El secuestro de carbono es la remoción, captura o secuestro a largo plazo de dióxido de carbono de la atmósfera para disminuir o revertir el CO atmosférico.
2contaminación y para mitigar o revertir el cambio climático . [2] [3] [4] [5] Dióxido de carbono ( CO
2) se captura naturalmente de la atmósfera a través de procesos biológicos, químicos y físicos. [6] Estos cambios pueden acelerarse mediante cambios en el uso de la tierra y las prácticas agrícolas, como la conversión de tierras de pastoreo para cultivos y ganado en tierras para plantas de crecimiento rápido no cultivadas. [2] Se han ideado procesos artificiales para producir efectos similares, [6] incluida la captura y secuestro artificial a gran escala de CO producido industrialmente
2utilizando acuíferos salinos subterráneos , reservorios, agua del océano , campos petrolíferos envejecidos u otros sumideros de carbono , bioenergía con captura y almacenamiento de carbono , biocarbón , fertilización oceánica , meteorización mejorada y captura directa de aire cuando se combina con almacenamiento. [4]
La probable necesidad de CDR ( eliminación de dióxido de carbono ) ha sido expresada públicamente por una serie de personas y organizaciones involucradas en los problemas del cambio climático , incluido el director del IPCC , Rajendra Pachauri , [7] la secretaria ejecutiva de la CMNUCC , Christiana Figueres , [8] y World Watch. Instituto . [9] Las instituciones con programas importantes que se centran en CDR incluyen el Lenfest Center for Sustainable Energy en el Earth Institute, Columbia University , [10] y el Climate Decision Making Center, [11] una colaboración internacional operada desde el Departamento de Carnegie-Mellon University Ingeniería y Políticas Públicas.
Descripción
El secuestro de carbono es el proceso involucrado en la captura de carbono y el almacenamiento a largo plazo de dióxido de carbono atmosférico ( CO
2) [2] y puede referirse específicamente a:
- "El proceso de eliminar el carbono de la atmósfera y depositarlo en un depósito". [13] Cuando se lleva a cabo deliberadamente, esto también puede denominarse eliminación de dióxido de carbono , que es una forma de geoingeniería .
- Captura y almacenamiento de carbono, donde el dióxido de carbono se elimina de los gases de combustión (por ejemplo, en las centrales eléctricas ) antes de almacenarse en depósitos subterráneos.
- Ciclos biogeoquímicos naturales del carbono entre la atmósfera y los reservorios, como el desgaste químico de las rocas.
El dióxido de carbono puede capturarse como subproducto puro en procesos relacionados con la refinación de petróleo o de los gases de combustión de la generación de energía . [14] CO
2El secuestro incluye la parte de almacenamiento de la captura y almacenamiento de carbono, que se refiere a la captura y secuestro artificial a gran escala de CO producido industrialmente.
2utilizando acuíferos salinos subterráneos , reservorios, agua del océano , campos petrolíferos envejecidos u otros sumideros de carbono .
El secuestro de carbono describe el almacenamiento a largo plazo de dióxido de carbono u otras formas de carbono para mitigar o diferir el calentamiento global y evitar un cambio climático peligroso . Se ha propuesto como una forma de frenar la acumulación atmosférica y marina de gases de efecto invernadero , que son liberados por la quema de combustibles fósiles y más por la producción ganadera industrial. [3]
El dióxido de carbono se captura naturalmente de la atmósfera mediante procesos biológicos, químicos o físicos. Algunas técnicas de secuestro artificial explotan estos procesos naturales, [6] mientras que otras utilizan procesos totalmente artificiales.
Hay tres formas de llevar a cabo este secuestro; captura de postcombustión, captura de precombustión y oxicombustión. Se está aplicando una amplia variedad de técnicas de separación, incluida la separación de la fase gaseosa, la absorción en un líquido y la adsorción en un sólido, así como procesos híbridos, como los sistemas de adsorción / membranas. Estos procesos anteriores capturan básicamente las emisiones de carbono de las plantas de energía, fábricas, industrias de combustión e instalaciones de producción ganadera de nueva generación a medida que pasan a técnicas de agricultura restaurativa, que las organizaciones utilizan para reducir las emisiones de carbono de sus operaciones.
Procesos biologicos
Biosequestración
La biosequetación es la captura y almacenamiento del dióxido de carbono del gas de efecto invernadero atmosférico mediante procesos biológicos continuos o mejorados. Esta forma de secuestro de carbono ocurre a través de mayores tasas de fotosíntesis a través de prácticas de uso de la tierra como la reforestación , el manejo forestal sostenible y la ingeniería genética . [15] [16]
El secuestro de carbono a través de procesos biológicos afecta el ciclo global del carbono . Los ejemplos incluyen grandes fluctuaciones climáticas, como el evento Azolla , que creó el clima ártico actual . Tales procesos crearon combustibles fósiles , así como clatrato y piedra caliza . Al manipular tales procesos, los geoingenieros buscan mejorar el secuestro.
Turbera
Las turberas actúan como sumideros de carbono debido a la acumulación de biomasa parcialmente descompuesta que, de otro modo, continuaría descomponiéndose por completo. Existe una variación en la medida en que las turberas actúan como sumidero de carbono o fuente de carbono que puede vincularse a diferentes climas en diferentes áreas del mundo y en diferentes épocas del año. [17] Al crear nuevos pantanos o mejorar los existentes, aumentaría la cantidad de carbono que es secuestrado por los pantanos. [18]
Silvicultura
La forestación es el establecimiento de un bosque en un área donde no había cobertura arbórea anterior. La reforestación es la replantación de árboles en tierras marginales de cultivos y pastizales para incorporar carbono del CO atmosférico.
