¿Cuál es el verdadero impacto climático de las emisiones de la aviación?

Encontramos este interesante artículo de David Lee y Piers Forster , profesionales de ciencias atmosféricas y física climática que vienen desarrollando una investigación sobre el impacto ambiental de las emisiones de la aviación. Aquí sus conclusiones

Prof David S Lee , profesor de ciencias atmosféricas y director del Centro de Aviación, Transporte y Medio Ambiente de la Universidad Metropolitana de Manchester .

El profesor Piers Forster , profesor de física climática en la Universidad de Leeds y director del Priestley International Center for Climate .

Antes de la pandemia de Covid-19 y sus restricciones de bloqueo , los viajes aéreos se habían convertido en una faceta casi incuestionable de la vida moderna para muchas naciones e individuos ricos, casi tanto como el automóvil. 

Los datos de 2018 muestran que la población mundial vuela con más frecuencia, y a distancias más largas que nunca, con casi 38 millones de vuelos programados, que transportan a 4.300 millones de pasajeros en un total de 54.000 millones de kilómetros. La aviación ha crecido alrededor del 5% anual antes de 2020. 

Pero, ¿cuál es el costo climático de todos estos vuelos? La cifra que se cita a menudo es que la aviación representa alrededor del 2% de las emisiones mundiales de CO2 . Sin embargo, el impacto de la aviación en el clima va más allá del CO2 y sus emisiones tienen interacciones complicadas en la atmósfera que pueden reforzar el impacto del calentamiento.

Los impactos climáticos de la aviación se han estudiado durante muchos años, incluido un informe especial del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) en 1999, pero rara vez se reúnen todos los resultados para producir un análisis y una evaluación tan completos basados ​​en la mejor ciencia disponible.

Publicado en la revista Atmospheric Environment , nosotros, junto con otros 19 científicos de todo el mundo, realizamos recientemente un análisis actualizado de los impactos climáticos actuales de la aviación.

Encontramos que, cuando se tienen en cuenta todos sus impactos, la aviación representa alrededor del 3,5% del impacto del calentamiento causado por los humanos en la actualidad. 

A continuación, analizamos el resultado de este título del estudio y describimos un poco el contexto.

Sector inusual

Al estimar y atribuir las emisiones, la aviación es un sector algo inusual: el 65% de sus emisiones de CO2 (pdf) se encuentran en el espacio aéreo internacional y, por lo tanto, no necesariamente “pertenecen” a estados nacionales individuales. 

Además, la aviación tiene una gran dependencia de los combustibles fósiles líquidos, estrictas normas de seguridad, así como un largo tiempo de desarrollo de aeronaves y rotación de flota. Esto significa que los cambios rápidos en la flota, como los que se ven en los vehículos de motor , simplemente no son viables desde el punto de vista financiero, y mucho menos tecnológicamente.

El sector de la aviación internacional no se incluyó en el Acuerdo de París sobre cambio climático. Como resultado, las naciones individuales no lo abordan en sus compromisos de reducir las emisiones , conocidas como Contribuciones Determinadas a Nivel Nacional . Sin embargo, sin abordar la aviación (y el transporte marítimo , otro sector con emisiones internacionales), cumplir con los límites de calentamiento de 2 ° C o 1,5 ° C del acuerdo se hace más difícil. 

La industria de la aviación tiene Corsia (“Esquema de compensación y reducción de carbono para la aviación internacional), un esquema acordado en 2016 por 192 países a través de la agencia de aviación de la ONU , la OACI. El objetivo de Corsia es ayudar a la industria a alcanzar su “ meta aspiracional ” de hacer que todo el crecimiento de los vuelos internacionales después de 2020 sea “neutral en carbono”. 

Sin embargo, Corsia ha sido objeto de críticas , sobre todo porque, a menos que se extienda más allá de 2035, el esquema cubrirá solo el 6% de las emisiones de CO2 proyectadas de toda la aviación internacional entre 2015 y 2050.

Efectos de CO2

A pesar de la falta de una acción internacional coordinada, para abordar los impactos climáticos de la aviación, todavía es necesario conocer cuáles son.

Esta no es una tarea pequeña, sobre todo porque las emisiones de los motores a reacción de los aviones tienen un catálogo de impactos directos e indirectos sobre el clima. Estos se resumen en el gráfico a continuación y los abordaremos a su vez en el texto a continuación.

