El vapor se eleva desde la central eléctrica de carbón PacifiCorps Hunter fuera de Castle Dale, Utah. El 1, La planta de energía de 577 megavatios se inauguró en 1978 y es una de las plantas de carbón más grandes del oeste de los Estados Unidos. GEORGE FREY / AFP a través de Getty Images Imagina un escenario en el que un supergenio malvado encuentra la manera de succionar todo el oxígeno del aire, luego lo entierra en el suelo. ¿Suena como el material de los cómics? Bien, sí, si hablamos de oxígeno. Pero los científicos están trabajando en una forma de hacer precisamente eso con el dióxido de carbono. ¿Por qué capturar dióxido de carbono del aire? Combatir el calentamiento global y el cambio climático.
El dióxido de carbono (CO2) es un gas natural que permite que la luz solar llegue a la Tierra, pero también evita que parte del calor del sol se irradie hacia el espacio. calentando así el planeta. Los científicos llaman a esto calentamiento el efecto invernadero. Cuando este efecto ocurre naturalmente, calienta la Tierra lo suficiente como para sustentar la vida. De hecho, si no tuviéramos efecto invernadero, La temperatura media de la superficie del planeta sería de solo 0 grados Fahrenheit (-18 grados Celsius) [fuente:Lang]. Seguro, el esquí puede ser genial, pero todos estaríamos demasiado muertos para disfrutarlo.
Sí, el dióxido de carbono y el efecto invernadero son necesarios para que la vida en la Tierra sobreviva. Pero las invenciones humanas diseñadas para quemar combustibles fósiles, como plantas de energía y vehículos de transporte, están liberando CO2 extra en grandes cantidades. Y eso no es bueno.
La década de 2011 a 2020 fue la más cálida registrada [fuente:Organización Meteorológica Mundial]. Desde finales del siglo XIX, La temperatura promedio de nuestro planeta ha aumentado aproximadamente 2.12 grados Fahrenheit (1.18 grados Celsius) [fuente:NASA]. Como resultado, el hielo en ambos polos se está derritiendo, el nivel del mar está subiendo, los animales están cambiando sus patrones de migración, y muchos lugares han visto un aumento en los eventos climáticos extremos [fuentes:Carrington, NOAA y Bradford].
Entonces, ¿cuál es la principal fuerza impulsora detrás de esta tendencia de calentamiento? Desafortunadamente, humanos. Entre 1970 y 2004, las emisiones de dióxido de carbono aumentaron en un 90 por ciento [fuente:PBL]. Y en 2019, la concentración promedio global de CO2 dentro de la atmósfera de la Tierra fue más alta de lo que había sido en cualquier punto de la anterior 800, 000 años [fuente:Lindsey].
Recientemente, La Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (CEPE) pidió el despliegue a gran escala de la tecnología de captura de carbono [fuente:U.N. News].
Captura de carbon implica atrapar el dióxido de carbono en su fuente de emisión, transportarlo a un lugar de almacenamiento (generalmente bajo tierra) y aislarlo. Esto significa que potencialmente podríamos bloquear el exceso de CO2 para que no ingrese a la atmósfera.
En este articulo, veremos algunos de los métodos de captura y almacenamiento de carbono existentes y emergentes.
Contenido
En 2014, Central eléctrica Boundary Dam cerca de Estevan, Saskatchewan, Canadá, se convirtió en la primera central eléctrica del mundo en utilizar con éxito la captura y el almacenamiento de carbono. Produce 115 megavatios de potencia, y reduce sus emisiones de SO2 del proceso de carbón hasta en un 100 por ciento y las de CO2 hasta en un 90 por ciento. SaskPower Hay tres pasos principales para la captura y almacenamiento de carbono (CAC):
Echemos un vistazo más detallado al proceso de captura y separación:
El carbono se extrae de la fuente de una planta de energía de tres formas básicas:poscombustión, precombustión y combustión de oxicombustible [fuente:Laboratorio Nacional de Tecnología Energética].
Una planta de energía de combustibles fósiles genera energía quemando combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas natural), que genera calor que se convierte en vapor. Ese vapor hace girar una turbina conectada a un generador de electricidad. Otra palabra para el proceso de combustión es combustión.
Con captura de carbono poscombustión , el CO2 se captura después de que se quema el combustible fósil. La quema de combustibles fósiles produce algo llamado gases de combustión, que incluyen CO2, vapor de agua, nitrógeno y dióxido de azufre.
