ESCUELA POLITCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERIA MECANICAESTUDIO DE LA REDUCCION DE EMISIONES DECARBONO EN EL ECUADORTESIS PREVIO A LA OBTENCION DEL GRADO DEMSTER (MSc) EN EFICIENCIA ENERGETICAING. JULIO CESAR CRDENAS HERRERAyajulioo@yahoo.comDIRECTOR: ING. ALECKSEY MOSQUERA GORDILLOaleckseym@yahoo.com.arCODIRECTOR: ING. ADRIN PATRICIO PEA IDROVOAdrian,pena@epn.edu.ecQuito, Octubre 2014iiDECLARACINYo,JulioCsarCrdenasHerrera,declaroqueeltrabajoaqudescritoesdemiautora; que no ha sido previamente presentado para ningn grado o calificacinprofesional; y, que he consultado las referencias bibliogrficas que se incluyen eneste documento.LaEscuelaPolitcnicaNacional,puedehacerusodelosderechoscorrespondientesaestetrabajo,segnloestablecidoporlaLeydePropiedadIntelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.Julio Csar Crdenas HerreraiiiCERTIFICACINCertificoqueelpresentetrabajofuedesarrolladoporelIngenieroJulioCsarCrdenas Herrera bajo mi supervisin.Ingeniero AleckseyMosquera GordilloDIRECTOR DE TESISIngeniero Adrin PatricioPea IdrovoCODIRECTOR DE TESISivAGRADECIMIENTOADiosatravsdesuMaestroporhabermeguiadoentodaslasfacetasdemivida incluido la faceta intelectual.A mi esposa, Gloria del Roco Espinosa Vinueza, por todo su apoyo en el caminode la vida que hemos recorrido con xitoA mis hijos y nietosAl Ing. Alecksey Mosquera y al Ing. Adrin Pea por sus acertadas direcciones enla elaboracin de esta tesis.Ing. Julio Csar Crdenas HerreravDEDICATORIAA la Naturaleza, la que siempre nos ha dado todo para todos, desde hace milesde millonesdeaos yha mantenidosinlaintervencin del hombreuna armonaentodoslossectores yalaque ahoraloshumanosladesequilibramos,lacontaminamosy extraemossucrudoysusminerales enuninstantede esetiempo y para servicio de unos pocos.Tambindedicoala nuevagobernanzaglobalynacional quebuscarelequilibrioenseadoporlanaturalezaentodoslossectores:espiritual,humano,industrial,comercial,residencialymaterialconrecursosenabundanciayparatodos.No esperemos que se desate la furia de la naturalezaIng. Julio Csar Crdenas Herrera1 INDICE GENERAL INDICE GENERAL ........................................................................................................... 1 INDICE DE TABLAS ........................................................................................................ 6 INDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... 9 RESUMEN ................................................................................................................... 16 PRESENTACION ........................................................................................................... 19 OBJETIVOS ................................................................................................................. 20 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 20 OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................................... 20 ALCANCES. ................................................................................................................. 21 CAPTULO 1: LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO, GEI ....................... 22 1.1.ANTECEDENTES .................................................................................... 22 1.2.IDENTIFICACIN DE LOS PROBLEMAS ENERGTICOS .............................. 28 1.3.TERMODINAMICA ................................................................................ 33 1.2.1.LA ENERGA .............................................................................................................. 34 1.2.2.LA ENTROPA Y LA SEGUNDA LEY DE TERMODINAMICA ......................................... 35 1.2.3.LA EXERGA ............................................................................................................... 40 1.2.4.CICLOS TERMODINAMICOS ...................................................................................... 42 1.4.CAUSANTES DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO ........................... 45 1.3.1.GASES DE EFECTO INVERNADERO ............................................................................ 46 1.3.1.1 El dixido de carbono (CO2) ...................................................................................... 46 1.3.1.2El metano, CH4 ........................................................................................................... 47 1.3.1.3El xido Nitroso (N2O) ............................................................................................... 48 1.3.2.GASES CONTAMINANTES LOCALES .......................................................................... 50 1.3.2.1El monxido de carbn (CO)...................................................................................... 50 1.3.2.2Los compuestos orgnicos voltiles diferentes del metano, COVDM ....................... 51 1.3.2.3Los xidos de nitrgeno,NOx (diferente de Oxidos Nitrosos N20) .......................... 52 1.3.2.4Particulados, PM10 ................................................................................................... 54 1.3.2.5Partculas Suspendidas Totales, PST .......................................................................... 55 1.3.2.6Dixido de azufre, SO2 ............................................................................................... 56 1.5.EXERGA, AMBIENTE Y DESARROLLO SUSTENTABLE ............................... 57 1.6.PROBLEMAS AMBIENTALES .................................................................. 57 2 1.5.1CALENTAMIENTO GLOBAL. ...................................................................................... 58 1.5.2EL AGOTAMIENTO DEL OZONO ESTRATOSFRICO................................................... 61 1.5.3PRECIPITACIN CIDA ............................................................................................. 62 1.7.POTENCIALES SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS AMBIENTALES ............... 64 1.8.VERIFICACIN ESTADSTICA DEL CALENTAMIENTO GLOBAL ................... 66 1.7.1INTRODUCCION ........................................................................................................ 66 1.7.2TEMPERATURAS GLOBALES DE LOS ULTIMOS 30 AOS .......................................... 68 1.7.2.1Temperatura global segn National Climate Data Center, NCDC ............................. 69 1.7.2.2Temperatura global segn datos de la NASA ............................................................ 70 1.7.2.3Temperatura global segn datos de la Universidad de Alabama .............................. 71 1.7.3POSIBLES FACTORES CAUSANTES DEL CAMBIO DE TEMPERATURA. ....................... 71 1.7.3.1La Erupcin de los Volcanes ...................................................................................... 72 1.7.3.2La irradiacin solar .................................................................................................... 73 1.7.3.3Oscilaciones climticas causadas por las corrientes del Nio y la Nia .................... 74 1.7.3.4La variacin de las concentraciones de CO2 en la atmsfera .................................... 75 1.7.4REGRESIN DE FACTORES CON LA TEMPERATURA DE NCDC .................................. 76 1.7.4.1Regresin de la temperatura con 1 factor: la erupcin de los volcanes. .................. 78 1.7.4.2Regresin de la temperatura con 2 factores: la erupcin de los volcanes y la radiacin solar .......................................................................................................... 79 1.7.4.3Regresin de la temperatura y 3 factores: la erupcin de los volcanes, la radiacin solar y las corrientes del Nio y la Nia ................................................................... 81 1.7.4.4Regresin de la temperatura NCDC y 4 factores: la erupcin de los volcanes, la radiacin solar, las corrientes del Nio y la Nia y las emisiones de CO2 ................ 83 1.7.5Modelos ARIMA y ARMAX ........................................................................................................ 85 1.7.4.1Modelo ARMAX utilizando la temperatura NCDC ........................................................... 87 1.7.4.2Modelo ARMAX utilizando la temperatura NASA ........................................................... 89 1.7.4.3Modelo ARMAX utilizando la temperatura Universidad de Alabama ............................. 91 1.9.LAS EMISIONES NO BIOGENICAS DE GEI EN EL MUNDO ......................... 95 1.10.LA MATRIZ ENERGETICA HERRAMIENTA DE ANALISIS ........................... 100 1.11.LEGISLACION ECUATORIANA PARA EVITAREMISIONES ........................ 102 CAPITULO 2: POTENCIAL ENERGETICO ECUATORIANO ................................................ 105 2.1.POTENCIAL PETROLERO ....................................................................... 105 2.2.POTENCIAL DE GAS ASOCIADO ............................................................. 108 2.3.POTENCIALDE GAS NATURAL .............................................................. 112 2.4.POTENCIAL HIDRICO ............................................................................ 112 2.5.POTENCIAL ELICO .............................................................................. 115 2.6.POTENCIAL SOLAR ............................................................................... 117 2.7.POTENCIAL GEOTERMICO .................................................................... 121 2.8.POTENCIAL DE BIOMASA ..................................................................... 124 2.8.1.BAGAZO DE CAA Y GENERACIN ELCTRICA ....................................................... 124 3 2.8.2.PRODUCCION DE GASOLINAS E5 a E10 A PARTIR DEL ETANOL DE LA CAA DE AZUCAR .................................................................................................................. 125 2.8.3.PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE PALMA AFRICANA ............................... 126 2.9.POTENCIAL NUCLEAR ........................................................................... 128 CAPTULO 3: REDUCCIN DE EMISIONES EN EL REA DE TRANSFORMACIN .............. 130 3.1.PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD ........................................................... 130 3.1.1.COMBUSTIBLES PARA LA GENERACION DE ELECTRICIDAD .................................... 130 3.1.2.REPRESENTACIN DE LOS COSTOS DE CADA TECNOLOGA ................................... 132 3.1.3.NECESIDADES DE ENERGIA Y CURVA DE CARGA DEL SISTEMA .............................. 136 3.1.4.DEMANDA DE ELECTRICIDAD ................................................................................. 143 3.1.5.CAPACIDAD INSTALADA EN SECTOR ELECTRICO .................................................... 146 3.1.6.GENERACION FUTURA EN BASE A UN ORDEN DE PRIORIDAD. .............................. 151 3.1.6.1.Potencia de generacin elctrica ............................................................................ 151 3.1.6.2.Generacin elctrica hasta el 2040 ......................................................................... 153 3.1.6.3.Factores de planta ................................................................................................... 154 3.1.7.PROYECCION UTILIZANDO PROGRAMACION LINEAL ............................................. 154 3.1.7.1.Capacidad de generacin ........................................................................................ 155 3.1.7.2.Energa optimizada .................................................................................................. 156 3.1.7.3.Factores de planta ................................................................................................... 157 3.1.8.REDUCCION DE EMISIONES .................................................................................... 158 3.1.9.REDUCCION DE EMISIONES EN OTROS PROYECTOS .............................................. 160 3.1.9.1Generacin elica .................................................................................................... 160 3.1.9.2Pequeas hidroelctricas ........................................................................................ 161 3.1.9.3Generacin geotrmica ........................................................................................... 162 3.1.9.4Generacin con biogas ............................................................................................ 163 3.2.PRODUCCION DE DERIVADOS .............................................................. 164 3.2.1.LINEA BASE DE REFINACION ................................................................................... 164 3.2.1.1.Lnea Base en Refinera de Esmeraldas ................................................................... 165 3.2.1.2.Refinera Amazonas ................................................................................................. 167 3.2.1.3.Refinera la libertad ................................................................................................. 168 3.2.1.4.Planta de gas ........................................................................................................... 169 3.2.2.OPTIMIZACION SECTOR REFINACION .................................................................... 171 3.2.2.1.Optimizacin Refinera de Esmeraldas .................................................................... 171 3.2.2.2.Optimizacin Refinera Amazonas........................................................................... 173 3.2.2.3.Cierre de la refinera de la Libertad ......................................................................... 174 3.2.2.4.Construccin de una nueva refinera: la refinera del Pacfico ................................ 174 3.2.2.5.Optimizacin de Planta de Gas de Shushufindi ....................................................... 176 3.2.3.CAMBIO Y REDUCCION DE LA DEMANDA DE DERIVADOS ..................................... 177 3.2.3.1.Impulso a produccin del Etanol ............................................................................. 178 3.2.3.2.Impulso a la produccin de Biodiesel ...................................................................... 179 3.2.3.3.Rehabilitacin de refineras ..................................................................................... 180 3.2.3.4.Cogeneracin en refineras, sistema GICC .............................................................. 180 3.2.4.EMISIONES SECTOR REFINACION ........................................................................... 181 CAPTULO 4: REDUCCIN EMISIONES EN LA DEMANDA .............................................. 182 4.1.SECTOR RESIDENCIAL ........................................................................... 183 4 4.1.1.LINEA BASE DE LA DEMANDA ............................................................................................. 183 4.1.2.CAMBIOS Y REDUCCIONES EN LA DEMANDA ..................................................................... 184 4.1.2.1.Cambio del uso del GLP por electricidad en los hogares ......................................... 185 4.1.2.2.Reduccin de energa elctrica por Eficiencia Energtica ....................................... 187 4.1.2.2.1Aire acondicionado residencial ......................................................................... 187 4.1.2.2.2Refrigeracin residencial................................................................................... 188 4.1.2.2.3Iluminacin residencial ..................................................................................... 189 4.1.2.2.4Calentamiento solar del agua ........................................................................... 190 4.1.2.2.5Estufas mejoradas de lea ................................................................................ 191 4.1.2.2.6Produccin eficiente de carbn vegetal............................................................ 192 4.1.3.REDUCCION DE EMISIONES SECTOR RESIDENCIAL............................................................. 193 4.2.SECTOR INDUSTRIAL (INCLUYE AGROINDUSTRIAL) ............................... 195 4.2.1. LINEA BASE ............................................................................................................................ 195 4.2.2. REDUCCION DE CONSUMOS ................................................................................................. 195 4.2.2.1Motores industriales ............................................................................................... 196 4.2.2.2Cogeneracin con bagazo ....................................................................................... 196 4.2.2.3Cogeneracin en industrias ..................................................................................... 198 4.2.3. REDUCCION DE EMISIONES................................................................................................... 200 4.3.SECTOR COMERCIAL Y SECTOR PBLICO ............................................... 201 4.3.1.LINEA BASE ........................................................................................................................... 201 4.3.2.REDUCCION DE DEMANDA .................................................................................................. 201 4.3.2.1 Aire acondicionado en edificios.............................................................................. 202 4.3.2.2 Iluminacin en edificios .......................................................................................... 203 4.3.2.3 Reducciones en alumbrado pblico ....................................................................... 203 4.3.3. REDUCCION DE EMISIONES ................................................................................................. 204 4.4.SECTOR TRANSPORTE .......................................................................... 205 4.4.1. LINEA BASE.............................................................................................................................. 205 4.4.2. REDUCCION DE DEMANDA ..................................................................................................... 211 4.4.2.1 Uso de vehculos ms eficientes ............................................................................. 211 4.4.2.2 Vehculos disel en lugar de a gasolina .................................................................. 213 4.4.2.3.Uso de vehculos hbridos........................................................................................ 213 4.4.2.4 Autos ms pequeos en lugar de SUVs (Jeeps) ...................................................... 215 4.4.2.5.Uso de carros elctricos .......................................................................................... 216 4.4.2.6 Sistema de transporte masivo con BRT .................................................................. 218 4.4.2.7.Transporte por ferrocarril ....................................................................................... 218 4.4.3. REDUCCION TOTAL DE EMISIONES EN EL TRANSPORTE ......................................................... 221 CAPTULO 5: REDUCCION DE EMISIONES BIOGENICAS EN PROYECTOS NO ENERGETICOS ................................................................................................................................. 222 5.1.LINEA BASE ......................................................................................... 226 5.2.REDUCCION DE EMISIONES .................................................................. 232 5.2.1REDUCCION DE EMISIONES DE CO2 POR SECTORES .............................................. 232 5.2.2REDUCCION DE EMISIONES DE CH4 POR SECTORES ............................................... 233 1.2.3REDUCCION DE EMISIONES DE N2O POR SECTORES .............................................. 235 CAPTULO 6: PLAN DE REDUCCIN DE EMISIONES Y POLITICAS ........................ 236 5 6.1.LA EVOLUCIN DE LAS EMISIONES EN EL ESCENARIO DE LA LNEA BASE 236 6.2.REDUCCION DE EMISIONES PORNUEVAS POLITICAS ............................ 237 6.3.REDUCCION DE EMISIONES POR PROYECTO ......................................... 239 6.4.REAS DE ALTA PRIORIDAD ................................................................. 241 6.4.1.REDUCCIN EN SECTOR USO DEL SUELO, SILVICULTURA, AGRICULTURA Y DESECHOS .............................................................................................................. 242 6.4.2.REDUCCIN EN EL SECTOR DE TRANSPORTE ......................................................... 243 6.4.3.REDUCCIN EN EL SECTOR DE GENERACION ELECTRICA....................................... 243 6.4.4.REDUCCIN EN EL SECTOR RESIDENCIAL ............................................................... 244 6.5.INVERSIONES REQUERIDAS .................................................................. 244 6.6.FACTIBILIDAD Y BARRERAS DE IMPLEMENTACIN ................................ 246 6.7.IMPLEMENTACIN DE POLTICAS ......................................................... 247 6.7.1PROGRAMAS FORESTALES Y CONTROL DE RESIDUOS Y EFLUENTES ..................... 248 6.7.2PROGRAMAS DE TRANSPORTE PBLICO Y PLANIFICACIN URBANA .................... 248 6.7.3GENERACIN DE ELECTRICIDAD OPTIMIZANDO LAS TECNOLOGAS EXISTENTES.248 6.7.4NORMAS DE EFICIENCIA ENERGTICA. .................................................................. 249 6.7.5NORMAS DE CALIDAD DEL AIRE ............................................................................. 249 6.7.6PRECIOS DE LA ENERGA. ....................................................................................... 250 6.7.7FINANCIAMIENTO DE LOS PROYECTOS .................................................................. 250 CONCLUSIONES ......................................................................................................... 253 RECOMENDACIONES .................................................................................................. 256 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................................. 257 ANEXO 1.Ejemplos de Entropa,Exerga, Ciclos termodinmicos .................................... 260 ANEXO 2. Factores de emisin ......................................................................................... 261 ANEXO 3. Produccin de crudo y gas ................................................................................ 262 ANEXO 4. Factibilidades .................................................................................................. 263 6 INDICE DE TABLAS Tabla 1 : Principales causantes del Cambio Climtico .................................................. 60 Tabla 2: Regresin de la temperatura con un 1 factor que mide la erupcin de los volcanes ......................................................................................................... 78 Tabla 3: Regresin de la Temperatura con 2 factores la erupcin de los volcanes y la radiacin solar .............................................................................................. 80 Tabla 4: Regresin de la Temperatura y 3 factores: erupcin de los volcanes, Radiacin solar y Corrientes del Nio y la Nia ....................................... 82 Tabla 5: Regresin de la temperatura NCDC y 4 factores: Erupcin de los volcanes, Radiacin solar, Corrientes del Nio y las emisiones de CO2 .................. 84 Tabla 6: ARMAX para la Temperatura NCDC y los 4 factores: Erupcin de volcanes, Radiacin solar, Corrientes del Nio y emisiones de CO2 ........................ 88 Tabla 7: Modelo ARMAX con Temperatura NASA y cuatro factores ........................ 90 Tabla 8: Modelo ARMAX con los datos de Temperatura de la Universidad de Alabama, UAH y los 4 factores ................................................................... 92 Tabla 9: Matriz energtica del ecuador, ao 2010 ....................................................... 100 Tabla 10: Reservas petroleras ecuatorianas ................................................................. 106 Tabla 11: Reservas de gas asociado por campos .......................................................... 108 Tabla 12: Potencial hidroelctrico de INECEL publicado en Plan Maestro de Electrificacin 2012-2021 ........................................................................... 115 Tabla 13: Localizacin de posibles proyectos de generacin elica segn CONELEC ...................................................................................................................... 116 Tabla 14: Potencial geotrmico de Alta Temperatura, segn estudio INECEL-OLADE 1980 ............................................................................................... 122 Tabla 15: Potencial Geotrmico de Baja Temperatura segn estudio INECEL OLADE 1980 ............................................................................................... 122 Tabla 16: Resumen de costos tpicos de plantas de generacin elctrica con diferente tecnologa ..................................................................................................... 131 Tabla 17: Clculo del costo fijo anualizado................................................................... 134 Tabla 18: Costo de cada tecnologa ................................................................................ 134 Tabla 19: Costo comparativo de cada tecnologa ......................................................... 135 Tabla 20: Factores de Carga en los puntos ptimos ..................................................... 136 7 Tabla 21: Rangos de demanda por Tecnologa ............................................................. 140 Tabla 22: Precios de Combustibles considerados ......................................................... 141 Tabla 23: Costos de energa con precios internacionales y subsidiados ..................... 142 Tabla 24: Capacidad de generacin en el 2012 en Ecuador ........................................ 146 Tabla 25: Variables consideradas para cada tecnologa de generacin ..................... 150 Tabla 26: Factores de Planta para el caso con orden de mrito.................................. 154 Tabla 27: Factores de planta para el caso de programacin lineal ............................ 157 Tabla 28: Energa generada y factor de carga del escenario base y programacin lineal ............................................................................................................. 158 Tabla 29: Costos de generacin y reduccin de emisiones en el escenario base y el de programacin lineal. .................................................................................. 159 Tabla 30: Esquema de refinacin actual de la Refinera de Esmeraldas y su margen de refinacin ................................................................................................ 166 Tabla 31: Esquema de refinacin, caso Base de Refinera Amazonas y margen....... 167 Tabla 32: Esquema de refinacin Ref. La Libertad, Caso Base y Margen ................ 168 Tabla 33: Esquema de refinacin y margen de la Planta de Gas de Shushufindi ..... 169 Tabla 34: Esquema de refinacin optimizado de la refinera Esmeraldas y su nuevo margen de refinacin ................................................................................. 172 Tabla 35: Esquema de refinacin optimizada de refinera Amazonas y su nuevo margen ......................................................................................................... 173 Tabla 36 : Rendimientos, precios y margen de refinacion estimados de la refinera del Pacfico ........................................................................................................ 175 Tabla 37: Rendimiento de los vehculos por km. .......................................................... 210 Tabla 38: Comparacin del consumo de combustibles y emisiones en un viaje de Quito a Guayaquil por diferentes vehculos ............................................ 219 Tabla 39: Matriz de conversin para el perodo 1990 - 2009, equivalente a 20 aos 224 Tabla 40: Matriz de conversin del Uso del Suelo estimada para el ao 2006 .......... 225 Tabla 41: Inventario de emisiones de efecto invernadero estimadas para el Ecuador ...................................................................................................................... 227 Tabla 42: Emisiones del sector Agricultura por fermentacin entrica y manejo del estircol del ganado .................................................................................... 229 Tabla 43: Emisiones del sector del Uso del Suelo en el 2006 segn Directrices del IPCC 2006 ................................................................................................... 230 8 Tabla 44: Reduccin de emisiones por proyecto........................................................... 239 Tabla 45: Priorizacin de proyectos en funcin del mayor volumen de reducciones de gases de efecto invernadero ....................................................................... 241 Tabla 46: Inversiones requeridas por proyecto ............................................................ 245 Tabla 47: Inversiones requeridas para el sector privado, los hogares y el sector pblico ......................................................................................................... 251 9 INDICE DE FIGURAS Figura 1 a: Emisiones de GEI por 2000 aos .................................................................. 23 Figura 2: Incremento de temperatura, nivel del mar y reducciones de capa de nieve 25 Figura 3: IPCC emisiones por grupo de gases ................................................................ 