La captura y almacenamiento de carbono ( CCS ) es un proceso mediante el cual el dióxido de carbono (CO2 ) de las instalaciones industriales se separa antes de liberarlo a la atmósfera y luego se transporta a un lugar de almacenamiento a largo plazo. [1] : 2221 Con 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 mediante el cual el CO2 se inyecta en depósitos de petróleo parcialmente agotados para extraer más petróleo y luego se deja en gran parte 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 mejorar 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] con una tasa de fracaso superior al 98% en el sector eléctrico. [6] A partir de 2024, CCS estaba en funcionamiento en 44 plantas en todo el mundo, [7] capturando colectivamente alrededor de una milésima parte de las emisiones antropogénicas mundiales de CO 2. [8] Las plantas con CCS requieren más energía para operar, por lo que generalmente queman combustibles fósiles adicionales y aumentan la contaminación causada 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 solar y eólica, la electrificación y el transporte público, son menos costosas que la CCS y también mucho más efectivas para reducir la contaminación del aire. Dado su costo y limitaciones, se prevé que la CCS sea más útil en nichos específicos. Estos nichos incluyen la industria pesada , las modernizaciones de plantas y el procesamiento de gas natural . [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. Algunas grandes implementaciones de CCS han secuestrado mucho menos CO2 de lo que se esperaba originalmente. [10] [8] 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. [12] Muchos grupos ambientalistas consideran que la CCS es una tecnología no probada y costosa que perpetuará la dependencia de los combustibles fósiles. Creen que otras formas de reducir las emisiones son más efectivas y que la CCS es una distracción. [13] Otros grupos ambientalistas apoyan el uso de la CCS en determinadas circunstancias. [14]
Algunos acuerdos internacionales sobre el clima hacen referencia al concepto de reducción de combustibles fósiles , que no está definido en dichos acuerdos pero que generalmente se entiende como el uso de CCS. [15] Casi todos los proyectos de CCS que operan hoy en día se han beneficiado del apoyo financiero del gobierno. Entre los países con programas para apoyar o hacer obligatoria la utilización de tecnologías de CCS se incluyen los Estados Unidos, Canadá, Dinamarca, China y el Reino Unido.
El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (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". [16] : 2221
Los términos captura y almacenamiento de carbono (CCS) y captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) están estrechamente relacionados y a menudo se utilizan indistintamente. [11] Ambos términos se han utilizado 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. En 2013 se introdujo el término CCUS para destacar su posible beneficio económico, y posteriormente este término ganó popularidad. [11]
Alrededor del 1% del CO2 capturado se utiliza como materia prima para fabricar productos como fertilizantes, combustibles y plásticos. [17] Estos usos son formas de captura y utilización de carbono . [18] 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, combustibles o productos químicos no es CCS porque estos productos liberan CO2 cuando se queman o consumen. [18]
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 CO2 del aire. [19] [20] [21] En este artículo, el término CCS se utiliza según la definición del IPCC, que requiere que el CO2 se capture de fuentes puntuales como los gases de combustión de una central eléctrica.
