Una representación de la planta de eliminación de dióxido de carbono a gran escala de Carbon Engineering, que utilizará la captura de aire directa. Crédito:Carbon Engineering Ltd.
El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) afirma que limitar el calentamiento global a 1,5 ° C podría evitar los efectos más catastróficos del cambio climático. En su informe reciente, estableció cuatro medios para lograrlo, y todos se basan en eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. Esto se debe a que incluso si reducimos la mayoría de nuestras emisiones de carbono a cero, las emisiones de la agricultura y los viajes aéreos serían difíciles de eliminar por completo. Y dado que el dióxido de carbono que ya está en la atmósfera puede afectar el clima durante cientos o miles de años, el IPCC sostiene que las tecnologías de eliminación de dióxido de carbono (CDR) serán críticas para deshacerse de 100 a 1000 gigatoneladas de CO2 este siglo.
¿Cómo se puede eliminar el dióxido de carbono?
Hay una variedad de estrategias de CDR, todos en diferentes etapas de desarrollo, y variando en costo, beneficios y riesgos. Enfoques CDR que emplean árboles, las plantas y el suelo para absorber carbono se han utilizado a gran escala durante décadas; otras estrategias que dependen más de la tecnología se encuentran principalmente en las etapas de demostración o piloto. Cada estrategia tiene pros y contras.
Forestación y reforestación
A medida que crecen las plantas y los árboles, toman dióxido de carbono de la atmósfera y lo convierten en azúcares mediante la fotosíntesis. De este modo, Los bosques de EE. UU. Absorben el 13 por ciento de las emisiones de carbono del país; globalmente, los bosques almacenan casi un tercio de las emisiones mundiales.
La plantación de árboles adicionales podría eliminar más carbono de la atmósfera y almacenarlo durante mucho tiempo. así como mejorar la calidad del suelo a un costo relativamente bajo:$ 0 a $ 20 por tonelada de carbono. La forestación implica plantar árboles donde antes no había; reforestación significa restaurar bosques donde los árboles han sido dañados o agotados.
Repoblación forestal, sin embargo, podría competir por la tierra utilizada para la agricultura, al igual que la producción de alimentos debe aumentar en un 70 por ciento para 2050 para alimentar a la creciente población mundial. También podría afectar la biodiversidad y los servicios de los ecosistemas.
Y aunque los bosques pueden secuestrar carbono durante décadas, tardan muchos años en crecer y pueden saturarse en décadas o siglos. También requieren un manejo cuidadoso porque están sujetos a impactos humanos y naturales como incendios forestales, sequías e infestaciones de plagas.
Secuestro de carbono del suelo
El carbono que las plantas absorben de la atmósfera en la fotosíntesis pasa a formar parte del suelo cuando mueren y se descomponen. Puede permanecer allí durante milenios o puede liberarse rápidamente según las condiciones climáticas y cómo se maneja el suelo. Labranza mínima, cultivos de cobertura, la rotación de cultivos y dejar residuos de cultivos en el campo ayudan a que los suelos almacenen más carbono.
El IPCC, que considera que el secuestro de carbono del suelo tiene la capacidad de reducir el CO2 al menor costo (de $ 0 a $ 100 por tonelada), estima que el secuestro de carbono del suelo podría eliminar entre 2 y 5 gigatoneladas de dióxido de carbono al año para 2050. En comparación, Las centrales eléctricas del mundo liberaron 32,5 gigatoneladas de CO2 en 2017.
El secuestro de carbono del suelo podría implementarse de inmediato, y mejoraría la salud del suelo y aumentaría el rendimiento de los cultivos; además, no estresaría los recursos hídricos ni de la tierra. Pero mientras que el suelo almacena grandes cantidades de carbono al principio, puede saturarse después de 10 a 100 años, dependiendo del clima, tipo de suelo y cómo se maneja.
Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS)
Si quemamos plantas para obtener energía en una planta de energía y capturamos y almacenamos las emisiones resultantes, el CO2 que las plantas absorbieron previamente se elimina de la atmósfera. Luego, el CO2 puede usarse para mejorar la recuperación de petróleo o inyectarse en la tierra donde está secuestrado en formaciones geológicas.
