Los caminos del NITRÓGENO en los PROCESOS BIOLÓGICOS. Actividades humanas que afectan el Ciclo General del Nitrógeno: Quema de combustibles fósiles

in #steemstem11 months ago (edited)


Quemando el Ciclo del Nitrógeno. Quemando el ambiente. Quemando la vida.

Fig. 1. Quema de un combustible fósil: gas. Tomada de pixabay.

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Hola amigos. Nos toca continuar con las actividades que afectan los caminos del nitrógeno.

Hemos señalado, en post anteriores, varias actividades que afectan al Ciclo del Nitrógeno, al ambiente y al ser humano.

Señalamos que esas actividades están relacionadas y las representamos en un esquema que vamos a recordar a continuación:

Fig. 2. Actividades humanas relacionadas que afectan el ciclo natural del nitrógeno, al ambiente y al ser humano: agricultura intensiva, fijación industrial del nitrógeno, utilización de fertilizantes industriales, ganadería intensiva y quema de combustibles fósiles. Elaborado por:

@josedelacruz

Esas actividades las hemos desarrollado todas menos la quema de combustibles fósiles. Por ello esta actividad es el motivo de este post.

Los combustibles fósiles (CF) son sustancias orgánicas complejas (líquidas, sólidas y gaseosas) de gran contenido energético que se han formado a partir de restos vegetales y animales que han quedado enterrados y sometidos a aumento de presión y temperatura por varios millones de años.

Existen tres tipos de CF (Fig. 3): carbón (sólido), gas natural (gaseoso) y petróleo (líquido).

Fig. 3. Tipos de combustibles fósiles. Elaborado por:

@josedelacruz

Estas sustancias o sus derivados (cuando se utilice la sigla CF o QCF se dará por sentado que también se refiere a sus derivados) al ser utilizados como combustibles (quemados) pueden generan varios tipos de contaminantes. De ellos nos ocupa las formas de nitrógeno que se originan principalmente las reactivas.

En la QCF existen dos puntos de origen para la formación de formas reactivas del nitrógeno: el nitrógeno que pudiera contener el combustible y el nitrógeno del aire que interviene en la combustión o quema. En este último caso se requieren temperaturas elevadas.

Por ello, cuando se quema un CF para obtención de energía puede formarse nitrógeno reactivo por una de las dos vías o por las dos.

Pero, ¿En qué tipo de actividades o procesos se queman CF? y ¿Cuáles son las formas reactivas de nitrógeno que se forman?

Las actividades o procesos donde se queman CF generalmente se subdividen en dos grupos: las fijas o estacionarias y las móviles.

Las fijas están constituidas, principalmente, por fábricas o plantas que utilizan la QCF para obtener la energía (eléctrica o calórica) que necesitan para realizar sus actividades o gran parte de ellas. Entre estas figuran incluso aquellas que se encargan de la extracción, traslado, producción y transformación de los CF. También están las plantas de generación de energía eléctrica (Centrales Termoeléctricas que utilizan CF para la obtención de energía; Fig. 4), industrias manufactureras, etc. También se incluyen en las actividades fijas el uso doméstico o residencial de los CF.

Fig. 4. Central Térmica Compostilla II (España). Quemadora de CF de tipo fija. Central térmica que utiliza carbón como combustible. Su cierre está programado para Enero del 2020. Imagen de Silvia Alba en Wikimedia Commons.

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En las móviles (Fig. 5) están todas aquellas que utilicen la QCF para obtener la energía necesaria para su desplazamiento ya sea aéreo (civil y militar), terrestre (automóviles, camiones, trenes y motocicletas) y de navegación (barcos, buques, lanchas, motos de agua, canoas, etc).

Fig. 5. Camiones surtidores de gasolina. Quemadores de CF de tipo móvil. Estos camiones emiten entre sus desechos formas de nitrógeno reactivas sobre todo si utilizan motores diésel. La gasolina que llevan surtirá a vehículos (quemadores de CF de tipo móvil) que también generan formas reactivas del nitrógeno. Imagen de EEIM en Wikimedia Commons.

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Esquematicemos estas actividades:

Fig. 6. Actividades donde se queman combustibles fósiles tipos estacionarias y móviles. Elaborado por:

@josedelacruz

Con respecto a la movilidad del nitrógeno en la naturaleza podríamos hablar de formas de nitrógeno móviles, semimóviles e inmovilizadas.

