Emisiones de contaminantes
Óxidos de azufre
Las principales fuentes de emisión de compuestos sulfúreos a la atmósfera son antropogénicas. El dióxido de azufre (SO2) es la forma predominante de estos compuestos. Los óxidos de azufre se generan sobre todo durante la combustión, pues el azufre contenido en los combustibles se oxida en el proceso; por consiguiente, las emisiones de óxidos de azufre dependen casi exclusivamente del contenido de azufre del combustible y no del tamaño de la caldera, el diseño de los quemadores o la calidad del combustible. En los sistemas de combustión, aproximadamente 95% del azufre presente en el combustible se convierte en dióxido de azufre (SO2); de 1 a 5 por ciento se oxida aún más para formar trióxido de azufre (SO3), y de 1 a 3 por ciento se emite en forma de partículas de sulfato.
Siendo un gas incoloro y corrosivo, el SO2 tiene un efecto muy dañino en plantas, animales y humanos, e incluso en el entorno físico. En la atmósfera puede continuar oxidándose y formar SO3, que reacciona con el vapor de agua para formar ácido sulfúrico (H2SO4), uno de los principales componentes de la lluvia ácida. Asimismo, los humanos podemos inhalar el anión sulfato (SO4=), que al alojarse en los pulmones resulta sumamente perjudicial. Por otro lado, las partículas de sulfato contribuyen a la disminución de la visibilidad y alteran el albedo de la Tierra —es decir, el balance de radiación del planeta—, lo que a su vez tiene un efecto en el clima [37-41].
Mercurio
El mercurio (Hg) es un conocido metal tóxico, persistente y bioacumulable emitido en niveles traza y que se encuentra de manera natural en el carbón, en concentraciones muy bajas. La combustión de carbón se considera la principal fuente antropogénica de emisiones atmosféricas de este contaminante. De acuerdo con datos del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) [49], la combustión de carbón en centrales eléctricas, calderas industriales, calderas residenciales, calentadores y estufas aportó alrededor de 888 toneladas (46%) al total de emisiones antropogénicas mundiales de Hg en 2005. A causa de la gran cantidad de carbón usado para la generación de electricidad, las centrales carboeléctricas representan una de las fuentes más importantes de mercurio. Por ejemplo, en Estados Unidos alrededor de la mitad de las emisiones antropogénicas de Hg en 2005 provino de estas centrales, con un volumen de aproximadamente 52.4 t/año [52].
La mayor parte del mercurio en la atmósfera se encuentra en forma de vapor de mercurio elemental, en tanto que en el agua, el suelo, los sedimentos o la biota el metal está presente en formas orgánicas e inorgánicas. El vapor de mercurio elemental es relativamente insoluble y no reactivo, por lo que puede permanecer en la atmósfera, transportado por corrientes de aire a grandes distancias durante periodos muy extensos —hasta un par de años— antes de depositarse finalmente en el suelo o en aguas superficiales. Una vez depositado, los microbios pueden convertir el Hg en metilmercurio (una forma orgánica), que puede ser absorbido por otros organismos y acumularse a lo largo de la cadena alimentaria. El mercurio tiene numerosos efectos importantes tanto en el medio ambiente como en la salud humana. Por ejemplo, la contaminación por este metal es la causa más común de daños a ríos y lagos en Estados Unidos, y muchos estados de ese país han emitido advertencias sobre el consumo de pescado procedente de esos cuerpos de agua.
La ingestión del mercurio contenido en pescado contaminado puede afectar el desarrollo neurológico de fetos, lactantes y niños, mientras que en adultos puede causar daño neurológico [53]. Los Institutos Nacionales de Salud (National Institutes of Health, NIH) de Estados Unidos estiman que una de cada 12 mujeres en el país tiene un nivel de Hg en la sangre superior al que la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA) considera seguro. Según cálculos de los NIH, las afectaciones a la salud derivadas del mercurio generan un costo anual de casi $EU9 mil millones en gastos médicos y pérdida de productividad de la fuerza laboral [47, 52].
Partículas suspendidas
Las partículas suspendidas (PS) consisten en una amplia gama de materiales en fase sólida o líquida cuyo tamaño va de menos de 1 nanómetro a 100 micrómetros y que pueden poseer una composición química compleja. Sus elementos constitutivos incluyen nitratos, sulfatos, metales, compuestos orgánicos, suelo, polen y hollín, entre otos. Las PS se clasifican según su tamaño usando diversos parámetros, siendo los más comunes PM10 y PM2.5, que corresponden a partículas con un diámetro aerodinámico inferior a 10 o 2.5 micrómetros, respectivamente. Hay un gran número de fuentes de partículas suspendidas, entre las que destaca la combustión en instalaciones fijas (como las centrales eléctricas), junto con el transporte carretero (fuentes móviles).
Además de las plantas de generación de electricidad, las fuentes fijas comprenden instalaciones dedicadas a actividades industriales como las de la siderurgia, al igual que los sistemas de calefacción domésticos. Las emisiones de PS derivadas de la quema de combustibles sólidos (como el carbón) son, en general, de diámetro mayor que las originadas por la quema de combustibles líquidos, y estas últimas son más gruesas que las partículas generadas por la combustión de gas. Sin embargo, en términos generales, las partículas producidas por la combustión tienen un diámetro inferior a 1 micrómetro. Algunos de los efectos ambientales de las emisiones de partículas suspendidas son la reducción de visibilidad, la lluvia ácida y los daños y manchas provocados en materiales (por ejemplo, en estatuas y monumentos). La deposición de partículas suspendidas puede también contribuir a la acidificación de lagos y ríos, modificar el equilibrio de los nutrientes en los cuerpos de agua y el suelo, y afectar bosques y cultivos agrícolas [53]. Las PS pueden ocasionar graves problemas de salud en humanos, en especial las de diámetro inferior a 10 micrómetros, pues al ser inhaladas pueden alojarse en lo profundo de los pulmones e incluso penetrar en el torrente sanguíneo. Los efectos más comunes de las PS en la salud son síntomas respiratorios como irritación de las vías aéreas, tos, dificultad para respirar, disminución de la función pulmonar, asma, bronquitis crónica y muerte prematura [53].