2en biomasa . [19] Para que este proceso de secuestro de carbono tenga éxito, el carbono no debe regresar a la atmósfera desde la quema masiva o pudriéndose cuando los árboles mueren. [20] Con este fin, las tierras asignadas a los árboles no deben ser convertidas a otros usos y podría ser necesaria la gestión de la frecuencia de las perturbaciones para evitar eventos extremos. Alternativamente, la madera de ellos debe ser secuestrada, por ejemplo, a través de biocarbón , bioenergía con almacenamiento de carbono ( BECS ), vertedero o "almacenada" para su uso, por ejemplo, en la construcción. Sin embargo, a menos que crezca a perpetuidad, la reforestación con árboles de larga vida (> 100 años) secuestrará carbono durante un período sustancial y se liberará gradualmente, minimizando el impacto climático del carbono durante el siglo XXI. La Tierra ofrece suficiente espacio para plantar 1.2 billones de árboles adicionales. [21] Plantarlos y protegerlos compensaría unos 10 años de emisiones de CO 2 y secuestraría 205 mil millones de toneladas de carbono. [22] Este enfoque cuenta con el apoyo de la campaña Trillion Tree . Restaurar todos los bosques degradados del mundo capturaría alrededor de 205 mil millones de toneladas de carbono en total (que es aproximadamente 2/3 de todas las emisiones de carbono. [23] [24]
En un artículo publicado en la revista Nature Sustainability, los investigadores estudiaron el efecto neto de continuar construyendo de acuerdo con las prácticas actuales frente al aumento de la cantidad de productos de madera. [25] [26] Concluyeron que si durante los próximos 30 años las nuevas construcciones utilizaran un 90% de productos de madera, se secuestrarían 700 millones de toneladas de carbono. Esto equivale a aproximadamente siete días de emisiones globales en 2019. [27]
En un estudio publicado en Journal of Environmental Management, los investigadores concluyeron "que las coníferas y los árboles de hoja ancha pueden tener diversos efectos sobre el secuestro de carbono orgánico del suelo en suelos de diferentes edades y usos anteriores de la tierra". [28]
Silvicultura urbana
La silvicultura urbana aumenta la cantidad de carbono absorbido en las ciudades al agregar nuevos sitios de árboles y el secuestro de carbono ocurre durante la vida útil del árbol. [29] Generalmente se practica y se mantiene a escalas más pequeñas, como en las ciudades. Los resultados de la silvicultura urbana pueden tener resultados diferentes según el tipo de vegetación que se esté utilizando, por lo que puede funcionar como sumidero pero también como fuente de emisiones. [30] Junto con el secuestro por parte de las plantas, que es difícil de medir pero parece tener poco efecto sobre la cantidad total de dióxido de carbono que se absorbe, la vegetación puede tener efectos indirectos sobre el carbono al reducir la necesidad de consumo de energía. [30]
Humedales
La restauración de humedales implica restaurar las funciones biológicas, geológicas y químicas naturales de un humedal mediante el restablecimiento o la rehabilitación. [31] También se ha propuesto como una posible estrategia de mitigación del cambio climático, y el carbono secuestrado de esta manera se conoce como carbono azul . [32] El suelo de los humedales, particularmente en los humedales costeros como manglares, pastos marinos y marismas, [32] es un importante depósito de carbono; El 20-30% del carbono del suelo del mundo se encuentra en los humedales, mientras que solo el 5-8% de la tierra del mundo está compuesta por humedales. [33] Los estudios han demostrado que los humedales restaurados pueden convertirse en sumideros de CO2 productivos [34] [35] [36] y se han promulgado muchos proyectos de restauración en los Estados Unidos y en todo el mundo. [37] [38] [39] Aparte de los beneficios climáticos, la restauración y conservación de humedales pueden ayudar a preservar la biodiversidad, mejorar la calidad del agua y ayudar con el control de inundaciones. [40]
Al igual que con los bosques, para que el proceso de secuestro tenga éxito, el humedal debe permanecer inalterado. Si se altera de alguna manera, el carbono almacenado en las plantas y los sedimentos se volverá a liberar a la atmósfera y el ecosistema dejará de funcionar como sumidero de carbono. [41] Además, algunos humedales pueden liberar gases de efecto invernadero distintos del CO2, como el metano , que podrían contrarrestar los posibles beneficios climáticos. Las cantidades de CO
2secuestrado por los humedales también puede ser difícil de medir. [40]
Agricultura
En comparación con la vegetación natural, los suelos de las tierras de cultivo se reducen en carbono orgánico del suelo (COS). Cuando un suelo se convierte de terreno natural o seminatural, como bosques, tierras boscosas, pastizales, estepas y sabanas, el contenido de COS en el suelo se reduce en aproximadamente un 30–40%. [42] Esta pérdida se debe a la eliminación de material vegetal que contiene carbono, en términos de cosechas. Cuando cambia el uso de la tierra, el carbono en el suelo aumentará o disminuirá, este cambio continuará hasta que el suelo alcance un nuevo equilibrio. Las desviaciones de este equilibrio también pueden verse afectadas por la variación del clima. [43] La disminución del contenido de COS se puede contrarrestar aumentando la entrada de carbono, esto se puede hacer con varias estrategias, por ejemplo, dejar los residuos de la cosecha en el campo, usar estiércol como fertilizante o incluir cultivos perennes en la rotación. Los cultivos perennes tienen una mayor fracción de biomasa subterránea, lo que aumenta el contenido de COS. [42] A nivel mundial, se estima que los suelos contienen> 8.580 gigatoneladas de carbono orgánico, aproximadamente diez veces la cantidad en la atmósfera y mucho más que en la vegetación. [44]
La modificación de las prácticas agrícolas es un método reconocido de secuestro de carbono, ya que el suelo puede actuar como un sumidero de carbono efectivo que compensa hasta un 20% de las emisiones de dióxido de carbono de 2010 anualmente. [45] (Ver labranza cero ). La restauración de la agricultura orgánica y las lombrices de tierra puede compensar por completo el CO
2exceso de carbono anual de 4 Gt por año y reducción del exceso atmosférico residual. [46] (Ver Compost ).