26 Figura 4: IPCC emisiones GEI por sectores ................................................................... 27 Figura 5: IPC, Proyeccin del incremento de la temperatura media global................ 28 Figura 6: Proceso de conversin de energa .................................................................... 29 Figura 7: Usos de la Matriz energtica de USA, 2009 ........................................... 30 Figura 8: Ineficiencia en automotores en autopistas de USA, segn Hobson realizado en el 2004 .................................................................................. 31 Figura 9: Generacin con turbina de vapor usando fuel oil ............................... 32 Figura 10: Ciclo combinado o Cogeneracin: Turbina de Gas + Turbinas de vapor + procesos industriales .................................................................................... 32 Figura 11: Usos energticos en el Ecuador en el 2010 .................................................... 33 Figura 12: Motores de Combustin Interna y Ciclos Termodinmicos de Otto y Disel ........................................................................................................................ 42 Figura 13: Turbina de Vapor y el Ciclo Termodinmico Rankine ............................... 43 Figura 14: Turbina de Gas y el Ciclo Termodinmico de Brayton .............................. 43 Figura15: Ciclos Combinados de Turbina de Gas y Turbina de Vapor .................... 44 Figura 16: Ciclo Termodinmico de Refrigeracin (Ciclo Invertido de Carnot) ........ 45 Figura 17: Relacin entre exerga, energa medio ambiente y desarrollo sustentable 57 Figura 18: Variacin de la temperatura segn la NASA ............................................... 59 Figura 19: Incremento de CO2 en la atmosfera .............................................................. 59 Figura 20: Funcionamiento del efecto invernadero........................................................ 60 Figura 21: Los Causantes de la reduccin de la capa de Ozono ................................... 62 Figura 22: Transformaciones Qumicas para formar Lluvia cida ............................. 63 Figura 23: Desarrollo Sustentable ................................................................................... 65 Figura 24: Variacin de temperatura en base a ncleos de hielo en Groenlandia ...... 67 Figura 25: Variacin de temperatura desde el ao 9.000 a.c. hasta el 2.000 d.c. ........ 68 Figura 26: Variacin de temperaturas global de National Climate Data Center, NCDC ............................................................................................................ 69 Figura 27: Variacin temperatura global segn Instituto Goddard de NASA ........... 70 10 Figura 28: Variacin temperatura segn Universidad de Alabama, Huntsville ......... 71 Figura 29: Medicin de la erupciones utilizando Aerosol Optical Depth, AOD de la NASA ............................................................................................................. 72 Figura 30: Irradiacin Solar total del Observatorio fsico meteorolgico de Davos ... 73 Figura 31: Indice multivariante ENSO de la corriente del Nio y la Nia .................. 74 Figura 32: Promedio global del CO2 en la Superficie Marina del Laboratorio de Investigacin de los Sistemas de la Tierra ................................................. 75 Figura 33: Concentraciones de SO4 en Groenlandia segn Mayewski en 1993 .......... 76 Figura 34: Separacin de la concentracin de Sulfatos en Curva Suavizada y curva de Residuos o Rpida ........................................................................................ 77 Figura 35: Regresin de Temperatura NCDC y el Factor aod que mide erupciones . 79 Figura 36: Regresin de la Temperatura con 2 factores: la erupcin de los volcanes y la radiacin solar .......................................................................................... 81 Figura 37: Regresin de la temperatura y 3 factores: Erupcin de volcanes, Radiacin solar y Corrientes del Nio y la Nia.......................................................... 83 Figura 38: Curvas de Temperatura NCDC, 4 factores y NCDC suavizado ................ 85 Figura 39: Modelo ARMAX para la Temperatura NCDC y los factores: Erupcin de volcanes, Radiacin solar, Corriente del Nio y Emisiones CO2 ............. 89 Figura 40 : Modelo ARMAX con temperatura de la NASA y los cuatro factores ...... 91 Figura 41: Modelos ARAMX con temperatura Universidad de Alabama y los cuatro factores .......................................................................................................... 93 Figura 42: Emisiones mundiales de CO2 segn EIA ...................................................... 95 Figura 43: emisiones de CO2 en pases no OECD........................................................... 96 Figura 44: Demanda mundial por tipo de combustibles segun EIA ............................. 97 Figura 45: Combustibles requeridos a nivel mundial para generacin elctrica ........ 98 Figura 46: Emisiones de CO2 por persona ...................................................................... 99 Figura 47: Mapa petrolero ecuatoriano con bloques en explotacin y en licitacin . 105 Figura 48: Producciones caso base hasta el 2040, utilizando programa LEAP ......... 107 Figura 49: Comportamiento de Reservas Remanentes utilizando el programa LEAP ...................................................................................................................... 107 Figura 50: Produccin estimada de Gas Asociado en el Ecuador ............................... 109 Figura 51: Estimado del gas asociado por productos ................................................... 110 11 Figura 52: Proyeccin estimada de Gas Asociado en Oriente ecuatoriano, usando LEAP ........................................................................................................... 110 Figura 53: Utilizacin de combustibles en Proyecto OGE de Petroamazonas, utilizando LEAP ......................................................................................... 111 Figura 54: Produccin estimada de Gas Natural de Campo Amistad, utilizando LEAP ...................................................................................................................... 112 Figura 55: Vertientes del Pacfico y Amazonas ............................................................ 113 Figura 56: Complementariedad de caudales de las Vertientes del Pacfico y del Amazonas .................................................................................................... 114 Figura 57: Estimados de proyectos elicos en Ecuador utilizando LEAP ................. 117 Figura 58: Mayores radiaciones solares segn SunWise Technologies, de Curso de Ning Chen .................................................................................................... 118 Figura 59: Radiacin solar en Quito .............................................................................. 119 Figura 60: Insolacin Global Promedio de Ecuador tomado del Atlas Solar del Ecuador del CONELEC ............................................................................ 119 Figura 61: Proyeccin de generacin fotovoltaica en Ecuador utilizando LEAP ..... 120 Figura 62: Gran potencial geotrmico en Ecuador por la presencia de 40 volcanes activos. ......................................................................................................... 121 Figura 63: Proyectos de generacin Geotrmica a ser instalados en Ecuador utilizando LEAP ......................................................................................... 123 Figura 64: Generacin elctrica a partir de biomasa, utilizando LEAP .................... 124 Figura 65: Produccin esperado e Etanol y rea requerida de siembra en ha/ao .. 125 Figura 66: Produccin esperada de Biodiesel y superficie excedente de Palma Africana en ha/ao ..................................................................................... 127 Figura 67: % de biodisel a ser mezclado con el disel petrolero, utilizando el LEAP ...................................................................................................................... 127 Figure 68: Ubicacin de posibles reas uranferas en Ecuador .................................. 128 Figura 69 : Variacin de los costos totales vs. el factor de carga ................................ 135 Figura 70: Curva de carga diaria en el Ecuador, segn el CENACE ........................ 137 Figura 71: Curva de Carga semanal segn CENACE ................................................. 137 Figura 72: Curva de carga anual para el 2012 en Ecuador, segn CENACE ........... 138 Figura 73: Curva de Carga Normalizada ..................................................................... 138 12 Figura 74: Correlacin entre Costos de Tecnologas y la Curva de Carga normalizada ...................................................................................................................... 139 Figura 75: Curva de Carga decreciente por Tecnologa .............................................. 140 Figura 76: Curva de Carga Horaria por Tecnologa ................................................... 140 Figura 77: Curva de Costos Subsidiados vs. Factor de Carga .................................... 141 Figura 78: La demanda mxima considerada por ao en Ecuador, considerada en el LEAP ........................................................................................................... 143 Figura 79: Disponibilidad de energa hdrica debido al estiaje, considerado en el LEAP ........................................................................................................... 144 Figura 80: Proyeccin de la demanda elctrica por sectores segn el CENACE ...... 144 Figura 81: Crecimiento de la demanda considerada en el programa LEAP ............. 145 Figura 82: Capacidad hdrica en el Ecuador: histrica y esperada ........................... 147 Figura 83: Capacidad de generacin de turbinas de vapor ......................................... 148 Figura 84: Capacidad instalad de motores de combustin interna ............................ 149 Figura 85: Capacidad instalada de turbinas a gas con diesel ...................................... 149 Figura 86: Potencia instalada para el caso de mnimo Costo ...................................... 152 Figura 87: Generacin instalada hasta 2040 en base a informacin de CENACE, utilizada en el LEAP .................................................................................. 153 Figura 88: Capacidad Optimizada en base programacin lineal del LEAP .............. 155 Figura 89: Energa generada en base a programacin lineal del LEAP .................... 156 Figura 90: Reducciones de emisiones por programacin lineal .................................. 160 Figura 91: Capacidad elica estimada posible en Ecuador ......................................... 161 Figura 92: Capacidad estimada para pequeas hidroelctricas en Ecuador ............ 162 Figura 93: Capacidad estima en generacin geotrmica en el Ecuador ..................... 163 Figura 94: Capacidad de generacin con biogs en base a la basura ......................... 164 Figura 95: Produccin de derivados en caso base en Refinera Esmeraldas ............. 166 Figura 96: Produccin de derivados en caso Base de ref. Amazonas si no se moderniza .................................................................................................... 167 Figura 97: Produccin de derivados en caso Base Ref. La Libertad .......................... 168 Figura 98: Produccin de derivados de Planta de Gas de Shushufindi ...................... 169 Figura 99: Cargas vs. Capacidad de Planta de Gas de Shushufindi, caso base ......... 170 Figura 100: Produccin de derivados de todas las refineras actuales, Caso Base .... 170 13 Figura 101: Optimizacin de la produccin de la refinera de Esmeraldas con la nueva inversin ........................................................................................... 172 Figura 102: Produccin optimizada en refinera Amazonas ....................................... 174 Figura 103: Derivados a producirse en Refinera del Pacfico .................................... 175 Figura 104: La optimizacin de la Panta de Gas de Shushufindi a plena capacidad 176 Figura 105: Produccin de derivados de todas las refineras, caso optimizado ........ 177 Figura 106: Produccin de Etanol en Barriles de crudo equivalente por da ............ 178 Figura 107: Capacidad instalada estimada de biodiesel en Ecuador ......................... 179 Figura 108: Incremento de emisiones en sector de refinacin por incremento de capacidad ..................................................................................................... 181 Figura 109: Demanda de energticos por sectores ....................................................... 182 Figura 110: Demanda por productos en sector de Demanda ...................................... 182 Figura 111: Demanda Base de energticos en sector Residencial ............................... 183 Figura 112: Demanda optimizada del Sector Residencial ........................................... 184 Figura 113: Principales reducciones de la demanda en Sector Residencial ............... 185 Figura 114: Reemplazo de GLP por electricidad usando programa LEAP .............. 186 Figura 115: La reduccin de emisiones por el reemplazo de GLP por electricidad es alto ............................................................................................................... 186 Figura 116: Reduccin de consumo elctrico en aire acondicionado de hogares ...... 187 Figura 117: Reduccin de electricidad en refrigeradores en los hogares ................... 188 Figura 118: Disminucin del consumo elctrico por el cambio de focos incandescentes por fluorescentes ......................................................................................... 189 Figura 119: Disminucin energtico por el uso de paneles solares para calentamiento de agua en los hogares ................................................................................ 190 Figura 120: En la optimizacin de estufas de lea hay un incremento del uso de la lea ............................................................................................................... 191 Figura 121: Reduccin del uso de la lea por procesamiento eficiente del carbn vegetal .......................................................................................................... 192 Figura 122: Cambio en sector residencial por eficiencia energtica en GJ ............... 193 Figura 123: Reduccin de emisiones del sector residencial consolidado .................... 194 Figura 124: Combustibles que se reducen en el sector residencial optimizado ......... 194 Figura 125: Demanda base del Sector Industrial ......................................................... 195 14 Figura 126: Reduccin del uso de electricidad en optimizacin de motores obsoletos en Industria ................................................................................................. 196 Figura 127: Reduccin de la demanda de electricidad y fuel oil por la cogeneracin con bagazo ................................................................................................... 197 Figura 128: Cambio en la demanda por introducir cogeneracin en la Industria .... 199 Figura 129: Reducciones de emisiones por cogeneracin en Industrias .................... 199 Figura 130: Cambios en la demanda por optimizacin sector industria ................... 200 Figura 131: Emisiones en sector industrial optimizado ............................................... 200 Figura 132: Demanda base del sector comercial y pblico .......................................... 201 Figura 133: Reduccin de electricidad por la optimizacin del aire .......................... 202 Figura 134: Reduccin de la electricidad por mejoramiento ...................................... 203 Figura 135: Reduccin de electricidad por el cambio de luminarias del alumbrado pblico ......................................................................................................... 204 Figura 136: Reducciones de emisiones en el sector comercial optimizado ................. 205 Figura 137: Tenencia de vehculos por 1000 personas en funcin de PIB per cpita 206 Figura 138: Tenencia de vehculos por 1000 habitantes considerado ........................ 206 Figura 139: Demanda de combustibles en sector transporte por carretera, aire y mar ...................................................................................................................... 207 Figura 140: Consumo de combustibles por tipo de vehculos en carreteras .............. 207 Figura 141: Nmero de vehculos por tipo en el Ecuador ........................................... 208 Figura 142: Curva de antigedad de los vehculos existentes ..................................... 208 Figura 143: Sobrevivencia de los vehculos ................................................................... 209 Figura 144: Perfil de degradacin del kilometraje ....................................................... 210 Figura 145: Reduccin de combustibles por mayor rendimiento de vehculos ......... 212 Figura 146: Reduccin de emisiones por mejor rendimiento de vehculos ................ 212 Figura 147: Reduccin de gasolinas por el cambio a vehculos a disel ..................... 213 Figura 148: Reduccin de combustibles por el uso de vehculos hbridos ................. 214 Figura 149: Reduccin de emisiones por el uso de vehculos hbridos ....................... 215 Figura 150: Reduccin de combustibles por el reemplazo de Jeeps por automviles ms livianos ................................................................................................. 216 Figura 151: Reduccin de gasolinas por el uso de vehculos elctricos ...................... 217 Figura 152: Reduccin de emisiones de CO2 eq. por el uso de vehculos elctricos .. 217 Figura 153: Reduccin de combustibles por el uso de buses BRT .............................. 218 15 Figura 154: Distancias desde Quito a Guayaquil por avin y carretera .................... 219 Figura 155: Reduccin de combustibles por el uso del tren de carga ......................... 220 Figura 156: Reduccin de emisiones por la utilizacin del tren .................................. 221 Figura 157: Comparacin de reduccin de emisiones por escenario en transporte .. 221 Figura 158: 14 ecosistemas en el Ecuador segn atlas geogrfico del Instituto Geogrfico Militar ...................................................................................... 222 Figura 159: Curva de deforestacin estimada en base los promedios obtenidos de las matrices de conversin ............................................................................... 224 Figura 160: Fuentes y captaciones de gases de efecto invernadero en el sector AFOLU, de Directrices del IPCC 2006 .................................................... 228 Figura 161: Toneladas de Emisiones de CO2, CH4 y N2O de sector no energtico ... 231 Figura 162: Emisiones principales de CO2 equivalente en sector no energtico ....... 232 Figura 163: Reduccin de emisiones de CO2 por sectores ........................................... 233 Figura 164: Principales emisiones de CH4 en sector no energtico ............................ 234 Figura 165: Principales emisiones de N2O en el sector no energtico ........................ 235 Figura 166: Crecimiento del PIB en valores corrientes ............................................... 236 Figura 167: Crecimiento de la poblacin en millones de habitantes .......................... 237 Figura 168: Emisiones en toneladas de CO2 equivalentes en el caso base . 237 Figura 169: Reduccin de emisiones en todos los sectores .......................................... 238 Figura 170: Sectores de mayor reduccin de emisiones ............................................... 238 Figura 171: Curva de Reduccin de emisiones de gases de efecto invernadero en el 2040 y sus costos ......................................................................................... 240 Figura 172: Curva de deforestacin y emisiones y absorciones de CO2 ..................... 242 16 RESUMEN Elcalentamientoglobalescausadoporelhombreporlaemisindegasesde efectoinvernaderocomoeldixidodecarbono,CO2,queseemiteenla combustindeloscombustiblesfsilesenlosvehculos,lageneracin termoelctricayrefinacindelpetrleo,porelmetano,CH4queseemitepor fermentacin entrica y cultivos de arroz, y por el xido nitroso, N2O, causado por lossuelosagrcolasporelcontenidodefertilizantessintticos.Igualmentela debilitacin de la capa de Ozono causado por los compuestos orgnicos voltiles diferentesdelmetano,COVDM,comoloshalgenos,olefinas,cetonas,y aldehdos. La contaminacin local es causada por los particulados, PM10, que se emitenenlacombustindeldisel,ascomolalluviacidaproducidaporla presencia en la combustin de azufre y nitrgeno. Lasemisionesecuatorianasenel2013fueronde56millonesdetoneladasde CO2 equivalente, MM.ton.CO2.eq,que se desglosan en 20 MM.ton.CO2.eq por el sector de la demanda, en 7 MM.ton.CO2.eq por el sector de la transformacin y en 29 MM.ton.CO2.eq por el sector no energtico. Estasemisiones,enelescenariobase,crecernenel2040a96,1MM.ton.CO2.eqquesedesglosaranen43,2MM.ton.CO2.eqporelsectordela demanda,en15MM.ton.CO2.eqporelsectordelatransformacinyen37,5 MM.ton.CO2.eq por el sector no energtico. Conadecuadaspolticaslasemisionesenel2040sereducirana61MM.ton.CO2.eqquesedesglosanen32,4MM.ton.CO2.eqporelsectordela demanda,en12,3MM.ton.CO2.eqporelsectordelatransformacinyen16,3 MM.ton.CO2.eq por el sector no energtico. Los sectores en los que se realizarn lasmayores reducciones son:en el sector noenergticofundamentalmenteporelcontroldeloscambiosdelusodelsuelo por 21,18 MM.ton.CO2.eq, en el sector del transporte por 18,3 MM.ton.CO2.eq; en elsectordelatransformacinoseaenlageneracinelctricayrefineraspor9 MM.ton.CO2.eq; en el sector industrial y comercial por 3,6 MM.ton.CO2.eq; yen el sector residencial por 2,4 MM.ton.CO2.eq17 Lasinversionesrequeridassonde122milmillonesdedlaresde2013a2040. Lasprincipalespolticasaaplicarseseran:eficienciaenergticaentodoslos procesosdeusodelaenerga;lafocalizacinyreduccinpaulatinadelos subsidiosalGLP,gasolinasydisel;mejoramientodelacalidaddelos combustibles;reemplazodelgasnaturalporeldiseleneltransportemasivo; mejoramientodeltransportemasivoparaquedesplaceelusodelautomvil;accesotecnolgicoeincentivosparalainclusindelautohbridoyelctrico; planificacinalargoplazodeloscambiosdelusodelsueloincentivandola plantacinderbolesybosquesymejorandolosrendimientodecultivosy pastizales;priorizacindegeneracinhdrica;latermoelectricidaddebe programarseenbasealospreciosinternacionalesdeloscombustibles; acrecentarelusodelgasnaturalincluyendolacogeneracin;procesosde cogeneracin en las industrias; desarrollar proceso de gasificacin en la refineras yenelusodelabiomasa;incluirlaenerganuclearparageneracinelctrica; generacinelctricaconlabasura,utilizacindepanelessolares;etiquetizacin energtica de electrodomsticos; aislamientos ptimos en las construcciones. ABSTRACTGlobal warming is caused by man by the emission of greenhouse gases such as; carbon dioxide, CO2, which is emitted in the combustion of fossil fuels in vehicles, in the thermoelectric generation and the refining of oil; methane, CH4 emitted from entericfermentationandricecultivation;andnitrousoxide,N2O,causedby agriculturalsoilsforthecontentofsynthetic fertilizers.Similarlytheweakeningof theozonelayeriscausedbythedifferentmethanevolatileorganiccompounds, DMVOC, such as halogens, olefins, ketones, and aldehydes.The local pollution is causedbyparticulates,PM10,whichisemittedinthecombustionofdiesel.The acid rain, is caused by the combustion with contents of sulfur and nitrogen.TheEcuadorianemissionsin2013is56milliontonnesofCO2equivalent, MM.ton.CO2.eq,brokendownin20MM.ton.CO2.eqbydemandsector,in7 MM.ton.CO2 . eq by the transformation sector and 29 MM.ton.CO2.eq by the non-energy sector. 18 Thisemissionsinthebaselinescenarioisexpectedtogrowin2040to96,1 MM.ton.CO2.eq, broken down into 43,6 MM.ton.CO2.eq by the demand sector, into15MM.ton.CO2.eqbythetransformationsectorandinto37,5MM.ton.CO2.eqby the non-energy sector. Withappropriatepolicies,theemissionsin2040wouldbereducedto61 MM.ton.CO2.eq broken down into 32,4 MM.ton.CO2.eq by the demand sector, into12,3 MM.ton.CO2.eq by the transformation sector and into 16,3 MM.ton.CO2.eq by the non-energy sector.Thesectorswherethegreatestreductionsare:thenon-energysectormainlyfor control of land use changes with 21,18 MM.ton . CO2.eq,the transport sector with 18.3MM.ton.CO2.eq;thetransformationsectorinpowergenerationandin refinerieswith9MM.ton.CO2.eq;theindustrialandcommercialsectorwith3.6 MM.ton.CO2.eq; and the residential sector with 2.4 MM.ton.CO2.eq Investmentsrequiredare122billionfrom2013-2040.Themainpoliciestobe implementedare:energyefficiencyinallprocessesofenergyuse;targetingand gradual reduction of subsidies for LPG, gasoline and diesel; improving fuel quality; replacementofdiesel bynaturalgasinthe dieselpublictransportation;improved publictransportationtochangetheprivatecaruse;technologicalaccessand incentivesforincludinghybridandelectriccar;long-termplanningoflanduse changes encouraging the planting of trees and forests and improving yield of crops andpastures;prioritizingwatergeneration;thermoelectricitybeprogrammed basedoninternationalfuelprices;increasingtheuseofnaturalgasincluding cogenerationprocesses;cogenerationinindustries;developgasificationprocess inrefineriesandinthebiomass;includenuclearenergyforpowergeneration; wastepowergeneration;useofsolarpanels;energylabelingofappliancesand optimal insulation in buildings. 19 PRESENTACION ElestudiodelasemisionesdecarbonoenelEcuadortienecomofinalidadel disponer de una poltica de reduccin de emisiones de carbono. Paradeterminarestapolticaesnecesarioconocerelmontodelasemisiones actualesentodoslossectores,cuantocontaminalaproduccindecrudo,el transporte,laindustria,elcomercio,elsectorresidencialenlacoccinde alimentos, en el uso de electrodomsticos, en la iluminacin, en la produccin de electricidad, en la refineras, en la deforestacin, en el cambio del uso del suelo, etc. Seesperasolucionarlossiguientesproblemasquesehanpresentadoconel objetivo de determinar una poltica de reduccin de emisiones: Elnodisponerdeuninventariodeproyectosdereduccinde emisiones. El no tener cuantificado el monto de la contaminacin en cada uno de los sectores La dependencia muy alta en el recurso fsil no renovable El no conocer sobre el cambio climtico causado por las emisiones del hombre La baja disponibilidad de tecnologa propia La no existencia de un plan de eficiencia energtica Lasaltastasasdedeforestacinquehandisminuidolacapacidadde efecto sumidero del CO2. El no disponer de una plan de bajas emisiones en el Ecuador 20 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL ReducirlasemisionesdegasesdeefectoinvernaderoenEcuadoratravsde nuevas inversiones en proyectos que deben ser compatibles con la proteccin del medio ambiente. OBJETIVOS ESPECIFICOS a)Realizarunanlisiscostobeneficiodelosproyectosparasabercun beneficioso o costoso es la reduccin de las emisiones por dlar invertido b)Prepararunescenariodereduccindeemisionesdesdeelao2013al 2040 basado en el potencial y los costos de las opciones de mitigacin en todos los sectores. c)Proponer un plan de polticas prioritarias para el desarrollo de proyectos de bajas emisiones 21 ALCANCES. Seseleccionarnlossectoresobjetodelanlisisdereduccindeemisiones,la factibilidadybarrerasdeimplementacinenbasefundamentalmentealas inversiones requeridas y las posibles polticas que permitan la implementacin de los proyectos de bajas emisiones. a)Se analizarn las reas de alta prioridad en: a.Transporte b.Electricidad c.Industria del petrleo y gas d.Uso final de energa e.Sector forestal b)Se sealarn las factibilidades ylas barreras a la implementacin a.Requerimientos de financiamiento b.Financiamiento de la inversiones i.Financiamiento sector pblico ii.Financiamiento sector privado iii.Financiamiento de la familias c)Sedelinearnlasposiblespolticasparaeldesarrollodeproyectosde bajas emisiones en: a.Generacin de electricidad a partir de energas renovables b.Normas de eficiencia energtica c.Planeamiento urbano y transporte pblico d.Programas forestales e.Otros d)Se propondr un plan de reduccin de carbono en Ecuador 22 CAPTULO 1: LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO, GEI 1.1.ANTECEDENTES Parasituarnoseneltemadeesteestudiosobrelareduccindeemisionesde carbonoomsprecisamentedeCO2equivalente,dentrodelproblemamundial sobreelcambioclimticoproducidoporlasemisionesdeGasesdeEfecto Invernadero, GEI, se tomar en cuenta los trabajos realizados por el IPCC. ElIPCCeselPanelIntergubernamentalsobreCambioClimtico,eselprincipal organismo internacional para la evaluacin del cambio climtico.Fue establecido porelProgramadelasNacionesUnidasparaelMedioAmbiente(PNUMA)yla OrganizacinMeteorolgicaMundial(OMM)en1988paraofreceralmundouna visincientficaclarasobreelestadoactualdelconocimientosobreelcambio climticoysusposiblesimpactosambientalesysocio-econmicos.Enelmismo ao, la Asamblea General de la ONU aprob la accin por la OMMy el PNUMA para establecer conjuntamente el IPCC.

