La captura directa de aire ( DAC ) es un proceso de captura de dióxido de carbono ( CO
2) directamente del aire ambiente (en lugar de capturarlo de fuentes puntuales , como una fábrica de cemento o una planta de energía de biomasa ) y generar una corriente concentrada de CO
2para el secuestro o la utilización o la producción de combustible de carbono-neutral y windgas . La eliminación de dióxido de carbono se logra cuando el aire ambiente entra en contacto con medios químicos, típicamente un solvente alcalino acuoso [1] o sorbentes funcionalizados. [2] Estos medios químicos se eliminan posteriormente de CO 2 mediante la aplicación de energía (es decir, calor), lo que da como resultado una corriente de CO 2 que puede sufrir deshidratación y compresión, mientras que simultáneamente se regeneran los medios químicos para su reutilización.
DAC fue sugerido en 1999 y todavía está en desarrollo, [3] [4] aunque varias plantas comerciales están en operación o planeando en Europa y los Estados Unidos. La implementación de DAC a gran escala puede acelerarse cuando se conecta con casos de uso económicos o incentivos de políticas.
El DAC no es una alternativa a la captura y almacenamiento de carbono de fuente puntual (CCS) tradicional, pero se puede utilizar para gestionar las emisiones de fuentes distribuidas, como los gases de escape de los automóviles. Cuando se combina con el almacenamiento a largo plazo de CO
2, DAC puede actuar como una herramienta de eliminación de dióxido de carbono , aunque los científicos discuten la practicidad de tal enfoque.
La idea de utilizar muchos depuradores DAC pequeños y dispersos, análogos a las plantas vivas, para crear una reducción ambientalmente significativa de CO
2niveles, le ha valido a la tecnología un nombre de árboles artificiales en los medios populares. [5] [6]
Métodos de captura
Las técnicas comerciales requieren grandes ventiladores para empujar el aire ambiente a través de un filtro. Allí, un solvente líquido , generalmente a base de amina o cáustico , absorbe CO
2de un gas. [7] Por ejemplo, un solvente cáustico común: el hidróxido de sodio reacciona con CO
2y precipita un carbonato de sodio estable . Este carbonato se calienta para producir un CO gaseoso de alta pureza.
2Arroyo. [8] [9] El hidróxido de sodio se puede reciclar del carbonato de sodio en un proceso de caustificación . [10] [ verificación fallida ] Alternativamente, el CO
2se une al sorbente sólido en el proceso de quimisorción . [7] Mediante calor y vacío, el CO
2luego se desorbe del sólido. [9] [11]
Entre los procesos químicos específicos que se están explorando destacan tres: caustificación con hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, carbonatación , [12] y sorbentes híbridos orgánico-inorgánicos constituidos por aminas soportadas en adsorbentes porosos . [3]
Otros métodos explorados
Absorbente de oscilación de humedad
En un proceso cíclico diseñado en 2012 por el profesor Klaus Lackner , director del Centro de Emisiones Negativas de Carbono (CNCE), diluir CO
2se puede separar de manera eficiente utilizando una resina de polímero de intercambio aniónico llamada Marathon MSA, que absorbe el CO del aire
2cuando está seco, y lo suelta cuando se expone a la humedad. La tecnología requiere más investigación para determinar su rentabilidad. [13] [14] [15]
Estructuras metalorgánicas
Otras sustancias que se pueden utilizar son las estructuras organometálicas (o MOF). [dieciséis]
Membranas
Separación de membranas de CO
2dependen de membranas semipermeables. Este método requiere poca agua y ocupa menos espacio. [7]
Impacto medioambiental
Los defensores del CAD argumentan que es un componente esencial de la mitigación del cambio climático . [17] [11] [15] Los investigadores postulan que el CAD podría ayudar a contribuir a los objetivos del Acuerdo Climático de París (es decir, limitar el aumento de la temperatura media mundial muy por debajo de los 2 ° C por encima de los niveles preindustriales). Sin embargo, otros afirman que confiar en esta tecnología es arriesgado y podría posponer la reducción de emisiones bajo la idea de que será posible solucionar el problema más adelante, [4] [18] y sugieren que reducir las emisiones puede ser una mejor solución. [8] [19]
