La erosión mejorada , también denominada mejora de la alcalinidad del océano cuando se propone para los sistemas de créditos de carbono , es un proceso que tiene como objetivo acelerar la erosión natural esparciendo rocas de silicato finamente molidas , como el basalto , sobre las superficies, lo que acelera las reacciones químicas entre las rocas, el agua y el aire. . También elimina dióxido de carbono (CO 2 ) de la atmósfera, almacenándolo permanentemente en minerales carbonatados sólidos o en la alcalinidad del océano . [1] Este último también frena la acidificación de los océanos .
La meteorización mejorada es un enfoque químico para eliminar el dióxido de carbono que implica técnicas terrestres o oceánicas. Un ejemplo de una técnica de meteorización mejorada basada en tierra es la carbonatación de silicatos in situ. La roca ultramáfica , por ejemplo, tiene el potencial de almacenar cientos o miles de años de emisiones de CO 2 , según estimaciones. [2] [3] Las técnicas oceánicas implican mejorar la alcalinidad, como moler, dispersar y disolver olivino, piedra caliza, silicatos o hidróxido de calcio para abordar la acidificación de los océanos y el secuestro de CO 2 . [4]
Aunque al principio se pueden utilizar relaves mineros existentes [5] o minerales industriales alcalinos de silicato (como escorias de acero, desechos de construcción y demolición o cenizas de la incineración de biomasa), [6] eventualmente podría ser necesario extraer más basalto para limitar el cambio climático . [7]
Se ha propuesto una meteorización mejorada para el secuestro de carbono tanto terrestre como oceánico . La organización sin fines de lucro Proyecto Vesta está probando métodos oceánicos para ver si son ambiental y económicamente viables. [8] [9]
En julio de 2020, un grupo de científicos evaluó que la técnica de geoingeniería para mejorar la erosión de las rocas, es decir, esparcir basalto finamente triturado en los campos, tiene un uso potencial para la eliminación de dióxido de carbono por parte de las naciones, identificando costos, oportunidades y desafíos de ingeniería. [10] [11]
_28.jpg/1280px-Gletsjerpad_naar_de_Morteratschgletsjer_12-09-2019._(d.j.b)_28.jpg)
La meteorización es el proceso natural por el que rocas y minerales se disuelven por la acción del agua, el hielo, los ácidos, las sales, las plantas, los animales y los cambios de temperatura. [12] Es mecánico (romper la roca, también llamado meteorización física o desagregación) y químico (cambiar los compuestos químicos en las rocas). [12] La meteorización biológica es una forma de meteorización (mecánica o química) causada por plantas, hongos u otros organismos vivos. [12]
La meteorización química puede ocurrir por diferentes mecanismos, dependiendo principalmente de la naturaleza de los minerales involucrados. Esto incluye solución , hidratación , hidrólisis y meteorización por oxidación . [13] La meteorización por carbonatación es un tipo particular de meteorización en solución. [13]
Los minerales de carbonato y silicato son ejemplos de minerales afectados por la meteorización por carbonatación. Cuando los minerales de silicato o carbonato se exponen al agua de lluvia o al agua subterránea, se disuelven lentamente debido a la erosión por carbonatación: es decir, el agua (H 2 O) y el dióxido de carbono (CO 2 ) presentes en la atmósfera forman ácido carbónico (H 2 CO 3 ) al la reacción: [12] [14]
Este ácido carbónico luego ataca al mineral para formar iones carbonato en solución con el agua que no ha reaccionado. Como resultado de estas dos reacciones químicas (carbonatación y disolución), se combinan minerales, agua y dióxido de carbono, lo que altera la composición química de los minerales y elimina el CO 2 de la atmósfera. Por supuesto, estas son reacciones reversibles, por lo que si el carbonato encuentra iones H de los ácidos, como en los suelos, reaccionarán para formar agua y liberarán CO 2 a la atmósfera. La aplicación de piedra caliza (un carbonato de calcio) a suelos ácidos neutraliza los iones H pero libera CO 2 de la piedra caliza [ se necesita aclaración ] .
