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¿Cuánto dióxido de carbono podemos emitir? (Glen Peters)

Traducido de How much carbon dioxide can we emit?

A pesar de la complejidad del sistema climático, existe una relación bastante simple entre el aumento de la temperatura a largo plazo y la cantidad total de dióxido de carbono emitido. ¿Por qué, entonces, no hay una respuesta clara a la pregunta de cuánto podemos emitir?

La Madre Tierra se está calentando, y la acumulación de CO2 en la atmósfera es la responsable:

Uno de los principales titulares del Informe de Síntesis del Quinto Informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) fue: «Las emisiones acumuladas de CO2 determinan en gran medida el calentamiento global de la superficie a finales del siglo XXI y en adelante.

El presupuesto de carbono, for dummies

Presupuesto de carbono. ¡El concepto es hermoso! Dado el objetivo de no exceder los 2 °C, y considerando cuánto hemos emitido ya, podemos calcular la cantidad de CO2 -el ‘presupuesto de carbono’- que aún podemos emitir.

El Informe de Síntesis dice que un presupuesto de carbono restante de alrededor de 1 billón de toneladas de CO2 a partir de 2012 limitaría el calentamiento humano total a menos de 2°C en relación con el período 1861-1880 con una probabilidad superior al 66% (un resultado probable en la jerga del IPCC).

Con los actuales niveles de emisiones de 40 mil millones de toneladas de CO2 al año, este presupuesto de carbono ya ha bajado desde 2012 a alrededor de 800 Gt CO2, y si las emisiones continúan en el nivel de hoy, el presupuesto se habrá alcanzado totalmente en 20 años.

El informe del IPCC continúa: «Las reservas estimadas totales de depósitos de carbono fósil superan la cantidad restante con un factor de 4 a 7, habiendo recursos aún mayores». Las implicaciones son claras: no tenemos tiempo y no podemos usar todas las reservas conocidas de combustibles fósiles.

De hecho, el concepto de emisiones acumuladas abrió una nueva discusión política. «Keep it in the ground», «unburnable carbon», y «stranded assets» son ahora términos comunes en las discusiones sobre políticas climáticas.

Fig 1. Perspectivas del presupuesto de carbono: 1. Ya hemos emitido 2,1 billones de toneladas de CO2, y si emitimos 800.000 millones de toneladas más, entonces hay un 66% de probabilidad de que superemos los 2 ° C. 2. Habremos emitido este CO2 alrededor de 2040 a las actuales tasas de emisión. 3. Un concepto hermosamente simple, pero que es mucho más complejo en la realidad.

¡Quieto ahí, no es tan simple!

El concepto del presupuesto es tan simple, que debería ser fácil de actualizar con cada nuevo año de emisiones, para que podamos rastrear la velocidad con que estamos consumiendo el presupuesto de carbono. ¿Correcto? El problema es que no hay un «único» presupuesto de carbono, sino muchos presupuestos de carbono igualmente defendibles (Figura 2).

Figura 2: En el resumen del Informe de síntesis del IPCC, el resto del presupuesto de carbono es un mar de números. ¡Hay muchos presupuestos para elegir!

Para poder trabajar con los múltiples presupuestos de carbono, voy a discutir cuatro posibilidades que uno debe tener en cuenta al seleccionar un presupuesto:

  1. Temperatura y probabilidad: El concepto de presupuesto de carbono es probabilístico, debido a las incertidumbres en el sistema climático, y el IPCC da los presupuestos de carbono con una probabilidad de 33%, 50% y 66% de permanecer por debajo de 1,5 °C, 2 °C y 3 °C.
  2. Tipo de modelo: El IPCC presentó dos presupuestos diferentes a partir de «modelos complejos» y «modelos simples». Para un escenario de 2°C y una probabilidad del 66%, podríamos escoger el presupuesto de carbono de 1000.000 millones de toneladas de CO2 (los«modelos complejos» a partir de 2011) o el rango de 750 a 1.400 millones de toneladas de CO2 (los «modelos sencillos» a partir de 2011).
  3. Definiciones: El IPCC utiliza, sin ser específico, tres definiciones diferentes: el «Presupuesto de sobrepaso de umbral», el «Presupuesto de evitación de umbral» y las emisiones acumuladas entre 2010 y 2050, y 2010 y 2100. Como ocurre, los «modelos complejos» usan un presupuesto de sobrepaso y los  «modelos simples» utilizan un Presupuesto de evitación.
  4. Año: El IPCC da los presupuestos de carbono ‘desde 1870’ y ‘desde 2011’. Uno podría pensar que solo difieren por la estimación de emisiones acumuladas históricas de CO2. Sin embargo, es algo más complejo.

