Economic impacts of climate change on agrifood markets: A bio-economic approach with a focus on the EU

Projections for world food production and prices play a crucial role to evaluate and tackle future food security challenges. Understanding how these projections will be affected by climate change is the main objective of this study. By means of a bio-economic approach we assess the economic impacts of climate change on agrifood markets, providing both a global analysis and a regionalised evaluation within the EU. To account for uncertainty, we analyse the IPCC emission scenario A1B for the 2030 horizon under several simulation scenarios that differ in (1) the climate projection, from HadleyCM3 (warm) or ECHAM5 (mild) global circulation models; and (2) the influence of CO2 effects. Results of this study indicate that agrifood market projections to 2030 are very sensitive to climate change uncertainties and, in particular to the magnitude of the carbon fertilization effect.

Caracterización de parámetros petrofísicos relacionados con la capacidad de almacenamiento de CO2 en el acuífero salino profundo de Hontomín (Burgos)

La conciencia de la crisis de la modernidad -que comienza ya a finales del siglo XIX- ha cobrado más experiencia debido al conocimiento de los límites del desarrollo económico, ya que como parecía razonable pensar, también los recursos naturales son finitos. En 1972, el Club de Roma analizó las distintas opciones disponibles para conseguir armonizar el desarrollo sostenible y las limitaciones medioambientales. Fue en 1987 cuando la Comisión Mundial para el Medio Ambiente y el Desarrollo de la ONU definía por primera vez el concepto de desarrollo sostenible. Definición que posteriormente fue incorporada en todos los programas de la ONU y sirvió de eje, por ejemplo, a la Cumbre de la Tierra celebrada en Río de Janeiro en 1992. Parece evidente que satisfacer la demanda energética, fundamentalmente desde la Revolución Industrial en el s XIX, trajo consigo un creciente uso de los combustibles fósiles, con la consiguiente emisión de los gases de efecto invernadero (GEI) y el aumento de la temperatura global media terrestre. Esta temperatura se incrementó en los últimos cien años en una media de 0.74ºC. La mayor parte del incremento observado desde la mitad del siglo XX en esta temperatura media se debe, con una probabilidad de al menos el 90%, al aumento observado en los GEI antropogénicos, siendo uno de ellos el CO2 que proviene de la transformación del carbono de los combustibles fósiles durante su combustión. Ante el creciente uso de los combustibles fósiles, los proyectos CAC, proyectos de captura, transporte y almacenamiento, se presentan como una contribución al desarrollo sostenible ya que se trata de una tecnología que permite mitigar el cambio climático. Para valorar si la tecnología CAC es sostenible, habrá que comprobar si existe o no capacidad para almacenar el CO2 en una cantidad mayor a la de producción y durante el tiempo necesario que impone la evolución de la concentración de CO2 en la atmósfera para mantenerla por debajo de las 450ppmv (concentración de CO2 que propone el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático). El desarrollo de los proyectos CAC completos pasa por la necesaria selección de adecuados almacenes de CO2 que sean capaces de soportar los efectos de las presiones de inyección, así como asegurar la capacidad de dichos almacenes y la estanqueidad del CO2 en los mismos. La caracterización geológica de un acuífero susceptible de ser almacén de CO2 debe conducir a determinar las propiedades que dicho almacén posee para asegurar un volumen adecuado de almacenamiento, una inyectabilidad del CO2 en el mismo a un ritmo adecuado y la estanqueidad del CO2 en dicho acuífero a largo plazo. El presente trabajo pretende estudiar los parámetros que tienen influencia en el cálculo de la capacidad del almacén, para lo que en primer lugar se ha desarrollado la tecnología necesaria para llevar a cabo la investigación mediante ensayos de laboratorio. Así, se ha desarrollado una patente, "ATAP, equipo para ensayos petrofísicos (P201231913)", con la que se ha llevado a cabo la parte experimental de este trabajo para la caracterización de los parámetros que tienen influencia en el cálculo de la capacidad del almacén. Una vez desarrollada la tecnología, se aborda el estudio de los distintos parámetros que tienen influencia en la capacidad del almacén realizando ensayos con ATAP. Estos ensayos definen el volumen del almacenamiento, llegándose a la conclusión de que en la determinación de este volumen, juegan un papel importante el alcance de los mecanismos trampa, físicos o químicos, del CO2 en el almacén. Ensayos que definen la capacidad del almacén de "aceptar" o "rechazar" el CO2 inyectado, la inyectabilidad, y por último, ensayos encaminados a determinar posibles fugas que se pueden dar a través de los pozos de inyección, definidos estos como caminos preferenciales de fugas en un almacén subterráneo de CO2. Queda de este modo caracterizada la estanqueidad del CO2 en el acuífero a largo plazo y su influencia