El DAC que se basa en la absorción a base de aminas exige un aporte de agua significativo. Se estimó que para capturar 3,3 Gigatoneladas de CO
2al año se necesitarían 300 km 3 de agua, o el 4% del agua utilizada para riego . Por otro lado, el uso de hidróxido de sodio requiere mucha menos agua, pero la sustancia en sí es altamente cáustica y peligrosa. [4]
El DAC también requiere un aporte de energía mucho mayor en comparación con la captura tradicional de fuentes puntuales, como los gases de combustión , debido a la baja concentración de CO
2. [8] [18] La energía mínima teórica requerida para extraer CO
2del aire ambiente es de aproximadamente 250 kWh por tonelada de CO
2, mientras que la captura de plantas de energía de gas natural y carbón requiere, respectivamente, alrededor de 100 y 65 kWh por tonelada de CO
2. [17] Debido a esta demanda implícita de energía, algunos promotores de la geoingeniería han propuesto utilizar "pequeñas centrales nucleares" conectadas a instalaciones de CAD. [4]
Cuando el DAC se combina con un sistema de captura y almacenamiento de carbono (CCS) , puede producir una planta de emisiones negativas, pero requeriría una fuente de electricidad libre de carbono . El uso de cualquier electricidad generada por combustibles fósiles terminaría liberando más CO
2a la atmósfera de lo que capturaría. [18] Además, el uso de CAD para mejorar la recuperación de petróleo cancelaría cualquier supuesto beneficio de mitigación del clima. [4] [9]
Aplicaciones
Las aplicaciones prácticas de DAC incluyen:
- recuperación mejorada de petróleo , [4]
- producción de plásticos y combustibles sintéticos neutros en carbono , [19] [11] [4]
- carbonatación de bebidas , [20]
- secuestro de carbono , [17]
- mejorar la resistencia del hormigón, [20]
- crear una alternativa de hormigón neutro en carbono, [20]
- mejorar la productividad de las granjas de algas, [21]
- enriquecimiento del aire en invernaderos [21]
Estas aplicaciones requieren diferentes concentraciones de CO
2producto formado a partir del gas capturado. Las formas de secuestro de carbono, como el almacenamiento geológico, requieren CO puro
2productos (concentración> 99%), mientras que otras aplicaciones como la agricultura pueden funcionar con productos más diluidos (~ 5%). Dado que el aire que se procesa a través de DAC originalmente contiene 0.04% de CO
2(o 400 ppm), la creación de un producto puro a través de DAC requiere una gran cantidad de energía térmica para facilitar el CO
2pegado y por lo tanto es más caro que un producto diluido. [21]
DAC no es una alternativa a la captura y almacenamiento de carbono de fuente puntual (CCS) tradicional, sino que es una tecnología complementaria que podría utilizarse para gestionar las emisiones de carbono de fuentes distribuidas, las emisiones fugitivas de la red de CCS y las fugas de formaciones geológicas. [17] [19] [8] Debido a que el DAC puede desplegarse lejos de la fuente de contaminación, el combustible sintético producido con este método puede utilizar la infraestructura de transporte de combustible ya existente. [20]
Costo
Uno de los mayores obstáculos para implementar DAC es el costo requerido para separar CO
2y aire. [21] Un estudio de 2011 estimó que una planta diseñada para capturar 1 megatonelada de CO
2un año costaría 2.200 millones de dólares. [8] Otros estudios del mismo período sitúan el costo del CAD entre 200 y 1000 dólares por tonelada de CO
2[17] y 600 dólares por tonelada. [8]
Un estudio económico de una planta piloto en Columbia Británica, Canadá , realizado entre 2015 y 2018, calculó el costo en 94-232 dólares por tonelada de CO atmosférico.
