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Captura y almacenamiento de carbono

En la CCS, el dióxido de carbono se captura en fuentes puntuales, como las plantas de etanol. Generalmente se transporta a través de tuberías y luego se utiliza para extraer petróleo o se almacena en formaciones geológicas específicas.

La captura y almacenamiento de carbono ( CCS ) es un proceso en el que el dióxido de carbono (CO2 ) de las instalaciones industriales se separa antes de que se mezcle con la atmósfera y luego se transporta a un lugar de almacenamiento a largo plazo. [1] : 2221  En la CCS, el CO2 se captura de una gran fuente puntual , como una planta de procesamiento de gas natural y, por lo general, se almacena en una formación geológica profunda . Alrededor del 80% del CO2 capturado anualmente se utiliza para la recuperación mejorada de petróleo (EOR), un proceso en el que el CO2 se inyecta en depósitos de petróleo parcialmente agotados para extraer más petróleo y luego se deja bajo tierra. [2] Dado que la EOR utiliza el CO2 además de almacenarlo , la CCS también se conoce como captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS). [3]

Las compañías de petróleo y gas utilizaron por primera vez los procesos involucrados en CCS a mediados del siglo XX. Las primeras versiones de las tecnologías CCS sirvieron para purificar el gas natural y facilitar la producción de petróleo. Posteriormente, se discutió la CCS como una estrategia para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero . [4] [5] Alrededor del 70% de los proyectos CCS anunciados no se han materializado. [2] A partir de 2023, 40 instalaciones comerciales de CCS están operativas [6] y capturan colectivamente alrededor de una milésima parte de las emisiones antropogénicas de CO2. [7] Las instalaciones CCS generalmente requieren inversiones de capital de hasta varios miles de millones de dólares, y la CCS también aumenta los costos operativos. [8] Las plantas con CCS requieren más energía para operar, por lo que generalmente queman combustible fósil adicional y aumentan la contaminación por la extracción y el transporte de combustible.

En las estrategias para mitigar el cambio climático , la CCS desempeña un papel pequeño pero crítico. Otras formas de reducir las emisiones, como la energía renovable, la electrificación y el transporte público, son menos costosas que la CCS y también mucho más efectivas para reducir la contaminación del aire. Dados sus costos y limitaciones, se prevé que la CCS sea más útil en nichos específicos. Estos nichos incluyen la industria pesada , las modernizaciones de plantas, el procesamiento de gas natural y la producción de electrocombustibles . [9] : 21–24  En la generación de electricidad y la producción de hidrógeno , se prevé que la CCS complemente un cambio más amplio hacia la energía renovable. [9] : 21–24  La CCS es un componente de la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono , que en algunas condiciones puede eliminar el carbono de la atmósfera.

La eficacia de la CCS para reducir las emisiones de carbono depende de la eficiencia de captura de la planta, la energía adicional utilizada para la propia CCS, las fugas y los problemas comerciales y técnicos que pueden impedir que las instalaciones funcionen según lo previsto. Muchas grandes implementaciones de CCS han secuestrado mucho menos CO2 de lo que se esperaba originalmente. [10] Además, existe controversia sobre si la CCS es beneficiosa para el clima si el CO2 se utiliza para extraer más petróleo. [11] Las empresas de combustibles fósiles han promovido intensamente la CCS, presentándola como un área de innovación y rentabilidad. [12] Muchos grupos ambientalistas consideran que la CCS es una tecnología no probada y costosa que perpetuará la dependencia de los combustibles fósiles y distraerá de formas más efectivas de reducir las emisiones. [13] Otros grupos ambientalistas apoyan el uso de la CCS en determinadas circunstancias. [14]

Casi todos los proyectos de CCS que operan hoy en día se han beneficiado del apoyo financiero del gobierno, generalmente en forma de subvenciones. [15] : 156–160  Entre los países que están desarrollando programas para apoyar o exigir tecnologías de CCS se incluyen los EE. UU., Canadá, Dinamarca, China y el Reino Unido. [16] [17]

Terminología

El IPCC define la CCS como:

"Un proceso en el que una corriente relativamente pura de dióxido de carbono (CO 2 ) procedente de fuentes industriales y relacionadas con la energía se separa (captura), se acondiciona, se comprime y se transporta a un lugar de almacenamiento para su aislamiento a largo plazo de la atmósfera". [18] : 2221 

Los términos captura y almacenamiento de carbono (CCS) y captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) están estrechamente relacionados y se utilizan indistintamente. [11] Ambos términos se utilizan predominantemente para referirse a la recuperación mejorada de petróleo (EOR), un proceso en el que el CO2 capturado se inyecta en depósitos de petróleo parcialmente agotados para extraer más petróleo. [11] EOR significa tanto "utilización" como "almacenamiento", ya que el CO2 que queda bajo tierra está destinado a quedar atrapado indefinidamente. Antes de 2013, el proceso se llamaba principalmente CCS ; desde entonces, el término CCUS, que suena más valioso, ha ganado popularidad. [11]

Alrededor del 1% del CO2 capturado se utiliza como materia prima para fabricar productos como fertilizantes, combustibles sintéticos y plásticos. [19] Estos usos son formas de captura y utilización de carbono . [20] En algunos casos, el producto almacena de forma duradera el carbono del CO2 y , por lo tanto, también se considera una forma de CCS. Para calificar como CCS, el almacenamiento de carbono debe ser a largo plazo, por lo tanto, la utilización de CO2 para producir fertilizantes, combustible o productos químicos no es CCS porque estas sustancias liberan CO2 cuando se queman o consumen. [20]

Algunas fuentes utilizan el término CCS, CCU o CCUS de forma más amplia, abarcando métodos como la captura directa de aire o la plantación de árboles que eliminan el CO 2 del aire. [21] [22] [23] En este artículo, el término CCS se utiliza según la definición del IPCC, que requiere que el CO 2 se capture de fuentes puntuales como los gases de combustión de las centrales eléctricas.