obvia en la determinación de la capacidad del almacén. Unido al propósito de la estimación de la capacidad del almacén, se encuentra el propósito de asegurar la estanqueidad de dichos almacenes en el tiempo, y adelantarse a la evolución de la pluma de CO2 en el interior de dichos almacenes. Para cumplir este propósito, se ha desarrollado un modelo dinámico a escala de laboratorio, mediante el programa ECLIPSE 300, con el fin de establecer una metodología para el cálculo de la capacidad estimada del almacén, así como el estudio de la evolución de la pluma de CO2 dentro del acuífero a lo largo del tiempo, partiendo de los resultados obtenidos en los ensayos realizados en ATAP y con la modelización de la probeta de roca almacén empleada en dichos ensayos. Presentamos por tanto un trabajo que establece las bases metodológicas para el estudio de la influencia de distintos parámetros petrofísicos en el cálculo de la capacidad del almacén unidos al desarrollo tecnológico de ATAP y su utilización para la determinación de dichos parámetros aplicables a cada acuífero concreto de estudio. ABSTRACT The crisis of modernity –which begins at the end of 19th Century- has been more important due to the knowledge of the limits of economic development, since it appeared to be thought reasonable, the natural resources are finite. In 1972, The Club of Rome analyzed the different options available in order to harmonize the sustainability and the environment development. It was in 1987 when The Global Commission on The Environment and the Development of UN, defined for the first time the concept of Sustainable Development. This definition that was fully incorporated in all the UN programs and it was useful as an axis, for example, in La Cumbre de la Tierra summit in Río de Janeiro in 1992. It seems obvious to satisfy energetic demand, basically after The Industrial Revolution in 19th Century, which represented an increasing use of fossil fuels, therefore greenhouse gases emission and the increasing of global average temperature. This temperature increased in the last 100 years up to 0.74ºC. The major part of the temperature increase is due to the increase observed in Greenhouse gases with human origin, at least with 90% of probability. The most important gas is the CO2 because of its quantity. In the face of the increasing use of fossil fuels, the CCS projects, Carbon Capture and Storage projects, appear as a contribution of sustainable development since it is a technology for avoiding the climate change. In order to evaluate if CCS technology is sustainable, it will be necessary to prove if the capacity for CO2 storage is available or not in a quantity greater than the production one and during the time necessary to keep the CO2 concentration in the atmosphere lower than 450ppmv (concentration imposed by IPCC). The development of full CCS projects goes through the selection of good CO2 storages that are able to support the effects of pressure injection, and assure the capacity of such storages and the watertightness of CO2. The geological characterization of the aquifer that could be potential CO2 storage should lead to determine the properties that such storage has in order to assure the adequate storage volume, the CO2 injectivity in a good rate, and the watertightness of the CO2 in the long term. The present work aims to study the parameters that have influence on the calculation of storage capacity, and for that purpose the appropriate technology has been developed for carrying out the research by mean of laboratory tests. Thus, a patent has been developed, "ATAP, equipo para ensayos petrofísicos (P201231913)", that has been used for developing the experimental part of this work. Once the technology has been developed, the study of different parameters, that have influence on the capacity of the storage, has been addressed developing different tests in ATAP. These tests define the storage volume which is related to the scope of different CO2 trap mechanisms, physical or chemical, in the storage. Tests that define the capacity of the storage to “accept” or “reject” the injected CO2, the injectivity, and tests led to determine possible leakages through injection wells. In this way we could talk about the watertightness in the aquifer in the long term and its influence on the storage capacity estimation. Together with the purpose of the storage capacity estimation, is the purpose of assuring the watertightness of such storages in the long term and anticipating the evolution of CO2 plume inside such aquifers. In order to fulfill this purpose, a dynamic model has been developed with ECLIPSE 300, for stablishing the methodology for the calculation of storage capacity estimation and the evolution of the CO2 plume, starting out with the tests carried out in ATAP. We present this work that establishes the methodology bases for the study of the influence of different petrophysics parameters in the calculation of the capacity of the storage together with the technological development of ATAP and its utilization for the determination of such parameters applicable to each aquifer.