2remoto. [11] [1] Cabe señalar que el estudio fue realizado por Carbon Engineering , que tiene interés financiero en comercializar tecnología DAC. [1] [9]
A partir de 2011[actualizar], CO
2Los costos de captura de solventes a base de hidróxido generalmente cuestan $ 150 por tonelada de CO
2. La separación actual basada en aminas líquidas es de $ 10 a 35 por tonelada de CO
2. CO basado en adsorción
2los costos de captura oscilan entre $ 30 y $ 200 por tonelada de CO
2. Es difícil encontrar un costo específico para DAC porque cada método tiene una amplia variación en la regeneración del sorbente y los costos de capital. [8] [ verificación necesaria ]
La implementación de DAC a gran escala puede acelerarse mediante incentivos de políticas como el 45Q o el estándar de combustible bajo en carbono de California . [ cita requerida ]
Desarrollo
Ingeniería de Carbono
Es una empresa comercial de DAC fundada en 2009 y respaldada, entre otros, por Bill Gates y Murray Edwards . [20] [19] A partir de 2018[actualizar], tienen una planta piloto en Columbia Británica, Canadá, que ha estado en uso desde 2015 [11] y es capaz de extraer alrededor de una tonelada de CO
2un día. [4] [19] Un estudio económico de su planta piloto realizado entre 2015 y 2018 estimó el costo en 94-232 dólares por tonelada de CO atmosférico.
2remoto. [11] [1]
Al asociarse con la compañía energética de California Greyrock, convierten una parte de su CO concentrado
2en combustible sintético , incluyendo gasolina, diesel y combustible para aviones. [11] [19]
La empresa utiliza una solución de hidróxido de potasio . Reacciona con CO
2para formar carbonato de potasio , que elimina una cierta cantidad de CO
2desde el aire. [20]
Climeworks
Su primera planta DAC a escala industrial, que comenzó a operar en mayo de 2017 en Hinwil , en el cantón de Zurich, Suiza, es capaz de capturar 900 toneladas de CO
2por año. Para reducir sus necesidades energéticas, la planta utiliza calor de una planta de incineración de residuos local . El CO
2se utiliza para aumentar la producción de hortalizas en un invernadero cercano. [22]
La compañía declaró que cuesta alrededor de $ 600 capturar una tonelada de CO
2desde el aire. [23] [7]
Climeworks se asoció con Reykjavik Energy en el proyecto CarbFix lanzado en 2007. En 2017, se inició el proyecto CarbFix2 [24] y recibió financiación del programa de investigación Horizonte 2020 de la Unión Europea . El proyecto de la planta piloto CarbFix2 se ejecuta junto con una planta de energía geotérmica en Hellisheidi, Islandia . En este enfoque, CO
2se inyecta a 700 metros bajo tierra y se mineraliza en el lecho rocoso basáltico formando minerales de carbonato. La planta DAC utiliza calor residual de bajo grado de la planta, eliminando efectivamente más CO
2de lo que ambos producen. [4] [25]
Termostato global
Es una empresa privada fundada en 2010, ubicada en Manhattan, Nueva York , con planta en Huntsville, Alabama . [20] El termostato global utiliza sorbentes a base de aminas unidos a esponjas de carbono para eliminar el CO.
2de la atmósfera. La empresa tiene proyectos que van desde las 40 hasta las 50.000 ton / año. [26] [ verificación necesaria ] [ fuente de terceros necesaria ]
La empresa afirma eliminar el CO
2por $ 120 por tonelada en sus instalaciones en Huntsville. [20]
Global Thermostat ha cerrado acuerdos con Coca-Cola (que tiene como objetivo utilizar DAC para obtener CO
2para sus bebidas carbonatadas) y ExxonMobil, que tiene la intención de ser pionero en un negocio de DAC a combustible utilizando la tecnología de Global Thermostat. [20]
Combustibles Prometheus
Es una empresa de nueva creación con sede en Santa Cruz que lanzó Y Combinator en 2019 para eliminar el CO 2 del aire y convertirlo en gasolina y combustible para aviones sin carbono neto. [27] [28] La empresa utiliza una tecnología DAC, que adsorbe el CO 2 del aire directamente en los electrolitos del proceso, donde se convierte en alcoholes mediante electrocatálisis . Luego, los alcoholes se separan de los electrolitos utilizando membranas de nanotubos de carbono y se actualizan a gasolina y combustibles para aviones. Dado que el proceso utiliza solo electricidad de fuentes renovables , los combustibles son neutros en carbono cuando se utilizan y no emiten CO 2 neto a la atmósfera.