En un proceso de postcombustión, El CO2 se separa y captura de los gases de combustión que resultan de la combustión de combustibles fósiles. Este proceso es la técnica más utilizada en la tecnología de captura de carbono. Es una estrategia conveniente porque se puede implementar tanto en centrales eléctricas de carbón nuevas como preexistentes. Sin embargo, hay algunos inconvenientes. Para que funcione, La captura de carbono después de la combustión requiere algunos equipos físicamente grandes y puede hacer que las turbinas sean menos eficientes [fuente:Elhenawy].
Con captura de carbono antes de la combustión , el carbono se atrapa y se elimina de los combustibles fósiles antes de que finalice el proceso de combustión.
Carbón, el aceite o el gas natural se calienta en vapor y oxígeno, resultando en un gas de síntesis, o gas de síntesis. El gas contiene principalmente CO2, hidrógeno (H2), y monóxido de carbono (CO). Más tarde, una reacción separada convierte el agua (H2O) en hidrógeno. Mientras eso sucede, parte del monóxido de carbono se transforma en dióxido de carbono. El resultado final es una mezcla de gas cargada con H2 y CO2 [fuente:Departamento de Energía de EE. UU.].
Es fácil de aislar capturar y secuestrar el CO2 de esa mezcla. Mientras tanto, los ingenieros pueden utilizar el hidrógeno para otros procesos de producción de energía.
La captura de carbono antes de la combustión suele ser más eficiente que la estrategia posterior a la combustión. Sin embargo, el equipo tiene un precio más alto. Además, Las centrales eléctricas más antiguas tienden a ser menos adecuadas para esta técnica que algunas nuevas [fuente:Elhenawy].
Con Captura de carbono por combustión de oxicombustible , la planta de energía quema combustibles fósiles, pero no en el aire ordinario. En lugar de, los combustibles se queman en una mezcla de gases que contiene mucho oxígeno puro. Esto da como resultado un gas de combustión cuyos dos componentes principales son el CO2 y el agua. Después, es posible separar el CO2 comprimiendo y enfriando el agua [fuentes:Laboratorio Nacional de Tecnología Energética y Recursos Nacionales de Canadá].
Ciertos aspectos de la captura de carbono por combustión de oxicombustible son económicos, pero el proceso tiene un alto costo en general. (El oxígeno puro no es barato). existen algunas preocupaciones sobre su aplicabilidad. Una revisión de 2020 publicada en la revista Catalysts argumentó que la tecnología relevante "debe ser probada para operaciones a gran escala" [fuente:Elhenawy].
En el lado positivo, La captura de combustión de oxicombustible se puede utilizar tanto en y nuevas centrales eléctricas de carbón [fuente:Elhenawy].
Ahora, aquí hay una pregunta importante:una vez que se captura el carbono, ¿Cómo se transporta a un lugar de almacenamiento? Continúa leyendo para averiguarlo.
El suelo helado mantiene el carbono bloqueadoEl suelo que permanece a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius) o menos durante dos años seguidos o más se llama permafrost. Este césped helado ha entrado en la conversación sobre el cambio climático. En las regiones portadoras de permafrost del hemisferio norte, alrededor de 1,6 billones a 1,7 billones de toneladas (1, 460 mil millones a 1, 600 mil millones de toneladas métricas) de carbono está encerrado dentro de los suelos. Pero a medida que el mundo se calienta y muchos de estos sedimentos se derriten, los científicos quieren aprender más sobre cómo afectará a nuestro planeta todo ese carbono atrapado durante mucho tiempo [fuente:Schurr].
Oleoductos como este en la central eléctrica Boundary Dam cerca de Estevan, en Saskatchewan, Canadá, se utilizan a menudo para transportar CO2. Phillip Chin / Shell Canada Limited Después de que se captura el dióxido de carbono (CO2), el siguiente paso es transportarlo a un lugar de almacenamiento. El método habitual de transporte de CO2 es a través de una tubería.
Las tuberías se han utilizado durante décadas, y grandes volúmenes de gases, el petróleo y el agua fluyen a través de las tuberías todos los días. Las tuberías de dióxido de carbono son una parte existente de la infraestructura en los EE. UU. Y en muchos otros países. De hecho, ahora hay más de 4, 039 millas (6, 500 kilómetros) de tuberías de CO2 distribuidas por África, Australia, Oriente Medio y América del Norte. La mayoría fueron creados para un proceso llamado Recuperación Mejorada de Petróleo (EOR), pero algunos están conectados a proyectos CCS [fuente:Noothout].