Valorización energética de biomasas en el marco de la política energética española. Incentivos económico-financieros y políticos, aportación de valor añadido y prospectiva estratégica de desarrollo

El modelo económico actual basado en el consumo y en la búsqueda permanente de una mayor calidad de vida, unido a una población mundial en aumento, contribuye a incrementar la demanda de servicios energéticos para cubrir las necesidades de energía de las personas y las industrias. Desde finales del siglo XIX la energía se ha generado fundamentalmente a partir de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas), convertidos en el suministro energético predominante mundialmente. Las emisiones de gases de efecto invernadero que genera la prestación de servicios energéticos han contribuido considerablemente al aumento histórico de las concentraciones de esos gases en la atmósfera, hasta el punto de que el consumo de combustibles fósiles es responsable de la mayoría de las emisiones antropogénicas (IPCC, 2012). Existen diversas opciones para disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero del sector energético y con ello contribuir a mitigar el cambio climático, entre otras sería viable aumentar la eficiencia energética y sustituir combustibles de origen fósil por combustibles de origen renovable, pudiendo garantizar un suministro de energía sostenible, competitivo y seguro. De todas las energías renovables susceptibles de formar parte de una cartera de opciones de mitigación, esta tesis se centra en la bioenergía generada a partir de la valorización energética de las biomasas agrícolas, forestales, ganaderas o de otro tipo, con fines eléctricos y térmicos. Con objeto de mostrar su capacidad para contribuir a mitigar el cambio climático y su potencial contribución al desarrollo socioeconómico, a la generación de energía distribuida y a reducir determinados efectos negativos sobre el medio ambiente, se ha analizado minuciosamente el sector español de la biomasa en su conjunto. Desde el recurso biomásico que existe en España, las formas de extraerlo y procesarlo, las tecnologías de valorización energética, sus usos energéticos principales y la capacidad de implementación del sector en España. Asimismo se ha examinado el contexto energético tanto internacional y europeo como nacional, y se han analizado pormenorizadamente los instrumentos de soporte que han contribuido de manera directa e indirecta al desarrollo del sector en España. Además, la tesis integra el análisis de los resultados obtenidos mediante dos metodologías diferentes con fines también distintos. Por un lado se han obtenido los resultados medioambientales y socioeconómicos de los análisis de ciclo de vida input-output generados a partir de las cinco tecnologías biomásicas más ampliamente utilizadas en España. Y por otro lado, en base a los objetivos energéticos y medioambientales establecidos, se han obtenido distintas proyecciones de la implementación del sector a medio plazo, en forma de escenarios energéticos con horizonte 2035, mediante el modelo TIMES-Spain. La tesis ofrece también una serie de conclusiones y recomendaciones que podrían resultar pertinentes para los agentes que constituyen la cadena de valor del propio sector e interesados, así como para la formulación de políticas y mecanismos de apoyo para los agentes decisores, tanto del ámbito de la Administración General del Estado como autonómico y regional, sobre las características y ventajas de determinadas formas de valorización, sobre los efectos sociales y medioambientales que induce su uso, y sobre la capacidad de sector para contribuir a determinadas políticas más allá de las puramente energéticas. En todo caso, esta tesis doctoral aspira a contribuir a la toma de decisiones idóneas tanto a los agentes del sector como a responsables públicos, con objeto de adoptar medidas orientadas a fomentar modificaciones del sistema energético que incrementen la proporción de energía renovable y, de esta forma, contribuir a mitigar la amenaza que supone el cambio climático no solo en la actualidad, sino especialmente en los próximos años para las generaciones venideras. ABSTRACT The current economic model based on both, consumption and the constant search for greater quality of life, coupled with a growing world population, contribute to increase the demand for energy services in order to meet the energy needs of people and industries. Since the late nineteenth century, energy has been basically generated from fossil fuels (coal, oil and gas), which converted fossil fuels into the predominant World energy supply source. Emissions of greenhouse gases generated by the provision of energy services have contributed significantly to the historical increase in the concentrations of these gases in the atmosphere, to the extent that the consumption of fossil fuels is responsible for most of the anthropogenic emissions (IPCC, 2012). There are several options to reduce emissions of greenhouse gases in the energy sector and, thereby, to contribute to mitigate climate change. Among others, would be feasible to increase energy efficiency and progressively replacing fossil fuels by renewable fuels, which are able to ensure a sustainable, competitive and secure energy supply. Of all the renewable energies likely to form part of a portfolio of mitigation options, this thesis focuses on bioenergy generated from agricultural, forestry, farming or other kind of biomass, with electrical and thermal purposes. In order to show their ability to contribute to mitigate climate change and its potential contribution to socio-economic development, distributed energy generation and to reduce certain negative effects on the environment, the Spanish biomass sector as a whole has been dissected. From the types of biomass resources that exist in Spain, ways of extracting and processing them, energy production technologies, its main energy uses and the implementation capacity of the sector in Spain. It has also examined the international, European and national energy context, and has thoroughly analyzed the support instruments that have contributed directly and indirectly to the development of the sector in Spain, so far. Furthermore, the thesis integrates the analysis of results obtained using two different methodologies also with different purposes. On the one hand, the environmental and socio-economic results of the analysis of input-output cycle life generated from the five biomass technologies most widely used in Spain, have been obtained. On the other hand, different projections of the implementation of the sector in the medium term, as energy scenarios with horizon 2035, have been obtained by the model TIMES-Spain, based on several energy and environmental objectives. The thesis also offers a series of conclusions and recommendations that could be relevant to the agents that constitute the value chain of the biomass sector itself and other stakeholders. As well as policy and support mechanisms for decision-makers, from both: The Central and Regional Governments, on the characteristics and advantages of certain forms of valorization, on the social and environmental effects that induce their use, and the ability of the biomass sector to contribute to certain policies beyond the purely energy ones. In any case, this thesis aims to contribute to decision making, suitable for both: Industry players and to public officials. In order to adopt measures to promote significant changes in the energy system that increase the proportion of renewable energy and, consequently, that contribute to mitigate the threat of climate change; not only today but in the coming years, especially for future generations.

Diseño y síntesis de semiconductores orgánicos con capacidad de organización, alta movilidad de portadores de carga y bajo band gap

