Emisiones de gases de efecto invernadero producidas por el sector agricultura en Colombia

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1 Emisiones de gases de efecto invernadero producidas por el sector agricultura en Colombia 1 Colombia s Greenhouse Gas Emissions produced by the agricultural sector Jenny R. Ríos M., Ing.; Orlando Zapata C., Ing. Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia-Medellín jrriosm@unal.edu.co, ozapatac@unal.edu.co Resumen En la actualidad el mundo ha venido experimentando un cambio en el estado climático generado principalmente por las actividades humanas que han emitido a la atmósfera mayores cantidades de gases de efecto invernadero (GEI). En Colombia, estas emisiones se han incrementado en aproximadamente 39% desde 1990 hasta 2004 en gran parte por las actividades desarrolladas en los sectores de energía y agricultura, siendo este último sector quien más aportó emisiones en las mediciones de 1990 y Es por esto, que en este artículo se aplicará un modelo de simulación y se plantearán posible políticas de mitigación de las emisiones de los subsectores de fermentación entérica y suelos agrícolas quienes son los que más generaron emisiones de GEI del sector agricultura. Palabras Clave Gases de efecto invernadero, sector agricultura, fermentación entérica, suelos agrícolas y dinámica de sistemas. Abstract Actually, our world has been experimented a change in the state of the climate generated mainly for human activities that emit to the atmosphere greater amounts of greenhouse gases (GHG). In Colombia these emissions have increased approximately 39% since 1990 to 2004 due to activities developed in the energy and the agricultural sector, this last one is the one who most contribute to the emissions measured in 1990 and For this reason, in the present article will apply a simulation model and will set out possible mitigation s policies for the subsectors of enteric fermentation and agricultural soil which are the ones that more generated GHG in the agricultural sector. Keywords Greenhouse gas emissions, agricultural sector, enteric fermentation, nitrous oxide and system dynamics. 1. INTRODUCCIÓN Desde el inicio de la revolución industrial a mediados del siglo XVIII y debido a las actividades humanas, el mundo ha venido experimentando un aumento en las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono (CO 2 ), metano (CH 4 ) y óxido nitroso (N 2 O) [1]los cuales son considerados tres de los principales GEI[2]. Este incremento en las emisiones de GEI han causado un cambio en el clima mundial generando un aumento en el promedio de la temperatura del aire y del océano, aumento en el promedio mundial del nivel del mar, deshielo de los glaciares, de los casquetes de hielo y de los mantos de hielo polares, entre otros[1]. A nivel mundial los GEI se han incrementado en un 70% entre 1970 y 2004, pasando de 28,7 a 49 gigatoneladas 1 de CO 2 -eq/año 2, respectivamente[1]. En la Figura 1 se presenta el incremento de las emisiones antropogénicas mundiales de GEI desde 1970 hasta 2004, las cuales incluyen las emisiones de CO 2 -eq debido a: CO 2 de combustibles de origen fósil y de otras fuentes; CO 2 de deforestación, degradación y turba; CH 4 de agricultura, desechos y energía; N 2 O de agricultura y otras procedencias y gases tipo F [1], [3]. 1 Una unidad de gigatonelada (Gt) es equivalente a mil millones de toneladas. 2 CO 2 -eq: unidad de medida de referencia de las emisiones de GEI en un horizonte de tiempo determinado[1].