ELIPCCesunrganointergubernamental.Estabiertoatodoslospases miembros de las Naciones Unidas (ONU) y la OMM. Actualmente 195 pases son miembros del IPCC, en el que est incluido Ecuador. Lasactividadeshumanashanprovocadoelcalentamientoglobaldebidoala emisindegasesdeefectoinvernadero.Losprincipalesgasesdeefecto invernadero son el dixido de carbono, CO2, el metano, CH4, los xidos nitrosos, N2O, y los halocarburos (grupo de gases que contienen fluor, cloro y bromo). En base a la informacin del IPPC (IPCC, Cambio Climtico 2007), se grafican, en la Figura 1a, las concentraciones importantes de gases de efecto invernadero 23 enlosltimos2000aos1.Losincrementosaceleradosexperimentadosdesde aproximadamenteel ao 1750 se atribuyenalas actividades humanas de la era industrial. Lasunidadesdeconcentracinsemidenenpartespormillones(ppm)opartespormilesdemillones(ppb),indicandolacantidaddemolculasdegasesde efectoinvernaderopormillonesomilesdemillonesdemolculasdeaire,respectivamente, en una muestra de la atmsfera.Igualmentese puede indicar la concentracin de gases de efecto invernadero en vatiospormetrocuadrado,pormediodeunfactordenominadoForzamiento Radiativo,queeslamedidadelainfluenciadeunfactorquepuedecausarun cambioclimtico,decmoelequilibriodelsistemaatmosfricodelatierrase comporta cuando se alteran los factores que afectan al clima. La palabra radiativo proviene del hecho de que estos factores cambian el equilibrio entre la radiacin