Desde hace ya algunos años la búsqueda de energías alternativas a los combustibles fósiles es uno de los grandes retos a nivel mundial. Según los datos de la Agencia Estadounidense de Información sobre la Energía (EIA), el consumo energético en el mundo fue de 18 TW en 2015 y se espera que este consumo se dispare hasta alcanzar los 25 TW en 2035 y los 30 TW en 2050. Parece, por tanto, necesario dar respuesta a esta demanda creciente, y no solo considerar de dónde va a proceder esta energía sino también cuáles van a ser las consecuencias derivadas de este aumento en el consumo energético. Ya en el año 2007 la Academia Sueca reconoció, con la concesión del Premio Nobel de la Paz al ex vicepresidente de Estados Unidos Al Gore y al Grupo Intergubernamental de expertos sobre Cambio Climático (IPCC) de Naciones Unidas, la necesidad de concienciación de que el modelo de desarrollo que tenemos es ecológicamente insostenible. En este contexto, las energías renovables en general y, la energía solar en particular, tienen mucho que ofrecer. Una de las mayores ventajas de la energía solar respecto a las otras fuentes de energía es su enorme potencial, que los investigadores que trabajan en este campo resumen con la siguiente afirmación: la cantidad de energía solar que la Tierra recibe en una hora es mayor que el consumo mundial en el planeta durante todo un año. Al hablar de energía solar se suele distinguir entre energía solar térmica y energía solar fotovoltaica; la primera consiste en aprovechar la energía del sol para convertirla en calor, mientras que la segunda pretende transformar la radiación solar en electricidad por medio de unos dispositivos llamados células fotovoltaicas. Y es precisamente en este campo donde se centra este proyecto. El fundamento científico en el que se basan las células fotovoltaicas es el efecto fotoeléctrico, descubierto por Becquerel en 1839. No obstante, tendrían que pasar más de cien años hasta que investigadores de los laboratorios Bell en 1954 desarrollaran una célula de silicio monocristalino con un rendimiento del 6%. Y en 1958, con el lanzamiento del satélite Vangard I equipado con paneles solares se pudo demostrar la viabilidad de esta tecnología. Desde entonces, la investigación en esta área ha permitido desarrollar dispositivos con eficiencias superiores al 20%. No obstante, la fotovoltaica tradicional basada en elementos semiconductores tipo silicio presenta algunos inconvenientes como el impacto visual de los parques solares, los costes elevados o los rendimientos no muy altos. El descubrimiento de materiales orgánicos semiconductores, reconocido con el Premio Nobel de Química a Heeger, MacDiarmid y Shirakawa en 1976, ha permitido ampliar el campo de la fotovoltaica, ofreciendo la posibilidad de desarrollar células solares orgánicas frente a las células tradicionales inorgánicas. Las células fotovoltaicas orgánicas resultan atractivas ya que, en principio, presentan ventajas como reducción de costes y facilidad de procesado: los materiales orgánicos se pueden elaborar mediante procesos de impresión y recubrimiento de alta velocidad, aerosoles o impresión por inyección y se podrían aplicar como una pintura sobre superficies, tejados o edificios. La transformación de la energía solar en corriente eléctrica es un proceso que transcurre en varias etapas: 1. Absorción del fotón por parte del material orgánico. 2. Formación de un excitón (par electrón-hueco), donde el electrón, al absorber el fotón, es promovido a un nivel energético superior dejando un hueco en el nivel energético en el que se encontraba inicialmente. 3. Difusión del excitón, siendo muy decisiva la morfología del dispositivo. 4. Disociación del excitón y transporte de cargas, lo que requiere movilidades altas de los portadores de cargas. 5. Recolección de cargas en los electrodos. En el diseño de las células solares orgánicas, análogamente a los semiconductores tipo p y tipo n inorgánicos, se suelen combinar dos tipos de materiales orgánicos: un material orgánico denominado dador, que absorbe el fotón y que a continuación deberá ceder el electrón a un segundo material orgánico, denominado aceptor. Para que la célula resulte eficaz es necesario que se cumplan simultáneamente varios requisitos: 1. La energía del fotón incidente debe ser superior a la diferencia de energía entre los orbitales frontera del material orgánico, el HOMO (orbital molecular ocupado de más alta energía) y el LUMO (orbital desocupado de menor energía). Para ello, se necesitan materiales orgánicos semiconductores que presenten una diferencia de energía entre los orbitales frontera (ELUMO-EHOMO= band gap) menor de 2 eV. Materiales orgánicos con estas características son los polímeros conjugados, donde alternan dobles enlaces carbono-carbono con enlaces sencillos carbono-carbono. Uno de los polímeros orgánicos más utilizados como material dador es el P3HT (poli-3-hexiltiofeno). 2. Tanto el material orgánico aceptor como el material orgánico dador deben presentar movilidades altas para los portadores de carga, ya sean electrones o huecos. Este es uno de los campos en los que los materiales orgánicos se encuentran en clara desventaja frente a los materiales inorgánicos: la movilidad de electrones en el silicio monocristalino es 1500 cm2V-1s-1 y en el politiofeno tan solo 10-5 cm2V-1s-1. La movilidad de los portadores de carga aparece muy relacionada con la estructura del material, cuanto más cristalino sea el material, es decir, cuanto mayor sea su grado de organización, mejor será la movilidad. Este proyecto se centra en la búsqueda de materiales orgánicos que puedan funcionar como dadores en el dispositivo fotovoltaico. Y en lugar de centrarse en materiales de tipo polimérico, se ha preferido explorar otra vía: materiales orgánicos semiconductores pero con estructura de moléculas pequeñas. Hay varias razones para intentar sustituir los materiales poliméricos por moléculas pequeñas como, por ejemplo, la difícil reproducibilidad de resultados que se encuentra con los materiales poliméricos y su baja cristalinidad, en general. Entre las moléculas orgánicas sencillas que pudieran ser utilizadas como el material dador en una célula fotovoltaica orgánica llama la atención el atractivo de las moléculas de epindolidiona y quinacridona. En los dos casos se trata de moléculas planas, con enlaces conjugados y que presentan anillos condensados, cuatro en el caso de la epindolidiona y cinco en el caso de la quinacridona. Además ambos compuestos