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¿la eliminación del carbono de la atmósfera puede salvarnos de una catástrofe climática?

el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) afirma que limitar el calentamiento global a 1.,5C podría evitar los efectos más catastróficos del cambio climático. En su reciente informe, estableció cuatro medios para lograrlo, y todos ellos se basan en la eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera. Esto se debe a que incluso si reducimos la mayoría de nuestras emisiones de carbono a cero, las emisiones de la agricultura y el transporte aéreo serían difíciles de eliminar por completo., Y dado que el dióxido de carbono que ya está en la atmósfera puede afectar el clima durante cientos a miles de años, el IPCC sostiene que las tecnologías de eliminación de dióxido de carbono (CDR) serán críticas para deshacerse de 100 a 1000 gigatoneladas de CO2 este siglo.

¿Cómo se puede eliminar el dióxido de carbono?

hay una variedad de estrategias de CDR, todas en diferentes etapas de desarrollo, y varían en costos, 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 de demostración o piloto. Cada estrategia tiene pros y contras.

forestación y reforestación

a medida que crecen las plantas y los árboles, 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 0 a 2 20 por tonelada de carbono. La forestación consiste en plantar árboles donde antes no había ninguno; la reforestación significa restaurar bosques donde los árboles han sido dañados o agotados.,

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

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 en el 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 de cómo se maneje el suelo. La labranza mínima, los cultivos de cobertura, la rotación de cultivos y el dejar residuos de cultivos en el campo ayudan a que los suelos almacenen más carbono.

el IPCC, que considera que el secuestro de carbono en el suelo tiene la capacidad de reducir el CO2 al costo más bajo—0 0 a 1 100 por tonelada—estima que el secuestro de carbono en el suelo podría eliminar entre 2 y 5 gigatoneladas de dióxido de carbono al año para 2050. En comparación, las centrales eléctricas del mundo liberaron 32,5 gigatoneladas de CO2 en 2017.

El secuestro de carbono en el suelo podría desplegarse inmediatamente, y mejoraría la salud del suelo y aumentaría el rendimiento de los cultivos; además, no estresaría los recursos terrestres y hídricos., Pero mientras que el suelo almacena grandes cantidades de carbono en un principio, puede estar saturada después de 10 a 100 años, dependiendo del clima, el tipo de suelo y cómo se gestiona.

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. El CO2 se puede utilizar para mejorar la recuperación de petróleo o inyectar en la tierra donde se secuestra en formaciones geológicas.

the IPCC estimates that BECCS could remove between 0.,5 y 5 gigatoneladas de carbono al año para 2050. Sin embargo, para absorber suficiente carbono para mantener al mundo en 2, los cultivos energéticos tendrían que plantarse en una superficie de tierra de hasta tres veces el 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 los BECCS a gran escala podrían hacer que la cubierta forestal mundial disminuyera un 10 por ciento y requiriera el doble de agua de la que se utiliza actualmente a nivel mundial para la agricultura., Las BECCS también podrían terminar impactando la biodiversidad y los servicios de los ecosistemas, 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 CO2. Debido a que hay tan pocos proyectos de investigación y BECCS no está probado a gran escala, todavía se encuentra en una etapa temprana de desarrollo., While current cost estimates for BECCS range between $30 and 4 400 per ton of CO2, studies project that costs could drop to $100 to 2 200 per ton of carbon by 2050. Sin embargo, BECCS se considera una de las estrategias de eliminación de dióxido de carbono potencialmente más efectivas para proporcionar almacenamiento de carbono a largo plazo.,

los proyectos de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y medicina que, teniendo en cuenta lo que sabemos hoy, forestación y reforestación, secuestro de carbono en el suelo y BECCS, junto con prácticas de gestión forestal sostenible (como el raleo de bosques y las quemaduras prescritas) podrían ampliarse para capturar y almacenar 1 gigatonelada de carbono al año en los Estados Unidos y 10 gigatoneladas en todo el mundo. Sin embargo, esto requeriría grandes cambios en la agricultura, los bosques y la gestión de residuos de biomasa.,

mineralización de carbono

esta estrategia explota un proceso natural en el que materiales reactivos como la peridotita o la lava basáltica se unen químicamente con CO2, formando minerales carbonatos sólidos como la piedra caliza que pueden almacenar CO2 durante millones de años. Los materiales reactivos se pueden combinar con el fluido que transporta CO2 en las estaciones de captura de carbono, o el fluido se puede bombear a formaciones rocosas reactivas donde ocurren naturalmente.