El IPCC estima que BECCS podría eliminar entre 0,5 y 5 gigatoneladas de carbono al año para 2050. Para absorber suficiente carbono para mantener el mundo en 2˚, sin embargo, los cultivos energéticos tendrían que plantarse en un área de tierra de hasta tres veces el tamaño de la India, según una estimación; y cantidades aún menores de BECCS competirían con la tierra necesaria para la producción de alimentos. Un estudio concluyó que las BECCS a gran escala podrían hacer que la cubierta forestal global cayera un 10 por ciento y requerir el doble de agua de la que se utiliza actualmente a nivel mundial para la agricultura. BECCS también podría terminar impactando la biodiversidad y los servicios de los ecosistemas, y generar emisiones de gases de efecto invernadero a través de la agricultura y el uso de fertilizantes.
En este punto, BECCS es caro. Ahora, solo hay un proyecto BECCS en funcionamiento en el mundo:una planta de etanol en Decatur, IL que ha capturado y almacenado más de 1,4 millones de toneladas de C02. Debido a que hay muy pocos proyectos de investigación y BECCS no se ha probado a gran escala, todavía se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. Si bien las estimaciones de costos actuales para BECCS oscilan entre $ 30 y $ 400 por tonelada de CO2, Los estudios proyectan que los costos podrían bajar de $ 100 a $ 200 por tonelada de carbono para 2050. No obstante, BECCS se considera una de las estrategias de eliminación de dióxido de carbono más potencialmente eficaces para proporcionar almacenamiento de carbono a largo plazo.
Las Academias Nacionales de Ciencias, Proyectos de Ingeniería y Medicina que, dado lo que sabemos hoy, forestación y reforestación, secuestro de carbono del suelo, y BECCS, junto con las prácticas de manejo forestal sostenible (como el aclareo de bosques y las quemas prescritas) podrían ampliarse para capturar y almacenar 1 gigatonelada de carbono al año en los EE. UU. y 10 gigatoneladas a nivel mundial. Sin embargo, esto requeriría grandes cambios en la agricultura, gestión de residuos forestales y de biomasa.
Mineralización de carbono
Reforestación en el sur de Oregon. Crédito:Foto:Downtowngal
Esta estrategia aprovecha un proceso natural en el que materiales reactivos como la peridotita o la lava basáltica se unen químicamente con el CO2, formando minerales de carbonato sólidos como la piedra caliza que pueden almacenar CO2 durante millones de años. Los materiales reactivos se pueden combinar con fluidos que contienen CO2 en las estaciones de captura de carbono, o el fluido se puede bombear a formaciones rocosas reactivas donde ocurren naturalmente.
Los científicos del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty del Earth Institute han estado trabajando en la mineralización de carbono durante varios años, y están encontrando formas de acelerar la reacción natural para aumentar la absorción de CO2 y almacenarlo permanentemente. El profesor de investigación de Lamont, David Goldberg y sus colegas, por ejemplo, están estudiando la viabilidad de almacenar 50 millones de toneladas o más de CO2 en depósitos de basalto en el noroeste del Pacífico. Más de 20 años, el proyecto inyectaría CO2 de fuentes industriales, como la fabricación y las plantas de energía de combustibles fósiles, en basalto a 200 millas de la costa, en el flanco oriental de la Cordillera Juan de Fuca. Allí, bajo 2600 metros de agua y otros 200 metros de sedimento, el depósito de basalto contiene espacios porosos que se llenarían a medida que el CO2 se mineraliza en piedra caliza carbonatada. En esta área, el basalto reacciona rápidamente y la mineralización podría tomar solo dos años o menos. El equipo de Goldberg ha analizado factores que incluyen cómo transportar el CO2, cómo reaccionaría químicamente, y cómo se podría monitorear el sitio a lo largo del tiempo.