aparecen doblemente funcionalizados con grupos dadores de enlace de hidrógeno (NH) y aceptores (grupos carbonilo C=O). Por su estructura, estas moléculas podrían organizarse tanto en el plano, mediante la formación de varios enlaces de hidrógeno intermoleculares, como en apilamientos verticales tipo columnar, por las interacciones entre las superficies de los anillos aromáticos que forman parte de su estructura (tres en el caso de la quinacridona) y dos (en el caso de la epindolidiona). Esta organización debería traducirse en una mayor movilidad de portadores de carga, cumpliendo así con uno de los requisitos de un material orgánico para su aplicación en fotovoltaica. De estas dos moléculas, en este trabajo se profundiza en las moléculas tipo quinacridona, ya que el desarrollo de las moléculas tipo epindolidiona se llevó a cabo en un proyecto de investigación financiado por una beca Repsol y concedida a Guillermo Menéndez, alumno del Grado en Tecnologías Industriales de esta escuela. La quinacridona es uno de los pigmentos más utilizados y se estima que la venta anual de los mismos alcanza las 4.000 toneladas por año. Son compuestos muy estables tanto desde el punto de vista térmico como fotoquímico y su síntesis no resulta excesivamente compleja. Son además compuestos no tóxicos y la legislación autoriza su empleo en cosméticos y juguetes para niños. El inconveniente principal de la quinacridona es su elevada insolubilidad (soluble en ácido sulfúrico concentrado), por lo que aunque resulta un material muy atractivo para su aplicación en fotovoltaica, resulta difícil su implementación. De hecho, solo es posible su incorporación en dispositivos fotovoltaicos funcionalizando la quinacridona con algún grupo lábil que le proporcione la suficiente solubilidad para poder ser aplicado y posteriormente eliminar dicho grupo lábil. La propuesta inicial de este proyecto es intentar desarrollar quinacridonas que sean solubles en los disolventes orgánicos más habituales tipo cloruro de metileno o cloroformo, para de este modo poder cumplir con una de las ventajas que, a priori, ofrecen las células fotovoltaicas orgánicas frente a las inorgánicas, como es la facilidad de su procesado. El objetivo se centra, por lo tanto, en la preparación de quinacridonas solubles pero sin renunciar a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno ni a su capacidad de apilamiento π-π, ya que se quiere mantener los valores de movilidad de portadores para la quinacridona (movilidad de huecos 0,2 cm2V-1s-1). En primer lugar se intenta la preparación de una quinacridona que presenta la ventaja de que los materiales de partida para su síntesis son comerciales: a partir del succinato de dimetilo y de 4-tetradecilanilina se podía acceder, en una síntesis de cuatro etapas, a la molécula deseada. La elección de la amina aromática con la sustitución en posición 4 presenta la ventaja de que en la etapa de doble ciclación necesaria en la síntesis, solo se forma uno de los regioisómeros posibles; este hecho es de gran relevancia para conseguir compuestos con altas movilidades, ya que la presencia de mezcla de regioisómeros, como se ha demostrado con otros compuestos como el P3HT, reduce considerablemente la movilidad de los portadores. Se obtiene así una quinacridona funcionalizada con dos cadenas lineales de 14 carbonos cada una en posiciones simétricas sobre los anillos aromáticos de los extremos. Se espera que la presencia de la superficie aromática plana y las dos cadenas lineales largas pueda conducir a una organización del material similar a la de un cristal líquido discótico. Sin embargo, el producto obtenido resulta ser tremendamente insoluble, no siendo suficiente las dos cadenas de 14 carbonos para aumentar su solubilidad respecto a la quinacridona sin funcionalizar. Se prepara entonces un derivado de esta quinacridona por alquilación de los nitrógenos. Este derivado, incapaz de formar enlaces de hidrógeno, resulta ser fácilmente soluble lo que proporciona una idea de la importancia de los enlaces de hidrógeno en la organización del compuesto. La idea inicial es conseguir, con una síntesis lo más sencilla posible, una quinacridona soluble, por lo que se decide utilizar la 4-t-butilanilina, también comercial, en lugar de la 4-tetradecilanilina. La cadena de t-butilo solo aporta cuatro átomos de carbono, pero su disposición (tres grupos metilo sobre un mismo átomo de carbono) suele conducir a resultados muy buenos en términos de solubilidad. Otra vez, la incorporación de los dos grupos t-butilo resulta insuficiente en términos de solubilidad del material. En estos momentos, y antes de explorar otro tipo de modificaciones sobre el esqueleto de quinacridona, en principio más complejos, se piensa en utilizar una amina aromática funcionalizada en la posición adyacente a la amina, de manera que el grupo funcional cumpliera una doble misión: por una parte, proporcionar solubilidad y por otra parte, perturbar ligeramente la formación de enlaces de hidrógeno, que han evidenciado ser una de las causas fundamentales para la insolubilidad del compuesto. Se realiza un análisis sobre cuáles podrían ser los grupos funcionales más idóneos en esta posición, valorando dos aspectos: el impedimento estérico que dificultaría la formación de enlaces de hidrógeno y la facilidad en su preparación. Ello conduce a optar por un grupo tioéter como candidato, ya que el 2-aminobencenotiol es un compuesto comercial y su adecuada funcionalización conduciría a una anilina con las propiedades deseadas. Se realiza simultáneamente la preparación de una quinacridona con una cadena de 18 átomos de carbono y otra quinacridona de cadena corta pero ramificada. Y finalmente, con estas quinacridonas se logra obtener compuestos solubles. Por último, se realiza el estudio de sus propiedades ópticas, mediante espectroscopia UV-Visible y fluorescencia, y se determinan experimentalmente los band gap, que se aproximan bastante a los resultados teóricos, en torno a 2,2 eV en disolución. No obstante, y aun cuando el band gap pueda parecer algo elevado, se sabe que en disolución las barreras energéticas son más elevadas que cuando el material se deposita en film. Por otra parte, todas las quinacridonas sintetizadas han demostrado una elevada estabilidad térmica. Como resumen final, el trabajo que aquí se presenta, ha permitido desarrollar una ruta sintética hacia derivados de quinacridona solubles con buenas perspectivas para su aplicación en dispositivos fotovoltaicos.