Puede colocar una tubería en casi cualquier lugar, incluso bajo tierra o bajo el agua. Se pueden encontrar atravesando entornos tan diversos como desiertos, tierras de cultivo, cordilleras y océanos. [fuente:Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático].
Las tuberías pueden estar conectadas a plantas de procesamiento o plantas de energía que dependen de combustibles fósiles, así como fuentes naturales de CO2. La pureza del suministro de CO2 de una línea puede verse afectada por los tipos de tecnología utilizados en su origen [fuente:Noothout].
En algunos casos, el CO2 puede viajar lo más lejos que pueda en la tubería, luego haga la transición a un camión cisterna, buque cisterna o cilindros presurizados para finalizar su travesía. Tenga en cuenta que existe un riesgo de asfixia si una gran cantidad de CO2 se escapa a la atmósfera. Al igual que con los tanques que transportan gas natural y otros materiales peligrosos, una buena construcción es clave. Ese, y buena conducción.
Volviendo a las tuberías, pueden transportar CO2 en tres estados:gaseoso, líquido y sólido. El CO2 sólido se conoce comúnmente como hielo seco, y no es rentable transportar CO2 como un sólido.
Las tuberías comúnmente transportan dióxido de carbono en su estado gaseoso. Dicho gas debe comprimirse antes de que se mueva del punto A al punto B. Según el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, el rango de presión ideal es entre 1500 y 2200 PSI (o 10, 342 y 15, 168 KPA).
Los ingenieros deben estar en guardia contra las impurezas en la corriente de CO2, como el sulfuro de hidrógeno y el agua. Se sabe que este último corroe las tuberías, pero eso es solo la punta del iceberg. Bajo alta presión y bajas temperaturas, el agua en estas tuberías puede formar hidratos de gas natural, cristales sólidos que pueden obstruir sus líneas. Los científicos todavía están ideando formas de manejar tales impurezas [fuentes:Onyebuchi y Bai].
En el mundo de la construcción, la seguridad es una prioridad absoluta. Si una tubería se rompe cerca de un área poblada, la liberación repentina de gas CO2 en grandes cantidades podría tener graves repercusiones tanto para la salud pública como para el medio ambiente. Para evitar que el equipo de excavación industrial golpee accidentalmente las tuberías, los planificadores pueden enterrarlos a gran profundidad. También, cuando sea posible, colocando oleoductos lejos de las ciudades, ciudades y cosas por el estilo podrían ser aconsejables [fuente:Onyebuchi].
DNV, una destacada empresa de gestión de riesgos y garantía de calidad con sede en Noruega, lanzó nuevos procedimientos de seguridad para las tuberías de transporte de CO2 en 2021. Mientras tanto, El Ejecutivo de Salud y Seguridad del Reino Unido ahora tiene una extensa lista de pautas que cubren todo, desde la corrosión hasta el uso de la tierra.
Los costos del oleoducto fluctúan dependiendo de la ruta del oleoducto (a través de áreas muy congestionadas, montañas, costa afuera); la calidad de los materiales; el equipo involucrado; cuánto trabajo se requiere; y otros gastos.
Criaturas del carbonoLos átomos de carbono representan alrededor del 12 por ciento de todos los átomos de su cuerpo. Para poner eso en perspectiva, una persona de 176 libras (80 kilogramos) contiene aproximadamente 31,7 libras (14,4 kilogramos) de carbono. Creemos que estará de acuerdo en que es una cifra significativa. De todos los elementos necesarios para hacer un "cuerpo humano, "solo el oxígeno representa más masa corporal. Además, más de 99 de cada 100 átomos que se encuentran en nuestro cuerpo son oxígeno, carbón, átomos de hidrógeno o nitrógeno [fuente:New Scientist].
Cómo funciona la captura y el almacenamiento de carbono The Royal Society of Chemistry Después de recolectar y transportar todo ese dióxido de carbono (CO2), vamos a necesitar un lugar para ponerlo. ¿Pero donde? ¿En una especie de unidad de almacenamiento gigante? ¿Un tanque enorme en el desierto? ¿Necesitaremos más vertederos para contener nuestros residuos de CO2?