En particular, la forsterita (un mineral de silicato) se disuelve mediante la reacción:
donde "(s)" indica una sustancia en estado sólido y "(aq)" indica una sustancia en solución acuosa .
En cambio, la calcita (un mineral carbonato) se disuelve mediante la reacción:
Aunque parte del bicarbonato disuelto puede reaccionar con los ácidos del suelo durante el paso a través del perfil del suelo hasta el agua subterránea, el agua con iones de bicarbonato disueltos (HCO 3 − ) eventualmente termina en el océano, [14] donde los iones de bicarbonato se biomineralizan para formar minerales carbonatados. para caparazones y esqueletos a través de la reacción:
Los minerales carbonatados eventualmente se hunden desde la superficie del océano hasta el fondo del océano. [14] La mayor parte del carbonato se redisuelve en las profundidades del océano a medida que se hunde.
Durante períodos de tiempo geológicos, se cree que estos procesos estabilizan el clima de la Tierra . [15] La relación entre el dióxido de carbono en la atmósfera en forma de gas (CO 2 ) y la cantidad de dióxido de carbono convertido en carbonato está regulada por un equilibrio químico : en caso de un cambio de este estado de equilibrio, teóricamente (si no (otra alteración está ocurriendo durante este tiempo) miles de años para establecer un nuevo estado de equilibrio. [14]
Para la meteorización de silicatos, el efecto neto teórico de la disolución y precipitación es 1 mol de CO 2 secuestrado por cada mol de Ca 2+ o Mg 2+ eliminado del mineral. Dado que algunos de los cationes disueltos reaccionan con la alcalinidad existente en la solución para formar iones CO 3 2 − , la relación no es exactamente 1:1 en los sistemas naturales sino que es función de la temperatura y la presión parcial de CO 2 . El secuestro neto de CO2 de la reacción de erosión de carbonatos y de la reacción de precipitación de carbonatos es cero. [ se necesita aclaración ]
Se cree que la meteorización y la precipitación biológica de carbonatos están ligeramente acopladas en períodos de tiempo cortos (<1000 años). Por lo tanto, un aumento en la erosión tanto de carbonatos como de silicatos con respecto a la precipitación de carbonatos dará como resultado una acumulación de alcalinidad en el océano. [ se necesita aclaración ]
La meteorización mejorada se utilizó inicialmente para referirse específicamente a la dispersión de minerales de silicato triturados sobre la superficie terrestre. [16] [17] Se ha demostrado que la actividad biológica en los suelos promueve la disolución de minerales de silicato, [18] pero aún existe incertidumbre sobre la rapidez con la que esto puede suceder. Debido a que la tasa de meteorización es una función de la saturación del mineral que se disuelve en la solución (disminuyendo a cero en soluciones completamente saturadas), algunos han sugerido que la falta de lluvia puede limitar la meteorización mejorada terrestre, [19] aunque otros [20] sugieren que la formación de minerales secundarios o la absorción biológica puede suprimir la saturación y promover la meteorización.
La cantidad de energía que se requiere para la trituración depende de la velocidad a la que se disuelven los minerales (se requiere menos trituración para una disolución rápida de los minerales). Un estudio de 2012 sugirió un amplio rango en el costo potencial de una mayor meteorización debido en gran parte a la incertidumbre que rodea las tasas de disolución de los minerales. [21]
Para superar las limitaciones de la saturación de la solución y utilizar la trituración natural de las partículas de arena provenientes de la energía de las olas, se pueden aplicar minerales de silicato a los ambientes costeros, [22] aunque el pH más alto del agua de mar puede disminuir sustancialmente la velocidad de disolución, [23] y No está claro cuánta conminución es posible debido a la acción de las olas.
Alternativamente, se ha investigado la aplicación directa de minerales carbonatados a las regiones de afloramiento del océano. [24] Los minerales carbonatados están sobresaturados en la superficie del océano pero subsaturados en las profundidades del océano. En áreas de afloramiento, esta agua subsaturada sale a la superficie. Si bien esta tecnología probablemente será barata, el potencial máximo anual de secuestro de CO 2 es limitado.