En la industria del gas natural, la tecnología para eliminar el CO2 del gas natural crudo se ha utilizado desde 1930. [23] Este procesamiento es esencial para preparar el gas natural para su venta y distribución comercial. [9] : 25 Por lo general, después de eliminar el CO2 , se libera a la atmósfera. [9] : 25 En 1972, las compañías petroleras estadounidenses descubrieron que grandes cantidades de CO2 podrían usarse de manera rentable para la recuperación mejorada de petróleo (EOR). [24] Posteriormente, las compañías de gas natural en Texas comenzaron a capturar el CO2 producido por sus plantas de procesamiento y a venderlo a productores de petróleo locales para la EOR. [9] : 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 captura y el almacenamiento de CO2 podrían utilizarse para reducir las emisiones de las centrales eléctricas de carbón y las refinerías de combustible. [25] [26] El primer proyecto de captura e inyección de CO2 a gran escala con almacenamiento y monitoreo dedicados de CO2 se puso en marcha en el campo de gas de Sleipner en Noruega en 1996. [9] : 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. [27] Se estima que los gobiernos gastaron USD 30 mil millones en subsidios para la CCS y para el hidrógeno basado en combustibles fósiles. [28] A nivel mundial, se propuso que 149 proyectos para almacenar 130 millones de toneladas de CO2 al año estuvieran operativos para 2020. De estos, alrededor del 70% no se implementaron. [2] Las subvenciones de capital limitadas y únicas, la ausencia de medidas para abordar la responsabilidad a largo plazo por el CO2 almacenado , los altos costos operativos, la aceptabilidad social limitada y la vulnerabilidad de los programas de financiación a las presiones presupuestarias externas contribuyeron a las cancelaciones de proyectos. [29] : 133
En 2020, la Agencia Internacional de Energía (AIE) afirmó: “La historia de la CCUS ha sido en gran medida una historia de expectativas incumplidas: su potencial para mitigar el cambio climático ha sido reconocido durante décadas, pero su implementación ha sido lenta y, por lo tanto, ha tenido un impacto limitado en las emisiones globales de CO2 ” . [9] : 18
En julio de 2024, la CCS a escala comercial estaba en funcionamiento en 44 plantas en todo el mundo. [7] Dieciséis de estas instalaciones se dedicaban a separar el CO2 de origen natural del gas natural crudo. Siete instalaciones se dedicaban a la producción de hidrógeno, amoníaco o fertilizantes, siete a la producción de productos químicos, cinco a la producción de electricidad y calor, y dos a la refinación de petróleo. La CCS también se utilizó en una planta siderúrgica. [7] Además, tres instalaciones en todo el mundo se dedicaban al transporte y almacenamiento de CO2. [ 7]
Dieciocho instalaciones estaban en Estados Unidos, catorce en China, cinco en Canadá y dos en Noruega. Australia, Brasil, Qatar, Arabia Saudita y los Emiratos Árabes Unidos tenían un proyecto cada uno. [7] En 2020, América del Norte tenía más de 8000 km de oleoductos de CO2 , y había dos sistemas de oleoductos de CO2 en Europa y dos en Oriente Medio. [9] : 103–104
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. [30] 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. [31]
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 por camión o tren, aunque a un coste más elevado por tonelada de CO2 . [ 9] : 103–104
Los procesos de captura y almacenamiento de CO2 implican la combinación de varias tecnologías diferentes. Se utilizan componentes tecnológicos para separar y tratar el CO2 de una mezcla de gases de combustión, comprimir y transportar el CO2 , inyectarlo en el subsuelo y supervisar el proceso en su conjunto.
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: [32]
La absorción, o depuración de carbono con aminas , es la tecnología de captura dominante. [9] : 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 . [36] [37] [38]
Las impurezas presentes en las corrientes de CO2 , como el dióxido de azufre y el vapor de 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. [39]
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. [9] : 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 fluido. [9] : 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. El CO2 se une al petróleo para hacerlo menos denso, lo que permite que el petróleo suba a la superficie más rápido. La adición de CO2 también aumenta la presión general del yacimiento, mejorando así la movilidad del petróleo, lo que resulta en un mayor flujo de petróleo hacia los pozos de producción. [9] : 117 Dependiendo de la ubicación, EOR da como resultado alrededor de dos barriles adicionales de petróleo por cada tonelada de CO2 inyectada en el suelo. [40] El petróleo extraído a través de EOR se mezcla con CO2 , que luego puede recapturarse y reinyectarse varias veces. Este proceso de reciclaje de CO2 puede reducir las pérdidas al 1%, sin embargo, hacerlo requiere mucha energía. [41]
