Gases de efecto invernadero. ¿Por qué estudiar el metano?
El gas de las cocinas es casi todo metano, un compuesto de carbono e hidrógeno cuya fórmula es CH4. Cuando se quema, es decir cuando se combina con el oxígeno del aire, lo que no sucede en condiciones normales, se producen moléculas de dióxido de carbono y vapor de agua disparadas a gran velocidad que ceden su energía en forma de calor. La reacción se desarrolla sólo si la temperatura es alta, pero, una vez iniciada, el CH4 que sale se calienta y la llama se mantiene hasta el cierre de la llave.
En el universo hay mucho CH4. Por ejemplo, abunda en los planetas gigantes del sistema solar. Sin embargo, en un litro del aire que nos rodea, ocupa algo menos de dos milímetros cúbicos, tan poco que, para medir su concentración hacen falta técnicas refinadas (tendríamos en cambio unos 2000 milímetros cúbicos de vapor de agua y unos 400 de dióxido de carbono, CO2). Pero la atmósfera es tan extensa que contiene unos 5000 millones de toneladas de CH4 (en adelante, en lugar de millones de toneladas diremos teragramos, Tg), algo así como el gas extraído en tres años de todos los yacimientos del mundo. Sin embargo, alrededor del 99% del gas extraído es quemado, y así, por cada molécula de CH4 utilizado se aporta al aire una molécula de CO2. Como veremos, sería mucho peor dejar escapar el CH4 al aire.
Hace dos siglos, había en la atmósfera menos de la mitad del CH4 actual; esto se sabe por las burbujas de aire encerradas en mantos de hielo estables, que nos informan sobre cuanto había desde unos 400.000 años atrás. Así sabemos que en este lapso la cantidad de CH4 fluctuó entre unas 1200 y 2500 Tg, es decir, muy por debajo de los actuales 5000 Tg, y nunca creció tan rápido como en los últimos 200 años. Hasta hace poco tiempo la cantidad de este compuesto en el aire estuvo regulada por un equilibrio entre los procesos naturales de liberación y de eliminación. En cambio, en los últimos 200 años, caracterizados por un fuerte crecimiento de la población humana y de sus actividades, se han producido cambios importantes: los procesos naturales han sido alterados en su entidad y otros procesos nuevos han surgido, con el resultado neto de un desequilibrio en favor de la emisión. Pero, ¿por qué prestar atención a un gas cuya concentración en el aire, aunque creciente, es tan pequeña?
El CH4 atmosférico tiene un rol importante en la determinación de las temperaturas típicas de la capa de aire que alberga la vida, donde se cruzan flujos entrantes y salientes de energía. En ambos casos se trata de ondas electromagnéticas, pero la radiación entrante, que proviene del sol, está en el rango visible, mientras que la saliente, de la Tierra, es mayoritariamente infrarroja. Aunque los flujos son altamente no uniformes y variables en el tiempo, se balancean en promedio, gracias a un conjunto de factores, que a su vez actúan cada uno sobre el otro: las propiedades de la superficie, el contenido de agua en el aire, la abundancia y el tipo de nubes, la temperatura cerca de la superficie, los vientos y las corrientes marítimas, así como también la abundancia en la atmósfera de ciertos gases, como el CO2 y el CH4, entre otros. Si uno de estos factores sufre un cambio, al menos uno de los otros también debe cambiar para restablecer el balance. Cambios incluso pequeños en las concentraciones de CO2 y CH4, hacen que la atmósfera sea más o menos opaca a la radiación infrarroja; es difícil prever cómo reaccionará el sistema ante estos cambios. Si nos limitamos sólo a dos factores, a saber, la opacidad infrarroja de la atmósfera y la temperatura cerca de la superficie, manteniendo todo lo demás fijo, se puede demostrar que un aumento en la opacidad conduce a un aumento de la temperatura. En resumen, aunque dentro de los límites de modelos altamente idealizados, el aumento de las emisiones de CO2 y CH4 conduce a una tierra un poco más caliente y es importante señalar que la adición de una molécula de CH4 produce un efecto muchas veces mayor al que produce la adición de una molécula de CO2.
