del planeta. Esto implica una subida del nivel del mar y una disminución del albedo, y provoca un fenómeno de retroalimentación: a menor albedo, mayor temperatura, por tanto, más deshielo y menor albedo.
  • Inundaciones de islas y ciudades costeras. Se espera que decenas de millones de personas puedan verse afectados por el aumento del nivel del mar, el cual ha aumentado unos 20 centímetros en promedio desde el inicio del siglo XX y que según el último informe del IPCC puede aumentar hasta 90 centímetros adicionales a final del presente siglo.
  • Aumento de fenómenos meteorológicos extremos. El aumento de la temperatura superficial de los océanos favorecerá la aparición de huracanes más devastadores. Además, se incrementarán las olas de calor y las sequías en numerosas regiones del planeta.
  • Mayor desertificación. El aumento de las temperaturas junto con las sequías más frecuentes, favorecerán la desertificación de amplias zonas hasta ahora fértiles, volviéndolas zonas improductivas para la actividad agrícola.
  • Migraciones y extinción de especies. Las variaciones climáticas inducidas por el calentamiento global obligarán a migraciones masivas de muchas especies; otras directamente se extinguirán. Según el Banco Mundial, se estima que, a mediados del siglo XXI, cerca de 140 millones de personas podrían verse obligadas a desplazarse de sus hogares por fenómenos extremos como sequías o inundaciones; son lo que se conoce como refugiados climáticos.

¿Cuáles son sus principales fuentes de emisión?

En primer lugar, hay que distinguir entre sus fuentes naturales de emisión y las fuentes antropogénicas, fruto de la actividad del ser humano, y las cuales son las responsables del dañino aumento de su concentración en la atmósfera y el consiguiente aumento de la temperatura global.

Las principales fuentes de emisión de carácter natural son los incendios forestales (aunque también pueden deberse a la acción humana), las erupciones volcánicas, la descomposición de matera orgánica y la respiración de numerosos seres vivos. No obstante, estas emisiones naturales no suponen peligro alguno, ya que se compensan con los sumideros naturales, como los océanos y los procesos fotosintéticos de las plantas (ciclo del carbono).

La quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas) representa la mayor fuente de emisión de CO2 a la atmósfera derivada de las actividades antropogénicas. Se calcula que más de tres cuartas partes del CO2 emitido a la atmósfera por el ser humano tienen su origen en este tipo de procesos.

Las actividades que más contribuyen a las emisiones por los procesos de combustión son algunas actividades industriales (como la industria manufacturera), las calefacciones y el transporte (principalmente el tráfico rodado y el transporte aéreo).

La otra gran fuente de emisión con origen antropogénico es la deforestación. La tala masiva de árboles favorece un aumento de las concentraciones de CO2 al actuar los árboles y plantas como sumidero de CO2 gracias a la fotosíntesis.

¿Qué es la huella de carbono y cómo la podemos calcular?

Es esencial identificar las principales fuentes de gases de efecto invernadero relacionadas con nuestras actividades del día a día. De esta forma, es posible que cada uno de nosotros podamos conocer lo que se conoce como nuestra huella de carbono.

La huella de carbono representa la cantidad total de gases de efecto invernadero producidos en las actividades económicas y cotidianas del ser humano. Se expresa como toneladas de CO2 emitidas.

Se puede calcular desde individualmente hasta la que produce una empresa o un producto determinado.

La huella de carbono personal es la que originamos cada uno de nosotros en nuestro día a día al desplazarnos, consumir, alimentarnos o al emplear los diferentes recursos como la energía.

En promedio, cada habitante del planeta produce genera anualmente casi 4 toneladas de CO2, mientras que el objetivo de cara a 2050 es reducir este valor a la mitad.

La ONU ofrece una calculadora online para calcular nuestra propia huella de carbono, considerando distintos aspectos de nuestro hogar y nuestra forma de vida, desde el transporte habitual hasta el consumo de alimentos o las actividades de ocio.

Conocer este valor es una forma rápida y útil para concienciar y buscar la forma de reducir nuestras emisiones cotidianas para luchar contra el cambio climático.

¿Cómo se pueden reducir las emisiones de CO2?

A pesar de los numerosos esfuerzos de las autoridades por reducir drásticamente las emisiones de CO2 por su influencia directa en el cambio climático, la realidad es que durante los últimos años las emisiones globales, aunque de forma menos acusada, siguen una tendencia creciente.

Es por ello por lo que hay que perseverar en una serie de medidas fundamentales para cumplir los objetivos en materia de reducción de emisiones para cumplir con la misión de que la temperatura del planeta no aumente más de 2°C respecto a los valores preindustriales (Acuerdo de París de 2015).

La medida más importante es la de seguir un proceso de descarbonización mediante el impulso de las energías renovables, la reducción de los combustibles fósiles y una optimización del consumo de energía (eficiencia energética). Es fundamental fomentar los vehículos eléctricos y otros medios de transporte no contaminantes.

Para ello es imprescindible tanto la concienciación de la sociedad en su totalidad como la cooperación internacional, al tratarse de un problema que nos afecta a todos.

Impacto del dióxido de carbono en la salud

Por un lado, la exposición directa al CO2 conlleva a problemas ligados al envenenamiento (hipercapnia) por esta sustancia. La inhalación de elevadas concentraciones puede desarrollar problemas como la hiperventilación, taquicardias o incluso la pérdida del conocimiento. Además, si la exposición es prolongada o repetitiva puede provocar alteraciones en el metabolismo de las personas.

Por otro lado, el efecto invernadero y el cambio climático asociado (provocados, en parte, por las altas concentraciones de CO2) también afectan directamente a la salud de la población mediante dos vías principales: la escasez de alimentos y la propagación de enfermedades y plagas.

La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) pone en duda la disponibilidad de alimentos en un futuro no muy lejano. Un descenso en la producción agrícola debido a la mayor desertificación derivaría en la falta de alimentos, siendo las zonas más vulnerables las más afectadas (África subsahariana y Asia meridional).

Además, la Organización Mundial de la Salud (OMS) afirma que el calentamiento global provocará una mayor extensión de enfermades muy infecciosas como la malaria, el cólera o el dengue.

Por último, el calor y las sequías aumentarán las deshidrataciones y los problemas cardiovasculares y respiratorios.