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Captura y almacenamiento de carbono

Captura de CO2 anual propuesta (barras grises) versus implementada (barras azules) . Se han implementado más del 75% de los proyectos de procesamiento de gas propuestos, mientras que las cifras correspondientes a otros proyectos industriales y proyectos de centrales eléctricas rondan el 60% y el 10%, respectivamente. [1]

La captura y almacenamiento de carbono ( CCS ) es un proceso en el que una corriente relativamente pura de dióxido de carbono (CO 2 ) de fuentes industriales se separa, se trata y se transporta a un lugar de almacenamiento a largo plazo. [2] : 2221  Por ejemplo, la corriente de dióxido de carbono que se va a capturar puede resultar de la quema de combustibles fósiles o biomasa . Por lo general, el CO 2 se captura de grandes fuentes puntuales , como una planta química o una planta de biomasa , y luego se almacena en una formación geológica subterránea . El objetivo es reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y así mitigar el cambio climático . [3] [4] El informe más reciente del IPCC sobre la mitigación del cambio climático describe las modernizaciones de CAC para las centrales eléctricas existentes como una de las formas de limitar las emisiones del sector eléctrico y cumplir los objetivos del Acuerdo de París . [5]

El CO 2 se puede capturar directamente de una fuente industrial, como un horno de cemento , utilizando diversas tecnologías; incluyendo adsorción , bucle químico , separación de gas por membrana o hidratación de gas . [6] [7] [8] A partir de 2022 , aproximadamente una milésima parte de las emisiones globales de CO 2 serán capturadas por CAC, y la mayoría de los proyectos son para el procesamiento de gas fósil . [9] : 32  Los proyectos actuales de CAC generalmente apuntan a una eficiencia de captura del 90%, [10] pero varios proyectos actuales no han logrado alcanzar ese objetivo. [11] Los opositores argumentan que la captura y almacenamiento de carbono es sólo una justificación para el uso indefinido de combustibles fósiles disfrazado de reducciones marginales de emisiones. [12]

El CO 2 se almacena en formaciones geológicas profundas o en forma de carbonatos minerales . También se investiga la captura y almacenamiento de carbono pirogénico (PyCCS). [13] Las formaciones geológicas se consideran actualmente los sitios de secuestro más prometedores. El Laboratorio Nacional de Tecnología Energética de Estados Unidos (NETL) informó que América del Norte tiene suficiente capacidad de almacenamiento para más de 900 años de CO 2 al ritmo de producción actual. [14] Un problema general es que las predicciones a largo plazo sobre la seguridad del almacenamiento submarino o subterráneo son muy difíciles e inciertas, y todavía existe el riesgo de que algo de CO 2 pueda filtrarse a la atmósfera. [15] [16] [17] A pesar de esto, una evaluación de 2018 estima que el riesgo de fugas sustanciales es bastante bajo. [18] [19]

A menudo se considera que la CCS es un proceso relativamente caro que produce un producto demasiado barato. [20] La captura de carbono tiene más sentido económico cuando el precio del carbono es lo suficientemente alto, como en gran parte de Europa, [9] o cuando se combina con un proceso de utilización en el que el CO 2 barato puede usarse para producir productos químicos de alto valor para compensar los altos costos de las operaciones de captura. [21] Algunos activistas y políticos medioambientales han criticado la CAC como una falsa solución a la crisis climática. Citan el papel de la industria de los combustibles fósiles en los orígenes de la tecnología y en el cabildeo a favor de una legislación centrada en la CAC. [22] Los opositores también argumentan que la captura y almacenamiento de carbono es sólo una justificación para el uso indefinido de combustibles fósiles disfrazado de reducciones marginales de emisiones. [12] Las personas que ya están involucradas o acostumbradas a la industria tienen más probabilidades de aceptar la CAC, mientras que las comunidades que han sido afectadas negativamente por cualquier actividad industrial también apoyan menos la CAC. [23]