1 Cambio climtico 2007, Preguntas Frecuentes. Informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el cambio Climtico Figura 1 a: Emisiones de GEI por 2000 aos 24 solarentranteylaradiacinsolarinfrarrojasalientedentrodelaatmsfera terrestre. El equilibrio radiativo controla la temperatura de la superficie terrestre. El trminoforzamientoseutilizaparaindicarqueelequilibrioradiativodelatierra estsiendoseparadodesuestadonormal.EnlaFigura1b,seindicanlos valores del Forzamiento radiativo.Figura 1 b Elforzamientoradiativodelairradiacinsolarde0,1vatios/m2esmuybaja comparadaporlosgasesdeefectosinvernaderodelCO2de1,65vatios/m2,sin embargo hay que tener en cuenta el efecto de enfriamiento causado por el efecto albedo (radiacin que se refleja) de las nubes con un forzamiento radiativo de -0,7 vatios/m2. En la Figura 2 se observan los efectos de los gases de efecto invernadero en los incrementosdetemperaturaenlasuperficiedelatierradesdeelao1850,los 25 incrementosdelniveldelmarylasdisminucionesdelacubiertadenieveenel Hemisferio Norte2. DeacuerdoalIPPC(IPCC_Cambio_Climtico2014),elcrecimientodelas emisiones de gasesde efecto invernadero, (GHG en ingls) desde 1970 al 2010 se observan en la Figura 33.

