La inyección directa de dióxido de carbono en las profundidades del mar era una propuesta tecnológica (ahora abandonada) con el objetivo de eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera mediante inyección directa en las profundidades del océano para almacenarlo allí durante siglos. En el fondo del océano, las presiones serían lo suficientemente grandes como para que el CO 2 estuviera en su fase líquida. La idea detrás de la inyección en el océano era tener depósitos estables y estacionarios de CO 2 en el fondo del océano. El océano podría contener potencialmente más de mil billones de toneladas de CO 2 . Sin embargo, el interés en esta vía de almacenamiento de carbono se ha reducido mucho desde aproximadamente 2001 debido a las preocupaciones sobre los impactos desconocidos en la vida marina , los altos costos y las preocupaciones sobre su estabilidad o permanencia. [1]
Un informe especial del IPCC de 2005 resumió el estado de la investigación en ese momento. En aquel entonces, se descubrió que "el almacenamiento en las profundidades del océano podría ayudar a reducir el impacto de las emisiones de CO 2 en la biología de la superficie del océano, pero a expensas de los efectos en la biología del océano profundo". [2] : 279 Además, se consideró dudoso que el público aceptara esta tecnología como parte de una estrategia de mitigación del cambio climático . [2] : 279
Publicaciones anteriores, como el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC de 2007, también se referían a esta tecnología como almacenamiento oceánico . [3] : 287 Sin embargo, hoy en día ese término se utiliza más ampliamente como parte de la captura y almacenamiento de carbono y el secuestro de carbono en el océano. Por ejemplo, el Quinto Informe de Evaluación del IPCC de 2014 ya no menciona el término "almacenamiento oceánico" en su informe sobre métodos de mitigación del cambio climático. [4] El Sexto Informe de Evaluación del IPCC más reciente de 2022 tampoco incluye ninguna mención al "almacenamiento en el océano" en su "taxonomía de eliminación de dióxido de carbono". [5] : 12–37 En cambio, ahora se presta más atención a la gestión del carbono azul en las zonas costeras.
Los océanos cubren poco más del 70% de la superficie total de la Tierra y desempeñan un papel importante a la hora de ayudar a estabilizar el clima de la Tierra . [6] Debido a la solubilidad del dióxido de carbono en agua, el CO 2 se disuelve naturalmente en aguas oceánicas para formar un equilibrio . Con un aumento en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, la posición de equilibrio empuja el equilibrio en la dirección tal que se disuelve más CO 2 en el agua. Debido a este mecanismo, los océanos han absorbido más de 500 Gton de dióxido de carbono (lo que representa un total de 140 Gton de carbono) de emisiones antropogénicas de dióxido de carbono liberadas durante los últimos dos siglos. [6] Con el aumento de las concentraciones atmosféricas de CO 2 liberadas debido a las actividades humanas en comparación con los niveles anteriores a la industrialización , los océanos están absorbiendo actualmente 7 Gt de dióxido de carbono por año. [7]
Después de que el dióxido de carbono atmosférico se disuelve en el océano, parte del dióxido de carbono reacciona con el agua de mar para formar ácido carbónico . [8] A medida que el ácido carbónico continúa interactuando con las moléculas de agua, se forma carbonato , lo que aumenta la concentración de iones de hidrógeno en el océano y, en consecuencia, reduce el pH del océano . Por lo tanto, el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera disminuye el pH del océano en un proceso llamado acidificación de los océanos . [2]
La inyección de dióxido de carbono diluido requiere una inyección a profundidades donde el dióxido de carbono puede ser dispersado por las corrientes oceánicas y la mezcla de los océanos. Tras la inyección, las aguas interactúan y se mezclan según la densidad y diluyen la concentración de dióxido de carbono. [2] La inyección de dióxido de carbono desde embarcaciones distribuye bajas concentraciones de dióxido de carbono en aguas abiertas mientras se mueve para aumentar el área de dispersión de dióxido de carbono. La dispersión de dióxido de carbono a través de un barco también puede ocurrir mediante una tubería conectada al barco que inyecta una mezcla de dióxido de carbono diluido en la columna de agua. El dióxido de carbono se inyectaría a 1000 m de profundidad para reducir el escape de burbujas de dióxido de carbono . A medida que aumentan las burbujas de dióxido de carbono inyectadas, aumenta la dispersión en la columna de agua. [9]