Historia y estado actual

Captura anual de CO2 global propuesta (barras grises) vs. implementada (barras azules). Ambas están expresadas en millones de toneladas de CO2 por año ( Mtpa). Se han implementado más del 75% de las instalaciones de CCS propuestas para el procesamiento de gas natural .
Los planes para añadir CCS a la central eléctrica de Bełchatów se cancelaron en 2013. [24] En el sector energético , cerca del 90% de la capacidad de CCS propuesta nunca se construyó. [25]

En la industria del gas natural, la tecnología para eliminar el CO2 del gas natural crudo se ha utilizado desde 1930. [26] Este procesamiento es esencial para preparar el gas natural para su venta y distribución comercial. [15] : 25  Por lo general, después de eliminar el CO2 , se libera a la atmósfera. [15] : 25  En 1972, las compañías petroleras estadounidenses descubrieron que grandes cantidades de CO2 se podían utilizar de manera rentable para la recuperación mejorada de petróleo (EOR). [27] Posteriormente, las compañías de gas natural en Texas comenzaron a capturar el CO2 que se producía en sus plantas de procesamiento y a venderlo a los productores de petróleo locales para la EOR. [15] : 25 

El uso de la captura y el almacenamiento de CO2 como medio para reducir las emisiones antropogénicas de CO2 es más reciente. En 1977, el físico italiano Cesare Marchetti propuso que la tecnología de captura y almacenamiento de CO2 podría utilizarse para reducir las emisiones de las centrales eléctricas de carbón y las refinerías de combustible. [28] [29] El primer proyecto de captura e inyección de CO2 a gran escala con almacenamiento y monitoreo dedicados de CO2 se puso en servicio en el campo de gas marino de Sleipner en Noruega en 1996. [15] : 25 

En 2005, el IPCC publicó un informe que destacaba la CCS, lo que llevó a un mayor apoyo gubernamental a la CCS en varios países. [30] Se estima que los gobiernos gastaron USD 30 mil millones en subsidios para la CCS y para el hidrógeno basado en combustibles fósiles. [31] A nivel mundial, se propuso que 149 proyectos estuvieran operativos para 2020, con el objetivo de almacenar 130 millones de toneladas de CO2 al año. De estos, alrededor del 70% no se implementaron. [2] En 2020, la Agencia Internacional de Energía declaró: "La historia de la CCUS ha sido en gran medida una de expectativas incumplidas: su potencial para mitigar el cambio climático se ha reconocido durante décadas, pero la implementación ha sido lenta y, por lo tanto, ha tenido solo un impacto limitado en las emisiones globales de CO2". [15] : 18 

En 2023, se encuentran en funcionamiento 40 instalaciones comerciales de CCS. [6] Quince de estos proyectos en funcionamiento se dedican a separar el CO2 natural del gas natural crudo. Siete proyectos son para la producción de hidrógeno, amoníaco o fertilizantes, seis para la producción química, tres para la electricidad y el calor, y dos para la refinación de petróleo. La CCS también se utiliza en una planta siderúrgica. [6] Catorce proyectos están en los Estados Unidos, once en China, siete en Canadá y dos en Noruega. Australia, Brasil, Qatar, Arabia Saudita y los Emiratos Árabes Unidos tienen un proyecto cada uno. [6] América del Norte tiene más de 8000 km de oleoductos de CO2 , y hay dos sistemas de oleoductos de CO2 en Europa y dos en Oriente Medio. [9] : 103–104 

Descripción general del proceso

Las instalaciones de CCS capturan el dióxido de carbono antes de que entre a la atmósfera. Generalmente, se utiliza un disolvente químico o un material sólido poroso para separar el CO2 de otros componentes de la corriente de escape de una planta. [32] Lo más común es que el gas de combustión pase a través de un disolvente de amina , que se une a la molécula de CO2. Este disolvente rico en CO2 se calienta en una unidad de regeneración para liberar el CO2 del disolvente. La corriente de CO2 purificada se comprime y se transporta para su almacenamiento o uso final y los disolventes liberados se reciclan para capturar nuevamente el CO2 del gas de combustión. [33]

Una vez capturado el CO2 , normalmente se comprime en un fluido supercrítico y luego se inyecta bajo tierra. Los oleoductos son la forma más barata de transportar CO2 en grandes cantidades hacia tierra firme y, dependiendo de la distancia y los volúmenes, hacia el mar. [9] : 103–104  Se ha investigado el transporte por barco. El CO2 también se puede transportar en camión o tren, aunque a un coste más elevado por tonelada de CO2 . [ 9] : 103–104 

Componentes técnicos

Hay tres formas de separar el CO2 de una mezcla de gases de combustión : captura posterior a la combustión, captura previa a la combustión y oxicombustión: [34]