Los métodos de reducción de emisiones de carbono en la agricultura se pueden agrupar en dos categorías: reducir y / o desplazar las emisiones y mejorar la eliminación de carbono. Algunas de estas reducciones implican el aumento de la eficiencia de las operaciones agrícolas (por ejemplo, equipos que consumen menos combustible), mientras que otras implican interrupciones en el ciclo natural del carbono. Además, algunas técnicas efectivas (como la eliminación de la quema de rastrojos ) pueden tener un impacto negativo en otras preocupaciones ambientales (mayor uso de herbicidas para controlar las malas hierbas que no se destruyen con la quema).
Cultivo de carbono
El cultivo de carbono es el nombre de una variedad de métodos agrícolas destinados a secuestrar el carbono atmosférico en el suelo y en las raíces de los cultivos, la madera y las hojas. El aumento del contenido de carbono del suelo puede ayudar al crecimiento de las plantas, aumentar la materia orgánica del suelo (mejorando el rendimiento agrícola), mejorar la capacidad de retención de agua del suelo y reducir el uso de fertilizantes (y las emisiones que lo acompañan de óxido nitroso (N2O), un gas de efecto invernadero. alcanzó cientos de millones de hectáreas en todo el mundo, de los casi 5 mil millones de hectáreas (1,2 × 1010 acres) de tierras agrícolas mundiales. Los suelos pueden contener hasta un cinco por ciento de carbono en peso, incluida la materia vegetal y animal en descomposición y el biocarbón.
Las posibles alternativas de secuestro al cultivo de carbono incluyen la depuración de CO
2desde el aire con máquinas ( captación directa de aire ); fertilizar los océanos para provocar la proliferación de algas que, después de la muerte, transportan carbono al fondo del mar; almacenar el dióxido de carbono emitido por la generación de electricidad; y tipos de rocas que trituran y extienden, como el basalto, que absorben carbono atmosférico. Las técnicas de manejo de la tierra que se pueden combinar con la agricultura incluyen plantar / restaurar bosques, enterrar el biocarbón producido por biomasa convertida anaeróbicamente y restaurar humedales. (Los lechos de carbón son los restos de marismas y turberas).
Cultivo de bambú
Aunque un bosque de bambú almacena menos carbono total que un bosque maduro de árboles, una plantación de bambú secuestra carbono a un ritmo mucho más rápido que un bosque maduro o una plantación de árboles. Por lo tanto, el cultivo de madera de bambú puede tener un potencial significativo de secuestro de carbono. [47] [48]
Suelo profundo
Los suelos retienen cuatro veces la cantidad de carbono almacenado en la atmósfera. [49] Aproximadamente la mitad de esto se encuentra en las profundidades del suelo. [50] Aproximadamente el 90% de este C profundo del suelo se estabiliza mediante asociaciones minerales-orgánicas. [51]
Reducir las emisiones
El aumento de los rendimientos y la eficiencia generalmente también reduce las emisiones, ya que más alimentos resultan del mismo o menos esfuerzo. Las técnicas incluyen un uso más preciso de fertilizantes , menos alteración del suelo, mejor riego y variedades de cultivos mejoradas para características localmente beneficiosas y mayores rendimientos.
Reemplazar las operaciones agrícolas más intensivas en energía también puede reducir las emisiones. La agricultura de labranza reducida o sin labranza requiere menos uso de maquinaria y, en consecuencia, quema menos combustible por acre. Sin embargo, la labranza cero generalmente aumenta el uso de productos químicos para el control de malezas y es más probable que el residuo que ahora queda en la superficie del suelo libere su CO.
2a la atmósfera a medida que se descompone, reduciendo la reducción neta de carbono. [ cita requerida ]
En la práctica, la mayoría de las operaciones agrícolas que incorporan al suelo residuos, desechos y subproductos de cultivos posteriores a la cosecha proporcionan un beneficio de almacenamiento de carbono. [ cita requerida ] Este es particularmente el caso de prácticas como la quema de rastrojos en el campo, en lugar de liberar casi todo el CO almacenado
2a la atmósfera, la labranza vuelve a incorporar la biomasa al suelo. [ cita requerida ]
Mejora de la eliminación de carbono
Todos los cultivos absorben CO
2durante el crecimiento y soltarlo después de la cosecha. El objetivo de la remoción de carbono agrícola es utilizar el cultivo y su relación con el ciclo del carbono para secuestrar carbono permanentemente dentro del suelo. Esto se hace seleccionando métodos de cultivo que devuelvan la biomasa al suelo y mejoren las condiciones en las que el carbono dentro de las plantas se reducirá a su naturaleza elemental y se almacenará en un estado estable. Los métodos para lograr esto incluyen:
- Utilice cultivos de cobertura como pastos y malezas como cobertura temporal entre las temporadas de siembra.