Los científicos del Observatorio Terrestre 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 almacenarlo permanentemente. El profesor de investigación Lamont David Goldberg y sus colegas, por ejemplo, están estudiando la viabilidad de almacenar 50 millones de toneladas o más de CO2 en reservorios de basalto en el noroeste del Pacífico., Durante 20 años, el proyecto inyectaría CO2 de Fuentes industriales, como plantas manufactureras y de energía de combustibles fósiles, en basalto a 200 millas de la costa, en el flanco oriental de la Cordillera Juan de Fuca. Allí, bajo 2600 metros de agua y otros 200 metros de sedimento, el depósito de basalto contiene espacios de poros que se llenarían a medida que el CO2 se mineraliza en piedra caliza carbonatada. 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 con el tiempo.

el siguiente paso es poner en marcha un proyecto piloto para almacenar 10.000 toneladas de CO2. «Un proyecto piloto es crítico para mover la bola hacia adelante para la mineralización de carbono en alta mar de basalto, tanto por razones técnicas como regulatorias», dijo Goldberg., Permitiría a los investigadores experimentar con diferentes tipos de inyecciones—por ejemplo, si deben ser continuas o intermitentes—y responder preguntas como » ¿qué tan rápido se llena el espacio de poros?»que solo puede ser probado en el campo. In addition, a pilot project is key to understanding the regulatory implications of carbon mineralization, since no regulations currently exist. Canadá y Estados Unidos solo comenzarían a crear un marco regulatorio cuando tuvieran un proyecto piloto. Goldberg dice que todavía están buscando financiación para un proyecto piloto, pero «hay mucho interés.,»

desde 2012, CarbFix, un proyecto islandés en el que Goldberg también trabajó, ha estado capturando carbono y mineralizándolo en la planta de energía geotérmica más grande del país administrada por Reykjavik Energy. Mientras que la planta funciona con energía renovable geotérmica, todavía emite una pequeña cantidad de CO2; CarbFix inyecta 12,000 toneladas de CO2 al año en el 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 de almacenar grandes cantidades de carbono., Sin embargo, todavía hay preguntas técnicas y ambientales que necesitan respuesta—según el informe de las Academias Nacionales, la mineralización de carbono podría contaminar los recursos hídricos o desencadenar terremotos.

captura directa de aire

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 trabajo de» árbol artificial » de Klaus Lackner, director del Centro para las emisiones negativas de carbono de la Universidad Estatal de Arizona, quien fue durante muchos años el director del centro Lenfest para la Energía Sostenible del Earth Institute.) La tecnología emplea compuestos en una solución líquida o en un recubrimiento sobre un sólido que capturan CO2 a medida que entran en contacto con él; cuando más tarde se exponen al calor y a 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 las nuevas emisiones que se generan—y los sistemas podrían estar ubicados casi en 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 el CO2 es más costoso en comparación con la captura de carbono de las plantas de combustibles fósiles., La captura directa de aire comenzó en 6 600 por tonelada de carbono; actualmente cuesta 1 100 – 2 200 por tonelada, aún costosa, 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 reducir el precio. Tres empresas – 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 el rendimiento de los cultivos en un 20 por ciento. En 2017, La compañía instaló una unidad de captura directa de aire Como demostración en la planta islandesa De Reykjavik Energy para capturar una pequeña cantidad de CO2 que luego CarbFix almacena bajo tierra.

Climeworks cuenta ahora con 14 instalaciones de captura directa de aire construidas o en construcción en Europa; su planta italiana utiliza el CO2 capturado para fabricar 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 CO2 por 1 100 a $150 por tonelada. Su objetivo es utilizar el CO2 para fabricar 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, AL, tiene como objetivo bajar su precio a 5 50 la tonelada vendiendo el CO2 capturado a una compañía de refrescos. La compañía construiría pequeñas «plantas de captura» 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 2100., Sin embargo, la captura directa de aire a gran escala podría tener eventualmente impactos ambientales derivados de la extracción, refinación, transporte y eliminación de desechos de los minerales que capturan las emisiones de carbono.

si bien la captura directa de aire tiene un gran potencial para la eliminación de dióxido de carbono, todavía se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. Afortunadamente, está recibiendo cierto apoyo del congreso en forma de la ley del futuro (la Ley de fomento de la captura, utilización, tecnología, almacenamiento subterráneo y reducción de emisiones de carbono)., La ley duplica los créditos fiscales para capturar y almacenar permanentemente dióxido de carbono en formaciones geológicas y usarlo para mejorar la recuperación de petróleo; para las empresas que convierten carbono en otros productos como cemento, productos químicos, plásticos y combustibles; y proporciona un crédito fiscal de 3 35 por tonelada de CO2 a través de la captura directa de aire.

erosión mejorada

Las Rocas y el suelo se desgastan al reaccionar con 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 descomponen, creando bicarbonato, un sumidero de carbono, que finalmente se lleva al océano donde se almacena. La erosión mejorada acelera este proceso al esparcir roca pulverizada, como el basalto o el olivino, en tierras agrícolas o en el océano. Podría ser aplastado y extendido en campos y playas, e incluso utilizado para caminos y parques infantiles.

