Es posible que esté familiarizado con la captura directa de aire, o DAC, en la que se elimina el dióxido de carbono de la atmósfera en un esfuerzo por frenar los efectos del cambio climático. Ahora, un científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ha propuesto un esquema para la captura directa del océano. Eliminación de CO₂ de los océanos les permitirá continuar con su trabajo de absorber el exceso de CO₂ de la atmósfera.

La mayoría de los expertos están de acuerdo en que combatir el cambio climático requerirá más que detener las emisiones de gases que calientan el clima. También debemos eliminar el dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero que ya se han emitido, por una suma de gigatoneladas de CO₂ eliminado cada año para 2050 con el fin de lograr cero emisiones netas. Los océanos contienen significativamente más CO₂ que la atmósfera y han estado actuando como un importante sumidero de carbono para nuestro planeta.

Peter Agbo es científico del personal de Berkeley Lab en la División de Ciencias Químicas, con un cargo secundario en la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada. Recibió una subvención a través de la Iniciativa de Carbono Negativo de Berkeley Lab, cuyo objetivo es desarrollar tecnologías innovadoras de emisiones negativas, para su propuesta de captura del océano. Sus co-investigadores en este proyecto son Steven Singer en el Joint BioEnergy Institute y Ruchira Chatterjee, científica en la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada de Berkeley Lab.

P. ¿Puede explicar cómo imagina que funcionará su tecnología?

Lo que estoy tratando de hacer esencialmente es convertir CO₂ a la piedra caliza, y una forma de hacerlo es usar agua de mar. La razón por la que puede hacer esto es porque la piedra caliza está compuesta de magnesio, o lo que se llama carbonatos de magnesio y calcio. Hay una gran cantidad de magnesio y calcio que residen naturalmente en el agua de mar. Así que si tienes CO₂ libre flotando en el agua de mar, junto con el magnesio y el calcio, formará piedra caliza de forma natural hasta cierto punto, pero el proceso es muy lento, al límite de las escalas de tiempo geológico.

Resulta que el cuello de botella en la conversión de CO₂ a estos carbonatos de magnesio y calcio en el agua de mar es un proceso que es naturalmente catalizado por una enzima llamada anhidrasa carbónica. No es importante saber el nombre de la enzima; es importante saber que cuando agrega anhidrasa carbónica a esta mezcla de agua de mar, básicamente puede acelerar la conversión de CO₂ a estas calizas en condiciones adecuadas.

Entonces, la idea es ampliar esto, extrayendo CO₂ de la atmósfera al océano y, finalmente, a algún producto de piedra caliza que podrías secuestrar.

P. Fascinante. Entonces, desea convertir el dióxido de carbono en roca mediante un proceso que ocurre naturalmente en el agua de mar, pero acelerándolo. Esto suena casi como ciencia ficción. ¿Cuáles son los desafíos para hacer que esto funcione?

Para absorber CO₂ del aire lo suficientemente rápido para que la tecnología funcione, debe resolver el problema de cómo proporcionar suficiente cantidad de esta enzima para poder implementar este proceso a una escala significativa. Si simplemente tratáramos de suministrar la enzima como un producto puro, no podría hacerlo de una manera económicamente viable. Entonces, la pregunta que estoy tratando de responder aquí es, ¿cómo harías esto? También debe encontrar formas de estabilizar el pH y mezclar suficiente aire para elevar y mantener su CO₂ concentración en agua.

La solución que se me ocurrió fue, bueno, dado que sabemos que la anhidrasa carbónica es una proteína, y las proteínas son sintetizadas naturalmente por sistemas bioquímicos, como las bacterias, que podemos manipular, luego podríamos tomar bacterias y luego modificarlas para producir carbónico. anhidrasa para nosotros. Y puedes seguir cultivando estas bacterias mientras las alimentes. Sin embargo, un problema es que ahora ha cambiado la carga del costo al suministro de suficientes alimentos para producir suficientes bacterias para producir suficientes enzimas.

Una forma de evitar este problema sería usar bacterias que puedan crecer usando energía y nutrientes que están fácilmente disponibles en el entorno natural. Así que esto apuntaba hacia las bacterias fotosintéticas. Pueden usar la luz solar como fuente de energía, y también pueden usar CO₂ como su fuente de carbono para alimentarse. Y ciertas bacterias fotosintéticas también pueden usar los minerales que se encuentran naturalmente en el agua de mar esencialmente como vitaminas.

P. Interesante. Entonces, el camino para capturar el exceso de CO₂ radica en poder diseñar un microbio?

Potencialmente de una manera, sí. En lo que he estado trabajando en este proyecto es en desarrollar una bacteria genéticamente modificada que sea fotosintética y esté diseñada para producir una gran cantidad de anhidrasa de carbono en su superficie. Entonces, si lo pusieras en agua de mar, donde tienes mucho magnesio y calcio, y también CO₂ presente, vería una rápida formación de piedra caliza. Esa es la idea básica.

Es un proyecto pequeño por ahora, así que decidí centrarme en obtener el organismo modificado. Right now, I'm simply trying to develop the primary catalyst system, which are the enzyme-modified bacteria to drive the mineralization. The other non-trivial pieces of this approach—how to appropriately design the reactor to stabilize CO₂ concentrations and pH needed for this scheme to work—are future challenges. But I've been using simulations to inform my approaches to those problems.

It's a fun project because on any given day my co-PIs and I could be doing either physical electrochemistry or gene manipulation in the lab.

Q. How would this look once it's scaled up? And how much carbon would it be able to sequester?

What I have envisioned is, the bacterium would be grown in a plant-scaled bioreactor. You basically flow seawater into this bioreactor while actively mixing in air, and it processes the seawater, converting it to limestone. Ideally, you probably have some type of downstream centrifugation process to extract the solids, which maybe could be driven by the flow of water itself, which then helps to pull out the limestone carbonates before you then eject the depleted seawater. An alternative that could possibly resolve the pH constraints of mineralization would be to implement this instead as a reversible process, where you also use the enzyme to reconvert the carbon you've captured in seawater back to a more concentrated CO₂ stream (carbonic anhydrase behavior is reversible).

What I've calculated for this system, assuming that the protein carbonic anhydrase behaves on the bacterial surface, more or less, the way it does in free solution, would suggest that you would need a plant that has only about a 1-million-liter volume, which is actually quite small. One of those could get you to roughly 1 megaton of CO₂ captured per year. A lot of assumptions are built into that sort of estimate though, and it's likely to change as work advances.

Erecting 1,000 such facilities globally, which is a small number compared to the 14,000 water treatment facilities in the United States alone, would permit the annual, gigaton-scale capture of atmospheric CO₂ . + Explora más

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