Figura 3: Un ejemplo ilustrativo de cómo se pueden estimar los diferentes presupuestos. Es posible estimar emisiones acumuladas de CO2 para escenarios que superen un determinado umbral de temperatura (naranja) o escenarios que eviten el umbral (amarillo), con las estimaciones del presupuesto en el momento de la temperatura máxima. Se espera que los presupuestos de sobrepaso sean mayores que los presupuestos de evitación.

Además, existen incertidumbres estructurales y paramétricas al modelar el clima y el sistema socioeconómico, e incertidumbre en las estimaciones de las emisiones históricas. Por ahora, dejemos de lado esas incertidumbres y  centrémonos en las definiciones.

¿Qué opciones debo tomar?

Como ya debería haber quedado claro, y para decepción de todos, no hay un único presupuesto de carbono mágico. Hay demasiadas opciones basadas en valores, opciones de modelado e incertidumbres para determinar un solo número.

La elección de la temperatura y la probabilidad es relativamente sencilla. El IPCC se refiere generalmente a 2 °C con una probabilidad del 66%, lo que es discutible que esté de acuerdo con el «muy por debajo de 2 °C» mencionado en el acuerdo de París. El escenario de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) 450 es consistente con 2 °C y un 50% de probabilidad. Por ahora, vamos a trabajar con 2 °C con un 66% de posibilidades.

El siguiente paso, la elección entre «modelo complejo» y «modelo simple» es más complicada y requiere una discusión más larga.

Evitar o sobrepasar, esa es la pregunta

Para ayudar a explicar las diferencias entre «modelos complejos» y «modelos simples», centrémonos por un momento en los modelos y en cómo funcionan.

Modelos complejos:

Los «modelos complejos» son modelos de sistemas terrestres (ESM) y modelos de complejidad intermedia (EMIC) del Sistema Terrestre utilizados para estimar presupuestos de superación de umbrales usando un escenario high-end (denominado RCP8.5). Estos son los modelos que describen muy detalladamente la evolución del clima y se ejecutan en supercomputadoras. Los modelos tienen una «variabilidad interna», del mismo modo que el tiempo atmosférico varía de un día para otro, y por lo tanto tienen que ser ejecutados muchas veces para obtener el clima «promedio» (cada grupo de simulaciones se conoce como un conjunto o «ensemble»).

Para cada modelo y conjunto, el CO2 acumulado se estima en el momento en que la temperatura «excede» un umbral dado. Se calculan los resultados de múltiples modelos y ejecuciones y se calculan las emisiones acumuladas de CO2 cuando el 33%, 50% o 66% de las combinaciones de conjunto de modelos exceden el nivel de temperatura considerado. En los «modelos complejos», la probabilidad refleja la variación entre modelos, y no una evaluación sistemática de las incertidumbres en el sistema climático.

Modelos simples:

Los «modelos simples» son Modelos de Evaluación Integrada (IAM), y ¡no son realmente tan simples! Son modelos del sistema socioeconómico, principalmente del sistema energético, y se usan para analizar las trayectorias de mitigación. El resultado de los modelos son trayectorias de emisiones, a partir de las cuales se pueden estimar trayectorias de temperatura utilizando un «modelo climático simple» (una versión de los «modelos complejos» que se ejecuta en cuestión de segundos en un ordenador de mesa).