Alrededor del 20% del CO2 capturado se inyecta en un almacenamiento geológico específico, [2] generalmente acuíferos salinos profundos . Se trata de capas de rocas porosas y permeables saturadas de agua salada. [9] : 112 En todo el mundo, las formaciones salinas tienen una mayor capacidad potencial de almacenamiento que los pozos petrolíferos agotados. [42] El almacenamiento geológico específico es generalmente menos costoso que la recuperación mejorada de petróleo porque no requiere un alto nivel de pureza del CO2 y porque los sitios adecuados son más numerosos, lo que significa que las tuberías pueden ser más cortas. [43]
En 2021 se estaban 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 del metano de los lechos de carbón . [44] 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 . [45] 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. [45] [46] Una vez que se completa este proceso, se estima que el riesgo de escape de CO2 de los minerales de carbonato es cercano a cero. [4] : 66
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. [9] : 112–115 La capacidad total de almacenamiento se ha estimado entre 8.000 y 55.000 gigatoneladas. [9] : 112–115 Sin embargo, es muy probable que una fracción más pequeña resulte técnica o comercialmente viable. [9] : 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. [9] : 112–115
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 en grupos de poros y captura de minerales mediante la reacción con las rocas del yacimiento para formar minerales carbonatados. [9] : 112 La captura de minerales progresa con el tiempo, pero es extremadamente lenta. [47] : 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. [48] 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. [49]
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. [50] 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. [51]
Las instalaciones con CCS consumen más energía que las que no la utilizan. La energía consumida por la CCS se denomina "penalización energética". La penalización energética de la CCS varía según la fuente de CO 2 . Si el gas de combustión tiene una concentración muy alta de CO 2 , solo se necesita energía adicional para deshidratar, comprimir y bombear el CO 2 . [9] : 101–102 Si el gas de combustión tiene una concentración menor de CO 2 , como es el caso de las centrales eléctricas, también se requiere energía para separar el CO 2 de otros componentes del gas de combustión. [9] : 101–102
Los primeros estudios indicaron que para producir la misma cantidad de electricidad, una planta de energía de carbón necesitaría quemar entre un 14 y un 40% más de carbón y una planta de energía de ciclo combinado de gas natural necesitaría quemar entre un 11 y un 22% más de gas. [4] : 27 Cuando se utiliza CCS en plantas de energía de carbón, se ha estimado que alrededor del 60% de la pérdida de energía se origina en el proceso de captura, el 30% proviene de la compresión del CO 2 extraído y el 10% restante proviene de bombas y ventiladores. [52]
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. [53] : 668
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 fase inicial" de los combustibles fósiles. Los impactos en la fase inicial 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 captura y almacenamiento de CO2 requieren que se queme más combustible fósil, la captura y almacenamiento de CO2 puede provocar un aumento neto de la contaminación del aire en dichas instalaciones. Esto se puede mitigar con equipos de control de la contaminación, pero ningún equipo puede eliminar todos los contaminantes. [8] Dado que en muchos sistemas de captura y almacenamiento de CO2 se utilizan soluciones de aminas líquidas para capturar CO2 , 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 si se inhalan o se beben en el agua. [56] [57]
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. [58] Los impactos sobre la salud de la incorporación de CCS en el sector industrial son menos conocidos. [58] Los impactos sobre la salud varían significativamente según el combustible utilizado y la tecnología de captura. [58]
Después de inyectar CO2 en formaciones geológicas subterráneas, existe el riesgo de que las aguas subterráneas cercanas se contaminen. [4] : 242 La contaminación puede ocurrir ya sea por el movimiento del CO2 hacia las aguas subterráneas o por el movimiento de la salmuera desplazada. [4] : 242 Para mitigar este riesgo es necesario seleccionar cuidadosamente el sitio y realizar un seguimiento a largo plazo. [4] : 239
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% (50.000 partes por millón) 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 pérdida de conciencia en segundos. [59]
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 áreas 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 A fecha de 2020, las formas en que pueden fallar los oleoductos de CO2 son menos conocidas en el caso de los oleoductos de gas natural o petróleo, y existen pocas normas de seguridad específicas para los oleoductos de CO2 . [ 60]