Resumen esquemático de los procesos por los cuales las emisiones de la aviación y el aumento de la nubosidad de los cirros afectan el sistema climático.  Las contribuciones positivas netas de RF (calentamiento) surgen de las emisiones de CO2, vapor de agua, NOx y hollín y de los cirros de estelas de condensación (que consisten en estelas de condensación lineales y la nubosidad de los cirros que surgen de ellos).  Las contribuciones negativas de RF (enfriamiento) surgen de la producción de aerosoles de sulfato.  El calentamiento neto de las emisiones de NOx es una suma de los términos de calentamiento (aumento de ozono a corto plazo) y enfriamiento (disminución de metano y vapor de agua estratosférico, y disminución de ozono a largo plazo).  El calentamiento neto de los cirros de estelas de condensación es una suma durante el ciclo día / noche.  Estas contribuciones involucran una gran cantidad de procesos químicos, microfísicos, de transporte y radiativos en la atmósfera global.  Fuente: Lee et al (2020)
Resumen esquemático de los procesos por los cuales las emisiones de la aviación y el aumento de la nubosidad de los cirros afectan el sistema climático. Las contribuciones positivas netas de RF (calentamiento) surgen de las emisiones de CO2, vapor de agua, NOx y hollín y de los cirros de estelas de condensación (que consisten en estelas de condensación lineales y la nubosidad de los cirros que surgen de ellos). Las contribuciones negativas de RF (enfriamiento) surgen de la producción de aerosoles de sulfato. El calentamiento neto de las emisiones de NOx es una suma de los términos de calentamiento (aumento de ozono a corto plazo) y enfriamiento (disminución de metano y vapor de agua estratosférico, y disminución de ozono a largo plazo). El calentamiento neto de los cirros de estelas de condensación es una suma durante el ciclo día / noche. Estas contribuciones involucran una gran cantidad de procesos químicos, microfísicos, de transporte y radiativos en la atmósfera global. Fuente: Lee et al (2020)

Las emisiones de CO2 de la aviación son un componente relativamente fácil de entender. Utilizando datos históricos, calculamos que las emisiones acumuladas históricas totales de CO2 ascienden a unas 32.600 millones de toneladas desde 1940, casi el 50% de las cuales se emitieron durante los últimos 20 años.

Para poner estas emisiones en contexto, representan ~ 2.4% de las emisiones globales de la quema de combustibles fósiles, la producción de cemento y el cambio de uso de la tierra (para 2018). Por supuesto, las emisiones acumuladas de CO2 son lo que realmente importa, más que un año individual, debido a la larga vida útil que tiene el CO2 en la atmósfera. 

Sin embargo, las emisiones de CO2 de la aviación no son el único impacto climático del sector; de hecho, calculamos que representan ~ 34% del “forzamiento radiativo efectivo” (ERF) del sector. 

(ERF es el desequilibrio en el sistema energético Tierra-atmósfera desde tiempos preindustriales y se mide en Watts por metro cuadrado. Se utiliza como una métrica del cambio climático para permitir comparaciones entre diferentes gases de efecto invernadero y otros impactos que afectan el sistema climático. – como un cambio en el albedo – ya que tiene una relación aproximadamente lineal con el cambio de temperatura superficial promedio global).

El 66% restante del ERF proviene de impactos distintos del CO2, principalmente de cirros de estelas de condensación y emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx).

Además, existen impactos potencialmente grandes de las emisiones distintas de CO2 del hollín y el azufre, que forman » aerosoles de sulfato » y afectan tanto a las nubes de alto nivel como a las de bajo nivel. Sin embargo, la magnitud e incluso el signo de estos impactos, ya sea que tengan un efecto general de calentamiento o enfriamiento, no está totalmente claro según la ciencia actual.

Efectos distintos del CO2

De estos efectos distintos del CO2, el más importante es el de los «cirros de estela». Estas son nubes de alto nivel que pueden formarse a partir de las estelas de condensación arquetípicas que los aviones dejan a su paso.

Los cirros de estela se forman cuando el vapor de agua en la atmósfera se condensa en partículas de hollín expulsadas de los motores a reacción de un avión. Cuando las temperaturas son lo suficientemente frías, típicamente -30 ° C o menos, se forman nubes de cristales de hielo. Si son persistentes, estos cristales de hielo pueden extenderse desde estructuras en forma de línea hacia grandes capas delgadas de nubes cirros, en lo alto de la atmósfera a altitudes de crucero de los aviones (alrededor de 8-12 km de altura).

Estas nubes causan enfriamiento al reflejar la radiación solar durante el día y también se calientan al atrapar la radiación infrarroja saliente. Sin embargo, tienen una señal de calentamiento general, que dura hasta alrededor de 18 horas (y un promedio de ocho).

El segundo efecto más importante de la aviación que no es el CO2 es el de las emisiones de NOx. El NOx es creado por los motores a reacción de los aviones a partir de la combinación de nitrógeno atmosférico y oxígeno. Las altas presiones y temperaturas de los motores hacen que las condiciones sean casi perfectas para la formación de NOx, por lo que reducir las emisiones de NOx es un gran desafío de ingeniería. 

Las emisiones de NOx intervienen en la formación de otro gas de efecto invernadero, el ozono (O3), que no se emite directamente, sino que se forma y destruye en la atmósfera mediante una química muy compleja. 

Y se vuelve aún más complicado. Las emisiones de NOx dan como resultado un aumento del nivel del radical hidroxilo , OH. Estas son moléculas altamente reactivas que destruyen el metano en la atmósfera. Como el metano es un potente gas de efecto invernadero, su destrucción por radicales hidroxilo tiene un efecto refrescante.

