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¿Eliminar el carbono de la atmósfera nos puede salvar de la catástrofe climática?


El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) afirma que limitar el calentamiento global a 1.5 ° C podría evitar los efectos más catastróficos del cambio climático. En su En un informe reciente , se establecieron cuatro medios para lograrlo, y todos ellos dependen de la eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera. 


Renee Cho, Estado del Planeta.

Esto se debe a que incluso si reducimos la mayoría de nuestras emisiones de carbono a cero, sería difícil eliminar por completo las emisiones de la agricultura y los viajes aéreos. Y dado que el dióxido de carbono que ya está en la atmósfera puede afectar el clima de cientos a miles de años, el IPCC sostiene que las tecnologías de eliminación de dióxido de carbono (CDR) serán fundamentales para deshacerse de 100 a 1000 gigatoneladas de CO2 en este siglo.

¿Cómo se puede eliminar el dióxido de carbono?

Hay una variedad de estrategias de CDR, todas en diferentes etapas de desarrollo, y que varían en costo, beneficios y riesgos. Los enfoques de CDR que emplean árboles, plantas y 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 piloto o de demostración. Cada estrategia tiene sus pros y sus contras.

Forestación y reforestación.

A medida que las plantas y los árboles crecen, toman dióxido de carbono de la atmósfera y lo convierten en azúcares a través de la fotosíntesis. De esta manera, los bosques de Estados Unidos absorben el 13 por ciento de las emisiones de carbono de la nación ; A nivel mundial, los bosques almacenan casi un tercio de las emisiones del mundo.

Plantar 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 ninguno; la reforestación significa restaurar los bosques donde los árboles han sido dañados o agotados.

Sin embargo, la forestación podría competir por la tierra utilizada para la agricultura, al igual que la producción de alimentos debe aumentar un 70 por ciento para 2050 para alimentar a la creciente población mundial. También podría afectar la biodiversidad y los servicios ecosistémicos.

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 se convierte en parte del suelo cuando mueren y se descomponen. Puede permanecer allí durante milenios o puede liberarse rápidamente dependiendo de las condiciones climáticas y cómo se maneja el suelo. La labranza mínima, los 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 costo más bajo ($ 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 plantas de energía del mundo lanzaron 32.5 gigatoneladas de CO2 en 2017.

El secuestro de carbono en el suelo podría implementarse de inmediato y mejoraría la salud del suelo y aumentaría el rendimiento de los cultivos; además no estresaría los recursos de tierra y agua. Pero mientras el suelo almacena grandes cantidades de carbono al principio, puede saturarse después de 10 a 100 años, dependiendo del clima, el tipo de suelo y la forma en que 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 se encuentra secuestrado en formaciones geológicas.

El IPCC estima que BECCS podría eliminar entre 0.5 y 5 gigatoneladas de carbono por año para 2050. Para absorber suficiente carbono para mantener el mundo en 2˚, sin embargo, los cultivos energéticos deberían plantarse en un área de tierra hasta tres veces más. tamaño de la India, según una estimación; e incluso cantidades más pequeñas de BECCS competirían con la tierra necesaria para la producción de alimentos. Un estudio concluyó que BECCS a gran escala podría causar que la cubierta forestal mundial caiga un 10 por ciento y que requiera el doble de agua que la que se usa actualmente en la agricultura mundial. BECCS también podría terminar impactando la biodiversidad y los servicios del ecosistema, y ​​generando emisiones de gases de efecto invernadero a través de la agricultura y el uso de fertilizantes.

En este punto, BECCS es caro. En este momento, 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 varían entre $ 30 y $ 400 por tonelada de CO2, los estudios proyectan que los costos podrían bajar a $ 100 a $ 200 por tonelada de carbono para 2050. Sin embargo, BECCS se considera una de las estrategias de eliminación de dióxido de carbono más potencialmente eficaces para proporcionar Almacenamiento de carbono a largo plazo.

Los proyectos de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina que, dado lo que conocemos hoy en día, la forestación y reforestación, el secuestro de carbono en el suelo y el COCEF, junto con las prácticas de manejo forestal sostenible (como la reducción de los bosques y las quemas prescritas) podrían ampliarse para capturar y almacene 1 gigatonelada de carbono al año en los EE. UU. y 10 gigatoneladas a nivel mundial. Sin embargo, esto requeriría grandes cambios en la gestión de residuos agrícolas, forestales y de biomasa.

Mineralización de carbono

¿Eliminar el carbono de la atmósfera nos puede salvar de la catástrofe climática?
Reforestación en el sur de Oregon. Crédito: Foto: Downtowngal

Esta estrategia explota un proceso natural en el que los 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 el CO2 durante millones de años. Los materiales reactivos se pueden combinar con fluido que contiene CO2 en las estaciones de captura de carbono, o el fluido se puede bombear hacia formaciones rocosas reactivas donde ocurren naturalmente.