2 GtCO2-eq / yr X Congreso Latinoamericano de Dinámica de Sistemas Figura1: Emisiones mundiales antropogénicas de GEI. Debido a los diferentes gases de efecto invernadero existentes en la atmósfera, a sus tiempos de residencia en la atmósfera y a su variabilidad existente de las actividades radiactivas, es necesario realizar una conversión de las emisiones de cada uno de estos gases en unidades de CO 2 -eq, lo que permite comparar en una misma unidad los efectos de los distintos gases. Para realizar esto, se utiliza un factor de conversión llamado Potencial de calentamiento Global (Global Warming Potential GWP) en un horizonte de tiempo dado en años[1]. En la Tabla 1 se presentan los valores de del Potencial de calentamiento global, para un horizonte de tiempo de 100 años, en unidades de CO 2 -eq para los diferentes GEI [3]. Tabla 1: Potencial de calentamiento global en términos de CO 2 -eq. Nombre El PCG permite que para un GEI dado, las emisiones de CO2-eq se obtienen multiplicando la cantidad de dicho GEI emitido por su PCG correspondiente Fórmula química Potencial de Calentamiento global 3 Dióxido de CO 2 1 Carbono Metano CH 4 21 ÓxidoNitroso N 2O 310 Tetrafluoruro de carbono (PFC) Hexafluoruro de carbono (PFC) CF C 2F Hexafluoruro de SF azufre Trifluorurometano HFC Difluorurometano HFC Pentafluoroetano HFC Trifluoroetano HFC-143 a 3800 Difluoroetano HFC-152 a 140 Tetrafluoroetano HFC-134 a 1300 En el 2004, Colombia aportó 0.18 gigatoneladas deco 2 -eq lo que es equivalente a un aporte de 0.37% de las emisiones totales mundiales (49 gigatoneladas deco 2 -eq en el 2004). Aunque el aporte de emisiones de Colombia comparado con países como Estados unidos, Comunidad Europea, Federación Rusa, Japón Alemania, Canadá, entre otros, no es muy significativo, sí implica que estamos contribuyendo en la generación de GEI y por tanto debemos preocuparnos por reducir las emisiones según el sector que los genere[3]. 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las cuatro últimas mediciones de GEI realizadas en Colombia, presentan una tendencia de crecimiento en el valor de las emisiones totales. En 1990 estas emisiones fueron de ,4 Gg CO 2 -eq, en 1994 fueron de ,8Gg CO 2 -eq, en el 2000 fueron ,35Gg CO 2 -eq y en el 2004 fueron de ,18 Gg CO 2 -eq [3]. En la Figura 2 se presentan las emisiones totales de GEI en Colombia medidas en Gg CO 2 -eq para los años 1990, 1994, 2000 y 2004 [3], observándose un incremento en las emisiones en cada inventario realizado , , , , Figura 2: Emisiones totales de GEI en Colombia Estas emisiones es dividen según el sector que las genere y en nuestro país se ha identificado los siguientes módulos[3]. a) Módulo Energía Quema de combustibles fósiles Emisiones fugitivas Quema de biomasa b) Módulo Procesos Industriales Producción de minerales no metálicos Producción de químicos Producción de metales Uso de SF 6 Utilización de sustitutos SAO c) Módulo Agricultura

3 3 Fermentación entérica Manejo de estiércol Cultivos de arroz Suelos agrícolas Quema prescrita de sabanas Quema en el campo de residuos agrícolas d) Módulo Uso de la tierra, cambio del uso de la tierra y silvicultura (USCUSS) Cambios de biomasa en bosques y otros tipos de vegetación leñosa Conservación de bosques y praderas Abandono de tierras cultivadas Emisiones y absorciones de CO 2 del suelo e) Módulo Tratamiento de residuos Disposición de residuos sólidos Tratamiento de aguas residuales Manejo de aguas servidas humanas En la Figura 3 se presentan las emisiones generadas por cada un de los cinco módulos descritos anteriormente [3], observándose que en cada periodo medido las emisiones de los módulos agricultura y energía siempre estuvieron en las dos primeras posiciones con respecto a la mayor cantidad de emisiones producidas, presetnando diferencias entre ellas de 0.2 y 1.9 Gg CO 2 -eq, seguidas en tercer lugar por las emisiones del módulo de USCUSS, y en cuarto y quinto lugar las emisiones de los módulos de procesos industriales y tratamiento de residuuos Figura 3. Emisiones de GEI en Colombia por módulo Debido a que en las mediciones de los años 1990 y 2004, las emisiones del módulo agricultura superaron a las del módulo energía y siendo en el 2004 la última medición realizada en Colombia, se presentan a continuación, en la Tabla 2, las cantidades de CO 2 -eq y el porcentaje de participación con respecto a las emisiones totales y a las emisiones por módulo estos dos módulos y sus correspondientes subsectores. Tabla 2: Emisiones de GEI en los sectores Agricultura y Energía en Colombia en el 2004 Módulo y subsectores que emiten GEI CO 2-eq (Gg) % de participació n respecto a las emisiones totales % de participació n de la categoría respecto al módulo AGRICULTURA , % 100% Fermentación entérica , % 48.51% Manejo del estiércol 1.187, % 1.73% Cultivos de arroz 1.372, % 2% Suelos agrícolas , % 47.54% Quema de sabanas % 0.09% Quema de residuos agrícolas % 0.13% ENERGÍA , % 100% Quema de combustibles fósiles , % 85.20% Emisiones fugitivas 9.153, % 13.87% Minería de carbón 4.617, % 7% Petróleo y gas natural 4.535, % 6.88% Quema de biomasa 609, % 0.92% Es posible identificar en la Tabla 2 que dentro del módulo de agricultura, el 48.51% y el 47.54% de las emisiones son producidas por los subsectores de fermentación entérica y suelos agrícolas, respectivamente. Con respecto al módulo de energía el subsector de quema de combustibles fósiles aporta el 85.20% de las emisiones de dicho módulo. Se puede considerar que en la situación actual colombiana, el módulo agricultura representa una importancia igual o incluso superior que la del módulo energía, y por tanto es posible plantear que dicho módulo es generador de un problema para Colombia con respecto a la emisión de GEI. Por tal motivo se ha decidido realizar un análisis dinámico de las emisiones de GEI en Colombia producidas en el módulo agricultura por los subsectores de fermentación entérica y suelos agrícolas. 3. HIPÓTESIS DINÁMICA 3.1. Diagrama de flujos y niveles