El siguiente paso es lanzar un proyecto piloto allí para almacenar 10, 000 toneladas de CO2. "Un proyecto piloto es fundamental para hacer avanzar la bola hacia la mineralización de carbono de basalto en alta mar, tanto por razones técnicas como reglamentarias, ", dijo Goldberg. Permitiría a los investigadores experimentar con diferentes tipos de inyecciones, por ejemplo, si deben ser continuos o intermitentes, y responder preguntas como "¿qué tan rápido se llena el espacio poroso?" que solo se puede probar en el campo. Además, un proyecto piloto es clave para comprender las implicaciones regulatorias de la mineralización de carbono, ya que actualmente no existen regulaciones. Canadá y los EE. UU. Solo comenzarían a crear un marco regulatorio cuando tengan un proyecto piloto. Goldberg dice que todavía están buscando financiación para un proyecto piloto, pero "Hay mucho interés".
Desde 2012, CarbFix, un proyecto islandés en el que también trabajó Goldberg, ha estado capturando carbono y mineralizándolo en la planta de energía geotérmica más grande del país operada por Reykjavik Energy. Si bien la planta funciona con energía geotérmica renovable, todavía emite una pequeña cantidad de CO2; CarbFix inyecta 12, 000 toneladas de CO2 al año en el suelo a $ 30 por tonelada.
Debido a que la mineralización de carbono se aprovecha de los procesos químicos naturales, tiene el potencial de proporcionar un Una forma no tóxica y permanente de almacenar grandes cantidades de carbono. Sin embargo, todavía hay preguntas técnicas y ambientales que deben ser respondidas, según el informe de las Academias Nacionales, La mineralización de carbono podría posiblemente contaminar los recursos hídricos o desencadenar terremotos.
Captura directa de aire
La captura directa de aire succiona el dióxido de carbono del aire mediante el uso de ventiladores para mover el aire sobre las sustancias que se unen específicamente al dióxido de carbono. (Este concepto se basa en el trabajo del "árbol artificial" de Klaus Lackner, director del Centro de Emisiones Negativas de Carbono de la Universidad Estatal de Arizona, quien fue durante muchos años el director del Centro Lenfest de Energía Sostenible del Earth Institute.) La tecnología emplea compuestos en una solución líquida o en un recubrimiento sobre un sólido que captura el CO2 cuando entran en contacto con él; cuando más tarde se expone al calor y a reacciones químicas, liberan el CO2, que luego se puede comprimir y almacenar bajo tierra. Los beneficios de la captura directa de aire son que en realidad es una tecnología de emisiones negativas:puede eliminar el carbono que ya está en la atmósfera. en lugar de capturar las nuevas emisiones que se generan, y los sistemas podrían ubicarse en casi cualquier lugar.
En una planta de carbón aproximadamente una de cada diez moléculas en los gases de escape es CO2, pero el CO2 en la atmósfera está menos concentrado. Solo uno de cada 2, 500 moléculas es CO2, por lo que el proceso para eliminar el CO2 es más caro en comparación con la captura de carbono de las plantas de combustibles fósiles. La captura directa de aire comenzó en $ 600 por tonelada de carbono; actualmente cuesta entre $ 100 y $ 200 la tonelada; sigue siendo caro, en parte porque no existen incentivos económicos (como un impuesto al carbono) o beneficios ambientales secundarios (como una mejor calidad del suelo) para eliminar el CO2 del aire. Mejorar la tecnología para que el CO2 se pueda capturar de manera más eficiente, y / o vender el CO2 capturado puede hacer bajar el precio. Tres empresas:Swiss Climeworks, Ingeniería canadiense del carbono, y American Global Thermostat — están trabajando en esto.
La primera planta comercial de Climeworks cerca de Zurich captura 1, 000 toneladas métricas de CO2 al año, que se utiliza en un invernadero para aumentar el rendimiento de los cultivos en un 20 por ciento. En 2017, la compañía instaló una unidad de captura de aire directa como demostración en la planta islandesa de Reykjavik Energy para capturar una pequeña cantidad de CO2 que luego se almacena bajo tierra por CarbFix.