La absorción, o depuración de carbono con aminas , es la tecnología de captura dominante. [15] : 98  Otras tecnologías propuestas para la captura de carbono son la separación de gases por membrana , la combustión química en bucle , el bucle de calcio y el uso de estructuras metalorgánicas y otros sorbentes sólidos . [41] [42] [43]

Las impurezas presentes en las corrientes de CO2 , como el azufre y el agua, pueden tener un efecto significativo en el comportamiento de sus fases y podrían provocar un aumento de la corrosión en las tuberías y los pozos. En los casos en que existen impurezas de CO2 , se necesita un proceso de separación por depuración para limpiar inicialmente los gases de combustión. [44]

Almacenamiento y recuperación mejorada de petróleo

Diagrama de mecanismos para atrapar dióxido de carbono en almacenamiento geológico

El almacenamiento de CO2 implica la inyección del CO2 capturado en un depósito geológico subterráneo profundo de roca porosa recubierto por una capa impermeable de rocas, que sella el depósito y evita la migración ascendente del CO2 y su escape a la atmósfera. [15] : 112  El gas generalmente se comprime primero en un fluido supercrítico . Cuando el CO2 comprimido se inyecta en un depósito, fluye a través de él, llenando el espacio poroso. El depósito debe estar a profundidades superiores a los 800 metros para retener el CO2 en un estado líquido denso. [15] : 112 

A partir de 2024, alrededor del 80% del CO2 capturado anualmente se utiliza para la recuperación mejorada de petróleo (EOR). [2] En EOR, se inyecta CO2 en campos petrolíferos parcialmente agotados para mejorar la producción. Esto aumenta la presión general del yacimiento y mejora la movilidad del petróleo, lo que resulta en un mayor flujo de petróleo hacia los pozos de producción. [15] : 117  Alrededor del 20% del CO2 capturado se inyecta en almacenamiento geológico dedicado, [2] generalmente acuíferos salinos profundos . Estas son capas de rocas porosas y permeables saturadas con agua salada. [15] : 112  En todo el mundo, las formaciones salinas tienen una mayor capacidad potencial de almacenamiento que los pozos de petróleo agotados. [45] El almacenamiento geológico dedicado generalmente es menos costoso que EOR porque no requiere un alto nivel de pureza de CO2 y porque los sitios adecuados son más numerosos, lo que significa que las tuberías pueden ser más cortas. [46]

A partir de 2021, se están investigando o poniendo a prueba varios otros tipos de depósitos para almacenar el CO2 capturado : el CO2 podría inyectarse en lechos de carbón para mejorar la recuperación de metano de lechos de carbón . [47] La ​​carbonatación mineral ex situ implica la reacción del CO2 con relaves mineros o desechos industriales alcalinos para formar minerales estables como el carbonato de calcio . [48] La carbonatación mineral in situ implica la inyección de CO2 y agua en formaciones subterráneas ricas en rocas altamente reactivas como el basalto . Allí, el CO2 puede reaccionar con la roca para formar minerales de carbonato estables con relativa rapidez. [48] [49] Una vez que se completa el proceso de carbonatación mineral, no hay riesgo de fuga de CO2 . [ 50]

La capacidad mundial de almacenamiento subterráneo de CO2 es potencialmente muy grande y es poco probable que sea una limitación para el desarrollo de la captura y el almacenamiento de CO2. [15] : 112–115  La capacidad total de almacenamiento se ha estimado entre 8.000 y 55.000 gigatoneladas. [15] : 112–115  Sin embargo, es muy probable que una fracción más pequeña resulte técnica o comercialmente viable. [15] : 112–115  Las estimaciones de la capacidad mundial son inciertas, en particular para los acuíferos salinos, donde aún se necesita más caracterización y exploración del sitio. [15] : 112–115 

CO a largo plazo2fuga

En el almacenamiento geológico, el CO2 se mantiene dentro del yacimiento a través de varios mecanismos de captura : captura estructural por el sello de la roca de cobertura, captura de solubilidad en el agua del espacio poroso, captura residual en poros individuales o grupos de poros y captura de minerales mediante la reacción con las rocas del yacimiento para formar minerales carbonatados. [15] : 112  La captura de minerales progresa con el tiempo, pero es extremadamente lenta. [51] : 26 

Una vez inyectada, la columna de CO2 tiende a elevarse, ya que es menos densa que su entorno. Una vez que encuentra una roca de cubierta, se extenderá lateralmente hasta encontrar un hueco. Si hay planos de falla cerca de la zona de inyección, el CO2 podría migrar a lo largo de la falla hacia la superficie, filtrándose a la atmósfera, lo que sería potencialmente peligroso para la vida en el área circundante. Si la inyección de CO2 crea presiones subterráneas demasiado altas, la formación se fracturará, lo que podría causar un terremoto. [52] Si bien las investigaciones sugieren que los terremotos provocados por el CO2 inyectado serían demasiado pequeños para poner en peligro la propiedad, podrían ser lo suficientemente grandes como para causar una fuga. [53]

El IPCC estima que, en lugares de almacenamiento seleccionados adecuadamente y bien gestionados, es probable que más del 99% del CO2 permanezca en el mismo lugar durante más de 1000 años, siendo "probable" una probabilidad de entre el 66% y el 90%. [4] : 14,12  Las estimaciones de las tasas de fuga a largo plazo se basan en simulaciones complejas, ya que los datos de campo son limitados. [54] Si se secuestran cantidades muy grandes de CO2 , incluso una tasa de fuga del 1% a lo largo de 1000 años podría causar un impacto significativo en el clima para las generaciones futuras. [55]