No te preocupes, la respuesta a todas esas preguntas es "no". Hay algunos lugares que hemos encontrado para almacenar CO2, incluidos varios subterráneos. De hecho, hay investigaciones que sugieren que los Estados Unidos por sí solos tienen suficiente espacio subterráneo para contener potencialmente 1.8 billones de toneladas (1.71 billones de toneladas métricas) de dióxido de carbono en acuíferos profundos, rocas permeables y otros lugares similares [fuente:Cunliff y Nguyen].
Hablemos de la logística del almacenamiento subterráneo. Profundo bajo tierra, El CO2 se puede mantener a presiones superiores a 1, 057 PSI (72,9 atm) y a temperaturas superiores a 88 grados Fahrenheit (31,1 grados Celsius).
Cuando se cumplen esas condiciones específicas, El CO2 se vuelve supercrítico. En ese estado El dióxido de carbono adquiere propiedades normalmente asociadas con gases y líquidos. El CO2 supercrítico tiene una viscosidad baja, como un gas. Pero al mismo tiempo, también tiene la alta densidad de un líquido [fuentes:Laboratorio Nacional de Tecnología de Energía y Grupo de Tecnología de Imágenes].
Debido a que puede filtrarse en los espacios de las rocas porosas, se puede almacenar una gran cantidad de CO2 en un área relativamente pequeña. Los reservorios de petróleo y gas son adecuados para almacenar CO2, ya que consisten en capas de formaciones rocosas porosas que han atrapado petróleo y gas durante años [fuente:Centro de Educación Científica].
El CO2 se inyecta artificialmente en formaciones rocosas subterráneas debajo de la superficie de la Tierra. Estos reservorios naturales tienen rocas superpuestas que forman un sello, manteniendo el gas contenido. Puede haber riesgos para el almacenamiento subterráneo, aunque, y los discutiremos un poco más tarde.
Las formaciones rocosas basálticas también son atractivos lugares de almacenamiento de CO2. De origen volcánico, el basalto es uno de los tipos de roca más comunes en la corteza terrestre. Los investigadores han descubierto que cuando el CO2 reacciona con el magnesio y el calcio que el basalto contiene naturalmente, puede ser transformado en minerales sólidos , específicamente dolomita, calcita y magnesita [fuente:Cartier].
Luego tenemos depósitos de carbón. Algunas veces, los que se han descartado como "inminentes" pueden contener cantidades muy grandes de CO2 capturado. Dentro, es posible almacenar el gas a presiones más bajas y, por lo tanto, ahorrar dinero [fuente:Talapatra].
Además del almacenamiento subterráneo, también estamos buscando en el océano para el almacenamiento permanente de CO2. Históricamente, Se ha debatido mucho sobre la posibilidad de verter CO2 directamente en el océano, a profundidades superiores a 9, 842 pies (3, 000 metros). Tan por debajo de la superficie, El dióxido de carbono es en realidad más denso que el agua. Así que con suerte el CO2 vertido quedaría atrapado en su lugar durante algún tiempo [fuente:Centro de Educación Científica].
El almacenamiento de carbono oceánico está en gran parte sin probar, y existen muchas preocupaciones sobre la seguridad de la vida marina y la posibilidad de que el dióxido de carbono eventualmente regrese al medio ambiente.
Próximo, Analizaremos algunas de estas preocupaciones con más detalle y averiguaremos si la captura y almacenamiento de carbono es una solución viable para nuestro futuro.
Alistando los maresUn método hipotético de eliminación de CO2 fue propuesto recientemente por científicos de la Universidad de California, Los Angeles. El plan implicaría extraer CO2 del agua de mar y convertirlo artificialmente en piedra caliza y magnesio para su almacenamiento. El agua de nuestros océanos contiene de forma natural unas 150 veces más dióxido de carbono que la atmósfera de la Tierra. Al eliminar el CO2 existente, En teoría, podríamos convencer al agua de mar para que extraiga más de este gas de efecto invernadero de nuestra atmósfera. Denominado "secuestro y almacenamiento de carbono en un solo paso, "o SCS 2 , Lo más probable es que el proceso requiera una gran inversión financiera. (Pensar billones de dólares.) [fuente:Lewis].
La instalación de Petra Nova, una central eléctrica de carbón ubicada cerca de Houston, Texas, es la única instalación de captura y almacenamiento de carbono en los Estados Unidos. Según se informa, captura y reutiliza más del 90 por ciento de sus propias emisiones de CO2. Luke Sharrett / Bloomberg a través de Getty Images Aunque la captura y almacenamiento de carbono puede parecer una solución milagrosa, no está exento de preocupación o controversia.