Climeworks ahora tiene 14 instalaciones de captura directa de aire construidas o en construcción en Europa; su planta italiana utiliza el CO2 capturado para producir combustible de metano para camiones.
Ingeniería de Carbono, que cuenta con Bill Gates como inversor, tiene una planta en el oeste de Canadá que puede capturar un millón de toneladas de CO2 al año. Proyecta que a gran escala, podría eliminar CO2 por $ 100 a $ 150 por tonelada. Su objetivo es utilizar el CO2 para fabricar combustibles de hidrocarburos sintéticos neutros en carbono, lo que reduciría aún más su costo. La empresa sostiene que una instalación que utiliza este proceso de "aire a combustible", una vez ampliado, podría producir combustible a menos de $ 1 dólar el litro.
Termostato global, que está construyendo su primera planta en Huntsville, ALABAMA, tiene como objetivo reducir su precio a 50 dólares la tonelada vendiendo el CO2 capturado a una empresa de refrescos. La empresa construiría pequeñas "plantas de captura" in situ en las instalaciones del fabricante de refrescos, reduciendo así los costos de energía y transporte.
Un estudio proyectó que la captura directa de aire podría absorber de 0,5 a 5 gigatoneladas de CO2 al año para 2050 y posiblemente 40 gigatoneladas para 2100. Sin embargo, La captura directa de aire a gran escala podría eventualmente tener impactos ambientales derivados de la extracción, refinamiento transporte y eliminación de residuos de los minerales que capturan las emisiones de carbono.
Si bien la captura directa de aire tiene un gran potencial para la eliminación de dióxido de carbono, todavía se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. Afortunadamente, está recibiendo algún apoyo del Congreso en la forma de la Ley FUTURO (el Fomento de la captura de carbono, Utilización, Tecnología, Almacenamiento subterráneo, y Ley de Emisiones Reducidas). La ley duplica los créditos fiscales para capturar y almacenar de manera permanente el dióxido de carbono en formaciones geológicas y usarlo para mejorar la recuperación de petróleo; para empresas que convierten carbono en otros productos como cemento, productos químicos, plásticos y combustibles; y proporciona un crédito fiscal de $ 35 por tonelada de CO2 a través de la captura directa de aire.
Envejecimiento mejorado
Las rocas y el suelo se erosionan al reaccionar con el CO2 en el aire o en la lluvia ácida, que ocurre naturalmente cuando el CO2 en el aire se disuelve en el agua de lluvia. Las rocas se rompen creando bicarbonato, un sumidero de carbono, que finalmente se lleva al océano donde se almacena. La meteorización mejorada acelera este proceso al esparcir roca pulverizada, como basalto u olivino, en tierras agrícolas o en el océano. Podría aplastarse y esparcirse en campos y playas, e incluso se utiliza para senderos y parques infantiles.
Reforestación en el sur de Oregon. Crédito:Foto:Downtowngal
La meteorización mejorada podría mejorar la calidad del suelo, y a medida que el bicarbonato alcalino se vierte en el océano, podría ayudar a neutralizar la acidificación de los océanos. Pero también podría alterar potencialmente el pH del suelo y las propiedades químicas, y afectar los ecosistemas y las aguas subterráneas. Minería, moler y transportar la roca sería costoso, requieren mucha energía y producen emisiones de carbono adicionales, así como contaminación del aire. Debido a las muchas variables y al hecho de que la mayoría de las evaluaciones de meteorización mejorada no se han probado en el campo, las estimaciones de costos varían ampliamente.
Alcalinización del océano, considerado un tipo de meteorización mejorada, implica la adición de minerales alcalinos, como el olivino, a la superficie del océano para aumentar la absorción de CO2 y contrarrestar la acidificación del océano. Un estudio estimó que esta estrategia podría secuestrar entre 100 toneladas métricas y 10 gigatoneladas de CO2 al año, por costos que oscilan entre $ 14 y más de $ 500 la tonelada. Sus impactos ecológicos, sin embargo, son desconocidos.