Impactos sociales y ambientales

La construcción de oleoductos afecta negativamente a la vida silvestre. [56]

Necesidades de energía y agua

En general, las instalaciones con CCS requieren entre un 15 y un 25 % más de energía. [57] La ​​energía consumida por CCS se denomina "penalización energética". Se ha estimado que alrededor del 60 % de la penalización se origina en el proceso de captura, el 30 % proviene de la compresión del CO2 extraído , mientras que el 10 % restante proviene de bombas y ventiladores. [58] Se espera que la tecnología CCS utilice entre el 10 y el 40 por ciento de la energía producida por una central eléctrica. [59] [60] La CCS aumentaría el requerimiento de combustible de una planta de gas con CCS en aproximadamente un 15 %. [61]

En el caso de las plantas de carbón pulverizado (PC) supercrítico, los requisitos energéticos de la CCS varían entre el 24 y el 40%, mientras que en el caso de los sistemas de ciclo combinado de gasificación a base de carbón (IGCC) es del 14 al 25%. [62] El uso de CCS en plantas de ciclo combinado de gas natural (NGCC) puede reducir la eficiencia operativa del 11 al 22%. [62]

Dependiendo de la tecnología utilizada, la captura y el almacenamiento de carbono pueden requerir grandes cantidades de agua. Por ejemplo, las centrales eléctricas de carbón con captura y almacenamiento de carbono pueden necesitar utilizar un 50% más de agua. [63] : 668 

Contaminación

Dado que las plantas con CCS requieren más combustible para producir la misma cantidad de electricidad o calor, el uso de CCS aumenta los problemas ambientales "en la corriente ascendente" de los combustibles fósiles. Los impactos en la corriente ascendente incluyen la contaminación causada por la minería de carbón, las emisiones del combustible utilizado para transportar carbón y gas, las emisiones de la quema de gas y las emisiones fugitivas de metano .

Dado que las instalaciones de CCS requieren que se queme más combustible fósil, esto podría causar un aumento neto de contaminantes no relacionados con GEI de dichas instalaciones. Algunos de estos contaminantes se controlan mediante equipos de control de la contaminación, [64] sin embargo, ningún equipo puede eliminar todos los contaminantes. [7] Dado que se utilizan soluciones de aminas líquidas para capturar CO2 en muchos sistemas de CCS, estos tipos de sustancias químicas también pueden liberarse como contaminantes del aire si no se controlan adecuadamente. Entre las sustancias químicas preocupantes se encuentran las nitrosaminas volátiles , que son cancerígenas cuando se inhalan o se beben en el agua. [65] [66]

Los estudios que consideran los impactos tanto aguas arriba como aguas abajo indican que la incorporación de CCS a las centrales eléctricas aumenta los impactos negativos generales sobre la salud humana. [67] Los impactos sobre la salud de la incorporación de CCS en el sector industrial son menos conocidos. [67] Los impactos sobre la salud varían significativamente según el combustible utilizado y la tecnología de captura. [67]

CO repentino2fuga

Principales síntomas de toxicidad por dióxido de carbono

El CO 2 es un gas incoloro e inodoro que se acumula cerca del suelo porque es más pesado que el aire. En los seres humanos, la exposición al CO 2 en concentraciones superiores al 5% provoca el desarrollo de hipercapnia y acidosis respiratoria . Concentraciones superiores al 10% pueden causar convulsiones, coma y muerte. Los niveles de CO 2 superiores al 30% actúan rápidamente provocando la pérdida de conciencia en segundos. [68]

Los oleoductos y los lugares de almacenamiento pueden ser fuentes de grandes liberaciones accidentales de CO2 que pueden poner en peligro a las comunidades locales. Un informe del IPCC de 2005 afirmó que "en los oleoductos de CO2 existentes, en su mayoría en zonas de baja densidad de población, el número de accidentes notificados por kilómetro de oleoducto es muy bajo y comparable al de los oleoductos de hidrocarburos". [4] : 12  El informe también afirmó que los riesgos locales para la salud y la seguridad del almacenamiento geológico de CO2 eran "comparables" a los riesgos del almacenamiento subterráneo de gas natural si se aplican buenos procesos de selección de emplazamientos, supervisión reglamentaria, seguimiento y planes de remediación de incidentes. [4] : 12 

Aunque son poco frecuentes, los accidentes pueden ser graves. En 2020, un oleoducto de CO2 se rompió tras un alud de lodo cerca de Satartia (Misisipi) , lo que provocó que las personas que se encontraban cerca perdieran el conocimiento. [69] Se evacuó a 200 personas y se hospitalizó a 45, y algunas experimentaron efectos a largo plazo en su salud. [70] [71] Las altas concentraciones de CO2 en el aire también provocaron que los motores de los vehículos dejaran de funcionar, lo que dificultó las labores de rescate. [72]

Una sección cortada de un oleoducto de 19" y 8 km de largo podría liberar sus 1.300 toneladas en unos 3-4 minutos. [73] En el lugar de almacenamiento, la tubería de inyección puede estar equipada con válvulas antirretorno para evitar una liberación incontrolada del depósito en caso de daño a la tubería aguas arriba. Las tuberías pueden estar equipadas con válvulas controladas a distancia que pueden limitar la cantidad liberada a una sección de tubería, sin embargo, los operadores en los Estados Unidos no han estado obligados a modernizar las tuberías más antiguas debido a la cláusula de no aplicación que se encuentra en 49 USC § 60104(b), que prohíbe a la Administración de Seguridad de Materiales Peligrosos y Oleoductos (PHMSA) promulgar regulaciones para las instalaciones existentes. [74] La Administración de Seguridad de Materiales Peligrosos y Oleoductos de los Estados Unidos , la agencia a cargo de la seguridad de los oleoductos, ha sido criticada por no tener fondos ni personal suficientes. [74]