El CH4 atmosférico es eliminado lentamente, pero si toda emisión de pronto cesara, llevaría nueve años reducir a la mitad los 5000 Tg presentes, lo que significa que las tasas actuales de emisión y de eliminación son de alrededor de 600 Tg/a (Tg/ año). A temperatura ambiente, el CH4 es estable, y sólo es atacado por el radical hidroxilo, formado en el aire húmedo, el cual destruye cerca del 80% del CH4 liberado. Un poco menos del 10% se transporta por corrientes ascendentes hasta la estratósfera, donde la radiación ultravioleta hace posibles las reacciones con otras moléculas. Por último una fracción (entre 3-10%) filtra en el suelo, y es destruida por microorganismos.
En cuanto a la emisión, ésta se debe principalmente a la acción de un grupo de bacterias llamadas metanogénicas. Las excepciones son la pérdida de gas (alrededor de 15 Tg/a), las emanaciones de las minas de carbón (60-90 Tg/a) y la quema de bosques y pastizales (15-80 Tg/a), fuentes casi todas ellas, resultado de actividades humanas. Por su parte, las bacterias metanogénicas son responsables de la emisión de 400-500 Tg/a. Estas bacterias se alimentan de materia orgánica "muerta", predominantemente vegetal, liberando CH4 (y otros gases en proporción menor) durante el proceso de descomposición en ausencia de oxígeno. Pero, ¿dónde se encuentran? En primer lugar en todos los fondos de las aguas estancadas de ciénagas y pantanos de varios tipos. Muchos de estos entornos son naturales y envían a la atmósfera 100-200 Tg/a, pero también los hay artificiales siendo los más importantes los campos de arroz, que emiten 50-100 Tg/a. Otro sitio para la descomposición anaerobia son los depósitos de basura, de los que salen alrededor de 50 Tg/a. Y finalmente casi 200 Tg/a provienen de las bacterias que trabajan en ambientes anaeróbicos muy diferentes: los estómagos de los rumiantes. Y aquí tenemos una discusión aparte. En el mundo de hoy, además de los insectos, son los herbívoros domésticos, especialmente los bovinos y ovinos, los que prevalecen ampliamente en la biomasa respecto de los silvestres. Por cada kilo de herbívoros domésticos, hay sólo 70 gramos de herbívoros silvestres. Basta con esta comparación para ver cómo el hombre ha cambiado el mundo...
Mientras que la emisión debido a los herbívoros silvestres es pequeña, alrededor de 10 Tg/a, la debida a los domésticos va más allá de los 100 Tg/a, y entre éstos están las vacas, que por cantidad (1000-1500 millones de cabezas) y tamaño son los mayores contribuyentes. El proceso de digestión de las vacas transforma pasto y granos en bifes suculentos y en nutritiva leche. El hecho es que una vaca de unos 400 kilos emite en promedio 50-100 Kg/a de CH4, una cantidad respetable! A través de cálculos más complicados, se puede ver como por cada bife que disfrutamos, hemos enviado a la atmósfera cerca de medio kilo de CH4!
Reducir el CH4 emitido por las vacas tendría además del efecto sobre la atmósfera, una consecuencia mucho más inmediata: las vacas son como una cocina con una pérdida, y esta pérdida representa en promedio entre el 6% y 9% de la energía disponible, como si por cada metro cúbico de gas que llegara a casa se perdieran entre 60 y 90 litros. Nadie querría tener en casa una cocina con una pérdida similar. Eliminarla sería también un importante beneficio para los productores de leche y carne! Hay buenas razones entonces, para intentar una reducción sustancial de la emisión de CH4, pero esto requiere de largos estudios y mediciones sobre muchas vacas criadas en condiciones similares a las que se encuentran en nuestro país.
El grupo de investigación “Fisicoquímica Ambiental” del IFAS orienta sus actividades a la cuantificación de las emisiones de CH4 desde fuentes naturales, lagunas y suelos, y desde fuentes antropogénicas, bovinos y ovinos, con dos objetivos fundamentales: a) disponer de líneas de base confiables y, b) poder evaluar a partir de ellas, medidas destinadas a la reducción de las emisiones de este potente gas efecto invernadero. Construir una capacidad para la investigación de las diversas facetas físicas, químicas y biológicas de las emisiones de GEI es relevante para nuestro país, y pasa por la constitución de grupos multidisciplinarios, donde se generen conocimientos y se formen recursos humanos.