Las formas móviles estarían representadas por todas aquellas que son reactivas o asimilables y que no están atrapadas en ninguna materia orgánica (viva o muerta) o inanimada (rocas, sedimentos). Al no estar atrapadas pueden desplazarse con facilidad en la naturaleza, reaccionar con otras sustancias transformándose constantemente de una forma a otra o ser atrapadas y modificadas por determinados organismos. Entre ellas podemos señalar las siguientes: amoníaco (NH3), monóxido de nitrógeno o óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nitroso (N2O) entre otras.

En las formas semimóviles vamos a incluir al nitrógeno molecular atmosférico (N2) que aunque es muy inactivo está bajo la acción de los procesos de fijación (abióticos y bióticos) que le dan la movilidad necesaria para formar parte activa de su propio ciclo.

También en este grupo de semimóviles incluiremos a todas las formas de nitrógeno que están en la materia orgánica (viva o muerta) que aunque sufren transformaciones permanecen allí por un tiempo considerable. O sea, su movilidad en el ciclo es más lenta o limitada que la del grupo anterior. Entre ellas podemos señalar las que forman parte de aminoácidos, bases nitrogenadas y clorofilas.

En las formas inmovilizadas incluiremos aquellas que permanecen o han permanecido atrapadas por largo tiempo, incluso millones de años. Su movilidad es muy lenta comparada con las dos anteriores. Están representadas por el nitrógeno presente en las rocas, sedimentos oceánicos y CF entre otros.

Representemos estos grupos de nitrógeno según su movilidad:

Fig. 7. Movilidad del nitrógeno en la naturaleza. Formas móviles, semimóviles e inmovilizadas. Elaborado por:

@josedelacruz

Nuestra atención está centrada en las formas inmovilizadas contenidas en los CF. El nitrógeno atrapado ellos al ser liberado constituye nitrógeno extra para su ciclo natural.

Ya señalamos que cuando se QCF se originan diversas formas de nitrógeno por dos vías: por el nitrógeno que contiene el CF y por el nitrógeno del aire que interviene en la combustión o quema cuando hay temperaturas elevadas.

Entre las formas que se generan están los óxidos de nitrógeno (NOx) como óxido nítrico o monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nitroso (N2O) entre otros. Además de los óxidos de nitrógeno también se pueden producir cantidades significativas de NH3.

Cada una de estas formas de nitrógeno sigue sus caminos en el ambiente.

El NO y el NO2 reaccionan con Compuestos Volátiles Orgánicos (COV), que también produce la QCF, formando ozono troposférico (conocido como ozono malo) principal componente del smog fotoquímico y el más peligroso. El ozono troposférico afecta a la vegetación en general, a la salud humana y contribuye al efecto invernadero.

Por otro lado, el NO y el NO2, también pueden originar ácido nítrico (HNO3) uno de los componentes de la lluvia ácida.

Aunque ya existen dispositivos para disminuir y controlar las emisiones de NO y NO2 como los catalizadores en los carros hay ciertos inconvenientes con esos procedimientos.

Los catalizadores en los carros disminuyen las emisiones de NO y NO2 pero producen emisiones significativas de N2O y NH3.

Por otro lado, se requiere un control y mantenimiento para su uso efectivo. Un catalizador viejo o deteriorado no cumple con el objetivo deseado. También influyen en su efectividad el tipo de catalizador y la forma de conducir.

Por su parte, el N2O tiene un fuerte efecto invernadero y contribuye a la destrucción de la capa de ozono de la estratosfera. O sea, afecta al ozono estratosférico conocido como ozono bueno.

El NH3, muy útil para los vegetales, en la atmósfera reacciona con los ácidos presentes en ella. Uno de estos ácidos es el HNO3, también generado por la QCF. De esta reacción se produce un aerosol fino capaz de desplazarse a grandes distancias, por lo tanto, capaz de llevar nitrógeno reactivo muy lejos de su sitio de formación. Estos aerosoles si son respirados pueden afectar la salud humana.