- Concentre el ganado en pequeños potreros durante días para que pastan de forma ligera pero uniforme. Esto anima a las raíces a crecer más profundamente en el suelo. Stock también labran la tierra con sus cascos, triturando hierba vieja y estiércol en la tierra. [52]
- Cubra los potreros desnudos con heno o vegetación muerta. Esto protege el suelo del sol y permite que el suelo retenga más agua y sea más atractivo para los microbios que capturan carbono. [52]
- Restaurar la tierra degradada, lo que ralentiza la liberación de carbono y devuelve la tierra a la agricultura u otro uso. Las tierras degradadas con un bajo contenido de carbono en el suelo tienen un potencial particularmente alto para almacenar el C del suelo, que puede mejorarse aún más mediante la selección adecuada de la vegetación. [53] [54]
Las prácticas de secuestro agrícola pueden tener efectos positivos en la calidad del suelo , el aire y el agua, ser beneficiosas para la vida silvestre y ampliar la producción de alimentos . En las tierras de cultivo degradadas , un aumento de 1 tonelada del depósito de carbono del suelo puede aumentar el rendimiento de los cultivos de 20 a 40 kilogramos por hectárea de trigo , de 10 a 20 kg / ha de maíz y de 0,5 a 1 kg / ha de caupí . [ cita requerida ]
Los efectos del secuestro del suelo se pueden revertir. Si se interrumpe el suelo o se abandonan las prácticas de labranza, el suelo se convierte en una fuente neta de gases de efecto invernadero. Por lo general, después de 15 a 30 años de secuestro, el suelo se satura y deja de absorber carbono. Esto implica que existe un límite global para la cantidad de carbono que puede contener el suelo. [55]
Muchos factores afectan los costos del secuestro de carbono, incluida la calidad del suelo, los costos de transacción y diversas externalidades, como fugas y daños ambientales imprevistos. Porque la reducción de CO atmosférico
2es una preocupación a largo plazo, los agricultores pueden mostrarse reacios a adoptar técnicas agrícolas más caras cuando no hay un cultivo, suelo o beneficio económico claros. Gobiernos como Australia y Nueva Zelanda están considerando permitir que los agricultores vendan créditos de carbono una vez que documenten que han aumentado suficientemente el contenido de carbono del suelo. [52] [56] [57] [58] [59] [60]
Océanos
Fertilización con hierro
La fertilización con hierro oceánico es un ejemplo de una técnica de geoingeniería. [61] La fertilización con hierro [62] intenta estimular el crecimiento del fitoplancton , que elimina el carbono de la atmósfera durante al menos un período de tiempo. [63] [64] Esta técnica es controvertida debido a la comprensión limitada de sus efectos completos en el ecosistema marino , [65] incluidos los efectos secundarios y posiblemente grandes desviaciones del comportamiento esperado. Tales efectos potencialmente incluyen liberación de óxidos de nitrógeno , [66] y la interrupción de balance de nutrientes del océano. [61]
Los eventos naturales de fertilización con hierro (p. Ej., La deposición de polvo rico en hierro en las aguas del océano) pueden mejorar el secuestro de carbono. Los cachalotes actúan como agentes de fertilización con hierro cuando transportan hierro desde las profundidades del océano hasta la superficie durante el consumo de presas y la defecación. Se ha demostrado que los cachalotes aumentan los niveles de producción primaria y exportación de carbono a las profundidades del océano al depositar heces ricas en hierro en las aguas superficiales del Océano Austral. Las heces ricas en hierro hacen que el fitoplancton crezca y absorba más carbono de la atmósfera. Cuando el fitoplancton muere, parte de él se hunde en las profundidades del océano y se lleva consigo el carbono atmosférico. Al reducir la abundancia de cachalotes en el Océano Austral, la caza de ballenas ha dado como resultado 200.000 toneladas adicionales de carbono que quedan en la atmósfera cada año. [67]
Fertilización con urea
Ian Jones propone fertilizar el océano con urea , una sustancia rica en nitrógeno , para estimular el crecimiento del fitoplancton . [68]
La empresa australiana Ocean Nourishment Corporation (ONC) planea hundir cientos de toneladas de urea en el océano para impulsar el CO
2-absorber el crecimiento del fitoplancton como forma de combatir el cambio climático. En 2007, ONC, con sede en Sydney, completó un experimento con 1 tonelada de nitrógeno en el mar de Sulu frente a las Filipinas. [69]
Mezcla de capas
Fomentar la mezcla de varias capas oceánicas puede mover nutrientes y gases disueltos, ofreciendo vías para la geoingeniería . [70] La mezcla se puede lograr colocando grandes tuberías verticales en los océanos para bombear agua rica en nutrientes a la superficie, lo que desencadena la proliferación de algas , que almacenan carbono cuando crecen y exportan carbono cuando mueren. [70] [71] [72] Esto produce resultados algo similares a la fertilización con hierro. Un efecto secundario es un aumento a corto plazo de CO
2, lo que limita su atractivo. [73]
Algas marinas