La comunicación del cambio climático: análisis del discurso de los telediarios españoles sobre las cumbres de Cancún y Durban

Como parte de los requisitos para optar al grado de Doctor en Comunicación, Cambio Social y Desarrollo, se ha realizado una tesis doctoral cuyo título es “La comunicación del Cambio Climático: Análisis del Discurso de los Telediarios Españoles sobre las Cumbres de Cancún y Durban”. Este estudio se ha desarrollado en cinco partes consistentes en cinco capítulos y cinco anexos La Primera Parte se refiere al Marco Teórico, que en el Capítulo 1 comprende cuatro puntos principales: 1.Comunicación mediática como Objeto de Estudio, que trata el Discurso Periodístico, las Agencias de Noticias, las Noticias y sus Discursos, y algunas características del Soporte Audiovisual 2. Este punto presenta el Cambio Climático como Objeto de Estudio a través de temas como El Clima, el Tiempo Atmosférico, la definición de los fenómenos del Cambio Climático, del Efecto Invernadero y el Calentamiento Global. Se despliegan las Bases Física del Cambio Climático según los informes del IPCC especificando aspectos importantes como el Forzamiento Radiativo, los Gases de Efecto Invernadero (GEI) y su capacidad de Calentamiento Global y se profundiza sobre la Escala de Tiempo en el Cambio Climático. Finalmente se presentan algunas proyecciones de lo que puede ocurrir en el futuro en la atmósfera, los océanos, la criosfera, el nivel del mar y ciclos biogeoquímicos relacionados 3. Aquí se presenta el Cambio Climático como Problema, desde el punto de vista de lo físico-ambiental y sus efectos en la superficie de la Tierra. Se continúa con los problemas que el Cambio Climático presenta para la Salud, para la Sociedad, para el Desarrollo, para la Seguridad y la Economía...

Efectos del cambio climático y usos del suelo sobre los recursos hídricos de la cuenca del río Tordera (Barcelona, España)

Se presentan los efectos del cambio global en la cuenca del río Tordera (España) para el periodo 2000-2050, escenarios climáticos A2 (medio-alto) definidos por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, 200) y escenarios socioeconómicos (cambios previstos en la cuenca) denominados estable y tendencial. Los efectos sobre los recursos hídricos se han analizado de forma conjunta superficial-subterránea mediante una metodológica de tipo acoplado. Para establecer los impactos futuros sobre los recursos hídricos se ha seleccionado el Modelo de Circulación Global ECHAM5 (Max Planck Institute). Los resultados obtenidos indican una disminución de la precipitación del 11.3% y un aumento de la temperatura de 1ºC, respecto a los valores históricos de la zona. De acuerdo a la proyección futura (2050) sobre cambios en los recursos hídricos, la escorrentía superficial obtenida mediante simulación con el código HEC-HMS 3.4 experimenta una reducción del 31.8% respecto al valor histórico y la recarga natural, estimada mediante VISUAL-Balan, se reduce en un 11.7%. El balance en el acuífero deltaico simulado mediante MODFLOW 2009.1 Pro muestra igualmente una disminución de los parámetros del balance. Los cambios del uso del suelo previstos de acuerdo a la legislación vigente (escenarios socioeconómicos) no conducen a la generación de un impacto apreciable en los recursos hídricos; según los escenarios definidos la variación de precipitación y temperatura son los parámetros fundamentales del cambio previsto.

Potential Future Coral Habitats Around Japan Depend Strongly on Anthropogenic CO2 Emissions

Using the results from the NCAR CSM1.4-coupled global carbon cycle– climate model under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) emission scenarios SRES A2 and B1, we estimated the effects of both global warming and ocean acidification on the future habitats of corals in the seas around Japan during this century. As shown by Yara et al. (Biogeosciences 9:4955–4968,2012), under the high-CO₂-emission scenario (SRES A2), coral habitats will be sandwiched and narrowed between the northern region, where the saturation state of the carbonate mineral aragonite (Ωarag) decreases, and the southern region, where coral bleaching occurs. We found that under the low-emission scenario SRES B1, the coral habitats will also shrink in the northern region by the reduced Ωarag but to a lesser extent than under SRES A2, and in contrast to SRES A2, no bleaching will occur in the southern region. Therefore, coral habitats in the southern region are expected to be largely unaffected by ocean acidification or surface warming under the low-emission scenario. Our results show that potential future coral habitats depend strongly on CO₂ emissions and emphasize the importance of reducing CO₂ emissions to prevent negative impacts on coral habitats.

Bellingshausen Sea bathymetric compilation

The southern Bellingshausen Sea (SBS) is a rapidly-changing part of West Antarctica, where oceanic and atmospheric warming has led to the recent basal melting and break-up of the Wilkins ice shelf, the dynamic thinning of fringing glaciers, and sea-ice reduction. Accurate sea-floor morphology is vital for understanding the continued effects of each process upon changes within Antarctica's ice sheets. Here we present a new bathymetric grid for the SBS compiled from shipborne echo-sounder, spot-sounding and sub-ice measurements. The 1-km grid is the most detailed compilation for the SBS to-date, revealing large cross-shelf troughs, shallow banks, and deep inner-shelf basins that continue inland of coastal ice shelves. The troughs now serve as pathways which allow warm deep water to access the ice fronts in the SBS. Our dataset highlights areas still lacking bathymetric constraint, as well as regions for further investigation, including the likely routes of palaeo-ice streams. The new compilation is a major improvement upon previous grids and will be a key dataset for incorporating into simulations of ocean circulation, ice-sheet change and history. It will also serve forecasts of ice stability and future sea-level contributions from ice loss in West Antarctica, required for the next IPCC assessment report in 2013.