4 4 Figura 4. Diagrama causal: Emisión de GEI en el sector agrícola colombiano por los subsectores fermentación entérica y suelos agrícolas. Fuente: elaboración propia. El diagrama de la Figura 4 representa un proceso de crecimiento de emisiones de gas metano y óxido nitroso, mostrado a partir de los dos ciclos de refuerzo R1 y R3. El ciclo R2 representa el área de tierra ganadera y el área cultivada en Colombia, las cuales dependen de la cantidad de tierra disponible para dichas actividades. A continuación se explican los ciclos de realimentación más relevantes del diagrama causal de la Figura 4. Clico de refuerzo R1: Este representa el incremento en las emisiones de gas metano debido al sector agricultura en Colombia causado principalmente por la Fermentación Entérica de ganado bovino, búfalos, ovejas, cabras, caballos, mulas, asnos y cerdos y por la Manipulación de estiércol de: bovinos, búfalos, ovejas, cabras, caballos, mulas, asnos, cerdos, aves de corral y almacenamiento en sólido. El aumento en las emisiones de gas metano, incrementan los gases de efecto invernadero que se encuentran acumulados en la atmósfera los cuales contribuyen a periodos de sequía e inundaciones causando daños en la naturaleza y a su vez estos daños en la tierra causan una disminución en el área cultivada. Al tener menor área disponible para la agricultura se va a tener mayor área disponible para la agricultura y por ende se va a tener más ganado y al existir mayor cantidad de ganado se van a producir mayor cantidad de fermentación entérica y de estiércol lo que va a producir mayor gas metano. Clico de refuerzo R2: Este ciclo representa la relación entre el área ganadera y el área cultivada en Colombia. Nuestro país tiene un área disponibles para para uso agropecuario de millones de hectáreas, de las cuales actualmente se están usando 38.6 millones de hectáreas para ganadería y 4.9 millones de hectáreas para la agricultura [4]. Por lo tanto se tiene que a mayor área ganadera, menor será el área para cultivos agrícolas y viceversa. Clico de refuerzo R3: Este ciclo representa la generación de óxido nitroso debido al sector agricultura en Colombia causado principalmente por el uso de fertilizantes nitrogenados en la actividad agrícola colombiana. Por lo tanto se tiene que a mayor cantidad de suelos fertilizados se va a usar menos fertilizantes nitrogenados lo que van a generar mayor cantidad de emisiones de óxido nitroso que van a aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera y por ende van a hacer el suelo menos fértil Diagrama de Flujos y Niveles La hipótesis dinámica planteada en el diagrama causal, está representada mediante un diagrama de flujos y niveles y apartir de del diagrama de la Figura 4 se realizó el diagrama de Flujos y niveles de la Figura 5 utilizando Powersim Studio 8:

5 5 Figura 5. Diagrama flujos y niveles: Emisión de de GEI debido al sector agrícola colombiano por los subsectores fermentación entérica y suelos agrícola. Fuente: elaboración propia. Se realizó simulación del diagrama de la Figura 5 a partir del cual se obtuvieron los siguientes resultados para las variables más importantes del modelo: GEI, gas metano y óxido nitroso. En la Figura 6 se presentan los resultados de simulación del diagrama de la Figura 5 para las variables: GEI, gas metano y óxido nitroso. Se puede observar que dicha variables para el escenario base aumentan en el tiempo de simulación estipulado. b. Emisiones del subsector suelos agrícolas. c. Emisiones del subsector fermentación entérica a. Emisiones totales de los subsectores fermentación entérica y suelos agrícolas. Figura 6. Resultados de simulación escenario base: a,b,c. Fuente: elaboración propia. 4. PLANTEAMIENTO DE POLÍTICAS DE MEJORA Las políticas de mejora tienen como objetivo desacelerar el crecimiento de las emisiones de GEI, las cuales se plantean en el diagrama causal de la Figura 7. Dicho diagrama está formado por

6 6 cuatro ciclos de balance: B1, B2, B3 y B4 y uno de refuerzo R1. Las políticas que se diseñaron para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero son las siguientes: Política # 1: Incrementar el uso de biodigestores en el sector ganadero Colombiano. Esta política se puede aplicar a través de campañas que promuevan los beneficios tanto ambientales (disminución de las emisiones de gas metano) como económicos (disminución de los costos de las facturas de electricidad). Política # 2: Establecer campañas de reducción del consumo per cápita de carne en Colombia. Con esta política lo que se pretende es que las personas por su propia iniciativa reduzcan el consumo de carne, con mediadas tales como: No consumir carne un día a la semana. Por ejemplo en la ciudad de Ghent, Bélgica tiene una campaña de Lunes sin carne con el fin de reducir los gases de efecto invernadero, la cual está en gran parte apoyada por el gobierno ( Consumir alimentos sustitutos de la carne, tales como la soya. Política # 3: Campañas de uso eficiente de fertilizantes nitrogenados en Colombia. El método más efectivo para reducir las emisiones de N 2 O es incrementar el uso eficiente de fertilizante nitrogenado. Esto se puede realizar a partir de campañas que enseñen a las personas a aplicar cantidades precisas de fertilizante a los cultivos y a usar un tiempo de aplicación exacto que coincida con el periodo de tiempo que las plantas necesitan nutrientes[5]. Figura 7. Diagrama causal con políticas aplicadas para la emisión de GEI en el sector agrícola colombiano. Fuente: elaboración propia. Se realizó simulación del modelo utilizando el diagrama de flujos y niveles de la Figura 5, aplicando cada una de las políticas y obteniéndose diferentes escenarios: Escenario 1. Escenario base: Resultados del modelo sin políticas aplicadas. Ver Figura 6. Escenario 2. Resultados aplicando política #1: Incrementar el uso de biodigestores en el sector ganadero Colombiano. En la Figura 8, se presentan los resultados de simulación de emisiones de GEI. Para obtener el efecto de esta política se decidió aumentar la tasa de consumo de biogás pasando de 0.6/yr a 0.8/yr, es decir un aumento de 33.3%. En la Figura 8 se presentan los resultados de simulación aplicando la política de mejora #1, la cual pretende disminuir las emisiones de gas metano y por ende disminuir las emisiones totales de GEI. Aplicando esta política se encuentra una disminución de 20% en las emisiones de gas metano y GEI.

7 7 la tasa de nacimiento de ganado pasando de 0.53/yr a 0.43/yr, es decir, una reducción de 18,9 %. En la Figura 9 se presentan los resultados de simulación aplicando las políticas de mejoras #1 y 2, las cuales pretenden disminuir las emisiones de gas metano y por ende disminuir las emisiones totales de GEI. a. Emisiones totales de los subsectores fermentación entérica y suelos agrícolas. a. Emisiones totales de los subsectores fermentación entérica y suelos agrícolas. b. Emisiones del subsector suelos agrícolas. b. Emisiones del subsector suelos agrícolas. c. Emisiones del subsector fermentación entérica Figura 8. Resultados de aplicando la política #1: a,b,c. Fuente: elaboración propia. Escenario 3. Resultados aplicando las política # 1 y 2: Incrementar el uso de biodigestores en el sector ganadero y establecer campañas de reducción del consumo per cápita de carne en Colombia. La política #1 se implementó de igual forma que en el escenario 2. Para obtener el efecto de establecer campañas de reducción de consumo per cápita de carne se decidió disminuir en el modelo c. Emisiones del subsector fermentación entérica Figura 9. Resultados de aplicando las políticas #1 y 2: a,b,c. Fuente: elaboración propia. Aplicando estas dos políticas se encuentra una disminución en las emisiones de gas metano en un