A nivel mundial, se han emitido una serie de leyes y normas que respaldan o exigen el uso de tecnologías CAC. En EE. UU., la Ley de Infraestructura, Inversión y Empleo de 2021 brinda apoyo para una variedad de proyectos de CAC, mientras que la Ley de Reducción de la Inflación de 2022 actualiza la ley de crédito fiscal para fomentar el uso de la captura y el almacenamiento de carbono. [24] [25] En 2023, la EPA emitió una norma proponiendo que se requiera CAC para lograr una reducción de emisiones del 90% para las centrales eléctricas de carbón y gas natural existentes. Esa regla entraría en vigor en el período 2035-2040. [26] Otros países también están desarrollando programas para apoyar las tecnologías CAC, incluidos Canadá, Dinamarca, China y el Reino Unido. [27] [28]

Terminología

El término captura y almacenamiento de carbono (CCS), también conocido como captura y almacenamiento de dióxido de carbono, se refiere a un proceso en el que una corriente relativamente pura de dióxido de carbono (CO 2 ) se separa (“captura”), se comprime y se transporta a un lugar de almacenamiento. para un aislamiento a largo plazo de la atmósfera. [2] : 2221  La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS), es una técnica relacionada que implica la aplicación de CAC a la bioenergía con el fin de reducir el CO2 atmosférico a lo largo del tiempo.

CCS y CCUS (captura, utilización y almacenamiento de carbono) a menudo se usan indistintamente. Esto último implica la "utilización" del carbono capturado para otras aplicaciones, como la recuperación mejorada de petróleo (EOR), la producción de combustible líquido o la fabricación de bienes de consumo, como los plásticos . Ambos enfoques capturan CO 2 y lo almacenan eficazmente, ya sea en formaciones geológicas o en productos materiales. [29]

Objetivo

Usos tempranos

La industria del gas natural ha utilizado tecnología de captura de carbono durante décadas [ cuantificar ] . El gas natural crudo contiene CO2 que debe eliminarse para producir un producto comercializable. La venta del CO2 capturado, principalmente a productores de petróleo para EOR, ha mejorado la viabilidad económica de los proyectos de desarrollo de gas natural. [30] La eliminación de CO2 para este propósito ocurrió por primera vez en la Planta de Procesamiento de Gas Natural Terrell, en Terrell, Texas, EE. UU. , en 1972. [31] El uso de CAC como medio para reducir las emisiones antropogénicas de CO2 es más reciente. El proyecto Sleipner CCS, que comenzó en 1996, y el Proyecto de Dióxido de Carbono Weyburn-Midale , que comenzó en 2000, fueron las primeras demostraciones internacionales de la captura, utilización y almacenamiento a gran escala de emisiones antropogénicas de CO2. [32]

Papel en la mitigación del cambio climático

En el siglo XXI, la CAC se utiliza para contribuir a la mitigación del cambio climático . El informe más reciente del IPCC de 2022 sobre la mitigación del cambio climático describe las modernizaciones de CAC para las centrales eléctricas existentes como una de las formas de limitar las emisiones del sector eléctrico para cumplir los objetivos del Acuerdo de París. [5] Sin embargo, los análisis de los estudios de modelización utilizados en este informe indican que la excesiva dependencia de la CAC presenta riesgos y que las tasas globales de implementación de CAC siguen estando muy por debajo de las descritas en los escenarios de mitigación del IPCC. La capacidad total anual de CCS fue de solo 45 MtCO 2 en 2021. [33] La implementación de supuestos tecnológicos predeterminados costaría entre un 29 y un 297 % más a lo largo del siglo que los esfuerzos sin CCS para un escenario de 430-480 ppm de CO 2 /año. [34] [ ¿ fuente poco confiable? ] [35]

