Algunas actividades realizadas por la humanidad han tenido efectos adversos, propiciados por la generación de compuestos que dañan el ambiente, entre estos se encuentran los llamados Gases de Efecto Invernadero (GEI). Los GEI son componentes naturales de la atmósfera terrestre, que tienen la capacidad de absorber la radiación infrarroja proveniente de la tierra, esta radiación se reemite en todas direcciones hacia la superficie terrestre y la propia atmósfera; este proceso de absorción y reemisión de radiación infrarroja provoca que los GEI retengan el calor en la atmósfera y contribuyan al denominado efecto invernadero (Faverin et al., 2014).
Teniendo en cuenta que la radiación emitida por el sol llega hasta la superficie de la tierra, existe un flujo de energía entre el espacio, la atmósfera y la superficie de la tierra, en esta dinámica de flujos la atmósfera recicla el calor de la superficie. Se ha calculado que el 75 % del calor retenido en la atmósfera se debe principalmente a la acción de los GEI, lo que contribuye en gran medida al calentamiento global como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Efecto invernadero [Ilustración], por Xgarciaf, 2006, Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Efecto_invernadero.PNG#filehistory
Las actividades relacionadas con la producción animal son una fuente importante de emisión de GEI, recordemos que esta es una de las actividades fundamentales para la generación de alimentos con alto valor nutrimental destinadas al consumo humano, por tanto, imprescindible para el bienestar, la seguridad alimentaria y el crecimiento económico de la sociedad (Cuéllar, 2022). Aunque a nivel mundial estas actividades no son la principal fuente de emisión de GEI, se requiere el planteamiento responsable de estrategias efectivas que contribuyan con la reducción de las emisiones, la mitigación del impacto en el planeta y la construcción de un futuro sostenible para las futuras generaciones.
TEMAS
I. Gases de efecto invernadero y su origen.
II. Emisiones de GEI por actividades de producción animal.
III. Emisiones de GEI por especie animal y sus productos.
IV. GEI por fermentación digestiva en rumiantes: estrategias de mitigación.
V. Técnicas de medición de gases producidos por la fermentación digestiva en rumiantes.
Objetivo
Objetivo: Conocer las generalidades de los Gases de Efecto Invernadero a través de la descripción de su origen, efectos y técnicas de medición, para relacionarlas con la producción animal.
I. Gases de Efecto Invernadero y su origen
La Organización de las Naciones Unidas ha descrito como GEI a los siguientes gases:
1. Bióxido de carbono (CO2). Se produce principalmente por la combustión de fósiles (petróleo, gas natural y carbón), la fabricación de cemento y el transporte; es el responsable del 70 % de las emisiones totales.
2. Metano (CH4). Producido por la quema de biomasa, descomposición de desechos orgánicos, pantanos naturales, ganadería y agricultura; comprende el 20 % de las emisiones.
3. Óxido nitroso (N2O). Se produce en procesos industriales y quema de biomasa; representa el 7 % del total de las emisiones.
4. Hexafluoruro de azufre (SF6). Utilizado en líneas de alta tensión, producción de aluminio y componentes electrónicos, es el responsable del 1 % de las emisiones.
5. Hidroflourocarbonos (HFC). Se utilizan en sistemas de climatización, productos aislantes y como gases en aerosoles, abarcan el 1 %.
6. Perfluorcarburos (PFC). Utilizados en sistemas de climatización, extintores de fuego y limpieza de metales, representan el 1 % de las emisiones.
Debido a las implicaciones que tienen los GEI sobre el ambiente, la Organización de las Naciones Unidas (ONU) aprobó el protocolo de Kioto en 1997 con el compromiso de que los países industrializados limitaran y redujeran las emisiones de GEI por su efecto en el calentamiento global, sin embargo, debido a las dificultades asociadas con la implementación, entró en vigor hasta el 2005.
Aunque la presencia de los GEI en la atmósfera es considerada normal, en forma adicional se generan por una gran diversidad de actividades humanas; por lo que, básicamente su producción se debe a dos acciones:
• Acciones naturales. Estas contribuyen a mantener la temperatura adecuada en la tierra y son esenciales para la vida, entre los mecanismos que desempeñan este papel podemos mencionar a la evaporación llevada a cabo por los volcanes y los océanos.
• Acciones antropogénicas. Estas se refieren a las actividades realizadas por los humanos, entre las más representativas para la generación de GEI se encuentran: el uso de carbón, petróleo y gas natural para el transporte, la industria, la deforestación, los cambios en el uso del suelo, la producción y el consumo de productos químicos y materiales sintéticos; en su conjunto, todas estas actividades aumentan la concentración de GEI en la atmósfera, contribuyendo de esta manera al calentamiento global y al cambio climático. Estos gases antropogénicos se suman al vapor de agua que es el responsable de retener el calor emitido por la superficie terrestre; aunque no está incluido en el Protocolo de Kioto, el aumento de la humedad en la atmósfera amplifica el calentamiento producido por el CO2 (Trespalacios et al., 2018).