2 Cambio climtico 2007, Resumen para responsables de polticas. Informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el cambio Climtico Figura 2: Incremento de temperatura, nivel del mar y reducciones de capa de nieve 26 Lasmayoresemisiones(76%)correspondenalasemisionesdeCO2porla combustin de combustibles fsiles en el transporte, sistemas de calefaccin, aire acondicionado en edificaciones y procesos industriales (65%), ms las emisiones de CO2 por los cambios del uso del suelo y silvicultura (FOLU en ingls) (11%), ya queconladeforestacinseliberaCO2ysereducelaabsorcindelCO2delas plantas.ElCO2seliberatambiencomoprocesonatural,conladescomposicin de la materia vegetal. LuegosetienenlasemisionesdeCH4(16%),relacionadasconlaagricultura,la distribuciondegasnaturalylosvertederos.Tambienseliberametanoenlos humedales. LasemisionesdeN2O(6,2%),porelusodefertilizantesylaquemade combustibles fsiles. Los procesos naturales de los suelos y los ocanos tambien liberan N2O. Porltimosetienelasemisionesdehalocarbonosqueincluyengasesdefluor, cloro y bromo (2%).

3IPCC, 2014: Summaryfor Policymarker, In: ClimateChange2014.Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Figura 3: IPCC emisiones por grupo de gases 27 Ladistribucindeemisionesdegasesdeefectoinvernaderodel2010de49Gt CO2 equivalente se indican en la Figura 4.4 LossectoresdemayoremisindeGEI,sonelsectordegeneracinde electricidadycalor(25%)yelsectordeCambiodelUsodelSueloySilvicultura (AFOLU)(25%),luegovieneelsectorindustrial(21%)yelsectordeltransporte (14%). Mediantesimulaciones,elIPCChaproyectadoelincrementodelatemperatura hasta el 2.100 para el caso base y para el caso con reduccin de emisiones con polticas de mitigacin, el mismo que se indica en la Figura 55.

