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Enfoque revolucionario para almacenar y utilizar carbono, y el impresionante esfuerzo que se requerirá para lograrlo.


Con las emisiones globales sin cesar, el cambio climático avanza a un ritmo sorprendente. Sin embargo, un equipo de científicos de la Universidad de California en Santa Bárbara y la Universidad RWTH Aachen en Alemania tienen en mente un nuevo y novedoso destino para todo el dióxido de carbono que se arroja a la atmósfera: los productos químicos.


Harrison Tasoff, Universidad de California – Santa Barbara


La producción química emite cantidades asombrosas de gases de efecto invernadero a través de la energía que consume y las materias primas basadas en carbono que utiliza. Sangwon Suh, profesor de la Escuela de Ciencias y Gestión Ambientales Bren de la Universidad de California en Santa Bárbara, y sus colegas investigadores ven la oportunidad de desviar miles de millones de toneladas de CO2 de las chimeneas a la cadena de suministro de productos químicos, si el mundo puede crear suficiente energía renovable para esfuerzo que vale la pena. Su análisis aparece en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Según los hallazgos del equipo, la producción química, una industria que abarca sectores tan diversos como lubricantes, pinturas y plásticos, representa más de 3.300 millones de toneladas métricas de CO2 por año, o el equivalente en otros gases de efecto invernadero. Suh lanzó recientemente la primera cuenta completa de las emisiones de carbono de los plásticos, en la que él y su coautor descubrieron que solo los plásticos representan el equivalente a 1.800 millones de toneladas métricas de emisiones de CO2 por año.

«Por un lado, esta cantidad masiva de plástico y productos químicos plantea un problema», dijo Suh, quien investiga la ecología industrial, «porque se necesita una gran cantidad de energía en la producción y, una vez que se utilizan los productos, una gran cantidad de desechos será generado «.

«Por otra parte», continuó, «esta es una oportunidad, ya que estas materias primas se basan en gran medida en el carbono. Si podemos utilizar el dióxido de carbono como fuente de carbono para estos plásticos y productos químicos, podemos capturar y almacenar una gran cantidad de carbono. «cantidad de CO2 en los plásticos y productos químicos que de otro modo se hubieran emitido, todo mientras se crea valor».

La aplicación de la captura y utilización de carbono (CCU) a la industria química es una idea novedosa. Proporcionaría una fuente renovable de compuestos de carbono y tiene el beneficio adicional de extraer el CO2 de la atmósfera. CCU también produce una gran cantidad de agua pura como un subproducto, un beneficio potencial ya que la seguridad del agua se convierte en un problema mayor. Lo que es más, poner el carbono capturado en uso compensa algunos de los costos de capturarlo en primer lugar, un gran desafío económico para los esfuerzos de secuestro de carbono.

Pero el equipo quería saber qué tan práctico podría ser. Este es un nuevo territorio, por lo que la mayoría de los investigadores tuvieron que trabajar desde cero. Se dispusieron a probar si la CCU ofreció una oportunidad considerable para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y descubrieron que sí lo hizo. La técnica podría eliminar hasta 3.5 billones de toneladas métricas de CO2, o el equivalente en otros gases de efecto invernadero por año.

Sin embargo, este proceso aumentaría las demandas de energía totales de la industria, principalmente porque también necesita hidrógeno, que generalmente se produce a partir del agua a través de la electrólisis. Estas demandas deberían satisfacerse con energía renovable, de lo contrario, el proceso emitiría más carbono que el simple suministro de material tradicionalmente, a través de las reservas de combustibles fósiles.

La pregunta entonces fue: ¿cuánta electricidad renovable se necesita para alcanzar este potencial técnico de 3.5 gigatones?

La respuesta: 126 a 222% de los 2030 objetivos de energía renovable actuales del mundo. Y estos objetivos ya parecen muy ambiciosos bajo las políticas y trayectorias actuales.

«Nos sorprendió la cantidad de electricidad necesaria para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a través de CCU», comentó Suh. «Algunas personas pueden pensar que los números de generación de energía renovable que probamos no son realistas. Bueno, ese es el punto».

Tiempo y esfuerzo

Muchos científicos se interesaron en la CCU, así como en la captura y el almacenamiento de carbono, ya que se preocuparon más de que las distintas propuestas y estrategias para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero queden cortas. Las luces LED y los autos eléctricos producen menos gases de efecto invernadero, pero evitar una catástrofe climática requiere algo más que reducir las emisiones, dijo Suh.