Las algas crecen en áreas costeras y poco profundas y capturan cantidades significativas de carbono que pueden ser transportadas a las profundidades del océano por mecanismos oceánicos; las algas que llegan a las profundidades del océano secuestran carbono y evitan que se intercambie con la atmósfera durante milenios. [74] Además, las algas marinas crecen muy rápido y, en teoría, se pueden cosechar y procesar para generar biometano , mediante digestión anaeróbica para generar electricidad, mediante cogeneración / cogeneración o como reemplazo del gas natural . Un estudio sugirió que si las granjas de algas cubrieran el 9% del océano, podrían producir suficiente biometano para satisfacer la demanda equivalente de energía de combustibles fósiles de la Tierra, eliminar 53 gigatoneladas de CO2por año de la atmósfera y producir de manera sostenible 200 kg por año de pescado, por persona, para 10 mil millones de personas. [75] Las especies ideales para tal cultivo y conversión incluyen Laminaria digitata , Fucus serratus y Saccharina latissima . [76]
Procesos fisicos
Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono
La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) se refiere a la biomasa en centrales eléctricas y calderas que utilizan captura y almacenamiento de carbono. [77] [78] El carbono secuestrado por la biomasa sería capturado y almacenado, eliminando así el dióxido de carbono de la atmósfera. [79]
Entierro
Enterrar biomasa (como árboles) [80] directamente imita los procesos naturales que crearon los combustibles fósiles . [81]
Entierro de biocarbón
El biocarbón es carbón vegetal creado por pirólisis de residuos de biomasa . El material resultante se agrega a un vertedero o se usa como mejorador del suelo para crear terra preta . [82] [83] La adición de carbono orgánico pirogénico (biocarbón) es una estrategia novedosa para aumentar la reserva de C del suelo a largo plazo y mitigar el calentamiento global compensando el C atmosférico (hasta 9,5 Pg C anualmente). [84]
En el suelo, el carbono no está disponible para la oxidación a CO
2y la consiguiente liberación atmosférica. Esta es una técnica defendida por el científico James Lovelock , creador de la hipótesis de Gaia . [85] Según Simon Shackley, "la gente está hablando más de algo en el rango de uno a dos mil millones de toneladas al año". [86]
Los mecanismos relacionados con el biocarbón se denominan bioenergía con almacenamiento de carbono, BECS.
Almacenamiento oceánico
Si se inyectara CO 2 al fondo del océano, las presiones serían lo suficientemente grandes como para que el CO 2 estuviera en su fase líquida. La idea detrás de la inyección oceánica sería tener piscinas estables y estacionarias de CO 2 en el fondo del océano. El océano podría contener potencialmente más de mil billones de toneladas de CO 2 . Sin embargo, esta vía de secuestro no se está siguiendo tan activamente debido a las preocupaciones sobre el impacto en la vida del océano y las preocupaciones sobre su estabilidad. [87] Una solución biológica puede ser el cultivo de algas que se pueden exportar naturalmente a las profundidades del océano, capturando cantidades significativas de biomasa en los sedimentos marinos. [74]
Las desembocaduras de los ríos traen grandes cantidades de nutrientes y material muerto de río arriba al océano como parte del proceso que eventualmente produce combustibles fósiles. Transportar material como desechos de cultivos al mar y permitir que se hunda explota esta idea para aumentar el almacenamiento de carbono. [88] Las reglamentaciones internacionales sobre vertidos en el mar pueden restringir o impedir el uso de esta técnica.
Secuestro geológico
El secuestro geológico se refiere al almacenamiento de CO 2 bajo tierra en reservorios de petróleo y gas agotados, formaciones salinas o lechos de carbón profundos que no se pueden extraer.
Una vez que se captura el CO 2 de una fuente puntual, como una fábrica de cemento, [89] se comprime a 100 bar, de modo que se convierte en un fluido supercrítico. En esta forma fluida, el CO 2 sería fácil de transportar a través de una tubería hasta el lugar de almacenamiento. Luego, el CO 2 se inyectaría a gran profundidad, por lo general alrededor de 1 km, donde permanecería estable durante cientos o millones de años. [87] En estas condiciones de almacenamiento, la densidad del CO 2 supercrítico es de 600 a 800 kg / m 3 . [90]
Los parámetros importantes para determinar un buen sitio para el almacenamiento de carbono son: porosidad de la roca, permeabilidad de la roca, ausencia de fallas y geometría de las capas de roca. El medio en el que se almacenará el CO 2 idealmente tiene una alta porosidad y permeabilidad, como la piedra arenisca o la piedra caliza. La piedra arenisca puede tener una permeabilidad que varía de 1 a 10-5 Darcy y puede tener una porosidad tan alta como ~ 30%. La roca porosa debe estar cubierta por una capa de baja permeabilidad que actúa como sello, o roca de fondo, para el CO 2 . La lutita es un ejemplo de una roca de roca muy buena, con una permeabilidad de 10 −5 a 10 −9 Darcy. Una vez inyectado, el penacho de CO 2 se elevará a través de fuerzas de flotación, ya que es menos denso que su entorno. Una vez que encuentra un caprock, se extenderá lateralmente hasta que encuentre un espacio. Si hay planos de falla cerca de la zona de inyección, existe la posibilidad de que el CO 2 pueda migrar a lo largo de la falla hacia la superficie, filtrarse a la atmósfera, lo que sería potencialmente peligroso para la vida en el área circundante. Otro peligro relacionado con el secuestro de carbono es la sismicidad inducida. Si la inyección de CO 2 crea presiones subterráneas demasiado elevadas, la formación se fracturará y provocará un terremoto. [91]
Mientras está atrapado en una formación rocosa, el CO 2 puede estar en la fase de fluido supercrítico o disolverse en agua subterránea / salmuera. También puede reaccionar con minerales en la formación geológica para precipitar carbonatos. Consulte CarbFix .