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. [61] Se evacuó a 200 personas y se hospitalizó a 45, y algunas experimentaron efectos a largo plazo en su salud. [62] [63] 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. [64]
La modernización de las instalaciones con CCS puede ayudar a preservar los empleos y la prosperidad económica en regiones que dependen de una industria con un alto nivel de emisiones, evitando al mismo tiempo los trastornos económicos y sociales que suponen las jubilaciones anticipadas. [9] : 21–22 Por ejemplo, los planes de Alemania de retirar alrededor de 40 GW de capacidad de generación a carbón antes de 2038 están acompañados de un paquete de 40 000 millones de euros (45 000 millones de dólares) para compensar a los propietarios de minas de carbón y centrales eléctricas, así como para apoyar a las comunidades que se verán afectadas. [9] : 21–22 Existe potencial para reducir estos costos si las plantas se modernizan con CCS. La modernización de los equipos de captura de CO2 puede permitir la operación continua de las plantas existentes, así como de la infraestructura y las cadenas de suministro asociadas. [9] : 21–22
En los Estados Unidos, los tipos de instalaciones que podrían modernizarse con CCS a menudo están ubicadas en comunidades que ya han sufrido los impactos ambientales y de salud negativos de vivir cerca de instalaciones eléctricas o industriales. [8] Estas instalaciones están ubicadas desproporcionadamente en comunidades pobres y/o minoritarias. [65] Si bien hay evidencia de que la CCS puede ayudar a reducir los contaminantes no CO2 junto con la captura de CO2, los grupos de justicia ambiental a menudo están preocupados de que la CCS se use como una forma de prolongar la vida útil de una instalación y continuar con los daños locales que causa. [8] A menudo, las organizaciones comunitarias preferirían que se cerrara una instalación y que la inversión se centrara en cambio en procesos de producción más limpios, como la electricidad renovable. [8]
La construcción de oleoductos a menudo implica la creación de campamentos de trabajo en zonas remotas. En Canadá y Estados Unidos, la construcción de oleoductos y gasoductos se ha asociado históricamente con una variedad de daños sociales, incluida la violencia sexual cometida por trabajadores contra mujeres indígenas. [55]
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. [66] Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, la CCS aumentaría el costo de generación de electricidad a partir de plantas de carbón entre 7 y 12 dólares por MWh. [67]
El costo de la CCS varía mucho según la fuente de CO 2 . Si la concentración de CO 2 en el gas de combustión es alta, como es el caso del procesamiento de gas natural , se puede capturar y comprimir por USD 15-25/tonelada. [68] Las plantas de energía, las plantas de cemento y las plantas de hierro y acero producen corrientes de gas más diluidas, para las cuales el costo de captura y compresión es de USD 40-120/tonelada de CO2. [68] En los Estados Unidos, el costo del transporte por tuberías en tierra está en el rango de USD 2-14/t de CO 2 , y se estima que más de la mitad de la capacidad de almacenamiento en tierra está disponible por menos de USD 10/t de CO 2 . [68] Las implementaciones de CCS involucran múltiples tecnologías que están altamente personalizadas para cada sitio, lo que limita la capacidad de la industria para reducir costos a través del aprendizaje práctico . [69]
En comparación con otras opciones para reducir las emisiones, la CCS es muy cara. Por ejemplo, la eliminación del CO2 de los gases de combustión de las centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles aumenta los costes entre 50 y 200 dólares por tonelada de CO2 eliminada . [70] : 38 Hay muchas formas de reducir las emisiones que cuestan menos de 20 dólares por tonelada de emisiones de CO2 evitadas. [ 71] Las opciones que tienen mucho más potencial para reducir las emisiones a un coste menor que la CCS incluyen el transporte público , los vehículos eléctricos y varias medidas de eficiencia energética. [70] : 38 La energía eólica y solar suelen ser las formas más económicas de producir electricidad, incluso en comparación con las centrales eléctricas que no utilizan la CCS. [70] : 38 La drástica caída de los costes de la energía renovable y las baterías ha dificultado que las centrales de combustibles fósiles con CCS sean competitivas en cuanto a costes. [68]
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. [8] [53] : 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. [72] 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. [73] 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”. [53] : 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. [73] 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. [8] [53] : 672