Los científicos del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty del Instituto de la Tierra 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 almacenarla permanentemente. El profesor de investigación de Lamont, David Goldberg y sus colegas, por ejemplo, están estudiando la posibilidad de almacenar 50 millones de toneladas o más de CO2 en depósitos de basalto en el Pacífico Noroeste. A lo largo de 20 años, el proyecto inyectaría CO2 de fuentes industriales, como plantas de manufactura y de combustibles fósiles, en basalto a 200 millas de la costa, en el flanco este de la Cordillera de Juan de Fuca. Allí, debajo de 2600 metros de agua y otros 200 metros de sedimento, el depósito de basalto contiene espacios porosos que se llenan a medida que el CO2 se mineraliza en carbonato de piedra caliza. 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 pelota hacia la mineralización de carbono en la costa de basalto, tanto por razones técnicas como reglamentarias», dijo Goldberg. Permitiría a los investigadores experimentar con diferentes tipos de inyecciones, por ejemplo, si deberían ser continuas o intermitentes, y responder a preguntas como «¿qué tan rápido se llena el espacio poroso?» Que solo puede ser probado 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 Estados Unidos solo comenzarían a crear un marco regulatorio cuando tengan un proyecto piloto. Goldberg dice que todavía están buscando fondos para un proyecto piloto, pero «Ahí está».

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 dirigida por Reykjavik Energy. Mientras que la planta funciona con energía geotérmica renovable, aún emite una pequeña cantidad de CO2; CarbFix inyecta 12,000 toneladas de CO2 al suelo por $ 30 por tonelada.

Debido a que la mineralización de carbono aprovecha los procesos químicos naturales, tiene el potencial de proporcionar una forma económica, no tóxica y permanente para 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 posiblemente podría contaminar los recursos hídricos o desencadenar terremotos.

Captura de aire directa

La captura directa de aire aspira el dióxido de carbono del aire mediante el uso de ventiladores para mover el aire sobre sustancias que se unen específicamente al dióxido de carbono. (Este concepto se basa en el «árbol artificial».Klaus Lackner, director del Centro de Emisiones de Carbono Negativas de la Universidad Estatal de Arizona, quien durante muchos años fue el director del Centro de Energía Sostenible Lenfest del Instituto de la Tierra. La tecnología emplea compuestos en una solución líquida o en un revestimiento en una Sólido que captura el CO2 al entrar en contacto con él. cuando se exponen más tarde al calor y las reacciones químicas, liberan el CO2, que luego puede comprimirse y almacenarse 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 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 una de cada 2.500 moléculas es CO2, por lo que el proceso para eliminar CO2 es más costoso 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 $ 100- $ 200 por tonelada; aún es costoso, en parte porque no hay 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 pueda capturarse de manera más eficiente y / o vender el CO2 capturado puede bajar el precio. Tres compañías, Swiss Climeworks, Canadian Carbon Engineering 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 los rendimientos 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 de aire directas construidas o en construcción en Europa; Su planta italiana utiliza el CO2 capturado para producir combustible de metano para camiones.

Carbon Engineering , 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 el CO2 por $ 100 a $ 150 por tonelada. Su objetivo es utilizar el CO2 para producir combustibles de hidrocarburos sintéticos neutros en carbono, lo que reduciría aún más su costo. La compañía sostiene que una instalación que utiliza este proceso de «Aire a Combustibles», una vez ampliado, podría producir combustible a menos de $ 1 dólar por litro.

Global Thermostat, que está construyendo su primera planta en Huntsville, Alabama, apunta a reducir su precio a $ 50 la tonelada vendiendo el CO2 capturado a una compañía de refrescos. La compañía construiría pequeñas «plantas de captura» en el lugar 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 con posiblemente 40 gigatoneladas para las 2100. Sin embargo, la captura de aire directa a gran escala podría eventualmente tener impactos ambientales derivados de la extracción, refinación, transporte y eliminación de desechos. De los minerales que captan las emisiones de carbono.

Si bien la captura directa de aire tiene un gran potencial para la eliminación del dióxido de carbono, aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. Afortunadamente, está recibiendo cierto apoyo del Congreso en la forma de la Ley FUTURA (la Ley de captura de carbono , utilización, tecnología, almacenamiento subterráneo y Ley de emisiones reducidas). La ley duplica los créditos fiscales para capturar y almacenar permanentemente el dióxido de carbono en formaciones geológicas y utilizarlo para mejorar la recuperación de petróleo; para empresas que convierten el 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.

Meteorización mejorada

Las rocas y el suelo se degradan 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 eventualmente se transporta al océano donde se almacena. La meteorización mejorada acelera este proceso al esparcir rocas pulverizadas, como basalto u olivino, en tierras agrícolas o en el océano. Podría ser aplastado y extendido en campos y playas, e incluso usarse para caminos y áreas de juego.

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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 lava en el océano, podría ayudar a neutralizar la acidificación del océano. Pero también podría potencialmente alterar el pH del suelo y las propiedades químicas, y afectar los ecosistemas y las aguas subterráneas. La minería, la molienda y el transporte de la roca serían costosos, requerirían mucha energía y producirían emisiones de carbono adicionales además de la contaminación del aire. Debido a las muchas variables y al hecho de que la mayoría de las evaluaciones de la intemperización mejorada no se han probado en el campo, las estimaciones de costos varían ampliamente.