In situ pore water oxygen microprofiles from the Polar Front, Southern South Atlantic Ocean

Without doubt, global climate change is directly linked to the anthropogenic release of greenhouse gases such as carbon dioxide (CO2) and methane (UN IPCC-Report 2007). Therefore, research efforts to comprehend the global carbon cycle have increased during the last years. In the context of the observed changes, it is of particular interest to decipher the role of the hydro-, bio- and atmospheres and how the different compartments of the earth system are affected by the increase of atmospheric CO2. Due to its huge carbon inventory, the marine carbon cycle represents the most important component in this respect. Numerous findings suggest that the Southern Ocean plays a key role in terms of oceanic CO2 uptake. However, an exact quantification of such fluxes of material is hard to achieve for large areas, not least on account of the inaccessibility of this remote region. In particular, there exist so far only few accurate data for benthic carbon fluxes. The latter can be derived from high resolution pore water oxygen profiles, as one possible method. However the ex situ flux determinations carried out on sediment cores, tend to suffer from temperature and pressure artefacts. Alternatively, oxygen microprofiles can be measured in situ, i.e. at the seafloor. Until now, no such data have been published for the Southern Ocean. During the Antarctic Expedition ANT-XXI/4, within the framework of this thesis, in situ and ex situ oxygen profiles were measured and used to derive benthic organic carbon fluxes. Having both types of measurements from the same locations, it was possible to establish a depth-related correction function which was applied subsequently to revise published and additional unpublished carbon fluxes to the seafloor. This resulted in a consistent data base of benthic carbon inputs covering many important sub-regions of the Southern Ocean including the Amundsen and Bellingshausen Seas (southern Pacific), Scotia and Weddell Seas (southern South Atlantic) as well as the Crozet Basin (southern Indian Ocean). Including additional locations on the Antarctic Shelf, there are now 134 new and revised measurement locations, covering almost 180° of the Southern Ocean, for which benthic organic carbon fluxes and sedimentary oxygen penetration depth values are available. Further, benthic carbon fluxes were empirically related to dominant diatom distributions in surface sediments as well as to long-term remotely sensed chlorophyll-a estimates. The comparison of these results with benthic carbon fluxes of the entire Atlantic Ocean reveals significantly higher export efficiencies for the Southern Ocean than have previously been assumed, especially for the area of the opal belt.

Datasets for the graphs of the paper (Fig. 2 to Fig. 7)

Investigating the relationship between factors (climate change, atmospheric CO2 concentrations enrichment, and vegetation structure) and hydrological processes is important for understanding and predicting the interaction between the hydrosphere and biosphere. The Integrated Biosphere Simulator (IBIS) was used to evaluate the effects of climate change, rising CO2, and vegetation structure on hydrological processes in China at the end of the 21st century. Seven simulations were implemented using the assemblage of the IPCC climate and CO2 concentration scenarios, SRES A2 and SRES B1. Analysis results suggest that (1) climate change will have increasing effects on runoff evapotranspiration (ET), transpiration (T), and transpiration ratio (transpiration/evapotranspiration, T/E) in most hydrological regions of China except in the southernmost regions; (2) elevated CO2 concentrations will have increasing effects on runoff at the national scale, but at the hydrological region scale, the physiology effects induced by elevated CO2 concentration will depend on the vegetation types, climate conditions, and geographical background information with noticeable decreasing effects shown in the arid Inland region of China; (3) leaf area index (LAI) compensation effect and stomatal closure effect are the dominant factors on runoff in the arid Inland region and southern moist hydrological regions, respectively; (4) the magnitudes of climate change (especially the changing precipitation pattern) effects on the water cycle are much larger than those of the elevated CO2 concentration effects; however, increasing CO2 concentration will be one of the most important modifiers to the water cycle; (5) the water resource condition will be improved in northern China but depressed in southernmost China under the IPCC climate change scenarios, SRES A2 and SRES B1.

Agrobiodiversidad, agricultura familiar y cambio climático

Los artículos reunidos en este documento se basan en las ponencias y comentarios de los expertos que participaron en el seminario regional Agricultura y Cambio Climático: Agrobiodiversidad, Agricultura Familiar y Cambio Climático, realizado el 20 y 21 de agosto de 2014 en la sede de la Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL), en Santiago. El seminario tuvo como objetivo general “promover el diseño de mejores políticas públicas nacionales y regionales para potenciar el rol de la agro biodiversidad y de la agricultura familiar en la adaptación de la agricultura de América Latina y el Caribe al cambio climático”. Los objetivos específicos del seminario fueron: i) presentar enfoques conceptuales y experiencias de valoración de la agrobiodiversidad en la adaptación de la agricultura al cambio climático; ii) fomentar el diálogo de políticas en torno a la adaptación de la agricultura familiar al cambio climático; iii) presentar experiencias concretas de diversificación productiva y adaptación de la agricultura familiar al cambio climático; y iv) potenciar la cooperación regional en políticas de cuidado y promoción de la agrobiodiversidad y agricultura familiar en la adaptación al cambio climático.