Se estima que la capacidad mundial de almacenamiento en depósitos de petróleo y gas es de 675 a 900 Gt de CO 2 , y en las vetas de carbón no explotables se estima que es de 15 a 200 Gt de CO 2 . Las formaciones salinas profundas tienen la mayor capacidad, que se estima en 1.000-10.000 Gt CO 2 . [90] En los Estados Unidos, hay una capacidad de almacenamiento estimada de 160 Gt de CO 2 . [91]
Hay una serie de proyectos de captura y secuestro de carbono a gran escala que han demostrado la viabilidad y seguridad de este método de almacenamiento de carbono, que se resumen aquí [92] por el Global CCS Institute. La técnica de monitoreo dominante es la imagen sísmica, donde se generan vibraciones que se propagan por el subsuelo. Se pueden obtener imágenes de la estructura geológica a partir de las ondas refractadas / reflejadas. [91]
El primer CO a gran escala
2El proyecto de secuestro que comenzó en 1996 se llama Sleipner y está ubicado en el Mar del Norte, donde StatoilHydro de Noruega extrae dióxido de carbono del gas natural con disolventes de amina y lo elimina en un acuífero salino profundo . En 2000, una planta de gas natural sintético alimentada con carbón en Beulah, Dakota del Norte , se convirtió en la primera planta que usa carbón del mundo para capturar y almacenar dióxido de carbono, en el Proyecto de Dióxido de Carbono Weyburn-Midale . [93] [ Necesita actualización ] Han seguido varios otros proyectos de secuestro. El Energy Impact Center lanzó el proyecto OPEN100 en febrero de 2020, que es el primer modelo de código abierto del mundo para el diseño, la construcción y la financiación de un reactor de agua a presión estándar pequeño. [94] En septiembre de 2020, el Departamento de Energía de EE. UU. Otorgó $ 72 millones en fondos federales para apoyar el desarrollo y avance de tecnologías de captura de carbono. [95]
CO
2se ha utilizado ampliamente en operaciones mejoradas de recuperación de petróleo crudo en los Estados Unidos a partir de 1972. [3] Hay más de 10,000 pozos que inyectan CO
2solo en el estado de Texas . El gas proviene en parte de fuentes antropogénicas, pero proviene principalmente de grandes formaciones geológicas de CO que ocurren naturalmente.
2. Se transporta a los campos petroleros a través de una gran red de más de 5.000 kilómetros (3.100 millas) de CO
2oleoductos. El uso de CO
2También se han propuesto métodos para la recuperación mejorada de petróleo (EOR) en los yacimientos de petróleo pesado en la Cuenca Sedimentaria del Canadá Occidental (WCSB). [96] Sin embargo, el costo del transporte sigue siendo un obstáculo importante. Un extenso CO
2El sistema de canalización aún no existe en WCSB. Minería de arenas petrolíferas de Athabasca que produce CO
2Se encuentra a cientos de kilómetros al norte del subsuelo. Yacimientos de crudo pesado que podrían beneficiarse más del CO.
2 inyección.
Procesos quimicos
Desarrollado en los Países Bajos, una electrocatálisis por un complejo de cobre ayuda a reducir el dióxido de carbono a ácido oxálico ; [97] Esta conversión utiliza dióxido de carbono como materia prima para generar ácido oxálico.
Carbonatación mineral
Carbono, en forma de CO
2puede eliminarse de la atmósfera mediante procesos químicos y almacenarse en formas minerales de carbonato estables . Este proceso se conoce como 'secuestro de carbono por carbonatación mineral ' o secuestro de minerales. El proceso implica la reacción de dióxido de carbono con óxidos metálicos disponibles en abundancia, ya sea óxido de magnesio (MgO) u óxido de calcio (CaO), para formar carbonatos estables. Estas reacciones son exotérmicas y ocurren naturalmente (p. Ej., El desgaste de la roca durante períodos de tiempo geológicos ). [98] [99]
- CaO + CO
2→ CaCO
3
- MgO + CO
2→ MgCO
3
El calcio y el magnesio se encuentran en la naturaleza típicamente como silicatos de calcio y magnesio (como forsterita y serpentinita ) y no como óxidos binarios. Para forsterita y serpentina, las reacciones son:
- Mg
2SiO
4+ 2 CO
2→ 2 MgCO
3+ SiO
2
- Mg
3Si
2O
5(OH)
4+ 3 CO
2→ 3 MgCO
3+ 2 SiO
2+ 2 H
2O
La siguiente tabla enumera los principales óxidos metálicos de la corteza terrestre . Teóricamente hasta el 22% de esta masa mineral es capaz de formar carbonatos .