Se pensaba que la inyección de dióxido de carbono diluido a 0,37 GTC/año tendría un efecto insignificante sobre el pH del océano. [2] La inyección diluida en el océano requiere poca infraestructura en comparación con otras formas de inyección en el océano. [8] El Programa de I+D de Gases de Efecto Invernadero de la AIE estima que la inyección de dióxido de carbono diluido costaría 70 dólares por tonelada de dióxido de carbono, incluidos los costos de captura, transporte y almacenamiento de carbono antes de su dispersión por embarcaciones. [10]
Los estudios muestran que el suministro de dióxido de carbono líquido mediante una tubería remolcada (unida a un barco que viaja perpendicular a la corriente) puede minimizar las "aglomeraciones" de niveles de dióxido de carbono altamente concentrados. La entrega por tubería fija se limitaría a una pequeña región del océano y, a su vez, mataría instantáneamente a las especies sensibles que habitan en la región. Existe consenso entre los científicos en que el secuestro de dióxido de carbono en los océanos no es un plan a largo plazo en el que se pueda confiar, pero puede resolver problemas atmosféricos inmediatos si se implementa temporalmente. Los científicos creen que es posible diseñar formas de descargar dióxido de carbono a velocidades que se asemejen a la fluctuación natural del dióxido de carbono en los océanos. [11]
El almacenamiento de dióxido de carbono en el océano puede ocurrir a través de hidratos sólidos o sólidos de dióxido de carbono . La densidad del dióxido de carbono en estado sólido es aproximadamente 1,5 veces mayor que la del agua de mar y, por lo tanto, tiende a hundirse en el fondo del océano. La velocidad de disolución en la superficie es de aproximadamente 0,2 cm/h, de modo que una pequeña cantidad de dióxido de carbono puede disolverse por completo antes de llegar al fondo del mar. [2] Además de la inyección de dióxido de carbono sólido, el hidrato de dióxido de carbono [12] es otro método popular de almacenamiento. La formación de hidratos tiene lugar cuando la concentración disuelta de dióxido de carbono líquido ronda el 30% y se encuentra a 400 metros por debajo del nivel del mar. Los hidratos se forman como una capa externa alrededor de gotas de dióxido de carbono líquido o como una masa sólida. [13] La composición molecular está compuesta de dióxido de carbono y agua, dióxido de carbono·nH 2 O (n ≈ 5,75). [8] La densidad resultante es aproximadamente un 10% más densa que el agua de mar. En comparación con el dióxido de carbono líquido, la forma de hidrato se disuelve significativamente más lentamente en agua de mar, también a aproximadamente 0,2 cm/h. [13] Además, el hidrato permanece inmóvil en el fondo marino y forma una capa de hidrato, lo que obliga al dióxido de carbono líquido a moverse solo lateralmente. [14] La estabilidad molecular general depende de la temperatura y la presión del medio ambiente, y los hidratos solo se disocian cuando se ponen en contacto directo con calor y agua adicionales en concentraciones por debajo de su concentración de equilibrio. [15] Sin embargo, debido a su estructura cristalina, el hidrato puro no viaja a través de tuberías. Dado que es extremadamente difícil lograr una eficiencia del 100%, en realidad, tanto los experimentos de laboratorio como los de campo sugieren que la eficiencia de la reacción de hundimiento es aproximadamente del 15 al 25%. [8] Cualquier tipo de inestabilidad de los hidratos es probable que provoque disolución y dispersión durante el proceso de descenso o inyección. [14]
Los investigadores han podido demostrar en laboratorio y en pequeños experimentos in situ que el dióxido de carbono puede inyectarse en los océanos en forma de columnas ascendentes o descendentes. [2] La columna se hundirá si es más densa que el agua de mar. Esto debería ocurrir si la columna, una mezcla de dióxido de carbono y agua de mar, se inyecta a una profundidad de 3 kilómetros. [8] A medida que la columna se mueve verticalmente, se disolverá al menos parcialmente debido a la transferencia de masa convectiva con el agua de mar que pasa. La disolución aumenta por el aumento de las corrientes perpendiculares a la columna de agua vertical que contiene la pluma debido al aumento de la transferencia de masa convectiva. Para las columnas que se hunden, se desean corrientes horizontales mínimas para que la columna pueda hundirse hasta el fondo del océano para un secuestro a más largo plazo. Se desea lo contrario para las columnas ascendentes, que, al igual que otras técnicas de almacenamiento oceánico diluido mencionadas anteriormente, se basan en la dispersión para hacer que el cambio en la concentración de dióxido de carbono en el océano sea lo suficientemente bajo como para no afectar significativamente a la biosfera marina. [dieciséis]