Hagamos una representación de lo anterior:

Fig. 8. Formas reactivas del nitrógeno y COV que se originan en la QCF. Obsérvese que solo se incluyen algunos de los productos que se generan cuando se QCF. Para explicación leer texto. Elaborado por:

@josedelacruz

Vemos, entonces, que la QCF pone en circulación una cantidad considerable de nitrógeno que había estado inmovilizado por millones de años en los CF. De estos CF se considera que el más que contiene nitrógeno es el carbón por lo tanto el que más aporta nitrógeno en su quema. Los aportes del petróleo son menores y mucho menores los del gas natural.

Sin embargo, no debemos olvidar que las altas temperaturas que se producen al quemarlos convierte el nitrógeno molecular (inactivo) del aire en las formas reactivas señaladas.

Cabe resaltar que la quema de combustibles no fósiles como leña o cualquier tipo de madera, restos de vegetales (hojas, flores, frutos), papeles, cartones, etc, produce también formas reactivas del nitrógeno.

Espero les haya gustado y les sea de utilidad.

Lecturas recomendadas:

• Bleeker A. y otros. Actividades relacionadas con el ciclo del NITRÓGENO en EUROPA. Medio ambiente (2008)

• Combustible fósil. Wikipedia

• Compuestos Orgánicos Volátiles (COV). Risctox

• Esmog fotoquímico. Wikipedia

• Gases de combustión. Academiatesto.com.ar

• Gases de Combustión: Cómo se Producen y su Impacto Ambiental. MundoMotor

• Grupo Consultivo de Expertos (GCE). Manual del Sector de la Energía. Quema de Combustibles

• Guía de Calidad del Aire y Educación Ambiental. Ministerio del Ambiente. Gobierno de Chile (2018)

• Jan Willem Erisman y otros. Nitrógeno: Un recurso vital en demasía. WWF-Holanda (2015)

• Lamprea, Angélica M. y otros. El Nitrógeno, Ciclo Bioquímico. Bogotá, Colombia (2015)

• Óxidos de nitrógeno. Wikipedia

• Pajares M., Silvia. La cascada del nitrógeno ocasionada por actividades humanas. Oikos= (2016)

• Schifter I., y López S., Esteban. Usos y abusos de la gasolina. Punto IV: Los carburantes y la contaminación. Bibliotecadigital

• Vitousek, Peter M. y otros. Alteración Antropogénica (sic) del Ciclo Global del Nitrógeno: Causas y Consecuencias. Tópicos en Ecología, Número 1 (1997)

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SALUDOS, UN ABRAZO DESDE SAN FERNANDO DE APURE, VENEZUELA

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Saludos estimado profesor @josedelacruz, que bueno poder leer sus post de nuevo, en esta oportunidad sobre la influencia de las actividades de índole antropogénica en el ciclo del Nitrógeno.

Hola, también estimado amigo. Gracias. Ahora se me hace muy dificil escribir. Cuando no es la luz es internet. Sin embargo ahí vamos poco a poco. Saludos.



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Muy bueno.
Esperaremos la afectación del ciclo del nitrogéno por parte de las actividades humanas en la ganaderas intensivas.

No recuerdo que profesor me dijo que contaminaba más un rebaño de vacas que una refinería bien administrada....


SALUDOS DESDE VENEZUELA
SALUTATIONS DU VENEZUELA
Greetings from Venezuela

Hola. Gracias por leer y por el apoyo. La ganadería intensiva la desarrollé en el post anterior. Sin embargo desarrollaré post sobre algunas consecuencias derivadas de la alteración del Ciclo del Nitrógeno. Un rebaño de vacas en ganadería extensiva o en una ganadería ecológica produce muy poca contaminación. Es más, pueden beneficiar al ambiente. Ahora, una cantidad considerable de vacas, en una ganadería intensiva, donde no hay control de sus desechos es muy contaminante. Saludos.

Hola nuevamente, tienes razon ya lo lei. Muy bueno. Aunque el tema es sobre el nitrogéno, es importante mencionar que la ganadería produce mucho metano, gas muy importante para el fecto invernadero.
Apuesto que también ya hablo de eso.... en otros post..... Saludos
;-)

Hola. Si, con la ganadería intensiva produce mucho metano debido a las bacterias y archaeas existentes en sus vías digestivas. En un post titulado Archaeas: utilización tecnológica hago mención al metano producido por las archaeas metanógenas pero no como contaminante sino sobre su producción, recolección y utilización como combustible. Saludos.

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