Óxido de tierra | Porcentaje de corteza | Carbonato | Cambio de entalpía (kJ / mol) |
---|---|---|---|
SiO 2 | 59,71 | ||
Alabama 2O 3 | 15.41 | ||
CaO | 4,90 | CaCO3 | −179 |
MgO | 4.36 | MgCO3 | −117 |
N / A 2O | 3,55 | N / A2CO3 | |
FeO | 3,52 | FeCO3 | |
K 2O | 2,80 | K2CO3 | |
Fe 2O 3 | 2,63 | FeCO3 | |
21,76 | Todos los carbonatos |
Estas reacciones son ligeramente más favorables a bajas temperaturas. [98] Este proceso ocurre naturalmente durante períodos de tiempo geológicos y es responsable de gran parte de la piedra caliza de la superficie de la Tierra . Sin embargo, la velocidad de reacción se puede acelerar al reaccionar a temperaturas y / o presiones más altas, aunque este método requiere algo de energía adicional. Alternativamente, el mineral podría molerse para aumentar su superficie y exponerse al agua y a la abrasión constante para eliminar la sílice inerte, como se podría lograr de forma natural arrojando Olivine en el oleaje de alta energía de las playas. [100] Los experimentos sugieren que el proceso de meteorización es razonablemente rápido (un año) dadas las rocas basálticas porosas. [101] [102]
CO
2reacciona naturalmente con la roca de peridotita en exposiciones superficiales de ofiolitas , especialmente en Omán . Se ha sugerido que este proceso se puede mejorar para llevar a cabo la mineralización natural de CO
2. [103] [104]
Cuando CO
2se disuelve en agua y se inyecta en rocas basálticas calientes subterráneas.Se ha demostrado que el CO
2reacciona con el basalto para formar minerales de carbonato sólidos. [105] Una planta de prueba en Islandia se puso en marcha en octubre de 2017, extrayendo hasta 50 toneladas de CO 2 al año de la atmósfera y almacenándolo bajo tierra en roca basáltica. [106]
Investigadores de la Columbia Británica desarrollaron un proceso de bajo costo para la producción de magnesita , también conocida como carbonato de magnesio , que puede secuestrar CO 2 del aire o en el punto de contaminación del aire, por ejemplo, en una planta de energía. Los cristales se producen de forma natural, pero la acumulación suele ser muy lenta. [107]
Los desechos de concreto de demolición o el concreto triturado reciclado también son materiales potenciales de bajo costo para la carbonatación mineral, ya que son materiales de desecho ricos en calcio. [108]
Método electroquímico
Otro método utiliza un catalizador de metal líquido y un electrolito líquido en el que se disuelve CO 2 . El CO 2 luego se convierte en copos sólidos de carbono. Este método se realiza a temperatura ambiente. [109] [110] [111]
Uso industrial
La fabricación tradicional de cemento libera grandes cantidades de dióxido de carbono, pero los tipos de cemento recientemente desarrollados por Novacem [112] pueden absorber CO
2del aire ambiente durante el endurecimiento. [113] TecEco fue pionera en una técnica similar , que ha estado produciendo "EcoCement" desde 2002. [114] Una startup canadiense CarbonCure toma el CO 2 capturado y lo inyecta en el concreto mientras se mezcla. [115] Reciclaje de carbono UCLA es otra empresa que utiliza CO
2en concreto. Su producto de hormigón se llama CO2NCRETE ™, un hormigón que se endurece más rápido y es más ecológico que el hormigón tradicional. [116]
En Estonia, las cenizas de esquisto bituminoso , generadas por centrales eléctricas, podrían utilizarse como absorbentes de CO
2secuestro de minerales. La cantidad de CO
2capturado un promedio del 60 al 65% del CO carbonoso
2y del 10 al 11% del CO total
2emisiones. [117]
Depuradores químicos
Se han propuesto varios procesos de depuración con dióxido de carbono para eliminar el CO
2desde el aire, generalmente usando una variante del proceso Kraft . Existen variantes de depuración con dióxido de carbono basadas en carbonato de potasio , que se puede utilizar para crear combustibles líquidos, o en hidróxido de sodio . [118] [119] [120] Estos incluyen notablemente árboles artificiales propuestos por Klaus Lackner para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera utilizando depuradores químicos . [121] [122]
Almacenamiento de basalto
El secuestro de dióxido de carbono en el basalto implica la inyección de CO
2en formaciones de aguas profundas. El CO
2primero se mezcla con agua de mar y luego reacciona con el basalto, ambos elementos ricos en álcalis. Esta reacción da como resultado la liberación de iones Ca 2+ y Mg 2+ que forman minerales de carbonato estables. [123]
El basalto submarino ofrece una buena alternativa a otras formas de almacenamiento de carbono oceánico porque tiene una serie de medidas de captura para garantizar una protección adicional contra las fugas. Estas medidas incluyen " formación geoquímica, sedimentaria, gravitacional e hidratos ". Porque CO
2el hidrato es más denso que el CO
2en agua de mar, el riesgo de fugas es mínimo. Inyectando el CO
2a profundidades superiores a 2700 metros (8900 pies) asegura que el CO
2tiene una densidad mayor que el agua de mar, lo que hace que se hunda [124]
Un posible sitio de inyección es la placa Juan de Fuca . Los investigadores del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty encontraron que esta placa en la costa occidental de los Estados Unidos tiene una posible capacidad de almacenamiento de 208 gigatoneladas. Esto podría cubrir todas las emisiones de carbono actuales de EE. UU. Durante más de 100 años. [124]
Este proceso se está sometiendo a pruebas como parte del proyecto CarbFix , lo que da como resultado que el 95% de las 250 toneladas de CO 2 inyectadas se solidifiquen en calcita en 2 años, utilizando 25 toneladas de agua por tonelada de CO 2 . [102] [125]
Neutralización ácida
El dióxido de carbono forma ácido carbónico cuando se disuelve en agua, por lo que la acidificación del océano es una consecuencia significativa de los niveles elevados de dióxido de carbono y limita la velocidad a la que puede ser absorbido por el océano (la bomba de solubilidad ). Se ha sugerido una variedad de bases diferentes que podrían neutralizar el ácido y así aumentar el CO
