Róisín Commane investiga las fugas de gases de efecto invernadero para combatir el cambio climático.

Nueva York tiene un problema de contabilidad de gases de efecto invernadero. El estado sigue ampliamente sus fuentes de contaminación atmosférica, desde la producción de energía hasta el transporte y la gestión de residuos, pero los datos no siempre coinciden con lo que realmente hay en el aire. La cantidad de metano sobre la ciudad de Nueva York, por ejemplo, es sorprendentemente más alta de lo esperado.

Es un misterio que Róisín Commane está tratando de resolver. Parte contadora, parte detective, la química atmosférica de la Universidad de Columbia recorre la ciudad desde el pavimento hasta los tejados en busca de fuentes no identificadas o catalogadas incorrectamente de gases de efecto invernadero, y utiliza esta información para mejorar nuestra comprensión de las emisiones antropogénicas de la ciudad.

Existen dos estrategias principales para cuantificar las emisiones. Los modelos ascendentes calculan la contaminación total de fuentes individuales utilizando valores representativos para cada tipo de emisión. Los modelos descendentes describen la contaminación total que se mueve a través de un área utilizando mediciones tomadas directamente de sensores de torres o aviones.

El desafío radica en conciliar ambos, dice Commane. "Estos modelos se pueden ajustar para asegurarse de que representen la atmósfera tal como la entendemos ahora".

Es un trabajo importante. Las áreas urbanas representan aproximadamente el 70 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono del mundo, y entre las ciudades de Estados Unidos, la ciudad de Nueva York es la principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero por actividad humana.

Un mejor cálculo de las emisiones de gases de efecto invernadero podría ayudar a Nueva York a alcanzar su objetivo de ser carbono neutral para 2050 y evaluar qué tan bien están funcionando sus esfuerzos de reducción, dice Commane. "Todos tenemos buenas intenciones, pero si podemos demostrar que se están reduciendo las emisiones, es algo mucho más tangible".

Y los hallazgos en la ciudad de Nueva York podrían informar esfuerzos similares en otros lugares, especialmente en lugares con infraestructura de gas natural comparable.

Commane compara la modelización atmosférica con resolver un rompecabezas complicado. "Siempre he disfrutado jugando con los números", dice.

Después de estudiar química y física matemática en University College Dublin en Irlanda, Commane obtuvo un doctorado en química atmosférica en la Universidad de Leeds en Inglaterra. Allí, aprendió a construir herramientas que miden gases atmosféricos, incluyendo sistemas láser.

Steven Wofsy, científico atmosférico que asesoró a Commane mientras era investigadora asociada en la Universidad de Harvard, elogia su capacidad para "pensar en los problemas de manera holística". Es muy creativa, dice, señalando el trabajo que hizo en el carbono ártico. Muchos modelos existentes se centraban únicamente en la temporada de crecimiento de verano, cuando la absorción de carbono mediante la fotosíntesis alcanza su punto máximo. Pero Commane amplió su experimento para incluir los meses de invierno, cuando la capa de suelo finalmente se congela y los microbios del suelo que descomponen y liberan materia orgánica como carbono se vuelven inactivos.

Commane descubrió que, en años más cálidos, los retrasos en la congelación del Ártico podrían llevar a suficientes emisiones del suelo como para compensar la absorción del verano y convertir la tundra en una fuente neta de dióxido de carbono para la atmósfera.

El trabajo en el Ártico es "ligeramente deprimente" porque "las cosas se están descongelando muy rápidamente allí arriba", dice Commane. "El Ártico está sufriendo por lo que estamos emitiendo aquí abajo".

Mudarse a la Universidad de Columbia en 2018 para iniciar su propio laboratorio le dio a Commane la oportunidad de ayudar a abordar las emisiones en su origen. Además del estatus de la ciudad de Nueva York como la principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero en Estados Unidos, ocupa el tercer lugar a nivel mundial.

Comenzó caracterizando los gases de efecto invernadero de la ciudad, incluyendo dióxido de carbono y metano. En colaboración con científicos de la City University of New York, la Universidad Stony Brook y la Universidad de Rochester, desarrolló una red de monitores para muestrear los gases alrededor de la ciudad y el estado.

También se dio cuenta de lo verde que era la ciudad. La ciudad de Nueva York alberga aproximadamente 7 millones de árboles, pero la vegetación se excluye en la mayoría de los modelos de contabilidad de carbono de la ciudad, dice Commane.

Commane se preguntó si los árboles podrían ayudar a explicar por qué las emisiones de carbono medidas en la atmósfera eran ligeramente más bajas de lo que predecían los modelos ascendentes. Utilizando los últimos mapas de cobertura terrestre de alta resolución para incorporar la vegetación en su modelo, ella y Dandan Wei, una becaria postdoctoral en su laboratorio, descubrieron que los árboles de la ciudad absorbían una cantidad sorprendentemente grande de dióxido de carbono durante la tarde, alrededor del 40 por ciento de las emisiones de la ciudad en un día de verano.

"Así que los árboles realmente importan", dice Commane, y los modelos deben tenerlos en cuenta. De lo contrario, los intentos de medir las emisiones totales de la actividad humana en la atmósfera no tendrían en cuenta la parte de carbono que es temporalmente capturada por los árboles.

En cuanto al metano, los niveles en el aire sobre la ciudad son al menos tres veces más altos que los predichos por los modelos ascendentes. Pero nadie sabe qué causa el exceso.

To figure that out, Commane looks for methane relative to other gases, including carbon dioxide, carbon monoxide and ethane. When the sensors pick up large plumes of gas, Commane uses a technique called source attribution to determine how the plumes were produced. Wind speed and plume intensity provide information about the direction to and distance from the source.

Then it’s a matter of hopping into a car or going on foot to measure and confirm the exact location of the emissions with portable sensors, Commane says.

So far, her group has attributed a surprisingly large amount of the unaccounted-for methane to chimneys and rooftops. These are likely due to incomplete combustion of natural gas associated with building heating systems. The researchers also detected localized spikes of methane around certain equipment in now-closed landfills, which could be reduced through engineering solutions that prevent leakage. The largest signals came from older wastewater treatment plants, Commane says, but on the bright side, refurbished facilities barely produced any methane at all.

“The ground-truthing that Dr. Commane is doing is really important,” says Ellen Burkhard, a senior adviser at the New York State Energy Research and Development Authority, the state agency that funds this part of Commane’s research.

“By making these measurements in a sophisticated way, repeatedly, we can characterize the source and [how] that source may change over time,” Burkhard says. “It’s sort of the old adage: You can’t manage what you don’t measure.”

Though Commane continues to work on other projects, she finds the partnership between her lab and the energy research agency particularly rewarding because it’s so solutions-oriented. It keeps her realistic but hopeful in the fight against climate change. “If we didn’t have a way of trying to help fix things, it would feel a lot more futile,” she says. “Here, I can do something about it. And that makes a big difference, I think.”

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