La alcalinización oceánica, considerada un tipo de meteorización mejorada, implica agregar minerales alcalinos, como el olivino, a la superficie del océano para aumentar la captación 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 por tonelada. Sus impactos ecológicos, sin embargo, son desconocidos.

Fertilización oceánica

La fertilización del océano agregaría nutrientes, a menudo hierro, al océano para estimular la proliferación de algas, que absorberían más CO2 a través de la fotosíntesis. Sin embargo, al estimular el crecimiento del fitoplancton, la base de la cadena alimentaria, la fertilización del océano podría afectar la productividad alimentaria local y regional. Las floraciones de algas extensas también podrían causar eutrofización y resultar en zonas muertas agotadas de oxígeno. Además de sus posibles impactos en el ecosistema, también tiene menos posibilidades de secuestrar carbono a largo plazo.

Carbono azul costero

Las marismas, manglares, pastos marinos y otras plantas en los humedales de las mareas son responsables de más de la mitad del carbono secuestrado en los ecosistemas oceánicos y costeros. Este carbono azul se puede almacenar durante milenios en las plantas y sedimentos. Sin embargo, los humedales están siendo destruidos por la escorrentía y la contaminación, la sequía y el desarrollo costero: cada media hora se pierde un campo de pastos marinos del tamaño de un campo de fútbol. Restaurar y crear humedales y administrarlos mejor podría potencialmente duplicar su almacenamiento de carbono. Los humedales saludables también proporcionan protección contra tormentas, mejoran la calidad del agua y apoyan la vida marina.

Existen pocas estimaciones del potencial de eliminación de carbono del carbono azul, pero los costos serían bajos a cero.

Y algunas ideas para el futuro.

Y Combinator, una organización que financia nuevas empresas prometedoras, hizo un llamado para que trabajen en nuevos tipos de tecnologías de remoción de dióxido de carbono, ninguna de las cuales ha sido probada fuera de un laboratorio. Específicamente, están buscando proyectos en cuatro áreas:

  • La modificación de los genes del fitoplancton les permitiría secuestrar el carbono en áreas del océano global que carecen de los nutrientes necesarios para la fotosíntesis.
  • La electro-geoquímica utiliza electricidad de fuentes renovables para descomponer el agua salina y producir hidrógeno (que puede usarse como combustible) y oxígeno, que, en presencia de minerales, produce una solución altamente reactiva. Esta solución absorbe el dióxido de carbono de la atmósfera y lo convierte en bicarbonato.
  • Los sistemas enzimáticos aceleran las reacciones químicas que podrían convertir el dióxido de carbono en otros compuestos orgánicos útiles. Y Combinator desea crear sistemas de enzimas que puedan hacer esto fuera de las células vivas para simplificar la fijación de carbono.
  • La última idea consiste en crear 4.5 millones de pequeños oasis en desiertos para albergar fitoplancton que absorbería CO2. También proporcionarían agua fresca y vegetación de apoyo que también podría absorber carbono.

¿Qué se necesita para avanzar en la eliminación de dióxido de carbono?

Cada tecnología CDR es factible en algún nivel, pero tiene incertidumbres sobre el costo, la tecnología, la velocidad de la posible implementación o los impactos ambientales. Está claro que nadie proporciona la solución definitiva al cambio climático .

«La eliminación del dióxido de carbono por sí sola no puede hacerlo», dijo Kate Gordon, becaria del Centro de Política Global de Energía de Columbia. «Si hay algo que el informe del IPCC realmente subraya es que necesitamos una cartera: necesitamos reducir las emisiones drásticamente, necesitamos encontrar más opciones de energía renovable para reemplazar los combustibles fósiles, necesitamos electrificar muchas de las cosas que existen actualmente. ejecutar petróleo y luego tenemos que hacer una enorme cantidad de eliminación de carbono «. A corto plazo, le gustaría ver más despliegue y aumento gradual de estrategias probadas y verdaderas, como la plantación de árboles y prácticas agrícolas más sostenibles.

De hecho, un nuevo estudio acaba de determinar que plantar árboles y mejorar el manejo de pastizales, tierras agrícolas y humedales podría secuestrar el 21 por ciento de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero de los Estados Unidos a un costo relativamente bajo.

Desarrollar más las otras estrategias de eliminación de dióxido de carbono requerirá cantidades sustanciales de dinero.

«La comunidad de filantropía climática en realidad 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 importante dedicado a estas estrategias para que podamos comenzar a mejorar la tecnología y tener una mejor idea de cuánto cuesta hacer cada una de estas cosas, qué tan efectivas son y qué tan seguras son».

El establecimiento de un incentivo financiero para eliminar el carbono, como un impuesto al carbono o las sanciones por la emisión de carbono , también ayudaría.

«Esta es la próxima frontera de la conversación sobre energía, clima y tecnología», dijo Gordon. «Necesitamos estar por delante de esto si queremos mantenernos competitivos, si queremos seguir teniendo la mayoría de las patentes de energía limpia y avanzada del mundo … De lo contrario, se lo compraremos a alguien más, porque alguien lo va a hacer. eso.»

Proporcionado por: Estado del Planeta