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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. [ 77] 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. [78] 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. [79] [80] 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. [81]
Algunas implementaciones de CCS no han secuestrado carbono en su capacidad diseñada, ya sea por razones comerciales o técnicas. [10] [8] Por ejemplo, en la planta de procesamiento de gas Shute Creek , alrededor de la mitad del CO2 que se ha capturado se ha vendido para EOR , y la otra mitad se ha ventilado a la atmósfera porque no se podía vender de manera rentable. [82] : 19 En un año de operación del proyecto de gas Gorgon en Australia, los problemas con el agua subterránea impidieron que se inyectaran dos tercios del CO2 capturado . [83] Un análisis de 2022 de 13 grandes proyectos de CCS encontró que la mayoría había secuestrado mucho menos CO2 de lo esperado originalmente, o había fracasado por completo. [10] [82]
Existe controversia sobre si la captura de carbono seguida de una recuperación mejorada de petróleo es beneficiosa para el clima. El proceso de recuperación mejorada de petróleo consume mucha energía debido a la necesidad de separar y reinyectar CO2 varias veces para minimizar las pérdidas. Si las pérdidas de CO2 se mantienen en el 1%, la energía requerida para las operaciones de recuperación mejorada de petróleo da como resultado alrededor de 0,23 toneladas de emisiones de CO2 por tonelada de CO2 secuestrado . [41]
Además, cuando el petróleo extraído mediante EOR se quema posteriormente, se libera CO2 . Si se incluyen estas emisiones en los cálculos, se suele comprobar que la captura de carbono con EOR 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 EOR reduce las emisiones. En los argumentos a favor de excluir estas emisiones, se supone que el petróleo producido mediante EOR 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 EOR aumentaba o reducía las emisiones. [3]
El modelo de oferta y demanda de petróleo de la Agencia Internacional de Energía indica que el 80% del petróleo producido en EOR desplazará a otros tipos de petróleo en el mercado. [41] Utilizando este modelo, se estimó que por cada tonelada de CO2 secuestrada , la quema del petróleo producido por EOR convencional conduce a 0,13 toneladas de emisiones de CO2 ( además de las 0,24 toneladas de CO2 emitidas durante el proceso EOR en sí). [41]
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 . [ 8] 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. [8] 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. [84] Como resultado de la falta de progreso, los autores de estrategias de mitigación del cambio climático han reducido repetidamente el papel de la CCS. [85] : 132 Algunos observadores como la AIE piden un mayor compromiso con la CCS para cumplir los objetivos. [84] : 16 Otros observadores ven el lento ritmo de implementación como una indicación de que es fundamentalmente improbable que el concepto de CCS tenga éxito, y piden que los esfuerzos se reorienten hacia otras herramientas de mitigación como la energía renovable. [86]
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La CCS ha sido discutida por actores políticos al menos desde el inicio de las negociaciones de la CMNUCC [88] a principios de los años 1990, y sigue siendo un tema muy divisivo. [89]
Las empresas de combustibles fósiles han promovido intensamente la captura y el almacenamiento de carbono, 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 captura y el almacenamiento de carbono permitirá extender la era de los combustibles fósiles. [12] Sus declaraciones suelen posicionar la captura y el almacenamiento de carbono como una forma necesaria de abordar el cambio climático, sin mencionar opciones para reducir el uso de combustibles fósiles. [12] A partir de 2023, las inversiones anuales en el sector del petróleo y el gas son el doble de la cantidad necesaria para producir la cantidad de combustible que sería compatible con limitar el calentamiento global a 1,5 °C. [90]
Los representantes de la industria de los combustibles fósiles han tenido una fuerte presencia en las conferencias de las Naciones Unidas sobre el clima. [91] En estas conferencias, han abogado por acuerdos para utilizar un lenguaje que hable de la reducción de las emisiones derivadas del uso de combustibles fósiles (a través de la captura y el almacenamiento de carbono), en lugar de un lenguaje que hable de la reducción del uso de combustibles fósiles. [91] En la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 2023 , se concedió el acceso a al menos 475 cabilderos a favor de la captura y el almacenamiento de carbono. [92]