4 IPCC, 2014: Summary for Policymarker, In: Climate Change 2014. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 55 Greenpeace 31 marzo 2014. Quinto informe de evaluacin (AR5) del grupo de trabajo II del IPCC. Figura 4: IPCC emisiones GEI por sectores 28

DentrodeestemarcoglobaldeemisionesdeGEI,sedesarrollaelsiguiente trabajoenelmbitodelEcuador,parapodercalcularhastaelao2040las emisiones GEI y las polticas a implementarse para reducirlas. 1.2.IDENTIFICACIN DE LOS PROBLEMAS ENERGTICOS Siendo el sector energtico el principal emisor de GEI, se analizar este sector en todassusformas,tantoprimariacomoelpetrleo,gasnatural,carbn,solar, elica,geotrmica,nuclear,biomasacomosecundariaoprocesadacomo electricidad,gasolinas,disel,fueloil,coque,queseutilizanenconsumoouso finalenlossectoresdelademandanacional,comoeltransporte,residencias, comercio e industria. Figura 5: IPC, Proyeccin del incremento de la temperatura media global 29 80%Conversin de la energa97% Naftas 85% 55% 90%DieselPetrleo Fuel oil Vapor Torque ElectricidadEnergia QumicaEnergia QumicaEnergia CalricaEnergia MecnicaEnergia Elctrica EficienciaEficiencia total = = 32,7%Refinera Caldera Turbina GeneradorIluminacinCalefaccinFuerza motriz

=

=

x

x

x

x

=

=

=

=

= Elserhumanocaptaenergadelanaturalezaenalgunadesusformasylos transformaluegomedianteunavariedaddeprocesostecnolgicosafinde hacerlaaptaparalasatisfaccindesusnecesidadesdecomodidadyparala produccin de bienes y servicios. La Figura 6 presenta un ejemplo de conversin de energa para proporcionar iluminacin, calor y fuerza motriz en el hogar. Dichas transformaciones o conversiones de una forma a otra forma de energa se rigen por el primer principio de la termodinmica que dice: La energa no se crea ni se destruye, sino que se transforma de una forma a otra. Entodoslosprocesosdeconversindelaenergaocurrenperdidasdeenerga inherentes al proceso de transformacin. Estas prdidas no se pueden eliminar en su totalidad, o sea, si hay transformacin necesariamente ocurren prdidas. Esto obedecealsegundoprincipiodelatermodinmica:DesigualdaddeClausiusy enunciadodeKelvinPlanck.LaFigura1,hamaneradeejemplo,establece valores de eficiencia, lo que significa que en una cadena energtica, la eficiencia totaldelsistemapuedeserdel32.7%.El67,3%delaenergasepierdeenel ambiente durante las transformaciones hasta llegar a su utilizacin final.Si se examina el uso de la energa en USA en el 2009, tal como lo hizo Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL, en base a los datos de Energy Information Administration, EIA,se observa en laFigura 7 el uso y la ineficiencia expresada en la energa no usada, en unidades quad (1 quad = 1015 BTU). (LLNL 2010).6

6 Fuente: llnl.gob de 2010. www.llnl-gob/news/newsreleases/2010/images/energy-flow-annotated.pdf Figura 6: Proceso de conversin de energa 30 Electri-cidad38,19Energa no usada57,6Energa usada42,3Industrial21,78Residencial11,26Comercial8,49Transporte26,98Hidro2,68Geotrmica0,37Elica0,70GasNatural23,37Carbn19,76Petrleo35,27Biomasa3,88 Elusodelaenergaparalageneracindetrabajotilgeneramuchas prdidas.EnlosEstadosUnidossoloel43%seutilizacomoenergatil,el resto(57%)sedesperdiciacomocalor.Lasmayoresineficienciassedanen el sector de generacin elctrica y en eltransporte. La generacin elctrica en USAsegenerautilizandoCarbn,Gasnaturalynuclearfundamentalmente. En menor escala se utilizan los recursos renovables como los hdricos, elica, solar y geotrmica. El petrleo (gasolinas y disel principalmente) se utiliza en transporte.Elsectorindustrialcomoeltransportesonlossectoresdemayor consumo de energticos. Enelsectordeltransportesedanlasmayoresineficienciassobretodoenel uso de combustibles fsiles, como se observa en el grfico de Hobson con los rendimientosdel2004(Figura8).Sloel13%(9kW)estrabajotil,el87% (61 kW) se disipa en el radiador y el tubo de escape. 7

7 Grfico de Hobson. En base a estadsticas de automotores en las autopistas de USA. 2004 Figura 7: Usos de la Matriz energtica de USA, 2009 31 87%13%EvaporacinCombustible1 kWTanqueCombustible70 kWalMotor69 kWEnerga trmicaliberada52 kWEnerga disipadapor el Radiador26 kWEnerga disipadapor el Tubo de Escape26 kWMOTORBomba Agua, otros, 5 kWFriccin, 3 kWResistencia Aire, 4,5 kWResistencia Rodamiento, 4,5 kWTren de TransmisinDESPERDICIO, 61 kWTRABAJONETO, 9 kW Conlafinalidaddemejorarlasineficienciasdeloscombustiblesfsiles,se est reemplazando con motores electricos o sistemas hbridos Existenimportantesprdidasenlageneracindeelectricidadoenlos procesosderefinacinypetroqumica.En elEcuadorunaplantadevaporde generacinelctricaconfueloil(Figura9)tieneunaeficienciadel38%,el resto se pierde en calor en el agua de la condensacin del vapor despus de pasar por las turbinas y en las chimeneas.Figura 8: Ineficiencia en automotores en autopistas de USA, segn Hobson realizado en el 2004 32 PLANTA ELECTRICA CON FUEL OILAl aire 11,19MMBTU2,53MMBTU4,84MMBTURed Electrica5,26MMBTU 5,21MMBTU 1.420 kWhCaldero Turbina Generador12,72 MMBTU Eficiencia total = 38 %Fuel oilENTRA, MMBTU12,72Electricidad 4,84Agua enfriamiento condensador 4,93Chimenea 2,534,93MMBTUperdidas generador 0,051,00Condensadorperdidas manejo Fuel Oil 0,37MMBTU 12,72SALE, MMBTU Existenprocesosquepermitenmejorarlaeficienciautilizandolaenergadelos procesosqueproducenprdidasdeenergaparautilizarlosenprocesos industrialesy/oparageneracinelctricapormediodecicloscombinadosyde cogeneracin como se puede ver la Figura 10 Figura 10: Ciclo combinado o Cogeneracin: Turbina de Gas + Turbinas de vapor + procesos industriales CombustibleCmara deCombustinCompresorTurbinade GasGeneradorGenerador de Turbina de Gas 31%AireGases de ChimeneaVaporChimenea15%Generac. de vaporTurbinade VaporGeneradorGenerador Turbina de Vapor 10%Recuperac. calorFigura 9: Generacin con turbina de vapor usando fuel oil 33 BALANCE ENERGETICO DE ECUADOR 201025,625,173,06 4,041,16 2,71 1,192,64 2,983,847,419,77 33,111,27 9,420,902,799,25 8,9617,9411,040,0144,14FUENTE: MICSE, ELABORACION PROPIAHidro5,17Biomasa5,05Gas natural9,77Petroleo80,01generacionelectrica34,04Residencial13,45Comercial 3,98Industrial12,80Transporte44,15Energaperdida67,80EnergaUtil32,20SiguiendoelmismoesquemadelamatrizenergticadeUSAseconstruyel grficodelosusosenergticodelEcuadorenbasealamatrizenergticadel Ecuador en el 2010 presentada por el MICSE,8 Figura 11 Figura 11: Usos energticos en el Ecuador en el 2010 El90%constituyencombustiblesfsilesysoloel10%energarenovable.El sectordemayorconsumoeseldeltransporte.Laenergatilessoloel32%, mientrasqueel68%sepierdeencalorporineficienciasdelossistemasde transformacin.Lasmayoresprdidasirreversiblessedanenelsectordel transporte y en la generacin elctrica. 1.3.TERMODINAMICA Latermodinmicaeslacienciaquepermiteidentificarlaseficienciase ineficienciasdelaenergatrmicadisponible.Conlafinalidaddedeterminarlas