Las emisiones de las aeronaves también provocan reducciones en el vapor de agua en la estratosfera y en el ozono de fondo más general, que representan respuestas de enfriamiento adicionales más pequeñas. Sin embargo, en resumen, el forzamiento de NOx de los aviones tiene un efecto de calentamiento.

Finalmente, también hay impactos adicionales bastante pequeños que no son CO2 de las emisiones directas de vapor de agua y hollín, que tienen un impacto de calentamiento, y un efecto de enfriamiento de las partículas de sulfato que se forman a partir de la emisión de dióxido de azufre a partir de trazas de azufre en el combustible.

Impacto general

Los gráficos a continuación ilustran las diferentes emisiones de los aviones y sus impactos más amplios entre 2000 y 2018.

El cuadro superior incluye todos estos impactos. Las barras rojas de diferentes tonos resaltan que los cirros de estela y el CO2 son los dos principales impactos de calentamiento de las emisiones de los aviones, con contribuciones menores de NOx y hollín. Los aerosoles formados a partir de azufre (barras azules) tienen un pequeño efecto de enfriamiento. 

La línea negra muestra el impacto general de calentamiento de la aviación cuando se tienen en cuenta todos estos efectos. Este impacto de calentamiento ha aumentado de alrededor de 56 m W / m2 en 2000 a 101 m W / m2 en 2018.

En conjunto, la aviación representa alrededor del 3,5% del forzamiento radiativo actual. Así, aunque representa alrededor del 2% de las emisiones de CO2, su impacto en el clima es mucho mayor. 

El gráfico inferior muestra los impactos específicos de los NOx, incluido el calentamiento causado por el aumento a corto plazo del ozono (barras amarillas), el enfriamiento (barras azules) causado por la destrucción del metano, la disminución a largo plazo del ozono y una reducción de la capa estratosférica. vapor de agua.

Las incertidumbres en las estimaciones del impacto climático de la aviación (mostradas como barras de error) están dominadas por las emisiones distintas de CO2. También debe tenerse en cuenta que algunos efectos aún no se pueden cuantificar, incluidas las interacciones aerosol-nube de las emisiones de azufre y hollín, y estos efectos siguen siendo una prioridad científica. 

Serie temporal de valores ERF calculados e intervalos de confianza para los términos de forzamiento de la aviación anual de 2000 a 2018. El panel superior muestra todos los términos ERF y el panel inferior muestra solo los términos NOx y el ERF NOx neto.  Las barras positivas (rojo / naranja / amarillo) indican forzamientos con un impacto de calentamiento, mientras que los negativos (azules) tienen un efecto de enfriamiento.  Fuente: Lee et al (2020)
Serie temporal de valores ERF calculados e intervalos de confianza para los términos de forzamiento de la aviación anual de 2000 a 2018. El panel superior muestra todos los términos ERF y el panel inferior muestra solo los términos NOx y el ERF NOx neto. Las barras positivas (rojo / naranja / amarillo) indican forzamientos con un impacto de calentamiento, mientras que las negativas (azules) tienen un efecto de enfriamiento. Fuente: Lee et al ( 2020 )

Viajes aéreos después de Covid

Si bien hemos estimado el impacto de la industria de la aviación mundial en el clima en los últimos años, es probable que 2020 se vea muy diferente. 

Pero, ¿cuál será el impacto a largo plazo de la pandemia Covid-19 en los viajes aéreos? No consideramos las rutas futuras dentro de nuestro estudio, pero las restricciones de Covid han demostrado cuán rápido pueden cambiar los comportamientos de viaje.

Actualmente, existen previsiones de la industria que implican un rango de tasas de recuperación durante los próximos años y que, en última instancia, el tráfico del sector puede volver a los niveles anteriores a Covid y, a partir de entonces, seguir aumentando. 

A menos que las cosas cambien después de Covid, las restricciones recientes no harán una gran diferencia en los impactos de CO2 de la aviación. Lo que importa es el CO2 acumulado en lugar de las emisiones de un solo año y, a medida que se recupera el tráfico, vuelven los impactos distintos del CO2.

Si la aviación se recupera y continúa expandiéndose como antes, las emisiones de la aviación podrían crecer hasta convertirse en una porción dominante de las emisiones humanas a medida que otros sectores se descarbonizan. 

Alternativamente, las corporaciones pueden encontrar improductivo y costoso enviar a sus trabajadores a reuniones de negocios ahora que las opciones de videoconferencia se han incorporado a la vida diaria. De manera similar, dado que muchos turistas evitan los viajes internacionales en favor de destinos nacionales, el turismo regional podría convertirse en una opción cada vez más popular.

El propio sector de la aviación está pidiendo más inversión para recuperarse y descarbonizar. Sin embargo, a menos que también se introduzcan medidas para limitar el uso de combustibles fósiles, el sector seguirá siendo incompatible con las ambiciones de París.

Artículo publicado en Carbon Brief