Fertilización del océano
La fertilización del océano agregaría nutrientes, a menudo hierro, al océano para provocar la proliferación de algas, que absorbería más CO2 a través de la fotosíntesis. Sin embargo, Al estimular el crecimiento del fitoplancton, la base de la cadena alimentaria, la fertilización de los océanos podría afectar la productividad alimentaria local y regional. Grandes floraciones de algas también podrían causar eutrofización y resultar en zonas muertas sin oxígeno. Además de sus posibles impactos en el ecosistema, también tiene menos potencial para secuestrar carbono a largo plazo.
Carbono azul costero
Marismas, manglares Los pastos marinos y otras plantas en los humedales de mareas son responsables de más de la mitad del carbono secuestrado en los ecosistemas oceánicos y costeros. Este carbono azul puede almacenarse durante milenios en las plantas y los sedimentos. Sin embargo, los humedales están siendo destruidos por la escorrentía y la contaminación, sequía y desarrollo costero:cada media hora se pierde un área de pastos marinos del tamaño de una cancha de fútbol. Restaurar y crear humedales y manejarlos mejor podría potencialmente duplicar su almacenamiento de carbono. Los humedales saludables también brindan protección contra tormentas, mejorar la calidad del agua y sustentar la vida marina.
Hay pocas estimaciones del potencial de eliminación de carbono del carbono azul, pero los costos serían de bajos a cero.
Y algunas ideas para el futuro
Combinador Y, una organización que financia startups prometedoras, ha hecho un llamamiento para que se trabaje en nuevos tipos de tecnologías de eliminación de dióxido de carbono, ninguno de los cuales ha sido probado fuera de un laboratorio. Específicamente, están buscando proyectos en cuatro áreas:
¿Qué se necesita para avanzar en la eliminación de dióxido de carbono?
Cada tecnología CDR es factible en algún nivel, pero tiene dudas sobre el costo, tecnología, la velocidad de posible implementación, o impactos ambientales. Está claro que nadie ofrece la solución definitiva al cambio climático.
"La eliminación de dióxido de carbono por sí sola no puede hacerlo, "dijo Kate Gordon, miembro del Columbia Center on Global Energy Policy. "Si hay algo que el informe del IPCC realmente subraya es que necesitamos una cartera, necesitamos reducir las emisiones drásticamente, necesitamos idear más opciones de energía renovable para reemplazar los combustibles fósiles, necesitamos electrificar muchas cosas que actualmente funcionan con petróleo y luego tenemos que hacer una enorme cantidad de eliminación de carbono ". A corto plazo, le gustaría ver más despliegue y aumento de estrategias probadas y verdaderas, como plantar árboles y prácticas agrícolas más sostenibles.
De hecho, un nuevo estudio acaba de determinar que plantar árboles y mejorar el manejo de los pastizales, Las tierras agrícolas y los humedales podrían secuestrar el 21 por ciento de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero de los EE. UU. a un costo relativamente bajo.
Desarrollar más las otras estrategias de eliminación de dióxido de carbono requerirá cantidades sustanciales de dinero.
"La comunidad de la filantropía climática realmente necesita reconocer esto como parte de la solución climática; es realmente importante que [CDR] se convierta en parte de esa cartera, ", dijo Gordon." También necesitamos un presupuesto federal de I + D bastante significativo dedicado a estas estrategias para que podamos comenzar a mejorar la tecnología y comprender mejor cuánto cuesta hacer cada una de estas cosas, cuán efectivos son y cuán seguros son ".
También ayudaría establecer un incentivo financiero para eliminar el carbono, como un impuesto al carbono o sanciones por emitir carbono.
"Esta es la próxima frontera de la energía, conversación sobre clima y tecnología, ", dijo Gordon." Necesitamos estar por delante de esto si queremos seguir siendo competitivos, si queremos seguir teniendo la mayoría de las patentes de energía limpia y de energía avanzada del mundo ... De lo contrario, se la compraremos a otra persona, " porque alguien lo va a hacer ".
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de Earth Institute, Universidad de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu. El artículo original está aquí.