Equidad

En los Estados Unidos, los tipos de instalaciones que podrían modernizarse con CCS suelen estar ubicadas en comunidades que ya han soportado los impactos ambientales y de salud negativos de vivir cerca de instalaciones eléctricas o industriales. [7] Estas instalaciones están ubicadas desproporcionadamente en comunidades pobres y/o minoritarias. [75] Si bien hay evidencia de que la CCS puede ayudar a reducir los contaminantes no CO2 junto con la captura de CO2, muchos grupos de justicia ambiental están preocupados de que la CCS se utilice como una forma de prolongar la vida útil de una instalación y continuar con los daños locales que causa. [7] A menudo, las organizaciones comunitarias y otros defensores preferirían que se cierre una instalación y que la inversión se concentre en cambio en procesos de producción más limpios, como fuentes de energía renovables en el sector eléctrico. [7]

Costo

Entre las principales razones por las que se detienen los proyectos de CCS se encuentran el costo de los proyectos, los bajos niveles de preparación tecnológica en materia de captura de carbono y la falta de fuentes de ingresos. [2] Un proyecto a escala comercial normalmente requiere una inversión de capital inicial de hasta varios miles de millones de dólares. [8] Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, la CCS reduciría el costo de la generación de electricidad a partir de plantas de carbón entre 7 y 12 dólares por MWh. [76]

Los costos pueden variar mucho según la fuente de CO2, desde un rango de USD 15-25/tonelada de CO2 para procesos industriales que producen corrientes de CO2 altamente concentradas (como la producción de etanol o el procesamiento de gas natural) hasta USD 40-120/tonelada de CO2 para procesos con corrientes de gas diluidas, como la producción de cemento y la generación de energía. [77] En los Estados Unidos, el costo del transporte por tuberías terrestres está en el rango de USD 2-14/t de CO2, y se estima que más de la mitad de la capacidad de almacenamiento terrestre está disponible por debajo de USD 10/t de CO2. [77]

Los ensayos de CCS para plantas de carbón a principios del siglo XXI eran económicamente inviables en la mayoría de los países, [78] [79] en parte porque los ingresos provenientes de la recuperación mejorada de petróleo colapsaron con el desplome del precio del petróleo en 2020, [80] y la caída del costo de la generación de electricidad alternativa, como la solar y la eólica . [81]

Papel en la mitigación del cambio climático

Comparación con otras opciones de mitigación

En comparación con otras opciones para reducir las emisiones, la CCS es muy cara. Por ejemplo, eliminar el CO2 de los gases de combustión de las plantas de energía de combustibles fósiles aumenta los costos entre USD 50 y USD 200 por tonelada de CO2 eliminado . [82] : 38  Hay muchas formas de reducir las emisiones que cuestan menos de USD 20 por tonelada de emisiones de CO2 evitadas . [ 83] Las opciones para reducir las emisiones que tienen mucho más potencial para reducir las emisiones a un menor costo incluyen el transporte público , los vehículos eléctricos y varias otras medidas de eficiencia energética. [82] : 38  La energía eólica y solar son a menudo las formas de menor costo para producir electricidad, incluso en comparación con las plantas de energía que no utilizan CCS. [82] : 38  Dado que la CCS siempre agrega costos, es difícil para las plantas de combustibles fósiles con CCS competir con la energía renovable combinada con almacenamiento de energía, especialmente a medida que el costo de la energía renovable y las baterías continúa disminuyendo.

Usos prioritarios

La modernización de las plantas de cemento con CCS es una de las pocas opciones para reducir sus emisiones. Sin embargo, la tecnología de captura de carbono para el cemento todavía está en la etapa de demostración .

En la literatura sobre mitigación del cambio climático , se describe que la CCS tiene un papel pequeño pero crítico en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. [7] [63] : 28  El IPCC estimó en 2014 que renunciar por completo a la CCS haría que fuera un 138% más caro mantener el calentamiento global dentro de los 2 grados Celsius. [84] La dependencia excesiva de la CCS como herramienta de mitigación también sería costosa y técnicamente inviable. Según la AIE, intentar reducir el consumo de petróleo y gas solo a través de la CCS y la captura directa de aire costaría USD 3,5 billones por año, que es aproximadamente lo mismo que los ingresos anuales de toda la industria del petróleo y el gas. [85] Las emisiones son relativamente difíciles o costosas de reducir sin la CCS en los siguientes nichos: [9] : 13–14 

El IPCC afirmó en 2022 que “la implementación de la CCS enfrenta actualmente barreras tecnológicas, económicas, institucionales, ecológico-ambientales y socioculturales”. [63] : 28  Dado que la CCS solo se puede utilizar con fuentes de emisión grandes y estacionarias, no puede reducir las emisiones derivadas de la quema de combustibles fósiles en vehículos y hogares. La AIE describe las “expectativas y la dependencia excesivas” de la CCS y la captura directa de aire como un error común. [85] Para alcanzar los objetivos establecidos en el Acuerdo de París , la CCS debe ir acompañada de una pronunciada disminución de la producción y el uso de combustibles fósiles. [7] [63] : 672 

Eficacia en la reducción de emisiones

Las plantas de carbón con CCS suelen quemar más carbón para proporcionar la energía necesaria para los procesos de CCS, lo que aumenta los efectos ambientales de la minería de carbón .