Surface Elevation Change Processes in the Snohomish River Estuary, Washington

Estuaries provide crucial ecosystem functions and contain significant socio-economic value. Within Washington State, estuaries supply rearing habitat for juvenile salmon during their transition period from freshwater to open sea. In order to properly manage wetland resources and restore salmon habitat, the mechanisms through which estuaries evolve and adapt to pressures from climate change, most notably eustatic sea level rise, must be understood. Estuaries maintain elevation relative to sea level rise through vertical accretion of sediment. This report investigates the processes that contribute to local surface elevation change in the Snohomish Estuary, conveys preliminary surface elevation change results from RTK GPS monitoring, and describes how surface elevation change will be monitored with a network of RSET-MH’s. Part of the tidal wetlands within the Snohomish River Estuary were converted for agricultural and industrial purposes in the 1800’s, which resulted in subsidence of organic soils and loss of habitat. The Tulalip Tribes, the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Northwest Indian Fisheries Commission (NWIFC), and the Environmental Protection Agency (EPA) are conducting a large-scale restoration project to improve ecosystem health and restore juvenile salmon habitat. A study by Crooks et al. (2014) used 210Pb and carbon densities within sediment cores to estimate wetland re-building capacities, sediment accretion rates, and carbon sequestration potential within the Snohomish Estuary. This report uses the aforementioned study in combination with research on crustal movement, tidal patterns, sediment supply, and sea level rise predictions in the Puget Sound to project how surface elevation will change in the Snohomish Estuary with respect to sea level rise. Anthropogenic modification of the floodplain has reduced the quantity of vegetation and functional connectivity within the Snohomish Estuary. There have been losses up to 99% in vegetation coverage from historic extents within the estuary in both freshwater and mesohaline environments. Hydrographic monitoring conducted by NOAA and the Tulalip Tribe shows that 85% of the historic wetland area is not connected to the main stem of the Snohomish (Jason Hall 2014, unpublished data, NOAA). As vegetation colonization and functional connectivity of the floodplains of the Snohomish estuary is re-established through passive and active restoration, sediment transport and accretion is expected to increase. Under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) “medium- probability” scenario sea level is projected to rise at a rate of 4.28 mm/year in the Puget Sound. Sea level rise in the Snohomish Estuary will be exacerbated from crustal deformation from subsidence and post-glacial rebound, which are measured to be -1.4 mm/year and -0.02 mm/year, respectively. Sediment accretion rates calculated by Crooks et al. (2014) and RTK GPS monitoring of surface elevation change of the Marysville Mitigation site from 2011-2014 measured vertical accretion rates that range from -48-19 mm/year and have high spatial variability. Sediment supply is estimated at 490 thousand tons/year, which may be an under-estimate because of the exclusion of tidal transport in this value. The higher rates of sediment accretion measured in the Snohomish Estuary suggest that the Snohomish will likely match or exceed the pace of sea level rise under “medium-probability” projections. The network of RSET-MH instruments will track surface elevation change within the estuary, and provide a more robust dataset on rates of surface elevation change to quantify how vertical accretion and subsidence are contributing to surface elevation change on a landscape scale.

Regional climate services illustrated with experiences from Northern Europe

In this article, we discuss the advisory capacity of climate science for political and societal decisions. To provide options, open up perspectives and enhance the understanding for the dynamics of climate is a task we name climate services. After a general discussion, experiences of providing these services on a regional and local scale – Northern Germany, the metropolitan area of Hamburg and the Baltic Sea Basin – during the last few years is reviewed.Key components of this regional climate service is the establishment of a regional climate office, of regional IPCC-like assessments of knowledge about regional and local climate change, and detailed homogeneous data sets describing changing weather statistics (i.e., climate) in past decades and in perspectives for the next several decades.

The Application of Geographic Information Systems to climate change & land evaluation : a study of the effects of climate change upon crop productivity in a sub-tropical environment

This research investigates the contribution that Geographic Information Systems (GIS) can make to the land suitability process used to determine the effects of a climate change scenario. The research is intended to redress the severe under representation of Developing countries within the literature examining the impacts of climatic change upon crop productivity. The methodology adopts some of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) estimates for regional climate variations, based upon General Circulation Model predictions (GCMs) and applies them to a baseline climate for Bangladesh. Utilising the United Nations Food & Agricultural Organisation's Agro-ecological Zones land suitability methodology and crop yield model, the effects of the scenario upon agricultural productivity on 14 crops are determined. A Geographic Information System (IDRISI) is adopted in order to facilitate the methodology, in conjunction with a specially designed spreadsheet, used to determine the yield and suitability rating for each crop. A simple optimisation routine using the GIS is incorporated to provide an indication of the 'maximum theoretical' yield available to the country, should the most calorifically significant crops be cultivated on each land unit both before and after the climate change scenario. This routine will provide an estimate of the theoretical population supporting capacity of the country, both now and in the future, to assist with planning strategies and research. The research evaluates the utility of this alternative GIS based methodology for the land evaluation process and determines the relative changes in crop yields that may result from changes in temperature, photosynthesis and flooding hazard frequency. In summary, the combination of a GIS and a spreadsheet was successful, the yield prediction model indicates that the application of the climate change scenario will have a deleterious effect upon the yields of the study crops. Any yield reductions will have severe implications for agricultural practices. The optimisation routine suggests that the 'theoretical maximum' population supporting capacity is well in excess of current and future population figures. If this agricultural potential could be realised however, it may provide some amelioration from the effects of climate change.

Climate change impacts on migration and labour market

Floods, droughts and monsoons have always disturbed human settlements, but there are more settlements now and more people in the world. Therefore, if a natural disaster happens, more will suffer than ever before. Moreover, climate in the past several decades has been greatly degraded by anthropogenic activity. In some cases, the chain of causality of human influence on the climate is direct and unambiguous (e.g. the effects of irrigation on local humidity), though there are instances where it is less clear. Presently, the scientific consensus (IPCC, 2007) on climate change is that human activity is very likely the cause for the rapid increase of global average temperatures, more generally known as global warming.