En cuanto a las acciones antropogénicas, es importante mencionar que, de acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, FAO (2023), la producción animal genera aproximadamente el 12 % de las emisiones de GEI a nivel mundial; otras actividades desarrolladas contribuyen significativamente a las emisiones de GEI, entre estas se encuentran principalmente las actividades relacionadas con el consumo de energía (transporte, generación de calor y electricidad, edificaciones, industria manufacturera y de la construcción), las emisiones fugitivas (quema de combustibles, procesos industriales de productos químicos y cemento), las aguas residuales y finalmente la deforestación, uso de suelo, cambio de uso de suelo y silvicultura (Mengpin et al., 2021). En la tabla 1 se presentan las actividades que generan GEI y el porcentaje de las emisiones globales.
Tabla 1. Actividades generadoras de GEI (Elaborada a partir de FAO, 2023)
II. Emisiones de GEI por actividades de producción animal
2. El estiércol generado. El estiércol producido por los animales emite CH4 debido a su descomposición anaerobia, mientras que el N2O se produce por la desnitrificación del nitrógeno orgánico durante el ciclo de nitrógeno.
3. El pastoreo. Los animales en pastoreo incorporan nitrógeno a los suelos a través del estiércol y orina, a estos, se le suma el efecto de otras actividades agropecuarias que incorporan aún más nitrógeno, favoreciendo de esta manera, la emisión de N2O por la nitrificación y la desnitrificación (Berra y Finster, 2010).
Los tres procesos principales que involucran a la producción animal y que generan GEI son (Figura 3):
1. La fermentación digestiva. Se lleva a cabo durante la digestión de los carbohidratos presentes en los alimentos, en los rumiantes (bovinos, ovinos, caprinos, búfalos), la fermentación tiene lugar principalmente en el rumen, mientras que en los animales no rumiantes (aves, porcinos y equinos) la fermentación ocurre en el intestino grueso; en ambos casos, el proceso de fermentación se realiza gracias a la acción de los microorganismos presentes en el tubo digestivo, como resultado se producen diversos gases, principalmente CH4 y CO2.
Figura 3. Emisiones de GEI por actividades de producción animal (elaboración propia)
Con relación a lo anterior y con base en la información más reciente publicada por la FAO en 2023, en la figura 4 se presentan las fuentes de producción de GEI atribuibles a la ganadería tomando como referencia las estimaciones de los GEI producidos en 2015.
Figura 4. GEI producidos por actividades de ganadería (Elaborada a partir de FAO, 2023)
Como puede observarse en la imagen anterior, la mayor producción de gases se encuentra relacionada con los alimentos y su fermentación digestiva, el gas que se produce en mayor cantidad es el CH4.
III. Emisiones de GEI por especie animal y sus productos
Ubiquemos ahora a la producción de GEI desde el punto de vista de la producción animal. La generación de gases por producto alimenticio de origen animal se presenta en la figura 5, y en la figura 6 se puede observar el porcentaje de las emisiones determinada por especie doméstica.
Figura 5. GEI producidos por producto de origen animal (Elaborada a partir de FAO, 2023) Figura 6. GEI producidos por especie doméstica (Elaborada a partir de FAO, 2023)
Como puede observarse, el producto de origen animal destinado al consumo humano que más genera GEI es la carne y la especie que más contribuye con dichas emisiones es la especie bovina.
IV. GEI por fermentación digestiva en rumiantes: estrategias de mitigación
Debido a la importancia que tiene la mitigación de las emisiones globales de GEI, se han llevado a cabo gran diversidad de estudios con el fin de contar con estrategias efectivas que permitan lograrlo. A continuación, se mencionan algunas de las principales propuestas que se han planteado en el campo de la producción animal:
Estrategias que comprenden el aumento de la productividad animal y la disminución de sus efectos negativos; la nutrición, la genética, la procuración de la salud y el manejo, son esenciales.
Selección genética de animales que produzcan menos gases.
Utilización de concentrados en la alimentación y mejoramiento de la calidad de los forrajes para disminuir los gases producidos por la fermentación.
Manipulación de la microbiota ruminal.
Utilización de inhibidores químicos de la producción de gases (algas, nitratos y taninos) (Beauchemin et al., 2020).
V. Técnicas de medición de gases producidos por la fermentación digestiva en rumiantes
Las técnicas que permiten llevar a cabo la medición de los gases ruminales se clasifican de acuerdo con la metodología utilizada, si la medición se realiza directamente en el animal se denomina in vivo y si se realiza en un laboratorio se denomina in vitro, ambas técnicas pueden complementarse de una manera muy efectiva (Hristov et al., 2013).
Técnicas in vivo
Estas permiten medir la producción real de gases en animales vivos, permitiendo de esta manera conocer la variabilidad fisiológica y ambiental (Figura 7). Entre estas técnicas se encuentran:
• Cámaras respiratorias
• Técnica del gas de aliento, respiración directa o sniffer
• Sondas ruminales
• Sensores portátiles
Figura 7. Methan-kuhmagen hg.svg [Ilustración], por Hannes Grobe y Matti Blume, 2023. Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Methan-kuhmagen_hg.svg
Técnicas in vitro
Estas permiten el estudio de la fermentación de diferentes alimentos, son experimentos más rápidos y menos costosos. Las técnicas que pueden utilizarse son:
• Sondas o catéteres ruminales
• Producción total de gas (Figura 8).