En 2017, las temperaturas globales ya habían aumentado 1 °C desde el comienzo de la era industrial. [36] Debido a la incapacidad inmediata de mantener la temperatura en el objetivo de 1 °C, el siguiente objetivo realista fue 1,5 °C. Se pensaba que los escenarios en los que el cambio de grados se mantenía por debajo de 1,5 °C eran desafiantes, pero no imposibles. [37]

A partir de 2018, para un objetivo inferior a 2,0 °C, se habían desarrollado vías socioeconómicas compartidas (SSP), añadiendo una dimensión socioeconómica al trabajo integrador iniciado por los modelos RCP . Todos los escenarios de SSP muestran un alejamiento de los combustibles fósiles sin reducción, es decir, procesos sin CAC. [37] Se propuso que la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) era necesaria para alcanzar los 1,5 °C, y que con la ayuda de BECCS aún debían eliminarse de la atmósfera entre 150 y 12.000 GtCO 2 . [37]

Componentes tecnológicos

Captura

La captura de CO 2 es más rentable en fuentes puntuales, como grandes instalaciones de energía basadas en combustibles fósiles, industrias con importantes emisiones de CO 2 (por ejemplo, producción de cemento, fabricación de acero [38] ), procesamiento de gas natural , plantas de combustibles sintéticos y plantas de combustibles fósiles. Plantas de producción de hidrógeno basadas en Es posible extraer CO 2 del aire [39] , aunque la menor concentración de CO 2 en el aire en comparación con las fuentes de combustión complica la ingeniería y, por tanto, encarece el proceso. [40] La eficiencia neta de almacenamiento de los proyectos de captura de carbono es como máximo del 6% al 56%. [41]

Las impurezas en las corrientes de CO 2 , como el azufre y el agua, pueden tener un efecto significativo en el comportamiento de sus fases y podrían causar una mayor corrosión de las tuberías y los pozos. En los casos en los que existen impurezas de CO 2 , especialmente con la captura de aire, se necesita un proceso de separación por depuración para limpiar inicialmente los gases de combustión . [42]

Se están aplicando una amplia variedad de técnicas de separación, incluida la separación en fase gaseosa, la absorción en un líquido y la adsorción en un sólido, así como procesos híbridos, como los sistemas de adsorción/membrana. [43] Hay tres formas en que se puede realizar esta captura: captura postcombustión, captura precombustión y oxicombustión: [44]

Tecnologías de separación

Las principales tecnologías propuestas para la captura de carbono son: [6] [52] [53]

La absorción o depuración de carbono con aminas es la tecnología de captura dominante. Es la única tecnología de captura de carbono hasta el momento que se ha utilizado industrialmente. [54] Las soluciones de monoetanolamina (MEA), la amina líder para capturar CO 2 , tienen una capacidad calorífica de entre 3 y 4 J/g K, ya que son principalmente agua. [55] [56] Las capacidades caloríficas más altas aumentan la penalización energética en el paso de regeneración del disolvente.

Alrededor de dos tercios del costo de la CCS se atribuyen a la captura, lo que la convierte en el límite para la implementación de la CCS. La optimización de la captura aumentaría significativamente la viabilidad de la CCS, ya que los pasos de transporte y almacenamiento de la CCS están bastante maduros. [57]

Un método alternativo es la combustión en bucle químico (CLC). El looping utiliza un óxido metálico como portador sólido de oxígeno. Las partículas de óxido metálico reaccionan con un combustible sólido, líquido o gaseoso en una cámara de combustión de lecho fluidizado , produciendo partículas metálicas sólidas y una mezcla de CO 2 y vapor de agua. El vapor de agua se condensa, dejando CO2 puro , que luego puede ser secuestrado. Las partículas de metal sólido circulan a otro lecho fluidizado donde reaccionan con el aire, produciendo calor y regenerando partículas de óxido metálico para regresar a la cámara de combustión. Una variante del bucle químico es el bucle de calcio , que utiliza la carbonatación alterna y luego la calcinación de un portador a base de óxido de calcio . [58]