8 8 20%, óxido nitroso en un 3.83% y GEI en un 20%. Escenario 4. Resultados aplicando las política # 1, 2 y 3: Incrementar el uso de biodigestores en el sector ganadero, establecer campañas de reducción del consumo per cápita de carne y campañas de uso eficiente de fertilizantes nitrogenados en Colombia en Colombia. Las políticas #1, 2 y 3 se implementaron de igual forma que en el escenario 3. Para obtener el efecto de establecer campañas de uso eficiente de fertilizantes nitrogenados se decidió disminuir en el modelo la tasa de consumo de fertilizante nitrogenado pasando de a [GgFN/(yr*Ht)], es decir, una reducción de 75 %. En la Figura 10 se presentan los resultados de simulación aplicando las políticas de mejoras #1, 2 y 3, las cuales pretenden disminuir las emisiones de gas metano y óxido nitroso y por ende disminuir las emisiones totales de GEI. c. Emisiones del subsector fermentación entérica Figura 10. Resultados de aplicando las políticas # 1, 2 y 3: a,b,c. Fuente: elaboración propia. Aplicando estas tres políticas se encuentra una disminución en las emisiones de gas metano en un 60%, óxido nitroso en un 3.83% y GEI en un 40%. 5. CONCLUSIONES En nuestro país actualmente se tienen mediciones de gases de efecto invernadero para los años de 1990, 1994, 2000 y 2004 lo cual hace difícil la simulación ya que no se tiene una serie de tiempo que permita una continuidad en las mediciones. Además debido a que la última medición realizada es del año 2004, decidimos tomar este año como inicio de nuestro horizonte de tiempo y realizar una simulación de 10 años. a. Emisiones totales de los subsectores fermentación entérica y suelos agrícolas. Desde una visión sistémica es posible observar el problema de emisiones de GEI en Colombia a través del análisis de los dos principales GEI: gas metano y óxido nitroso, permitiendo aplicar un método de simulación como lo es dinámica de sistemas para analizar el comportamiento del sistema en el tiempo y aplicar posibles políticas de mejora. A partir de los resultados de simulación se encontró que sin la aplicación de políticas de mitigación de GEI, en nuestro país se van a seguir incrementando dichas emisiones producidas por las actividades del sector agrícola. b. Emisiones del subsector suelos agrícolas. Como futuro trabajo de esta investigación está el planteamiento de una nueva política de mitigación de CH4 que consiste en cambiar la alimentación del ganado con el fin de que éstos disminuyan las emisiones causadas por el proceso digestivo de sus alimentos (fermentación entérica) y compara los resultados de simulación de la aplicación de

9 9 cada una de ellas en la reducción de emisiones de GEI. 6. REFERENCIAS [1] Cambio climático 2007: Informe de síntesis. Available: [citado 15 de septiembre de 2012] [2] Atmospheric concentration of Greenhouse gases.available: [citado 15 de septiembre de 2012 ] [3] Segunda comunicación nacional de Colombia ante la comisión de las Naciones Unidas para el cambio climático. Capítulo 2: Inventario nacional de emisiones de gases de efecto invernadero.available: /2%C2%AA_Comunic aci%c3%b3n_cap_2.pdf [citado 15 de septiembre de 2012] [4] CAMBIO CLIMÁTICO MITIGACIÓNYADAPTACIÓNENLAAGRICU LTURACOLOMBIANA.IICA- ReuniónInternacionalsobreCambioClimáticoyelSe ctoragropecuarioencolombia: Una Mirada hacia México-2010.Available: cisco-boshell-unal-[citado 15 de septiembre de 2012] [5]Agriculture sroleingreenhousegasemissions &Capture.Available: [citado15 de septiembre de 2012]

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