«Los científicos están comenzando a sentir que estos esfuerzos no podrán mantenernos en un aumento de temperatura promedio global de 1.5 a 2 grados centígrados», dijo. Estos son los objetivos establecidos por las Naciones Unidas después del informe del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) para prevenir desastres climáticos. Mantenerse dentro de estos objetivos requiere reducir las emisiones netas a cero para la segunda mitad del siglo, dijo Suh, quien se desempeñó como autor principal coordinador en parte del informe de 2014 del panel .

Esto lleva al concepto de presupuesto de carbono, es decir, una cantidad máxima total de gases de efecto invernadero que los humanos pueden emitir y aún así mantener el calentamiento por debajo de 2 grados centígrados. Los científicos han producido muchas estimaciones de este presupuesto, pero uno de los más influyentes produce una cifra de 763 mil millones de toneladas métricas de CO2, o el equivalente en otros gases. En este momento, emitimos alrededor de 50 mil millones de toneladas de CO2 por año, dijo Suh. Eso no permite mucho margen de maniobra, ni mucho tiempo para resolver el problema.

«Tenemos que reducir drásticamente nuestras emisiones de gases de efecto invernadero de inmediato», dijo Suh.

Sin embargo, él cree que mantener una visión demasiado optimista del potencial de captura de carbono también es peligroso. «Nuestro estudio representa la primera evaluación global del potencial que tiene la CCU para la mitigación del carbono, y descubrimos que se necesita mucho para que la CCU salve al mundo», dijo Suh. Los seres humanos no pueden continuar los negocios como de costumbre, asumiendo que la captura de carbono para solucionar el problema, incluso si no cumplimos con nuestros objetivos.

«Más que nada, este estudio muestra la enorme magnitud de la energía renovable necesaria para que la UCC tenga sentido», dijo Suh. Sospecha que aquellos que lean el estudio se resistirán a los requisitos, diciendo que no podemos dirigir toda esa electricidad renovable únicamente a CCU.

«Estoy de acuerdo», dijo. «Ese es el punto.»

El mejor valor por tu dinero

Si agregamos la enorme cantidad de electricidad renovable que se detalla en el estudio, surge la pregunta de si CCU es la mejor aplicación de esta potencia adicional. Así que el equipo comparó a CCU con alternativas que pueden resultar más eficientes.

Resulta que CCU no es actualmente el uso más eficiente de la electricidad renovable para la mitigación del carbono. Invertir esta energía en bombas de calor, en lugar de depender del gas natural para calefacción, proporcionaría la mayor reducción de emisiones por kilovatio-hora, seguido de cosas como la electrificación del transporte y los calentadores de agua. De hecho, el equipo calculó que podríamos invertir unos 5 petawatt-hora (5 trillones de kilovatios-hora) de energía renovable adicional en bombas de calor antes de que alcancen la saturación. Solo después de todos estos otros usos más eficientes de la electricidad renovable, tendría sentido invertir energía verde en la captura y utilización del carbono .

Sin embargo, si se genera una capacidad adicional, CCU podría ser una herramienta valiosa para reducir las emisiones de efecto invernadero, según los científicos. El gran tonelaje de compuestos a base de carbono que fluyen a través de la industria química le da a CCU el potencial de tener un efecto de gran tamaño en la reducción de las emisiones.

«No encontramos a CCU como un salvador del entorno global», dijo Suh, «aunque podría tener cierto potencial local, donde existe un exceso de suministro de electricidad renovable sin usos aparentes».

En ese caso, sin embargo, los plásticos voluminosos y los productos químicos producidos deberían enviarse al mercado, lo que generaría más emisiones. En cambio, el exceso de electricidad podría ir hacia el procesamiento de datos, que es mucho más eficiente de transmitir en todo el mundo, dijo Suh. Él y sus colegas ahora están examinando el papel que los centros de datos y la computación subcontratada podrían tener para reducir las emisiones haciendo el uso más eficiente de las fuentes de energía disponibles .


Más información: Arne Kätelhön el al., «Potencial de mitigación del cambio climático de la captura y utilización de carbono en la industria química», PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1821029116Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias.Proporcionado por la Universidad de California – Santa Barbara



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