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. [93] Los críticos ven la CCS como una tecnología no probada y costosa que perpetuará la dependencia de los combustibles fósiles. [13] Creen que otras formas de reducir las emisiones son más efectivas y que la CCS es una distracción. [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. [94]
En las negociaciones internacionales sobre el clima, una cuestión controvertida ha sido si se debe eliminar gradualmente el uso de combustibles fósiles en general o si se debe eliminar gradualmente el uso de combustibles fósiles "sin reducir". En la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 2023 , se llegó a un acuerdo para reducir gradualmente el uso de carbón sin reducir. [95] El término sin reducir generalmente se entiende como el uso de CCS, sin embargo, el acuerdo dejó el término sin definir. [95]
Como no se definió el término "sin reducir ", el acuerdo fue criticado por estar abierto a abusos. [95] Sin una definición clara, es posible que el uso de combustibles fósiles se considere "reducido" si utiliza CCS solo de manera mínima, como por ejemplo capturando solo el 30% de las emisiones de una planta. [95]
El IPCC considera que los combustibles fósiles no están sujetos a reducción si se "producen y utilizan sin intervenciones que reduzcan sustancialmente la cantidad de GEI emitidos a lo largo de su ciclo de vida; por ejemplo, capturando el 90% o más de las centrales eléctricas, o el 50-80% de las emisiones fugitivas de metano del suministro de energía". [96] La intención de la definición del IPCC es exigir tanto una CCS efectiva como una reducción profunda de las emisiones fugitivas de gases para que las emisiones de combustibles fósiles puedan considerarse "reducidas". [15]
En general, el público tiene un bajo nivel de conciencia sobre la captura y el almacenamiento de carbono. [97] : 642–643 El apoyo público entre quienes conocen la captura y el almacenamiento de carbono ha tendido a ser bajo, especialmente en comparación con el apoyo público a otras opciones de reducción de emisiones. [97] : 642–643
Una preocupación frecuente del público es la transparencia, por ejemplo, en torno a cuestiones como la seguridad, los costos y los impactos. [98] 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. [98] 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. [98] Algunos estudios indican que la colaboración comunitaria puede contribuir a evitar daños dentro de las comunidades afectadas por el proyecto. [98]
Casi todos los proyectos de CCS que operan hoy en día se han beneficiado del apoyo financiero del gobierno, principalmente en forma de subvenciones de capital y, en menor medida, subsidios operativos. [9] : 156–160 En algunos países se ofrecen créditos fiscales. [99] [100] La financiación mediante subvenciones ha desempeñado un papel especialmente importante en los proyectos que se han puesto en marcha desde 2010, ya que 8 de los 15 proyectos recibieron subvenciones que oscilaron entre unos 55 millones de dólares estadounidenses (60 millones de dólares australianos) en el caso de Gorgon en Australia y 840 millones de dólares estadounidenses (865 millones de dólares canadienses) en el caso de Quest en Canadá. Un precio explícito del carbono ha respaldado la inversión en CCS solo en dos casos hasta la fecha: los proyectos Sleipner y Snøhvit en Noruega. [9] : 156–160
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 de precios federales. 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 la EOR utilizando CO2 creció rápidamente. [101]
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 . [ 102]
La Ley de Reducción de la Inflación de 2022 (IRA) 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. [103] 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. [104] 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 $1.000 millones que habían reclamado. [3]
En 2023, la EPA de EE. UU. 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. [105] 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. [105] En los EE. UU., 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. [106] La seguridad de los oleoductos y los materiales peligrosos es supervisada por la Administración de Seguridad de Oleoductos y Materiales Peligrosos [107] , que ha sido criticada por no contar con fondos ni personal suficientes. [108]
Canadá estableció un crédito fiscal para equipos de captura y almacenamiento de carbono (CCS) para el período 2022-2028. [100] El crédito es del 50% para equipos de captura y almacenamiento de carbono y del 37,5% para equipos de transporte y almacenamiento. [100] La Asociación Canadiense de Productores de Petróleo había solicitado un crédito del 75%. [100] Se esperaba que el crédito fiscal federal costara al gobierno 2.600 millones de dólares canadienses en 5 años; [100] en 2024, el Director de Presupuesto Parlamentario estimó que costaría 5.700 millones de dólares canadienses. [109] Saskatchewan extendió su crédito fiscal del 20% en virtud del Programa de Inversión en Infraestructura Petrolera de la provincia a los oleoductos que transportan CO2.
