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X Congreso Latinoamericano de Dinámica de Sistemas
III Congreso Brasileño de Dinámica de Sistemas
I Congreso Argentino de Dinámica de Sistemas
Emisiones de gases de efecto invernadero
producidas por el sector agricultura en
Colombia
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
[email protected], [email protected]
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 2004. 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
2004. 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 (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso
(N2O) [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
gigatoneladas1
de
CO2-eq/año2,
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 CO2-eq debido a: CO2 de
combustibles de origen fósil y de otras fuentes;
CO2 de deforestación, degradación y turba; CH4 de
agricultura, desechos y energía; N2O 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
CO2-eq: unidad de medida de referencia de las
emisiones de GEI en un horizonte de tiempo
determinado[1] .
1
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GtCO2-eq / yr
60
49
50
30
44.7
39.4
40
35.6
28.7
20
10
0
1970
1980
1990
2000
2004
Figura1: Emisiones mundiales antropogénicas de
GEI.
En el 2004, Colombia aportó 0.18 gigatoneladas
deCO2-eq lo que es equivalente a un aporte de
0.37% de las emisiones totales mundiales (49
gigatoneladas deCO2-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.
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 CO2-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
CO2-eq para los diferentes GEI [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 129.368,4 Gg
CO2-eq, en 1994 fueron de 149.867,8Gg CO2-eq,
en el 2000 fueron 177.575,35Gg CO2-eq y en el
2004 fueron de 180.008,18 Gg CO2-eq [3].
En la Figura 2 se presentan las emisiones totales
de GEI en Colombia medidas en Gg CO2-eq para
los años 1990, 1994, 2000 y 2004 [3],
observándose un incremento en las emisiones en
cada inventario realizado.
200000
177.575,35
180000
160000
140000
Tabla 1: Potencial de calentamiento global en
términos de CO2-eq.
188.008,18
149.867,8
129.368,4
120000
100000
80000
60000
Nombre
40000
Potencial de
Calentamiento
global3
Dióxido de
Carbono
Metano
CO2
CH4
21
ÓxidoNitroso
N2 O
310
Tetrafluoruro de
carbono (PFC)
CF4
6500
Hexafluoruro de
carbono (PFC)
C2F6
9200
SF6
HFC-23
23900
11700
Hexafluoruro de
azufre
Trifluorurometano
3
Fórmula
química
20000
0
1990
1994
2000
2004
1
Difluorurometano
HFC-32
650
Pentafluoroetano
HFC-125
2800
Trifluoroetano
HFC-143a
3800
a
Difluoroetano
HFC-152
Tetrafluoroetano
HFC-134a
140
1300
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.
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 SF6
 Utilización de sustitutos SAO
c) Módulo Agricultura
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 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 CO2 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
CO2-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 CO2-eq y el porcentaje de
participación con respecto a las emisiones totales
3
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
CO2-eq
(Gg)
% de
participació
n respecto a
las emisiones
totales
% de
participació
n de la
categoría
respecto al
módulo
AGRICULTURA
68.565,58
38.09%
100%
Fermentación
entérica
33.258,54
18.48%
48.51%
Manejo del estiércol
1.187,91
0.66%
1.73%
Cultivos de arroz
1.372,14
0.76%
2%
Suelos agrícolas
32.593,40
18.11%
47.54%
Quema de sabanas
61.80
0.03%
0.09%
Quema de residuos
agrícolas
91.79
0.05%
0.13%
ENERGÍA
65.971,11
36.65%
100%
Quema de
combustibles fósiles
56.208,44
31.23%
85.20%
Emisiones fugitivas
9.153,11
5.08%
13.87%
Minería de carbón
4.617,27
2.57%
7%
Petróleo y gas
natural
4.535,84
2.52%
6.88%
609,56
0.34%
0.92%
Quema de biomasa
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
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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 50.91
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.
3.2. 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:
4
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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
simulación del diagrama de la Figura 5 para
variables: GEI, gas metano y óxido nitroso.
puede observar que dicha variables para
escenario base aumentan en el tiempo
simulación estipulado.
de
las
Se
el
de
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
5
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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 (www.gant.be).
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 N2O 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.
6
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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
7
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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 0.0002 a 0.00005
[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
8
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cada una de ellas en la reducción de emisiones de
GEI.
6.
REFERENCIAS
[1] Cambio climático 2007: Informe de síntesis.
Available:
www.ipcc.ch/pdf/assessmentreport/ar4/syr/ar4_syr_sp.pdf
[citado 15 de
septiembre de 2012]
[2] Atmospheric concentration of Greenhouse
gases.Available:
http://epa.gov/climatechange/pdfs/print_ghgconcentrations.pdf [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:
http://www.pnud.org.co/img_upload/3635346361
6361636163616361636163/2%C2%AA_Comunic
aci%C3%B3n_Cap_2.pdf
[citado
15
de
septiembre de 2012]
[4]
CAMBIO
CLIMÁTICO
MITIGACIÓNYADAPTACIÓNENLAAGRICU
LTURACOLOMBIANA.IICAReuniónInternacionalsobreCambioClimáticoyelSe
ctorAgropecuarioenColombia: Una Mirada hacia
México-2010.Available:
http://www.minagricultura.gov.co/archivos/8_fran
cisco-boshell-unal-[citado 15 de septiembre de
2012]
[5]Agriculture’sRoleinGreenhouseGasEmissions
&Capture.Available:
https://www.agronomy.org/files/sciencepolicy/ghg-report-august-2010.pdf. [citado15 de
septiembre de 2012]
9
www.dinamica-de-sistemas.com
Libros
Cursos Online
Curso Básico Intensivo en
Dinámica de Sistemas
Ejercicios
Curso Superior en creación
de modelos de simulación
Avanzado
Modelos de simulación en
ecología y medioambiente
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