Se puede estimar una respuesta de temperatura probabilística basada en las incertidumbres en el sistema climático (al 33%, 50%, 66% de probabilidad), pero esta es una incertidumbre bastante diferente a la que se usa en los «modelos complejos» (¡saltémonos esos detalles!). Puesto que los modelos funcionan con relativa rapidez, pueden estimar el presupuesto de carbono para múltiples escenarios diferentes, en lugar de para un solo escenario como hacen los modelos complejos. El presupuesto de carbono se calcula entonces a partir de las emisiones de CO2 acumuladas cuando la temperatura alcanza el máximo en todos los escenarios que se mantienen por debajo del límite (por ejemplo, 2 °C).

Puesto que los «modelos simples» utilizan una serie de escenarios, cada uno con una única trayectoria de emisión de no-CO2, ¡resultan en una serie de presupuestos de carbono! La probabilidad en los «modelos simples» refleja una evaluación integral de las incertidumbres en el sistema climático, aunque sea utilizando un «modelo climático simple».

Por otro lado, para aquellos que tengan curiosidad, también es posible estimar las emisiones acumuladas de CO2 para un periodo de tiempo determinado, como en el período 2011-2050 y 2011-2100.

En resumen:

  • Los «modelos complejos» utilizan un solo escenario y un «presupuesto de sobrepaso»
  • Los «modelos simples» utilizan múltiples escenarios y un «presupuesto de evitación»

Por lo general, cada escenario tiene una trayectoria de emisión de no-CO2 diferente, por lo que múltiples escenarios de partida conducen a múltiples presupuestos de carbono (de ahí el rango de presupuestos de carbono que se obtiene a partir de los «modelos simples»).

Los presupuestos de carbono de los «modelos complejos» y «modelos simples» son ambos correctos, pero nos dan información diferente. Por lo tanto, tiene sentido informar de ambos conjuntos de números. Un punto bastante técnico, pero no menos importante, es que la probabilidad en los «modelos complejos» y los «modelos simples» no es directamente comparable.

Es un presupuesto de carbono. Entonces, ¿por qué los no-CO2 son importantes?

Emitimos una variedad de gases de efecto invernadero que afectan el clima. EL CO2 es el dominante y el que tiene una vida media en la atmósfera más larga. No es posible resolver el problema climático sin resolver el problema del CO2. La mitigación de otros gases de efecto invernadero, como el metano y el óxido nitroso, puede conducir a una estabilización más rápida de las temperaturas y mantener las temperaturas a un nivel inferior.

En principio, los presupuestos de carbono se pueden calcular solo para las emisiones de CO2. Sin embargo, emitimos otros gases de efecto invernadero que conducen a cambios de temperatura, por lo que los presupuestos de carbono exclusivos de CO2 deben reducirse para tener en cuenta las contribuciones a la temperatura que no provienen de CO2 . (El impacto de las emisiones de no-CO2 de los presupuestos de carbono será el tema de otra entrada del blog.)

Estimaciones históricas de emisiones

Hay un valor relativamente aceptado para las emisiones históricas de CO2, a pesar de las incertidumbres. Sin embargo, la forma en que se utilizan los «modelos complejos» descritos anteriormente complica las cosas.

Tenemos dos maneras principales de ejecutar los «modelos complejos»:

  • Los «basados en la concentración» utilizan las concentraciones atmosféricas como entrada
  • Los «basados en emisiones» utilizan las emisiones de gases de efecto invernadero como entrada.

La principal diferencia entre los dos son los ciclos biogeoquímicos (carbono, metano, etc.). El ciclo del carbono es una de las mayores incertidumbres del sistema climático y un cálculo «basado en la concentración” permite centrarse en el sistema climático sin incluir las complejidades del ciclo del carbono o la química atmosférica.

Es posible estimar las emisiones en un modelo complejo “basado en concentraciones” haciendo un cálculo «inverso» (hacia atrás). Dado que el ciclo del carbono es una de las partes más inciertas del sistema climático, de cada modelo complejo se pueden obtener estimaciones bastante diferentes de las emisiones históricas. Esto se desprende claramente de la figura 2, en la que sustraer las emisiones acumuladas «desde 1870» y «desde 2011» para los modelos complejos da lugar a emisiones históricas implícitas de entre 1,6 billones de toneladas de CO2 y 1,9 billones de toneladas de CO2 .