Gases de efecto invernadero
Los gases de efecto invernadero (GEI) son aquellos que atrapan el calor en la atmósfera, permitiendo que la temperatura promedio de la Tierra sea de aproximadamente 15 °C. Sin este “efecto invernadero” natural , la temperatura ambiente promedio sería alrededor de 33 °C menor que la actual, lo que haría imposible la mayor parte de la vida que conocemos. Sin embargo, desde la Revolución Industrial, las actividades humanas han aumentado considerablemente la cantidad de gases de efecto invernadero presentes en la atmósfera, lo que ha intensificado el efecto invernadero natural. Esto, al incrementar la temperatura planetaria promedio, tiene efectos graves en el clima. Algunos de estos gases, como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), se emiten a la atmósfera mediante procesos tanto naturales como antropogénicos, mientras que otros, como los clorofluorocarbonos (CFC), son productos exclusivos de las actividades industriales. Los principales gases de efecto invernadero emitidos por las actividades humanas —en particular por la quema de combustibles fósiles— son precisamente el dióxido de carbono, el metano y el óxido nitroso.
Independientemente del gas de que se trate, las emisiones de GEI suelen registrarse en términos de emisiones equivalentes de dióxido de carbono. Esta medida se usa para comparar la capacidad de cada GEI de atrapar el calor (potencial de calentamiento global, PCG) en la atmósfera en relación con la del CO2, que se toma como gas de referencia. El valor de dióxido de carbono equivalente (CO2-eq) para un gas se obtiene multiplicando el volumen o cantidad de gas emitido por su PCG.
A continuación se presenta una breve descripción de los principales GEI:
El dióxido de carbono (CO2) es un gas no tóxico e inocuo. El aumento constante de la concentración de CO2 en la atmósfera, preocupante por sus efectos en el cambio climático, se debe sobre todo a las actividades humanas. Se calcula que las concentraciones atmosféricas mundiales de CO2 en 2005 fueron 35% mayores que los valores observados antes de la Revolución Industrial. La principal fuente de este gas es la quema de combustibles fósiles (la generación de energía eléctrica aporta entre 17 y 40 por ciento de las emisiones totales de CO2). Otras fuentes son los incendios forestales y de pastizales, además de los procesos de combustión utilizados para producir los materiales requeridos en la fabricación de cemento [48, 56-58]. El metano (CH4) persiste en la atmósfera de nueve a 15 años y es 21 veces más efectivo para captar el calor de la atmósfera que el dióxido de carbono. Al igual que ocurre con el CO2, las emisiones atmosféricas de CH4 provienen de diversas fuentes naturales y antropogénicas. Entre las fuentes naturales figuran los humedales, las termitas, los océanos, los incendios forestales, etc., mientras que las fuentes antropogénicas son sobre todo la quema de combustibles fósiles, la fermentación entérica (o intestinal), los rellenos sanitarios, los sistemas de gas natural, la producción de combustibles fósiles, el cultivo de arroz, la quema de biomasa y el manejo de residuos. Se estima que las fuentes naturales contribuyen con aproximadamente 37% del total de metano emitido a la atmósfera cada año; por consiguiente, las fuentes antropogénicas representan las principales fuentes de su emisión a la atmósfera. El óxido nitroso (N2O) es un gas incoloro de olor ligeramente dulce y alrededor de 310 veces más efectivo que el dióxido de carbono para captar el calor en la atmósfera. Al igual que el dióxido de carbono y el metano, es emitido por fuentes naturales y antropogénicas, pero a diferencia de los dos primeros, las fuentes naturales de este gas generan aproximadamente 64% de las emisiones totales a la atmósfera.
Óxidos de nitrógeno
Los procesos de combustión son las principales fuentes antropogénicas de óxidos de nitrógeno. Estos óxidos se pueden formar durante la combustión, ya sea a partir del nitrógeno contenido en el combustible o bien del nitrógeno que forma parte del aire.
En la mayoría de los sistemas de combustión externa a base de combustibles fósiles, alrededor de 95% de los óxidos de nitrógeno se emiten en forma de monóxido de nitrógeno (NO) y el 5% restante, en forma de dióxido de nitrógeno (NO2). Una vez en la atmósfera, el NO emitido continúa oxidándose para formar NO2, gas altamente reactivo cuyo color da un peculiar tono marrón rojizo al esmog fotoquímico.
El término óxidos de nitrógeno (NOx) se refiere a la suma de NO y NO2, expresada como NO2. Estos óxidos reaccionan con agua para producir ácido nítrico (HNO3), que, junto con el ácido sulfúrico, da como resultado la lluvia ácida. Otro efecto dañino de los óxidos de nitrógeno es la deposición atmosférica de nitrógeno en forma nitratos y nitritos derivados de los NOx, lo que ocasiona la eutrofización de las aguas continentales y costeras [46-48].