El método de inyección propuesto consiste en gotitas de dióxido de carbono supercrítico mezcladas con agua de mar. Se pueden diseñar columnas para que se disuelvan a diferentes velocidades según el tamaño, la concentración y la velocidad de inyección de las gotas de dióxido de carbono/agua de mar. Para las columnas ascendentes que dependen de la disolución para secuestrar dióxido de carbono, una gota más pequeña con una mayor velocidad de inyección es mejor porque conduce a una disolución más rápida. Idealmente, las columnas que se hunden forman lagos de dióxido de carbono en el fondo del océano para un secuestro a más largo plazo. [2]
Se formarán lagos de dióxido de carbono en los fondos oceánicos, en depresiones o trincheras del fondo marino. Estos lagos secuestran dióxido de carbono mediante aislamiento. Las profundidades del océano tienen un ritmo muy lento de mezcla con la superficie del océano. Además, la superficie del lago de dióxido de carbono formará una capa de hidratos cristalinos que ralentizarán la disolución del dióxido de carbono en el océano de arriba. El movimiento convectivo sobre la superficie del lago debido a tormentas en el fondo del océano o corrientes marinas normales aumentará la disolución. Sin ningún flujo masivo sobre el lago, el plazo de almacenamiento del dióxido de carbono es de 10.000 años para un lago de 50 m de profundidad. Este número se reduce en más de 25 veces con las corrientes de las tormentas del fondo del océano. [2]
Los sitios se elegirían en función de la profundidad del fondo del océano, la actividad sísmica y volcánica y la presencia de depósitos de CaCO 3 que podrían aumentar la tasa de mineralización de carbono. [17] Algunos sitios propuestos para almacenamiento a profundidades superiores a 6 km incluyen la trinchera indonesia de Sunda , la trinchera japonesa Ryukyu y la trinchera de Puerto Rico . [15]
Se puede implementar el uso de hidratos de clatrato para reducir la velocidad de disolución del dióxido de carbono. [18] [19] Los hidratos le dan al dióxido de carbono una flotabilidad negativa, lo que permite que la inyección se produzca a niveles de superficie en lugar de a través de tuberías. [20] Los experimentos demostraron que el uso de hidratos de clatrato minimizó la velocidad a la que el dióxido de carbono inyectado se propaga por el fondo del océano. [11] Esta tasa demostró minimizar el impacto en los organismos de aguas profundas. [18] La integridad de los hidratos depende en gran medida de la magnitud de la corriente oceánica en el lugar de la inyección. [19] El dióxido de carbono se disolvió en las aguas superficiales antes de que el hidrato pudiera hundirse en las profundidades del océano (entre el 10% y el 55% del dióxido de carbono permaneció adherido al hidrato a profundidades de 1500 m en el océano). [18] En experimentos de laboratorio aún no se han logrado flujos continuos de hidratos. [11]
Una estimación de costes de 2007 sitúa los costes de esta tecnología entre 5 y 30 dólares EE.UU. por tonelada de CO 2 neto inyectado. Esta estimación de costos "incluía el transporte mar adentro de 100 a 500 km". [3] : 287
Los desafíos se resumieron en 2006 de la siguiente manera: "impactos biológicos desconocidos, costos elevados, impermanencia del almacenamiento en los océanos y preocupaciones con respecto a la aceptación pública". [1] La cuestión de la impermanencia se debe al hecho de que, al cabo de unos cientos de años, el CO 2 inyectado se reequilibrará con la atmósfera. [3] : 285
Una evaluación realizada en 2013 resumió el estado de la cuestión de la siguiente manera: Objetivamente, los temores sobre la eliminación directa de CO 2 en el océano son injustificados; Sería demasiado costoso, demasiado controvertido y técnicamente desafiante transferir grandes cantidades de CO 2 a gran profundidad. Pero en cualquier caso, tales esfuerzos quedarían eclipsados por el aproximadamente 1 millón de toneladas de CO 2 de combustible fósil por hora que ahora se transfieren del aire al mar. No obstante, los debates urgentes en torno al concepto de eliminación directa de CO 2 en el océano ayudaron enormemente a la comprensión científica moderna de los impactos del CO 2 elevado en el océano. [21]
Los investigadores están estudiando cómo se ven afectados los ecosistemas antes y después de la inyección de dióxido de carbono líquido mediante "estudios de procesos, estudios de trazadores biogeoquímicos y estudios del fondo del océano". [2] El desafío proviene del rango espacial del océano y la escala de tiempo en la que se producirían los efectos, lo que dificultaría detectarlos con precisión. [19] Hay un conocimiento muy limitado sobre qué organismos y ecosistemas existen en esta área inexplorada y la interdependencia de dichos ecosistemas. [19] Lo siguiente se refiere específicamente al secuestro en las profundidades del océano mediante inyección diluida, pero aborda métodos alternativos (inyección mediante tubería remolcada, inyección mediante tubería estacionaria, uso de hidratos). Debido al tamaño del océano, las predicciones y conclusiones sobre el riesgo ambiental de este proceso de secuestro se basan en experimentos a pequeña escala que se han extrapolado para mostrar posibles resultados a una escala tan grande como el océano. [2]