Otras compañías
- Infinitree: anteriormente conocido como Kilimanjaro Energy and Global Research Technology. Parte de Carbon Sink, con sede en EE. UU. Demostró un pre-prototipo de tecnología de CAD económicamente viable en 2007 [9] [29]
- Skytree: una empresa de los Países Bajos [25]
- Centro de investigación sobre captura y almacenamiento de carbono del Reino Unido [19]
- Centro de Emisiones Negativas de Carbono de la Universidad Estatal de Arizona
- Carbyon: una empresa de nueva creación en Eindhoven, Países Bajos [30] [se necesita una fuente de terceros ]
- TerraFixing: una startup en Ottawa, Canadá [31] [se necesita una fuente de terceros ]
- CarbFix : una filial de Reykjavik Energy , Islandia [32] [se necesita una fuente externa ]
Ver también
- Fotosíntesis artificial
- Eliminación de dióxido de carbono
Referencias
- ^ a b c d Keith, David W .; Holmes, Geoffrey; San Angelo, David; Heide, Kenton (7 de junio de 2018). "Un proceso de captura de CO2 de la atmósfera" . Joule . 2 (8): 1573-1594. doi : 10.1016 / j.joule.2018.05.006 .
- ^ Beuttler, Christoph; Charles, Louise; Wurzbacher, enero (2019). "El papel de la captura directa de aire en la mitigación de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero" . Fronteras en el clima . 1 . doi : 10.3389 / fclim.2019.00010 . ISSN 2624-9553 .
- ^ a b Sanz-Pérez, ES; Murdock, CR; Didas, SA; Jones, CW (25 de agosto de 2016). "Captura directa de CO2de aire ambiente" . Chem Rev. . 116 (19): 11840 hasta 11876. doi : 10.1021 / acs.chemrev.6b00173 . PMID 27560307 - a través de ACS Publications.
- ^ a b c d e f g h yo "Captura directa de aire (ficha técnica)" . Monitor de Geoingeniería . 2018-05-24 . Consultado el 27 de agosto de 2019 .
- ^ Biello, David (16 de mayo de 2013). "400 PPM: ¿Pueden los árboles artificiales ayudar a extraer CO2 del aire?" . Scientific American . Consultado el 4 de septiembre de 2019 .
- ^ Burns, Judith (27 de agosto de 2009). " ' Árboles artificiales' para cortar carbono" . BBC News | Ciencia y Medio Ambiente . Consultado el 6 de septiembre de 2019 .
- ^ a b c d Smit, Berend; Reimer, Jeffrey A .; Oldenburg, Curtis M .; Bourg, Ian C (2014). Introducción a la captura y secuestro de carbono . Londres: Imperial College Press. ISBN 9781783263295. OCLC 872565493 .
- ^ a b c d e f g "Captura de aire directa de CO2 con productos químicos: una evaluación de tecnología para el Panel de APS sobre asuntos públicos" (PDF) . Física APS . 1 de junio de 2011 . Consultado el 26 de agosto de 2019 .
- ^ a b c d e Chalmin, Anja (16 de julio de 2019). "Captura directa de aire: desarrollos recientes y planes futuros" . Monitor de Geoingeniería . Consultado el 27 de agosto de 2019 .
- ^ Lackner, KS; Ziock, H .; Grimes, P. (1999). Extracción de dióxido de carbono del aire: ¿es una opción? . Actas de la 24ª Conferencia Técnica Anual sobre Utilización de Carbón y Sistemas de Combustible. págs. 885–896.
- ^ a b c d e f g Servicio, Robert F. (7 de junio de 2018). "El costo se desploma para capturar el dióxido de carbono del aire" . Ciencia | AAAS . Consultado el 26 de agosto de 2019 .