En Noruega , la CCS ha sido parte de una estrategia para hacer que las exportaciones de combustibles fósiles sean compatibles con los objetivos nacionales de reducción de emisiones. [110] En 1991, el gobierno introdujo un impuesto sobre las emisiones de CO2 de la producción de petróleo y gas en alta mar. [111] : 20 Este impuesto, combinado con una geología del sitio favorable y bien entendida, fue una razón por la que Equinor decidió implementar la CCS en los campos de gas de Sleipner y Snøhvit . [9] : 158
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 CCUS con bajas emisiones de carbono, capturando entre 20 y 30 MtCO2 por año para 2030. [112] En septiembre de 2024, el gobierno del Reino Unido anunció un subsidio de £21,7 mil millones durante 25 años para el plan HyNet CCS e hidrógeno azul en Merseyside y el plan East Coast Cluster en Teesside. [113]
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. [114]
El CO2 se puede utilizar como materia prima para la elaboración de diversos tipos de productos. A partir de 2022, el uso en productos consume alrededor del 1% del CO2 capturado cada año. [115] Por convención, las cifras sobre captura de carbono no incluyen la forma estándar de producir urea , en la que el CO2 producido dentro de un proceso industrial se recicla en el mismo proceso. [116] Por convención, las cifras tampoco incluyen el CO2 producido para la industria de alimentos y bebidas. [116]
A partir de 2023, será comercialmente factible producir los siguientes productos a partir del CO2 capturado : metanol , urea, policarbonatos , polioles , poliuretano y ácidos salicílicos . [117] Actualmente, el metanol se utiliza principalmente para producir otros productos químicos, con potencial para un uso futuro más generalizado como combustible. [118] La urea se utiliza en la producción de fertilizantes. [9] : 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. [117] 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, [119] y es el único uso previsible del CO2 que es lo suficientemente permanente como para calificar como almacenamiento . [120] 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 . [117] La producción de combustibles y productos químicos a partir de CO2 es altamente intensiva en energía. [120]
La captura de CO2 para su uso en productos no necesariamente reduce las emisiones. [9] : 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. [9] : 111 Se logran mayores reducciones de emisiones si el CO2 se captura de la bioenergía en lugar de combustibles fósiles. [9] : 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 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. [120]
Según la AIE, es probable que los productos creados a partir del CO2 capturado cuesten mucho más que los productos convencionales y alternativos con bajas emisiones de carbono. [9] : 110 Un uso importante del CO2 capturado sería producir combustibles sintéticos de hidrocarburos , que junto con los biocombustibles son la única alternativa práctica a los combustibles fósiles para vuelos de larga distancia. Las limitaciones en la disponibilidad de biomasa sostenible significan que estos combustibles sintéticos serán necesarios para emisiones netas cero; el CO2 tendría que provenir de la producción de bioenergía o de la captura directa del aire para ser neutro en carbono. [9] : 21–24
La captura y secuestro directo de carbono en el aire ( DACCS , por sus siglas en inglés) es el uso de procesos químicos o físicos para extraer CO2 directamente del aire ambiente y almacenarlo a largo plazo. [121] A diferencia de la CCS, que captura emisiones de una fuente puntual, la DAC tiene el potencial de eliminar el dióxido de carbono que ya está en la atmósfera. Por lo tanto, la DAC se puede utilizar para capturar emisiones que se originaron en fuentes no estacionarias, como los motores de los aviones. [122] A partir de 2023, la DACCS aún no se ha integrado en el comercio de emisiones porque, a más de US$1000, [123] el costo por tonelada de dióxido de carbono es muchas veces el precio del carbono en esos mercados. [124]
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Medios relacionados con Captura y almacenamiento de carbono en Wikimedia Commons