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.
por Julie Chao, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley
Ahora, un científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ha propuesto un esquema para la captura directa del océano. Eliminar el CO 2 de los océanos les permitirá continuar con su trabajo de absorber el exceso de CO 2 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 CO 2 eliminadas cada año para 2050 a fin de lograr emisiones netas cero. Los océanos contienen significativamente más CO 2 que la atmósfera y han actuado 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?
Básicamente, lo que estoy tratando de hacer es convertir el CO 2 en 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. Entonces, si tiene CO2 libre flotando en el agua de mar, junto con ese magnesio y calcio, naturalmente formará piedra caliza hasta cierto punto, pero el proceso es muy lento, en escalas de tiempo geológicas límite.
Resulta que el cuello de botella en la conversión de CO 2 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 CO 2 en estas calizas en condiciones adecuadas.
Entonces, la idea es ampliar esto: extraer CO 2 de la atmósfera hacia el océano y, en última instancia, convertirlo en algún producto de piedra caliza que se pueda 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 el CO 2 del aire lo suficientemente rápido para que la tecnología funcione, debe resolver el problema de cómo proporcionar suficiente cantidad de esta enzima para 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 la concentración de CO 2 en el 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 de los costos hacia el 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 utilizar la luz solar como fuente de energía y también pueden utilizar el CO 2 como 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 CO 2 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. Luego, si lo pusiera en agua de mar, donde tiene mucho magnesio y calcio, y también CO 2 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. En este momento, simplemente estoy tratando de desarrollar el sistema catalizador primario, que son las bacterias modificadas con enzimas para impulsar la mineralización. Las otras piezas no triviales de este enfoque (cómo diseñar adecuadamente el reactor para estabilizar las concentraciones de CO 2 y el pH necesarios para que funcione este esquema) son desafíos futuros. Pero he estado usando simulaciones para informar mis enfoques a esos problemas.
Es un proyecto divertido porque en un día cualquiera mis co-PI y yo podríamos estar haciendo electroquímica física o manipulación genética en el laboratorio.
P. ¿Cómo se vería esto una vez ampliado? ¿Y cuánto carbono sería capaz de secuestrar?
Lo que imaginé es que la bacteria se cultivaría en un biorreactor a escala de planta. Básicamente, hace fluir agua de mar en este biorreactor mientras mezcla activamente el aire, y procesa el agua de mar, convirtiéndola en piedra caliza. Idealmente, probablemente tenga algún tipo de proceso de centrifugación aguas abajo para extraer los sólidos, que tal vez podría ser impulsado por el flujo de agua en sí, que luego ayuda a extraer los carbonatos de piedra caliza antes de expulsar el agua de mar agotada. Una alternativa que posiblemente podría resolver las restricciones de pH de la mineralización sería implementar esto como un proceso reversible, donde también usa la enzima para reconvertir el carbono que ha capturado en el agua de mar nuevamente en una corriente de CO 2 más concentrada (comportamiento de la anhidrasa carbónica es reversible).
Lo que he calculado para este sistema, asumiendo que la proteína anhidrasa carbónica se comporta en la superficie bacteriana, más o menos, de la misma manera que lo hace en solución libre, sugeriría que necesitaría una planta que tenga solo alrededor de 1 millón de volumen de litro, que en realidad es bastante pequeño. Uno de ellos podría llevarlo a aproximadamente 1 megatón de CO 2 capturado por año. Sin embargo, muchas suposiciones están integradas en ese tipo de estimación, y es probable que cambie a medida que avanza el trabajo.
La construcción de 1.000 instalaciones de este tipo en todo el mundo, que es un número pequeño en comparación con las 14.000 instalaciones de tratamiento de agua en los Estados Unidos solamente, permitiría la captura anual a escala de gigatones de CO 2 atmosférico .