8 Fuente: Balance energtico del Ecuador del ao 2010 presentado por el MICSE_ENERINTER, en el estudio: Proyecto acompaamiento en la estructuracin de la Matriz Energtica del Ecuador. 2012 34 eficienciasdelosprocesosseanalizarnlosconceptosdeenerga,entropay exergaqueprovienendelatermodinmica ysonaplicables atodosloscampos de la ciencia e ingeniera. 1.2.1.LA ENERGA Laenergasepresentaenmuchasformasylatermodinmicajuegaunrol importante en el anlisis de los procesos, sistemas y equipos en los que ocurren transformaciones de energa trmica.El valor absoluto de la energa de un sistema no es posible definir, sin embargo, el cambiodeenergaesloqueseempleaparadescribirlosdiferentesprocesos energticos. El cambio de energa interna de un sistema termodinmico es determinado por las propiedadestermodinmicas(presin,temperatura,volumen)enlosestados inicial y final U = U2 U1 Donde U es la energa interna. Primera ley de termodinmica. Laprimeraleydelatermodinmica,eslaleydelaconservacindelaenerga, define la energa interna y la entalpa (energa calrica de una substancia) como unafuncindeestado.Laprimeraleynodainformacinsobrelacalidaddel procesoquepuedeocurrir,osealosaspectosreversiblesdelosprocesos termodinmicos, esto define la segunda ley de termodinmica. En un sistema termodinmico considerando la primera ley se define: q = du w Ecuacin 1 35 y considerando w = Pdv q= du PdvEcuacin 2 Laexpresindelaenergainternapuedeserexpresadaenfuncindela entalpa. u = h -pv Ecuacin 3 En base a su derivada total y reemplazando se tiene: q = dh VdpEcuacin 4 LosciclostermodinmicoscomoelRankine(turbinadevapor)yBrayton (turbinadegas)empleanelvolumendecontrolparalarealizacinde procesostermodinmicos.Enconsecuenciaseaplicalaecuacindela Continuidad:

-

=(

)

Ecuacin 5 Y la ecuacin de la energa expresada como:

+

(

)

(

) +(

)

Ecuacin 6 1.2.2.LA ENTROPA Y LA SEGUNDA LEY DE TERMODINAMICA Enlosltimos50aoslanaturalezahacambiadodrsticamente.Laciencia clsicaenfatizabaelequilibrioylaestabilidad.Hoyobservamosfluctuaciones, 36 inestabilidadeimpredictibilidad.Entodaspartesseobservanprocesos irreversiblesenlosquelasimetraserompe.Ladefinicindeprocesos reversibleseirreversiblesfueintroducidaporlatermodinmicaatravsde concepto de la entropa. La entropa es la medida del desorden molecular interno y un sistema solo puede generar entropa y no destruirlo. Durante un proceso de transferencia de calor el resultado neto es un incremento de entropa PorladesigualdaddeClausiuselincrementodeentropaenelcuerpofroes mayorqueladisminucindeentropadelcuerpocaliente.Losprocesosocurren enladireccindelincrementodelaentropaodesorden,estoimplicaquetoda transferencia de energa es irreversible. La declaracin de Clausius, uno de los fundadores de la termodinmica, establece que es imposible que el calor se mueva por s mismo desde un reservorio de baja temperaturaaunreservoriodealtatemperatura.Latransferenciadecalorsolo ocurreespontneamenteenladireccindeldecrementodetemperatura.La declaracindeKelvinPlanckestablecequeesimposibleparaunsistemaque recibacalordeunreservoriodealtatemperaturaproduzcaigualcantidadde trabajo. Una mquina de calor no puede tener una eficiencia trmica del 100%. La entropa y el ciclo de Carnot Cuerpo caliente Entropa decrece Cuerpo fro Entropa incrementa Transferencia calor 37 CICLO DE CARNOTQcCICLO WQfFUENTE DE TEMPERATURA CALIENTE, TcFUENTE DE TEMPERATURA FRIA, TfElciclodeCarnotrecibeenergadelafuentealtaabsorbiendounacantidad de calor Qc ycedecalorQf alafuentedebajatemperaturaproduciendo un trabajo W. El diagrama del ciclo de Carnot en el diagrama presin - volumen es el siguiente: dondede 1 a 2: calor aadido a temperatura constante. QcQfTc >Tf< 38 de 2 a 3: expansin adiabtica reversible de 3 a 4: calor rechazado a temperatura constante de 4 a 1: compresin adiabtica reversible EldiagramadelciclodeCarnotenfuncindelatemperatura ylaentropase indica a continuacin El rendimiento en el ciclo de Carnot se define como: =

Ecuacin 7 El rendimiento trmico se define tambin como: =

Ecuacin 8 Paradefinirlaentropacomopropiedadtermodinmicaseestablecequelas temperaturas del ciclo se igualan con las de la fuente, de donde 1 -

= 1 -

TTI1 2TII4 3S1S2SQfQc 39

=

o

-

De la ltima expresin considerando los signos propios de la fuente se tiene:

+

Para el ciclo de Carnot se tendra:

Ecuacin 9 Quesepuedegeneralizarcomounaintegralalrededordeuncicloreversible como ( 0Teorema de ClausiusEcuacin 10 Loquepermiteconsiderarque(esunapropiedadtermodinmica definiendo: dS =Ecuacin 11 Donde S es la entropa AlnoserposibleigualarlatemperaturadelafuenteconlosciclosdeCarnot reversible, 1 -

< 1 -

el resultado es (< 0Desigualdad de Clausius Ecuacin 12 Desigualdad que genera para un proceso el principio de incremento de entropa. dS >Ecuacin 13 40 Se define el concepto de generacin de entropa de la siguiente manera S> Ecuacin 14 Por lo tanto S> +

Ecuacin 15 Donde

es la entropa generada

para un proceso reversible

> para un proceso irreversible

< no es posible el proceso Deacuerdoalaprimeraleyyaplicableparacualquiersistemacompresible cerrado. Una combinacin de la primera y segunda ley

Tds =du +w Ecuacin 16 Tds =du +pdvEcuacin 17 Tds =dh - vdpEcuacin 18 1.2.3.LA EXERGA 41 Lafaltadeequilibriotrmicoentreunsistemayelambientepuedeexplorarse para producir un trabajo. La exerga de un sistema se define como trabajo mximo quepuederealizarunasubstanciaensurelacinconelestadodelambiente. Exerga se define como energa disponible. La exerga es destruida cuando ocurre un proceso irreversible. Unsistemaenequilibrioconelambientenotieneexerga.Nohaydiferenciaen temperatura, presin, concentracin. Eltrabajomximoparaunciclotermodinmicoseobtieneconsiderandoelciclo deCarnotreversible,querecibelamismacantidaddeenergacomocalor aadido, de donde: =1 -

=

Ecuacin 19 donde

es la exergaLa destruccin de exergao irreversibilidad es

-

La irreversibilidad de un proceso, I, que es la exerga destruida, se expresa como:

Ecuacin 20 Donde To es la Temperatura del ambiente La exerga para un estado termodinmico se expresa como: = (u uo) + Po (v vo) To (s so)Ecuacin 21 Cuando la substancia se considera con un volumen de control se tiene: La exerga de un flujo, , es igual a = (h ho) To (s so) +

+ gzEcuacin 22 El balance de exerga para cualquier sistema es el siguiente:

Ecuacin 23 42 += Conlafinalidaddeunamayorcompresindelasirreversibilidadesseanexanal finalenelAnexo1,ejemplostomadosdelatermodinmicadeCengel (Cengel_Boles, Termodinmica 2008) y de Dincer. (Ibrahim_Dincer 2013). 1.2.4.CICLOS TERMODINAMICOS Atravsdeldesarrollotecnolgicosehabuscadoutilizarlaenergaengran escala convirtiendo el calor en trabajo utilizandolos ciclos termodinmicos en las mquinas que tratan de optimizar la energa trmica para producir trabajo. En un motor de combustin interna se utilizael calor de combustin para producir trabajo mecnico. Esta generacin se basa en el ciclo termodinmicoOtto(paragas).yDiesel(paradiselybunker). Figura 12. Transferencia neta de exerga por calor, trabajo y masa Cambio deexerga Destruccin de exerga Figura 12: Motores de Combustin Interna y Ciclos Termodinmicos de Otto y Disel Ciclo OttoCiclo Disel 43 Enunaturbinadevaporseusaelvaporparamoverungenerador para producir energa elctrica. Una turbina de vapor se basa enel ciclo Rankine. Figura 13 Tambinsepuedegenerarelectricidadutilizandoturbinasdegas, cuyo proceso sigue el ciclo termodinmico de Brayton. Figura 14. Figura 13: Turbina de Vapor y el Ciclo Termodinmico Rankine Figura 14: Turbina de Gas y el Ciclo Termodinmico de Brayton 44 Con la finalidad de tener procesos ms eficientes se usan actualmente con mucha frecuencia los ciclos combinados, o cogeneracin, que utilizan conjuntamente una turbina de gas y una turbina de vapor. Figura 15. Unsistemaderefrigeracinutilizaeltrabajodeunmotorelctrico paratransferircalordesdeunespaciofro,utilizandorefrigerantes de bajo punto de ebullicin para absorber energa trmica causando enelevaporadorelefectodeenfriamientoenlareginaser enfriada,oviceversacalentandounambientepormediodelas bombas de calor. Figura 16. Figura15: Ciclos Combinados de Turbina de Gas y Turbina de Vapor 45 En el Anexo 1 se detalla un ejemplo de los ciclos termodinmico de una turbina de gas yde la cogeneracin. (Carl_Knopf 2012). 1.4.CAUSANTES DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO Las emisiones producto de la combustin de combustibles del petrleo y del gas, de productos qumicos o de biomasa se clasifican en: a)Gases de efecto invernadero en los que se tiene Dixido de carbono, CO2 El metano, CH4 El xido nitroso, N2O Figura 16: Ciclo Termodinmico de Refrigeracin (Ciclo Invertido de Carnot) 46 b)Gases que contribuyen a la contaminacin del aire local, en los que se tienen: El monxido de carbono, CO Los compuesto orgnicos diferentes del Metano, COVDM Los xidos de nitrgeno, NOx Los particulados, PM10 Las partculas suspendidas Dixido de Azufre, SO2 1.3.1.GASES DE EFECTO INVERNADERO 1.3.1.1 El dixido de carbono (CO2) El dixido de carbono (CO2), (Wikipedia 2013)9, es el gas de efecto invernadero mscomnproducidoporelhombre.(IPCC2006).Eslamayorfuentede emisionesdeCO2queesproductodelaoxidacindelcarbonocuandose quemancombustiblesfsiles,querepresentael70-90porcientodeltotaldelas emisiones causadas por el hombre de CO2. Cuando se queman los combustibles, la mayor parte del carbono se emite en forma de CO2 inmediatamente durante el procesodecombustin.Unapartedelcarbonoseliberacomomonxidode carbono,metanoyloshidrocarburosnometano,queseoxidanaCO2enla atmsfera en un plazo de unos pocos das a 10-11 aos. (IPCC 2006)10 El dixido de carbono no es directamente txico para la mayora de las plantas y los animales, por lo que su impacto ambiental principal es el clima. Las emisiones de CO2 procedentes de los combustibles fsiles se denominan CO2 no biognicos y los procedentes de la quema de labiomasa se denominan dixido de carbono "biognico".Eldixidodecarbono,elmismoqueseemitepormuchasfuentes terrestrestienenuntiempodevidaenlaatmsferaqueesdifcildeespecificar, pero puede ser del orden de 100 aos.