Figura 8. Determinación de producción total de gas – MVZ FES Cuautitlán, UNAM
De acuerdo con las técnicas descritas anteriormente, es importante mencionar que tanto en las técnicas in vivo como in vitro, es posible identificar y cuantificar los gases específicos de las muestras recolectadas; esto puede llevarse a cabo utilizando técnicas como la cromatografía de gases o los métodos que emplean soluciones absorbentes como el hidróxido de potasio. Por otro lado, actualmente las técnicas isotópicas y la utilización de sensores portátiles pueden utilizarse en combinación con las técnicas descritas con el objetivo de obtener resultados más precisos (Ramin y Huhtanen, 2012).
Como se ha mencionado en este recurso, los GEI tienen implicaciones negativas sobre el ambiente, ya que, son los principales responsables del calentamiento global en nuestro planeta. Aunque la producción animal no es la principal actividad que los genera, es necesario el desarrollo e implementación de estrategias que contribuyan y permitan su mitigación, para lograrlo, es necesaria la fundamentación basada en el conocimiento de las actividades específicas de la producción animal que los generan.
Ahora que has finalizado los temas de esta Unidad de Apoyo para el Aprendizaje (UAPA), es momento de poner en práctica los conocimientos adquiridos realizando las siguientes actividades.
Actividad de aprendizaje. Actividades generadoras de GEI
La generación de GEI es normal en condiciones naturales, como se mencionó en el estudio de esta UAPA; sin embargo, las actividades antropogénicas como la producción animal, generan en forma adicional estos gases y provocan el calentamiento global debido al efecto invernadero que tienen.
Actividad de aprendizaje. Actividades generadoras de GEI
Autoevaluación 1. Emisión y Mitigación de GEI
Las elevadas emisiones de GEI en el mundo requieren de estrategias que permitan mitigarlos; por lo que es importante conocer los gases generados, sus orígenes y el papel que tiene la producción animal en estos procesos.
Autoevaluación 1. Emisión y Mitigación de GEI
Fuentes de información
Básicas
Beauchemin, K. A., Ungerfeld, E. M., Eckard, R. J. y Wang, M. (2020). Review: Fifty years of research on rumen methanogenesis: lessons learned and future challenges for mitigation. Animal, 14(1), s2-s16.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1751731119003100
Berra, G. y Finster, L. (2010). Influencia de la ganadería argentina. Emisión de gases de efecto invernadero. Idia XXI, (13), 212-215.
https://www.produccion-animal.com.ar/sustentabilidad/25-emision_gases.pdf
Cuéllar Sáenz, J. A. (2022). La importancia de la sostenibilidad en la producción animal. Veterinaria Digital. Todo sobre medicina veterinaria y producción animal. https://www.veterinariadigital.com/articulos/la-importancia-de-la-sostenibilidad-en-la-produccion-animal/
FAO (2023). La ganadería representa 12 % de las emisiones de gases con efecto invernadero. https://www.fao.org/republica-dominicana/noticias/detail-events/es/c/1675383/
FAO (2023). Pathways towards lower emissions – A global assessment of the greenhouse gas emissions and mitigation options from livestock agrifood systems. https://doi.org/10.4060/cc9029en
Faverin, C., Gratton, R. y Machado, C. F. (2014). Emisiones de gases de efecto invernadero en sistemas de producción de carne vacuna de base pastoril. Revisión bibliográfica. Revista Argentina de Producción Animal, 34(1), 33-54. https://www.researchgate.net/publication/325092135_EMISIONES_DE_GASES_DE_EFECTO_INVERNADERO_EN_SISTEMAS_DE_PRODUCCION_DE_CARNE_VACUNA_DE_BASE_PASTORIL_REVISION_BIBLIOGRAFICA
Hristov, A. N., Oh, J., Firkins, J. L., Dijkstra, J., Kebreab, E., Waghorn, G. y Tricarico, J. M. (2013). Special topics—Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from animal operations: I. A review of enteric methane mitigation options. Journal of Animal Science, 91(11), 5045-5069. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24045497/
Mengpin, G., Friedrich, J. y Vigna, L. (2021). Cuatro gráficos que explican las emisiones de gases de efecto invernadero por país y por sector. WRI México.
https://es.wri.org/insights/cuatro-graficos-que-explican-las-emisiones-de-gases-de-efecto-invernadero-por-pais-y-por
Naciones Unidas (1998). Protocolo de Kioto de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC).
https://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpspan.pdf
Ramin, M. y Huhtanen, P. (2012). Development of an in vitro method for determination of methane production kinetics using a fully automated in vitro gas system—A modelling approach. Animal Feed Science and Technology, 174(3-4), 190-200.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0377840112001174?via%3Dihu%20b
Trespalacios, J., Blanquicett, C. y Carrillo, P. (2018). Gases y efecto invernadero. Instituto de Desarrollo Sostenible.
https://www.academia.edu/37824843/Gases_y_efecto_invernadero