Empezar, Es importante recordar que la captura y almacenamiento de carbono (CAC) no es una licencia para seguir emitiendo CO2 a la atmósfera. Independientemente de lo que depare el futuro para CCS, seguirán siendo necesarios otros esfuerzos de reducción de emisiones. Sin embargo, CCS proporciona una forma de limpiar algunas de nuestras plantas de energía existentes.
Según un informe de 2020 del Global CCS Institute, En la actualidad, hay "65 instalaciones comerciales de CCS en diversas etapas de desarrollo a nivel mundial".
Sin embargo, algunos críticos se preocupan por la economía de la CAC. Los coches eléctricos y los paneles solares son productos básicos que pueden comercializarse y venderse a particulares y organizaciones privadas. Pero en contraste, Ha resultado difícil encontrar formas de monetizar el CO2 capturado.
¿Otro inconveniente? Las tecnologías CCS actuales en realidad requieren mucha energía para implementarlas y ejecutarlas. Además, dependen del agua, y mucha de ella, para fines de enfriamiento y procesamiento [fuentes:Magneschi y Rosa].
Dada esta necesidad de H2O, Ha habido debates sobre cómo la CAC podría (o no) contribuir a la escasez de agua. En 2020, un equipo dirigido por Lorenzo Rosa en la Universidad de California, Berkeley simuló los efectos de modernizar todas las grandes centrales eléctricas de carbón del mundo con cuatro tipos diferentes de tecnología CCS.
Para citar su artículo, que la revista Nature Sustainability publicó el 4 de mayo, 2020, "Ciertas geografías carecen de suficientes recursos hídricos para satisfacer las demandas de agua adicionales de las tecnologías CCS".
Y esta es solo una de las preocupaciones ambientales que la gente ha planteado sobre la captura y almacenamiento de carbono.
¿Qué sucede si el dióxido de carbono se filtra bajo tierra? Es difícil predecir lo que depara el futuro lejano para el CO2 que ya hemos atrapado debajo de la superficie de la Tierra. La implementación de buenas regulaciones y la elección de sitios de almacenamiento de calidad pueden marcar una enorme diferencia en el futuro.
Hay algunas formas posibles de que el CO2 recapturado se filtre a la superficie. Irónicamente, los pozos construidos para inyectarlo bajo tierra en primer lugar podrían convertirse en una posible ruta de escape más adelante. También podrían hacerlo los pozos de petróleo y gas abandonados, o las fallas naturales [fuente:Dunne].
Una proyección de 2018 afirma que es poco probable que se produzcan fugas si se pone en práctica un "almacenamiento bien regulado de manera realista". Esto contradice algunas investigaciones anteriores sobre el tema [fuentes:Dunne y Alcalde].
Algunos oponentes de CCS creen que, viable o no, el enfoque está mal. Dicen que deberíamos centrarnos en formas de alejarnos de los combustibles fósiles, pero CCS prolonga la vida de las centrales eléctricas que dependen de ellos.
Al otro lado de la división Los partidarios de CCS creen que las energías renovables son solo una parte de la solución. En su opinión, Probablemente necesitemos combinarlos con tecnología de captura de carbono para tener alguna esperanza seria de frustrar un cambio climático catastrófico.
Todavía hay muchas preguntas sobre el papel que la captura y el almacenamiento de carbono desempeñarán en última instancia para ayudarnos a aliviar el efecto invernadero y luchar contra el cambio climático. Pero una cosa es segura:las emisiones de dióxido de carbono son un problema mundial.
Los árboles no nos salvaránLos árboles son definitivamente nuestros aliados en la cruzada contra el calentamiento global y el cambio climático. La fotosíntesis les permite absorber y almacenar dióxido de carbono, por lo que las plantas actúan un poco como dispositivos CCS totalmente naturales. Desafortunadamente, Los científicos dicen que no hay forma de plantar suficientes árboles para contrarrestar todo el exceso de CO2 que hemos bombeado a nuestra atmósfera al quemar combustibles fósiles. Además, Los bosques más viejos poblados por una variedad de especies de árboles son mejores para bloquear el CO2 que los más jóvenes, otros más homogéneos [fuente:Tso].
Publicado originalmente:9 de julio de 2008