9 Wikipedia. 2013. http:en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide 10 IPCC 2006. www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/spanish. 47 Lasemisionesnobiogenticassonlosderivadosdelacombustinde combustiblesfsilesyotrasfuentesdedixidodecarbono(talescomopozos geotrmicos)enlosqueelcarbonoemitidoqueesdeorigengeolgicoaligual quecomoelcarbn,petrleo,gas,ylaturba,seformaronapartirdematerial biolgico (producto no renovable) en escalas de tiempo geolgicas, es decir, hace mucho tiempo. Las emisiones no biognicas constituyen una adicin neta de CO2 a la atmosfera, pero en una escala de tiempo humana que son cortas comparadas con la escala geolgica. Lasemisionesbiognicasdedixidodecarbono,resultadodelacombustinde biomasanoconstituyenunaadicinnetadeCO2alaatmsfera,enlas condicionesdelacosechadebiomasasostenible.Enestascondiciones,elCO2 liberado en la combustin de los combustibles derivados de la biomasa puede ser recapturadodurantelafotosntesisenelprximociclodecrecimientodela biomasa.Larecoleccinnosostenibledelabiomasa,loquellevaala degradacin del suelo y, en casos extremos, la deforestacin y la desertificacin, sern los causantes de un aumento neto de CO2. 1.3.1.2 El metano, CH4 Elmetano(CH4),(Wikipedia2013)11esunsubproductodelaquemade combustible,oatravsdelasfugasdegasnatural,petrleoyextraccinde carbn,latransmisinylasinstalacionesdedistribucin,ydeotrasfuentes agrcolas y naturales (no artificiales). En general, la combustin de combustible es un contribuyente relativamente menor a las emisiones globales de CH4 en relacin con las otras fuentes de gas. El metano es relativamente no txico para los seres humanosylosanimales,peroenconcentracionessuficientementealtaspuede provocar asfixia (por ejemplo, a travs de grandes fugas de metano en un edificio cerrado,ofiltracindemetanoenunaminadecarbn).Elmetanoes,sin embargo, un poderoso gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento

11 Wikipedia. 2013. http:en.wikipedia.org/wiki/methane 48 global,tantodirectacomo(enmenormedidayanincierta)atravsdesus interacciones con el ozono troposfrico y el vapor de agua estratosfrico. Lacontribucindelmetanoporlacombustindecombustiblesespequea comparada con la combustin de la biomasa. La lea, el carbn vegetal, residuos agrcolas y la combustin de residuos municipales es el principal contribuyente a las emisiones de CH4. La fabricacin de carbn vegetal de modo tradicional, que es un tpico proceso de quema, es una gran fuente de metano. En consecuencia, las emisiones de CH4 procedentes de pases en desarrollo con gran consumo de biomasa podran ser significativas. El metano se produce en pequeas cantidades procedentes de la combustin de combustibledebidoalacombustinincompleta.Laproduccindemetanoes dependientedelatemperaturaenlacaldera.Enlasgrandesinstalacionesde combustineficientesyenaplicacionesindustriales,latasadeemisinesmuy baja.Enlasfuentesdecombustinmspequeas,lastasasdeemisinson mayores, sobre todo cuando se produce combustin lenta. Las tasas ms altas de lasemisionesdemetanoprocedentesdelacombustindecombustiblese producenenaplicacionesresidenciales(pequeoshornosyquemaacielo abierto). LasemisionesdeCH4defuentesmvilesestnenfuncindelcontenidode metano del combustible, la cantidad de hidrocarburos no quemados que pasan a travs del motor dependen del tipo de motory de los controles post-combustin. Enmotoressincontrollaproporcindelasemisionesdemetanoesmsaltaa bajasvelocidadesycuandoelmotorestenreposo.Motoresmalajustados pueden tener un nivel particularmente alto de CH4. 1.3.1.3El xido Nitroso (N2O) 49 Elxidonitroso(N2O),(Wikipedia2013)12es ungasde efectoinvernaderomuy potente(sobreunabaseenpeso),Seformaprincipalmenteencondiciones anaerbicasapartirdeabonosmineralesenelsuelo.Elxidonitrosotieneun tiempo de vida en la atmsfera de aproximadamente 150 aos. Un error sistemtico reciente en la medicin de las emisiones de xido nitroso ha puestoendudalamagnitudrealdelosfactoresdeemisindeN2O.Hasta aproximadamente1988,lasmedicionesdexidonitroso,N2O,serealizaron tomandomuestrasalazardelostubosdeescapedeequipos,talescomo calderas, y la evaluacin de ellos enalgn momento ms tarde en el laboratorio. Estaprctica,sinembargo,sehaencontradoquepuedecausarunerrorde muestreo.Resultqueenmuchasmuestras,losxidos(no-N2O)denitrgeno, dixido de azufre y vapor de agua contenido en la muestra, reaccionaron de una maneracomplejaparaformarN2Omuchomsdeloqueeraoriginalmente presenteenlamuestra,aveces50a100vecesms.Estohizoquelas estimaciones de las emisiones globales de xido nitroso del sector energtico se consideraronmayores.Lasestimacionesglobalesdelasemisionesdexido nitrosodelacombustindecombustiblesfsileshansidorecientemente revisadas a la baja por un factor de entre 10 y 30. Elxidonitrososeproducetambindirectamenteporlacombustinde combustibles fsiles. Se ha determinado que las temperaturas de combustin ms bajas (particularmente por debajo de 1200K (926C) causan mayores emisiones dexidonitroso,conunmximodeproduccindexidonitrosoalos1000K (726C). Lasemisionesdexidonitrosoprocedentesdelosvehculossehanestudiado muy poco en detalle. Las emisiones globales de esta fuente todava se cree que sonpequeasenrelacinconeltotaldelasemisionesantropognicas,pero puedensersustancialmentemayorescuandoseutilizancontrolesdeemisiones (especialmente catalizadores en los vehculos de carretera).

12 Wikipedia. 2013. http:en.wikipedia.org/wiki/nitrous_oxide 50 1.3.2.GASES CONTAMINANTES LOCALES 1.3.2.1El monxido de carbn (CO) Elmonxidodecarbono(CO),(Wikipedia2013)13seproduce,en concentraciones que varan ampliamente entre los diferentes tipos de dispositivos de combustin, cuando se queman los combustibles a base de carbono (tanto de combustiblesfsilesydebiomasa).ElCOesresultadodelacombustin incompleta,esdecir,cuandoelcarbonoenuncombustiblenoest completamente oxidado a dixido de carbono. Como consecuencia, las emisiones demonxidodecarbonosonprincipalmenteunafuncindelascondicionesde combustin;combustinineficientegeneralmente aumentalasemisionesdeCO. LosautomvilestiendenaserlaprincipalfuentedeemisionesdeCOenla mayora de las reas, siendo los vehculos ms antiguos los principales culpables. Elmonxidodecarbonosecreacuandohaypocooxgeno,debidoabaja velocidadoenreas urbanascongestionadas.Loshogaresendondesequema biomasa y carbn de lea son tambin fuentes importantes de CO, mientras que las calderas industriales y plantas de energa de la red, por ejemplo, se producen relativamente poco CO cuando funciona correctamente. El monxido de carbono seconvierte(seoxidada)enlaatmsferaparaformarCO2,yporlogeneral permanece en la atmsfera durante algunos meses como mximo. Elmonxidodecarbonoesuncontaminantedelairelocal,conimpactos respiratorios,ycontribuyetantodirecta(comocuandoseoxidaaCO2)e indirectamente al aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero enlaatmsfera.LosimpactosrespiratoriosdeCOsobrelasaludhumanay animalsederivanprincipalmentedelacapacidaddelamolculadeCOpara unirse a la hemoglobina, la molcula transportadora de oxgeno en la sangre, y de esemodoreducirelsuministrodeoxgenoalcerebroenlostejidoshumanosy

13 Wikipedia. 2013. http:en.wikipedia.org/wiki/carbn_monoxide 51 otros.Dadoqueelmonxidodecarbonoseunemsfcilmenteconla hemoglobina que el oxgeno, incluso concentraciones relativamente bajas de CO enelairepuedellevaraunaintoxicacindemonxidodecarbono,quese caracteriza por dolores de cabeza, mareos y nuseas y prdida de la conciencia y en casos agudos lleva a la muerte. El tamao y la edad de la unidad pueden indicar que en unidades ms pequeas yantiguas,lacombustinesmenoscontroladayporlotantolasemisionesson probablementemayoresqueeldelasplantasmsgrandesymsmodernas. Adems,muchasestufasdemadera(dondehayunagranvariacinenla tecnologaporregingeogrfica)tienenemisionesparticularmenteelevadas debido a su combustin ineficiente. Las emisiones de monxido de carbono de las fuentes mviles son una funcin de la eficiencia de la combustin y los controles deemisionesdelacombustin.Lasemisionessonmayorescuandohaymenos oxgeno de lo necesario para la combustin completa. Esto ocurre sobre todo en reposo,debajavelocidad,ylascondicionesdearranqueenfrodemotoresde explosin. 1.3.2.2Los compuestos orgnicos voltiles diferentes del metano, COVDM Loscompuestosorgnicosvoltilesdiferentesdelmetano,COVDM,(Wikipedia 2013)14 son una sub-clase de los hidrocarburos totales, incluyendo aquellos en los quelostomosdehidrgenoson,enparteototalmente,reemplazadoporotros tomos(S,N,O,halgenos).Ellossonvoltilesenlascondicionesdelaire ambiente y se expresan en unidades de masa. Lasfuentesylosefectosdeestaclasedeemisionessonsustancialmentelos mismos que los enumerados anteriormente para los hidrocarburos en general, sin embargo,loshidrocarburosvoltilestambinsonimportantesgasesdeefecto invernaderoindirecto.LasfuentesmsimportantesdeCOVDMprocedentesde

14 Wikipedia. 2013. http:en.wikipedia.org/wiki/NMVOC 52 lasactividadesdecombustindecombustiblessonlasfuentesmvilesyla combustin residencial (especialmente la combustin de biomasa). Emisiones de COVDM (por ejemplo, olefinas, cetonas, aldehdos) son el producto delacombustinincompleta.Ellosestndirectamenteinfluenciadosporel combustible utilizado, los patrones de uso, el tipo de tecnologa y el tamao. Las tasasdeemisinpuedenvariarenvariosrdenesdemagnituddelas instalaciones que estn siendo mal utilizadas o mantenidas de forma inadecuada, como podra ser el ca