2absorción. [126] [127] [128] [129] [130] Por ejemplo, agregar piedra caliza triturada a los océanos mejora la absorción de dióxido de carbono. [131] Otro enfoque es agregar hidróxido de sodio a los océanos que se produce por electrólisis de agua salada o salmuera, mientras se elimina el ácido clorhídrico residual por reacción con una roca de silicato volcánico como la enstatita , aumentando efectivamente la tasa de meteorización natural de estas rocas. para restaurar el pH del océano. [132] [133] [134]
Obstáculos
Aumento de las tasas de extracción de carbono fósil
A partir del año 2019, la extracción y quema de carbono fósil por parte de los humanos ha agregado un total de 440 GtC (gigatoneladas de carbono) a las regiones atmosférica, oceánica y terrestre de la biosfera de la Tierra. [135] La mayoría se ha agregado en el último medio siglo. [136] Las tasas de extracción mundiales han aumentado aproximadamente un 2% anual durante muchos años y ahora superan los 10 GtC / año. [137]
Costos financieros
El uso de la tecnología agregaría entre 1 y 5 centavos adicionales de costo por kilovatio hora, según la estimación realizada por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático. Los costos financieros de la tecnología moderna del carbón casi se duplicarían si la reglamentación exigiera el uso de la tecnología CAC. [138] El costo de la tecnología CAC difiere con los diferentes tipos de tecnologías de captura que se utilizan y con los diferentes sitios en los que se implementa, pero los costos tienden a aumentar con la implementación de la captura CAC. [139] Un estudio realizado predijo que con las nuevas tecnologías estos costos podrían reducirse pero seguirían siendo ligeramente más altos que los precios sin las tecnologías CAC. [140]
Requerimientos energéticos
Los requisitos energéticos de los procesos de secuestro pueden ser importantes. En un documento, el secuestro consumió el 25 por ciento de la capacidad de producción nominal de 600 megavatios de la planta. [141]
- Después de agregar la captura y compresión de CO 2 , la capacidad de la central eléctrica de carbón se reduce a 457 MW.
Uso en la política climática de EE. UU.
A partir de mediados y finales de la década de 2010, muchas piezas de los Estados Unidos la política del clima y el medio ambiente han tratado de hacer uso del potencial de mitigación de la captura de carbono. Muchas de estas políticas involucran la conservación de ecosistemas sumideros de carbono, como bosques y humedales, o el fomento de prácticas agrícolas y de uso de la tierra diseñadas para aumentar la captura de carbono, como el cultivo de carbono o la agrosilvicultura , a menudo mediante incentivos financieros para agricultores y propietarios de tierras.
La Orden Ejecutiva para abordar la crisis climática en el hogar y en el extranjero, firmada por el presidente Joe Biden el 27 de enero de 2021, incluye varias menciones al secuestro de carbono a través de la conservación y restauración de ecosistemas sumideros de carbono, como humedales y bosques. Estos incluyen enfatizar la importancia de los agricultores, propietarios de tierras y comunidades costeras en el secuestro de carbono, ordenar al Departamento del Tesoro que promueva la conservación de los sumideros de carbono a través de mecanismos basados en el mercado y ordenar al Departamento del Interior que colabore con otras agencias para crear un Cuerpo Civil del Clima. aumentar el secuestro de carbono en la agricultura, entre otras cosas. [142]
Varias leyes introducidas en los Congresos 116. ° y 117. °, incluida la Ley de administración del clima de 2019, [143] la Ley de soluciones climáticas basadas en el océano de 2020 , [144] la Ley de suelos saludables y agricultores resilientes de 2020 , [145] y la Ley clima saludable suelos sanos de 2020 , [146] han tratado de aumentar la captura de carbono en tierras privadas y públicas a través de incentivación financiera.
Varios gobiernos estatales, incluidos California , Hawai , Maryland y Nueva York , han aprobado versiones de un crédito fiscal para el cultivo de carbono , que buscan mejorar la salud del suelo y aumentar el secuestro de carbono al ofrecer asistencia financiera e incentivos para los agricultores que practican la agricultura regenerativa , el cultivo de carbono. y otras prácticas de mitigación del cambio climático. [147] [148] [149] [150] [151] Se estima que el Programa de Suelos Saludables de California ha generado 109,809 toneladas métricas de CO
2siendo secuestrados anualmente en promedio. [150]
Según se informa, la Casa Blanca y el USDA están desarrollando planes para usar $ 30 mil millones en fondos de la Commodity Credit Corporation (CCC) para la creación de un programa de banco de carbono, que implicaría otorgar créditos de carbono a agricultores y propietarios de tierras a cambio de adoptar prácticas de secuestro de carbono. que luego podrían vender en un mercado de cap and trade. [152] [153]
Crítica
Algunos activistas ambientales y demócratas progresistas han criticado la captura y almacenamiento o secuestro de carbono (CAC) como una falsa solución a la crisis climática. Citan el papel de la industria de los combustibles fósiles en los orígenes de la tecnología y en el cabildeo por una legislación centrada en la CAC y argumentan que permitiría a la industria "lavarse de verde " a sí misma financiando y participando en cosas como campañas de plantación de árboles sin reducir significativamente su carbono. emisiones. [154] [155]
Ver también
- Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono
- Carbono azul
- Reutilización de plataformas de perforación en alta mar para almacenar carbono
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- Secuestro de carbono: ciencia, tecnología y políticas El programa MIT cubre la captura y almacenamiento de carbono (CCS)