Cuando se utiliza la CCS para la generación de electricidad, la mayoría de los estudios suponen que se captura entre el 85 y el 90% del CO2 presente en los gases de combustión. [ 89] Sin embargo, los representantes de la industria afirman que las tasas de captura reales están más cerca del 75% y han presionado para que los programas gubernamentales acepten este objetivo más bajo. [90] El potencial de un proyecto de CCS para reducir las emisiones depende de varios factores además de la tasa de captura. Estos factores incluyen la cantidad de energía adicional necesaria para alimentar los procesos de CCS, la fuente de la energía adicional utilizada y las fugas posteriores a la captura. La energía necesaria para la CCS generalmente proviene de combustibles fósiles cuya extracción, procesamiento y transporte producen emisiones. Algunos estudios indican que, en determinadas circunstancias, la reducción general de emisiones mediante la CCS puede ser muy baja, o que la adición de CCS puede incluso aumentar las emisiones en relación con la falta de captura. [91] [92] Por ejemplo, un estudio encontró que en la modernización de una planta de energía de carbón con CCS en Petra Nova , la tasa real de reducción de emisiones fue tan baja que promediaría solo el 10,8% en un período de 20 años. [93]

Muchas implementaciones de CCS no han secuestrado carbono en la capacidad prevista, ya sea por razones comerciales o técnicas. Por ejemplo, en la planta de procesamiento de gas de Shute Creek , aproximadamente la mitad del CO2 que se ha capturado se ha vendido para la recuperación mejorada de petróleo (EOR) , y la otra mitad se ha liberado a la atmósfera porque no se podía vender de manera rentable. [94] : 19  En el primer año después de que se agregó CCS a la central eléctrica de Boundary Dam en Canadá, la tasa de captura fue del 90% cuando el sistema de captura estaba en funcionamiento, pero debido a problemas técnicos funcionó solo el 40% del tiempo. [95] Un análisis de 2022 de 13 grandes proyectos de CCS encontró que la mayoría había secuestrado mucho menos CO2 de lo que se esperaba originalmente. [10] [94]

Además, existe controversia sobre si la captura de carbono seguida de la recuperación mejorada de petróleo es beneficiosa para el clima. Cuando el petróleo extraído mediante la recuperación mejorada de petróleo se quema posteriormente, se libera CO2 . Si se incluyen estas emisiones en los cálculos, se suele comprobar que la captura de carbono con la recuperación mejorada de petróleo aumenta las emisiones generales en comparación con no utilizar la captura de carbono en absoluto. [3] Si se excluyen de los cálculos las emisiones derivadas de la quema del petróleo extraído, se comprueba que la captura de carbono con la recuperación mejorada de petróleo disminuye las emisiones. En los argumentos a favor de excluir estas emisiones, se supone que el petróleo producido mediante la recuperación mejorada de petróleo desplaza al petróleo producido de forma convencional en lugar de aumentar el consumo mundial de petróleo. [3] Una revisión de 2020 concluyó que los artículos científicos estaban divididos aproximadamente por igual sobre la cuestión de si la captura de carbono con la recuperación mejorada de petróleo aumentaba o reducía las emisiones. [3]

Ritmo de implementación

A partir de 2023, la CCS captura alrededor del 0,1% de las emisiones globales, es decir, alrededor de 45 millones de toneladas de CO2 . [ 7] Los modelos climáticos del IPCC y la AIE muestran que capturará alrededor de mil millones de toneladas de CO2 para 2030 y varios miles de millones de toneladas para 2050. [7] Las tecnologías para la CCS en nichos de alta prioridad, como la producción de cemento, aún son inmaduras. La AIE señala "una desconexión entre el nivel de madurez de las tecnologías individuales de captura de CO2 y las áreas en las que son más necesarias". [9] : 92 

Las implementaciones de CCS implican largos tiempos de aprobación y construcción y el ritmo general de implementación ha sido históricamente lento. [96] Como resultado de la falta de progreso, los autores de estrategias de mitigación del cambio climático han reducido repetidamente el papel de la CCS. [97] : 132  Algunos observadores como la AIE piden un mayor compromiso con la CCS para cumplir los objetivos. [96] : 16  Otros observadores ven el lento ritmo de implementación como una indicación de que es fundamentalmente improbable que la tecnología tenga éxito, y piden que los esfuerzos se redirijan a otras herramientas de mitigación como la energía renovable. [98]

Protesta contra la captura y el almacenamiento de carbono en 2021 en Torquay , Inglaterra
Protesta contra el CCS en el mismo evento que el anterior

Debate político

La CCS ha sido discutida por actores políticos al menos desde el inicio de las negociaciones de la CMNUCC [99] a principios de los años 1990, y sigue siendo un tema muy divisivo. [100]

Las empresas de combustibles fósiles han promovido intensamente la CCS, presentándola como un área de innovación y rentabilidad. [12] Las declaraciones públicas de las empresas de combustibles fósiles y de las compañías eléctricas basadas en combustibles fósiles piden que se “reconozca” que el uso de combustibles fósiles aumentará en el futuro y sugieren que la CCS permitirá extender la era de los combustibles fósiles. [12] Sus declaraciones suelen posicionar la CCS como una forma necesaria de abordar el cambio climático, sin mencionar opciones para reducir el uso de combustibles fósiles. [12]