La Intemperie mejorada podría mejorar la calidad del suelo, y a medida que el bicarbonato alcalino se introduce en el océano, podría ayudar a neutralizar la acidificación del Océano., Pero también podría alterar potencialmente 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, así como contaminación del aire. Debido a las numerosas variables y al hecho de que la mayoría de las evaluaciones de la meteorización mejorada no se han probado sobre el terreno, las estimaciones de costos varían ampliamente.,

la alcalinización de los océanos, considerada un tipo de meteorización mejorada, implica la adición de minerales alcalinos, como el olivino, a la superficie del océano para aumentar la absorción de CO2 y contrarrestar la acidificación de los océanos. Un estudio estimó que esta estrategia podría secuestrar entre 100 toneladas métricas y 10 gigatoneladas de CO2 al año, con costos que oscilan entre 14 y más de 500 dólares la tonelada. Sus impactos ecológicos, sin embargo, son desconocidos.

fertilización Oceánica

la fertilización Oceánica agregaría nutrientes, a menudo hierro, al océano para provocar floraciones 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 oceánica podría afectar la productividad alimentaria local y regional. Vastas floraciones de algas también podrían causar eutrofización y resultar en zonas muertas agotadas de oxígeno. In addition to its possible ecosystem impacts, it also has less potential to sequester carbon over the long term.,

Coastal blue carbon

Las Marismas, manglares, pastos marinos y otras plantas en los humedales de marea 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 área de pastos marinos del tamaño de un campo de fútbol. La restauración y creación de humedales y su mejor gestión podrían duplicar su almacenamiento de carbono., Los humedales sanos también proporcionan protección contra las tormentas, mejoran la calidad del agua y apoyan la vida marina.

Hay 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 startups prometedoras, ha lanzado una convocatoria para trabajar en nuevos tipos de tecnologías de eliminación de dióxido de carbono, ninguna de las cuales aún se ha probado fuera de un laboratorio., Específicamente, están buscando proyectos en cuatro áreas:

• modificar los genes del fitoplancton les permitiría secuestrar carbono en áreas del océano global que carecen de los nutrientes necesarios para la fotosíntesis.
• La Electrogeoquímica utiliza la 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 transformar el dióxido de carbono en otros compuestos orgánicos útiles. A Y Combinator le gustaría crear sistemas enzimáticos que puedan hacer esto fuera de las células vivas para simplificar la fijación de carbono.
• La última idea implica la creación de 4,5 millones de pequeños oasis en los desiertos para albergar fitoplancton que absorbería CO2. También proporcionarían agua dulce y sustentarían la vegetación 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 ofrece la solución definitiva al cambio climático.

«la eliminación de dióxido de carbono por sí sola no puede hacerlo», dijo Kate Gordon, miembro del Centro de Columbia sobre política energética Global., «Si hay una cosa que el informe del IPCC realmente subraya es que necesitamos una cartera: necesitamos reducir las emisiones dramáticamente, necesitamos idear más opciones de energía renovable para reemplazar los combustibles fósiles, necesitamos electrificar muchas cosas que actualmente funcionan con petróleo y luego necesitamos hacer una enorme cantidad de eliminación de carbono.»A corto plazo, le gustaría ver un mayor despliegue y aumento 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 las otras estrategias de eliminación de dióxido de carbono más lejos va a tomar cantidades sustanciales de dinero.,

«la comunidad de Filantropía climática realmente necesita reconocer esto como parte de la solución climática; es realmente importante que se convierta en parte de esa cartera», dijo Gordon. «También necesitamos un presupuesto federal bastante significativo R& D dedicado a estas estrategias para que podamos comenzar a mejorar la tecnología y tener una mejor comprensión de cuánto cuesta hacer cada una de estas cosas, cuán efectivas son y cuán seguras son.»

establecer un incentivo financiero para eliminar el carbono, como un impuesto al carbono o sanciones por emitir carbono, también ayudaría.,

«Esta es la próxima frontera de la conversación sobre energía, clima y tecnología», dijo Gordon. «Tenemos que adelantarnos a esto si queremos seguir siendo competitivos, si queremos seguir teniendo la mayoría de las patentes de energía limpia y avanzada del mundo Otherwise de lo contrario, se las compraremos a otra persona, porque alguien va a hacerlo.»