También se están realizando importantes estudios la captura de carbono basada en adsorción en materiales altamente porosos como carbones activados , zeolitas o MOF . Dicho proceso se divide en adsorción física y química o fisisorción y quimisorción respectivamente. El primero mitiga el problema de la regeneración de CO 2 ya que la mayor parte del CO 2 se puede regenerar simplemente disminuyendo la presión. La capacidad de fisisorción está determinada principalmente por la porosidad del adsorbato. [8] [59]

Un estudio de 2019 encontró que las plantas CCS son menos efectivas que la electricidad renovable. [60] Se estimaron los índices de retorno de energía eléctrica sobre energía invertida (EROEI) de ambos métodos de producción, teniendo en cuenta sus costos energéticos operativos y de infraestructura. La producción de electricidad renovable incluía energía solar y eólica con suficiente almacenamiento de energía, además de producción de electricidad gestionable. Por lo tanto, una rápida expansión del almacenamiento y la electricidad renovable escalable sería preferible a la expansión de los combustibles fósiles con CAC. El estudio no consideró si ambas opciones podrían aplicarse en paralelo. [60]

En la tecnología de desplazamiento de gas de agua mejorado por sorción (SEWGS), un proceso de captura de carbono previo a la combustión, basado en la adsorción de sólidos, se combina con la reacción de desplazamiento de gas de agua (WGS) para producir una corriente de hidrógeno a alta presión. [61] El flujo de CO 2 producido puede almacenarse o utilizarse para otros procesos industriales. [62]

Compresión

Una vez capturado el CO 2 , normalmente se comprime en un fluido supercrítico . El CO 2 se comprime para que pueda transportarse más fácilmente. La compresión se realiza en el sitio de captura. Este proceso requiere su propia fuente de energía. Al igual que la etapa de captura, la compresión se logra aumentando la carga parásita. La compresión de CO 2 es un procedimiento que consume mucha energía y que implica compresores complejos de varias etapas y un proceso de enfriamiento generado por energía. [63]

Transporte

Una parte del CO 2 altamente presurizado ya se transporta a través de tuberías. Por ejemplo, aproximadamente 5.800 km de oleoductos de CO 2 operaron en los EE. UU. en 2008, y un oleoducto de 160 km en Noruega [64] se utiliza para transportar CO 2 a sitios de producción de petróleo, donde se inyecta en campos más antiguos para extraer petróleo. Esta inyección se utiliza para la recuperación mejorada de petróleo . Se están desarrollando programas piloto para probar el almacenamiento a largo plazo en formaciones geológicas no productoras de petróleo. En el Reino Unido, la Oficina Parlamentaria de Ciencia y Tecnología prevé que los oleoductos sean el principal medio de transporte del país. [64]

En 2021, dos empresas, Navigator CO 2 Ventures y Summit Carbon Solutions, estaban planeando oleoductos a través del medio oeste de EE. UU. desde Dakota del Norte hasta Illinois para conectar empresas de etanol con sitios donde se inyecta CO 2 licuado en roca porosa. [65] El proyecto del oleoducto Navigator Heartland Greenway fue cancelado después de encontrar una importante resistencia local al proyecto. [66] El oleoducto Summit Carbon también ha enfrentado importantes obstáculos y actualmente pronostica una DQO en 2026. [67]

Fugas durante el transporte

Las tuberías de transmisión pueden tener fugas o romperse. Las tuberías pueden equiparse con válvulas controladas remotamente que pueden limitar la cantidad de liberación a una sección de tubería. Una sección cortada de un oleoducto de 19" y 8 km de largo podría liberar sus 1.300 toneladas en aproximadamente 3 a 4 minutos. [68]

En 2020, un oleoducto explotó cerca de Satartia, Mississippi , lo que provocó que los automóviles se detuvieran y la gente quedara inconsciente; 45 fueron hospitalizados y algunos experimentaron efectos a largo plazo en su salud. [69] [70]

Secuestro (almacenamiento)