Muchas ONG ambientalistas, como Greenpeace, tienen opiniones muy negativas sobre la CCS, mientras que otras, como la Fundación Bellona, ​​la consideran una herramienta útil. [14] En las encuestas, las calificaciones de importancia de las ONG ambientalistas para la energía fósil con CCS han sido tan bajas como sus calificaciones para la energía nuclear. [101] Los críticos ven la CCS como una tecnología no probada y costosa que perpetuará la dependencia de los combustibles fósiles. [13] Preferirían que los fondos gubernamentales se destinen a iniciativas que no estén relacionadas con la industria de los combustibles fósiles. [13] Las ONG ambientalistas que apoyan la CCS a menudo lo hacen de manera condicional, dependiendo de factores como los efectos sobre los ecosistemas locales y si la CCS compite por la financiación con otras iniciativas climáticas. [102]

Aceptación social

En general, el público tiene un bajo nivel de concienciación sobre la CCS. [103] : 642–643  El apoyo público entre quienes conocen la CCS ha tendido a ser bajo, especialmente en comparación con el apoyo público a otras opciones de reducción de emisiones. [103] : 642–643  La oposición local ha sido a veces un factor importante en la cancelación de proyectos de CCS. [103] : 642–643 

Una preocupación frecuente del público es la transparencia, por ejemplo, en torno a cuestiones como la seguridad, los costos y los impactos. [104] Otro factor en la aceptación es si se reconocen las incertidumbres, incluidas las incertidumbres en torno a los impactos potencialmente negativos sobre el medio ambiente natural y la salud pública. [104] Las investigaciones indican que la participación integral de las comunidades aumenta la probabilidad de éxito del proyecto en comparación con los proyectos que no involucran al público. [104] Algunos estudios indican que la colaboración comunitaria puede contribuir a evitar daños dentro de las comunidades afectadas por el proyecto. [104]

Programas gubernamentales

Casi todos los proyectos de captura y almacenamiento de carbono que operan hoy en día se han beneficiado del apoyo financiero del gobierno, en gran medida en forma de subvenciones de capital y, en menor medida, subsidios operativos. La financiación mediante subvenciones ha desempeñado un papel especialmente importante en los proyectos que se pusieron en marcha desde 2010: 8 de los 15 proyectos recibieron subvenciones que oscilaron entre los 55 millones de dólares (60 millones de dólares australianos) en el caso de Gorgon en Australia y los 840 millones de dólares (865 millones de dólares canadienses) en el caso de Quest en Canadá. Un precio explícito del carbono ha respaldado la inversión en captura y almacenamiento de carbono en solo dos casos hasta la fecha: los proyectos Sleipner y Snøhvit en Noruega. [15] : 156–160 

América del norte

Como medio para ayudar a impulsar la producción petrolera nacional, el código fiscal federal de los Estados Unidos ha tenido algún tipo de incentivo para la recuperación mejorada de petróleo desde 1979, cuando el petróleo crudo todavía estaba bajo controles federales de precios. Un crédito fiscal del 15 por ciento fue codificado con el Incentivo Fiscal Federal de los Estados Unidos para la EOR en 1986, y la producción de petróleo a partir de CO2-EOR creció rápidamente. [105]

En Estados Unidos, la Ley de Inversión en Infraestructura y Empleo de 2021 destina más de 3.000 millones de dólares a diversos proyectos de demostración de CCS. Se destina una cantidad similar a centros regionales de CCS que se centran en la captura, el transporte y el almacenamiento o el uso más amplios del CO2 capturado . Cientos de millones más se destinan anualmente a garantías de préstamos para apoyar la infraestructura de transporte de CO2 . [ 106]

La Ley de Reducción de la Inflación de 2022 (IRA, por sus siglas en inglés) actualiza la ley de crédito fiscal para fomentar el uso de la captura y almacenamiento de carbono. Los incentivos fiscales bajo la ley proporcionan hasta $85/tonelada para la captura y almacenamiento de CO2 en formaciones geológicas salinas o hasta $60/tonelada para el CO2 utilizado para la recuperación mejorada de petróleo. [107] El Servicio de Impuestos Internos se basa en la documentación de la corporación para fundamentar las afirmaciones sobre la cantidad de CO2 que se está secuestrando y no realiza investigaciones independientes. [108] En 2020, una investigación federal descubrió que los solicitantes del crédito fiscal 45Q no documentaron el almacenamiento geológico exitoso de casi $900 millones de los $1 mil millones que habían reclamado. [3]

En 2023, la EPA de Estados Unidos emitió una norma que propone que se exija la captura y el almacenamiento de CO2 para lograr una reducción del 90 % de las emisiones en las centrales eléctricas de carbón y gas natural existentes. Esa norma entraría en vigor en el período 2035-2040. [109] En el caso de las centrales eléctricas de gas natural, la norma exigiría una captura del 90 % de CO2 mediante captura y almacenamiento de CO2 para 2035, o la co-combustión de un 30 % de hidrógeno con bajas emisiones de GEI a partir de 2032 y la co-combustión de un 96 % de hidrógeno con bajas emisiones de GEI a partir de 2038. [109] En Estados Unidos, aunque el gobierno federal puede financiar total o parcialmente los proyectos piloto de captura y almacenamiento de CO2, las jurisdicciones locales o comunitarias probablemente administrarían la ubicación y la construcción de los proyectos de captura y almacenamiento de CO2. [110]

Canadá ha establecido un crédito fiscal de 2.600 millones de dólares canadienses para proyectos de captura y almacenamiento de carbono (CCS) y Saskatchewan ha ampliado su crédito fiscal del 20 por ciento en el marco del Programa de Inversión en Infraestructura Petrolera de la provincia a los oleoductos que transportan CO2.