El secuestro de océanos en sedimentos de aguas profundas tiene el potencial de afectar la vida marina profunda. La composición química y física de las profundidades del mar no sufre cambios como lo hacen las aguas superficiales. [2] Debido a su contacto limitado con la atmósfera, la mayoría de los organismos han evolucionado con muy poca perturbación física y química y expuestos a niveles mínimos de dióxido de carbono. [2] La mayor parte de su energía se obtiene alimentándose de las partículas que descienden de las aguas superficiales del océano y sus ecosistemas. [2] Los ecosistemas de aguas profundas no tienen tasas de reproducción rápidas ni dan a luz a mucha descendencia debido a su acceso limitado a oxígeno y nutrientes. [2] En particular, las especies que habitan entre 2000 y 3000 m de profundidad del océano tienen poblaciones pequeñas y diversas. [2] La introducción de cantidades letales de dióxido de carbono en el medio ambiente de dichas especies puede tener un grave impacto en el tamaño de la población y tardará más en recuperarse en relación con las especies de aguas superficiales. [20]
Si el secuestro de las aguas profundas se convierte en una práctica común, se seguirán investigando los efectos a largo plazo para predecir escenarios futuros de impactos del dióxido de carbono en las profundidades marinas. [20] El secuestro de dióxido de carbono líquido en los océanos no sólo afectaría a los ecosistemas de aguas profundas, sino que a largo plazo comenzaría a afectar a las especies de aguas superficiales. [20]
Aunque los efectos a largo plazo son los más relevantes de comprender, también son los más difíciles de predecir con precisión debido a la escala del océano y la diversidad de sensibilidad de las especies a los niveles elevados de dióxido de carbono. Los organismos marinos de superficie han sido mejor estudiados que los animales de aguas profundas en términos de las consecuencias debidas a la exposición prolongada al dióxido de carbono y se ha demostrado que experimentan una "calcificación reducida" y daños en sus esqueletos. [2] Esto afecta más seriamente la mortalidad y la tasa de crecimiento de los animales sin cáscara. [2] Los peces adultos mostraron una notable tolerancia a los niveles elevados de dióxido de carbono, sólo cuando la disolución del dióxido de carbono se produjo a un ritmo lento. [20] Los peces en desarrollo mostraron menos tolerancia que sus homólogos de peces adultos. [20]
Los partidarios del secuestro de los océanos argumentan que, debido al tamaño del océano, las inyecciones de dióxido de carbono diluido no serán suficientes para crear un impacto real en los ecosistemas y que las especies eventualmente pueden evolucionar hasta alcanzar estos mayores niveles de dióxido de carbono. [2] La capacidad de los organismos de las profundidades marinas para aclimatarse a la inyección de dióxido de carbono no ha sido investigada y la hipótesis de que evolucionarán con el tiempo carece de respaldo científico. [2] La investigación científica muestra que los sitios de inyección son espacialmente específicos y los ecosistemas que habitan el sitio de inyección pueden sufrir consecuencias inmediatas. [22] Las áreas afectadas experimentarán acidificación, debido al aumento de los niveles de bicarbonato y, a su vez, una disminución en los niveles de carbonato de calcio. [22] Esto hará que los sedimentos y las conchas de los organismos se disuelvan más rápidamente. [2]
El concepto de inyectar dióxido de carbono en las partes más profundas del océano fue propuesto por primera vez por el físico italiano Cesare Marchetti en 1976. [23]
Una revisión de 2022 explicó que: "En 1997 en Kioto, durante la COP-3 de la CMNUCC , se firmó un acuerdo de proyecto internacional para el estudio de la inyección directa de CO 2 , con patrocinadores del Departamento de Energía de EE. UU. , el Departamento de Nuevas Energías y Tecnología Industrial. Organización de Japón y el Consejo Noruego de Investigación ". Sin embargo, hubo críticas de varias organizaciones, incluida Greenpeace, debido a los impactos desconocidos en la vida marina profunda y sus implicaciones legales. [24] : 262 Esta crítica fue considerada como un "espectacular" desde aproximadamente 2003 en adelante.
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