Como tecnología alternativa se ha propuesto transformar los minerales carbonatados en óxidos y esparcir este material en mar abierto ("Ocean Liming"). [25] Aquí el mineral carbonato (CaCO 3 ) se transforma en cal (CaO) mediante calcinación . Los requisitos energéticos para esta tecnología son sustanciales.
La disolución y carbonatación mejoradas de silicatos ( "carbonatación mineral" ) fue propuesta por primera vez por Seifritz en 1990 [26] y desarrollada inicialmente por Lackner et al. [27] y además por el Centro de Investigación de Albany . [28] Esta primera investigación investigó la carbonatación de silicatos extraídos y triturados a temperaturas elevadas (~180 °C) y presiones parciales de CO 2 (~15 MPa) dentro de reactores controlados ("carbonatación mineral ex situ"). Algunas investigaciones exploran el potencial de la "carbonatación mineral in situ", en la que el CO 2 se inyecta en formaciones rocosas de silicato para promover la formación de carbonato bajo tierra (ver: CarbFix ).
La investigación sobre la carbonatación mineral se ha centrado en gran medida en el secuestro de CO2 de los gases de combustión . Podría usarse para geoingeniería si la fuente de CO 2 se derivara de la atmósfera, por ejemplo, mediante captura directa de aire o CCS de biomasa .
La remineralización del suelo contribuye a mejorar el proceso de meteorización. Mezclar el suelo con roca triturada, como silicato, no solo beneficia la salud de las plantas, sino también el secuestro de carbono cuando hay calcio o magnesio presentes. [29] Remineralize The Earth es una organización sin fines de lucro que promueve la aplicación de polvo de roca como fertilizantes naturales en campos agrícolas para restaurar suelos con minerales, mejorar la calidad de la vegetación y aumentar el secuestro de carbono.
Cuando se dispone de abundante excedente de electricidad, se ha propuesto y demostrado experimentalmente la disolución electrolítica de minerales de silicato [30] . El proceso se asemeja a la erosión de algunos minerales. Además, el hidrógeno producido sería carbono negativo. [31]
En un análisis tecnoeconómico de 2020, el costo de utilizar este método en tierras de cultivo se estimó entre 80 y 180 dólares por tonelada de CO 2 . Esto es comparable con otros métodos de eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera actualmente disponibles (BECCS (entre 100 y 200 dólares EE.UU. por tonelada de CO 2 ) - Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono ) y la captura y almacenamiento directo de aire a gran escala y a baja escala. -Costar los insumos de energía (entre 100 y 300 dólares EE.UU. por tonelada de CO 2 ). En cambio, el costo de la reforestación se estimó en menos de 100 dólares EE.UU. por tonelada de CO 2 . [32]
Un ejemplo de proyecto de investigación sobre la viabilidad de una mayor erosión es el proyecto CarbFix en Islandia. [33] [34] [35]
UNDO, una empresa de Enhanced Weathering con sede en el Reino Unido, esparce roca de silicato triturada, como basalto y wollastonita, en tierras agrícolas del Reino Unido, Canadá y Australia. Afirman haber esparcido más de 200.000 toneladas de roca triturada hasta la fecha, que capturarán más de 40.000 toneladas de CO2 a medida que la roca se erosione. En marzo de 2024, publicaron un artículo revisado por pares [36] en asociación con la Universidad de Newcastle en la revista PLOS ONE sobre los beneficios agronómicos colaterales del basalto triturado en un clima templado. Son 1 de los 20 finalistas de XPRIZE Carbon Removal [37] , una competencia de 100 millones de dólares organizada por la Fundación Musk .
Una empresa irlandesa llamada Silicate ha realizado pruebas en Irlanda y en 2023 las realizará en los EE. UU., cerca de Chicago. Utilizando hormigón triturado hasta convertirlo en polvo, se esparce en tierras de cultivo en una proporción de 500 toneladas por 50 hectáreas, con el objetivo de capturar 100 toneladas de CO2 por año de esa área. Afirmando que mejora la calidad del suelo y la productividad de los cultivos, la empresa vende créditos de eliminación de carbono para financiar los costos. La financiación del piloto inicial proviene del premio en metálico otorgado a la startup por THRIVE/Shell Climate-Smart Agriculture Challenge. [38] [39]