- ^ Nikulshina, V .; Ayesa, N .; Gálvez, ME; Stainfeld, A. (2016). "Viabilidad de los ciclos termoquímicos basados en Na para la captura de CO
2desde el aire. . Termodinámicas y termogravimétricos análisis" . Chem. Eng J . 140 (1-3):. 62-70 doi : 10.1016 / j.cej.2007.09.007 . - ^ "Captura de carbono" . Lenfest Center for Sustainable Energy . Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2012 . Consultado el 6 de septiembre de 2019 .
- ^ Biello, David (16 de mayo de 2013). "400 PPM: ¿Pueden los árboles artificiales ayudar a extraer CO2 del aire?" . Scientific American . Consultado el 4 de septiembre de 2019 .
- ^ a b Schiffman, Richard (23 de mayo de 2016). "Por qué la 'captura de aire' de CO2 podría ser clave para ralentizar el calentamiento global" . Yale E360 . Consultado el 6 de septiembre de 2019 .
- ^ Yarris, Lynn (17 de marzo de 2015). "Una mejor forma de depurar el CO2" . Centro de noticias . Consultado el 7 de septiembre de 2019 .
- ^ a b c d e "Nuevas tecnologías de captura y utilización de carbono: aspectos de la investigación y el clima" (PDF) . Asesoramiento científico para las políticas de las academias europeas : 50. 23 de mayo de 2018. doi : 10.26356 / carboncapture . ISBN 978-3-9819415-6-2. ISSN 2568-4434 .
- ^ a b c Ranjan, Manya; Herzog, Howard J. (2011). "Viabilidad de la captura de aire" . Energy Procedia . 4 : 2869–2876. doi : 10.1016 / j.egypro.2011.02.193 . ISSN 1876-6102 .
- ^ a b c d e f g Vidal, John (4 de febrero de 2018). "Cómo Bill Gates pretende limpiar el planeta" . El observador . ISSN 0029-7712 . Consultado el 26 de agosto de 2019 .
- ^ a b c d e f g h yo Diamandis, Peter H. (23 de agosto de 2019). "La promesa de la captura directa de aire: hacer cosas de la nada" . Centro de singularidad . Consultado el 29 de agosto de 2019 .
- ^ a b c d Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina (2019). Tecnologías de emisiones negativas y secuestro confiable: una agenda de investigación . Washington, DC: The National Academies Press. doi : 10.17226 / 25259 . ISBN 978-0-309-48452-7. PMID 31120708 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Doyle, Alister (11 de octubre de 2017). "De la nada a la piedra: comienza la prueba de gases de efecto invernadero en Islandia" . Reuters . Consultado el 4 de septiembre de 2019 .
- ^ Tollefson, Jeff (7 de junio de 2018). "Aspirar dióxido de carbono del aire es más barato de lo que pensaban los científicos" . Naturaleza . Consultado el 26 de agosto de 2019 .
- ^ "Actualización pública sobre CarbFix" . Climeworks . 2017-11-03 . Consultado el 2 de septiembre de 2019 .
- ^ a b Proctor, Darrell (1 de diciembre de 2017). "Prueba de tecnología de captura de carbono en curso en la planta geotérmica de Islandia" . Revista POWER . Consultado el 4 de septiembre de 2019 .
- ^ "Termostato global" . Termostato global . Consultado el 7 de diciembre de 2018 .
- ^ Servicio, Robert F. (3 de julio de 2019). Este ex dramaturgo pretende convertir la energía solar y eólica en gasolina ” . Ciencia | AAAS . Consultado el 23 de enero de 2020 .
- ^ Brustein, Joshua (30 de abril de 2019). "En Silicon Valley, la búsqueda de hacer gasolina a partir del aire" . Bloomberg . Consultado el 23 de enero de 2020 .
- ^ "Primera demostración exitosa de tecnología de captura de aire de dióxido de carbono lograda por un científico de la Universidad de Columbia y una empresa privada" . Universidad de Columbia . 2007-04-24. Archivado desde el original el 22 de junio de 2010 . Consultado el 30 de agosto de 2019 .
- ^ "Carbyon: Cerrar el ciclo del CO2 capturando el CO2 del aire ambiente" . Consultado el 23 de febrero de 2021 .
- ^ "TerraFixing" . www.terrafixing.com . Consultado el 23 de febrero de 2021 .
- ^ https://www.carbfix.com/