Además, para algunos «modelos complejos», las emisiones históricas son solo para combustibles fósiles y para la industria, lo que exige algunos supuestos sobre el cambio en el uso del suelo.

En pocas palabras: las emisiones históricas obtenidas de los modelos complejos son mucho más inciertas que las emisiones históricas que medimos.

Los «modelos simples» no tienen este problema, y ​​todas las filas del cuadro resumen del IPCC (Figura 2) dan unas emisiones acumuladas de 1,750 billones de toneladas de CO2 entre 1870 y 2011.de 1870 a 2011 .

Sin embargo, nuestro conocimiento de las emisiones históricas ha cambiado en los últimos años, y las últimas emisiones estimadas para el periodo 1870-2011 son ahora de 1,884 billones de toneladas de CO2, alrededor de 100 mil millones de toneladas de CO2 más que las reportadas en 2014 por el IPCC para el mismo período. Además, durante el período 2012-2016, se han producido emisiones de alrededor de 200.000 millones de toneladas de CO2. Por tanto, las emisiones totales entre  1870 y 2016 son 2,08 billones de toneladas de CO2 .

Quiero el último presupuesto de carbono del IPCC, ¿cómo lo estimo?

El IPCC estima dos presupuestos distintos para dos períodos de tiempo diferentes (Figura 2). Yo recomendaría usar los presupuestos de carbono tanto de los «modelos complejos» como de los «modelos simples». Utilizar la estimación del «modelo complejo» como estimación central, y la estimación del modelo simple como un rango. Debido a las complejidades y a las revisiones de las emisiones históricas, también recomiendo el uso de las emisiones acumuladas de CO2 partir de 1870 y restar las últimas estimaciones de emisiones históricas de CO2 desde entonces.

Para un escenario de  2 °C con una probabilidad de 66%, esto daría 800.000 millones de toneladas de CO2 para los «modelos complejos» y un rango de 450.000-1.050.000 millones de toneladas de CO2 para los «modelos simples». Todos estos números se redondean a los 50.000 millones de toneladas de CO2 más cercanos.

Complejidades con los 1,5 °C

Actualmente hay mucho interés en el presupuesto de carbono de 1,5 °C, especialmente desde el Acuerdo de París. El presupuesto de carbono restante para 1,5 °C de los «modelos complejos» varía dependiendo de los supuestos. Para un 50% de probabilidad a 1,5 °C, el presupuesto actualizado que se obtiene a partir de 1870 es de 1,5 billones de toneladas de CO2 (2,25-2,10), pero actualizado a partir de 2011 es de 350.000 millones de toneladas de CO2 (550.000-200.000).

El actual presupuesto de carbono de los «modelos simples» es de 200.000 a 250.000 millones de toneladas de CO2 («desde 1870») o de 350.000 a 400.000 millones de toneladas de CO2 («a partir de 2011»). Ninguno de los rangos se superponen con el valor de los «modelos complejos», probablemente porque hay muy pocos escenarios consistentes con 1.5 °C.

Para un escenario de 1,5 °C con un 50%-66% de probabilidad, recomiendo 150 mil millones de toneladas de CO2 , pero teniendo en cuenta la gran incertidumbre asociada con esta estimación.

La moraleja de la historia

La moraleja de la historia es que no hay un solo «presupuesto de carbono<“». Sin embargo, el mensaje central del concepto de «presupuesto de carbono» es que las emisiones deben alcanzar un valor neto de cero (de lo contrario, el presupuesto seguirá creciendo).

Que el presupuesto restante sea de 700, 800 o 900 mil millones de toneladas de CO2 es en gran medida irrelevante. Debido a la incertidumbre en las futuras trayectorias de no-CO2, simplemente no lo sabemos. De cualquier manera, las emisiones deben ir a cero a un ritmo sin precedentes.

Los combustibles fósiles, de acuerdo con el IPCC, tendrán que permanecer bajo tierra, pero la cantidad que debe permanecer allí dependerá del presupuesto de carbono y de las emisiones negativas. Un tema para una publicación futura en el blog.

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