Europa

En Noruega , la CCS ganó fuerza porque le permitió al país perseguir sus intereses en relación con la industria petrolera. [111] Sus dos principales proyectos de CCS fueron posibles gracias a un impuesto al CO2 sobre la producción de petróleo y gas en alta mar introducido en 1991. [15] : 156–160 

Dinamarca ha anunciado recientemente 5.000 millones de euros en subvenciones para la captura y el almacenamiento de carbono.

En el Reino Unido, la hoja de ruta de CCUS describe los compromisos conjuntos del gobierno y la industria para la implementación de CCUS y establece un enfoque para la creación de cuatro clústeres industriales de bajas emisiones de carbono de CCUS, capturando entre 20 y 30 MtCO2 por año para 2030. [17]

Asia

El Consejo de Estado chino ha emitido ya más de 10 políticas y directrices nacionales que promueven la captura y el almacenamiento de carbono, entre ellas el Esquema del XIV Plan Quinquenal (2021-2025) para el Desarrollo Económico y Social Nacional y la Visión 2035 de China. [16]

Conceptos relacionados

CO2Utilización en productos

El dióxido de carbono se utiliza principalmente para la recuperación mejorada de petróleo. También se puede utilizar como materia prima para productos.

Si bien casi todo el uso del CO2 es para la recuperación mejorada de petróleo , el CO2 se puede utilizar como materia prima para fabricar varios tipos de productos. A partir de 2022, el uso en productos consume alrededor del 1% del CO2 capturado cada año. [112] A partir de 2023, es comercialmente factible producir los siguientes productos a partir del CO2 capturado : metanol , urea , policarbonatos , polioles , poliuretano y ácidos salicílicos . [113] El metanol se utiliza actualmente principalmente para producir otros productos químicos, con potencial para un uso futuro más generalizado como combustible. [114] La urea se utiliza en la producción de fertilizantes. [15] : 55 

Se han demostrado tecnologías para secuestrar CO2 en productos de carbonato mineral, pero no están listas para su implementación comercial a partir de 2023. [113] Se están realizando investigaciones sobre procesos para incorporar CO2 al hormigón o al agregado de construcción . La utilización de CO2 en materiales de construcción es prometedora para su implementación a gran escala, [115] y es el único uso previsible del CO2 que es lo suficientemente permanente como para calificar como almacenamiento . [116] Otros usos potenciales para el CO2 capturado que se están investigando incluyen la creación de combustibles sintéticos , varios productos químicos y plásticos, y el cultivo de algas . [113] La producción de combustibles y productos químicos a partir de CO2 es altamente intensiva en energía. [116]

La captura de CO2 para su uso en productos no necesariamente reduce las emisiones. [15] : 111  Los beneficios climáticos asociados con el uso de CO2 surgen principalmente de desplazar productos que tienen mayores emisiones durante su ciclo de vida. : 111  La cantidad de beneficio climático varía dependiendo de cuánto dura el producto antes de volver a liberar el CO2 , la cantidad y fuente de energía utilizada en la producción, si el producto se produciría de otra manera utilizando combustibles fósiles y la fuente del CO2 capturado. [15] : 111  Se logran mayores reducciones de emisiones si el CO2 se captura de la bioenergía en lugar de combustibles fósiles. [15] : 111 

El potencial de utilización de CO2 en productos es pequeño en comparación con el volumen total de CO2 que podría previsiblemente capturarse. Por ejemplo, en el escenario de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) para lograr emisiones netas cero para 2050, más del 95% del CO2 capturado se secuestra geológicamente y menos del 5% se utiliza en productos. [116] Según la AIE, es probable que los productos creados a partir de CO2 capturado cuesten mucho más que los productos convencionales y alternativos con bajas emisiones de carbono. [15] : 110 

Captura y secuestro directo de carbono en el aire (DACCS)

La captura directa de aire (DAC) es el uso de procesos químicos o físicos para extraer dióxido de carbono directamente del aire ambiente. [117] Si el CO2 extraído se secuestra luego en un almacenamiento seguro a largo plazo (llamado captura y secuestro directo de carbono en el aire (DACCS), el proceso general logrará la eliminación de dióxido de carbono y será una "tecnología de emisiones negativas" (NET).

El dióxido de carbono (CO 2 ) se captura directamente del aire ambiente; esto contrasta con la captura y almacenamiento de carbono (CCS) que captura CO 2 de fuentes puntuales , como una fábrica de cemento o una planta de bioenergía . [118] Después de la captura, DAC genera una corriente concentrada de CO 2 para secuestro o utilización . La eliminación de dióxido de carbono se logra cuando el aire ambiente entra en contacto con medios químicos, típicamente un solvente alcalino acuoso [119] o sorbentes . [120] Estos medios químicos posteriormente se despojan 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 regenera los medios químicos para su reutilización.

Véase también

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Fuentes

Enlaces externos