Se han concebido varios enfoques para el almacenamiento permanente. Estos incluyen el almacenamiento gaseoso en formaciones geológicas profundas (incluidas formaciones salinas y campos de gas agotados) y el almacenamiento sólido mediante la reacción del CO 2 con óxidos metálicos para producir carbonatos estables . La capacidad de almacenamiento, la eficiencia de contención y la inyectividad son los tres factores que requieren una evaluación previa importante para decidir la viabilidad del almacenamiento de CO2 en una formación geológica candidata. [71] El geosecuestro consiste en inyectar CO 2 , generalmente en forma supercrítica , en formaciones geológicas subterráneas. Se han sugerido como alternativas campos petroleros , campos de gas , formaciones salinas, vetas de carbón no explotables y formaciones de basalto rellenas de sal. A nivel molecular, se ha demostrado que el dióxido de carbono afecta las propiedades mecánicas de la formación donde se inyecta. [72] Los mecanismos de captura físicos (por ejemplo, roca de cobertura altamente impermeable ) y geoquímicos impiden que el CO 2 escape a la superficie. [73]

Se pueden utilizar vetas de carbón no explotables porque las moléculas de CO 2 se adhieren a la superficie del carbón. La viabilidad técnica depende de la permeabilidad del lecho de carbón. En el proceso de absorción, el carbón libera metano previamente absorbido , y el metano puede recuperarse ( recuperación mejorada de metano en lechos de carbón ). Los ingresos por metano pueden compensar una parte del costo, aunque quemar el metano resultante produce otra corriente de CO 2 que debe ser secuestrada. [ cita necesaria ]

Las formaciones salinas contienen salmueras mineralizadas y aún no han producido beneficios para los humanos. En algunos casos se han utilizado acuíferos salinos para almacenar residuos químicos . La principal ventaja de los acuíferos salinos es su gran volumen potencial de almacenamiento y su ubicuidad. La principal desventaja de los acuíferos salinos es que se sabe relativamente poco sobre ellos. Para mantener aceptable el costo del almacenamiento, la exploración geofísica puede ser limitada, lo que genera una mayor incertidumbre sobre la estructura del acuífero. A diferencia del almacenamiento en campos petroleros o yacimientos de carbón, ningún producto secundario compensa el costo de almacenamiento. Los mecanismos de captura , como la captura estructural, la captura de residuos, la captura de solubilidad y la captura de minerales, pueden inmovilizar el CO 2 bajo tierra y reducir los riesgos de fugas. [73] [74]

Recuperación mejorada de petróleo

Ocasionalmente se inyecta CO 2 en un campo petrolífero como técnica mejorada de recuperación de petróleo , [75] pero debido a que el CO 2 se libera cuando se quema el petróleo, [76] no es carbono neutral . [77] [ verificación fallida ]

Se ha inyectado CO 2 en formaciones geológicas durante varias décadas para mejorar la recuperación del petróleo y después de la separación del gas natural , pero esto ha sido criticado por producir más emisiones cuando se quema el gas o el petróleo. [9]

Riesgos de fuga durante el almacenamiento

Retención a largo plazo

El IPCC estima que los riesgos de fugas en sitios gestionados adecuadamente son comparables a los asociados con la actividad actual de hidrocarburos. Recomienda que se establezcan límites a la cantidad de fugas que pueden tener lugar. [78] Sin embargo, esta conclusión es cuestionada dada la falta de experiencia. [79] [80] El CO 2 podría quedar atrapado durante millones de años y, aunque pueden producirse algunas fugas, es probable que los sitios de almacenamiento adecuados retengan más del 99 % durante más de 1000 años. [81]

No se considera que el almacenamiento de minerales presente ningún riesgo de fuga. [82]

El campo de gas Sleipner de Noruega es el proyecto de retención a escala industrial más antiguo. Una evaluación ambiental realizada después de diez años de operación concluyó que el geosecuestro era la forma más definitiva de método de almacenamiento geológico permanente:

La información geológica disponible muestra la ausencia de eventos tectónicos importantes tras el depósito de la formación Utsira [reservorio salino]. Esto implica que el entorno geológico es tectónicamente estable y un sitio adecuado para el almacenamiento de CO 2 . La captura de solubilidad [es] la forma más permanente y segura de almacenamiento geológico. [83]

En marzo de 2009, la compañía petrolera nacional noruega StatoilHydro (más tarde rebautizada como Equinor ) publicó un estudio que documenta la lenta propagación de CO 2 en la formación después de más de 10 años de funcionamiento. [84]

La fuga de gas a la atmósfera se puede detectar mediante el monitoreo de gases atmosféricos y se puede cuantificar directamente mediante mediciones de flujo de covarianza de remolinos . [85] [86] [87]

Peligros de fugas repentinas

En el lugar de almacenamiento, la tubería de inyección puede equiparse con válvulas de retención para evitar una liberación incontrolada del depósito en caso de daños en la tubería aguas arriba.

Las emisiones de CO 2 a gran escala presentan riesgos de asfixia . Por ejemplo, en el accidente minero de Menzengraben de 1953 , se liberaron varios miles de toneladas y asfixiaron a una persona a 300 metros de distancia. [68] [ se necesita mejor fuente ] El mal funcionamiento de un sistema industrial de extinción de incendios con CO 2 en un gran almacén liberó 50 t de CO 2 , después de lo cual 14 personas se desplomaron en la vía pública cercana. [68]

Costo

El costo es un factor importante que afecta la CAC. El costo de la CCS, más cualquier subsidio, debe ser menor que el costo esperado de emitir CO 2 para que un proyecto se considere económicamente favorable.

Se espera que la tecnología CCS utilice entre el 10 y el 40 por ciento de la energía producida por una central eléctrica. [88] [89] La energía consumida por la CAC 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 CO 2 extraído , mientras que el 10% restante proviene de bombas y ventiladores. [90] La CAC aumentaría las necesidades de combustible de una planta con CAC en aproximadamente un 15% (planta de gas). [91] Se estima que el costo de este combustible adicional, así como el almacenamiento y otros costos del sistema, aumentan los costos de la energía de una planta de energía con CAC entre un 30% y un 60%. Esto hace que sea más difícil para las plantas de combustibles fósiles con CAC competir con la energía renovable combinada con el almacenamiento de energía, especialmente porque el costo de la energía renovable y las baterías continúa disminuyendo.

La construcción de unidades CCS requiere mucho capital. Se estima que los costos adicionales de un proyecto de demostración de CAC a gran escala oscilarán entre 500 y 1100 millones de euros por proyecto durante su vida útil. Otras aplicaciones son posibles. Las pruebas de CAC para plantas alimentadas con carbón a principios del siglo XXI eran económicamente inviables en la mayoría de los países, [92] incluida China, [93] en parte porque los ingresos provenientes de la recuperación mejorada del petróleo colapsaron con el colapso del precio del petróleo en 2020. [94] Se estima que se necesita un precio del carbono de al menos 100 euros por tonelada de CO 2 para que la CAC industrial sea viable, [95] junto con tarifas sobre el carbono . [96] Pero, a mediados de 2022, la asignación de la UE nunca había alcanzado ese precio y el Mecanismo de Ajuste en Frontera de Carbono aún no se había implementado. [97] Sin embargo, una empresa que fabrica módulos pequeños afirma que puede llegar a un precio muy por debajo de ese precio mediante la producción en masa para 2022. [98]

Según estimaciones del gobierno del Reino Unido realizadas a finales de la década de 2010, se estima que la captura de carbono (sin almacenamiento) agregará 7 GBP por MWh para 2025 al costo de la electricidad de una central eléctrica alimentada por gas . Sin embargo, será necesario almacenar el CO 2 , por lo que en total el aumento del coste de la electricidad generada con gas o biomasa es de alrededor del 50%. [99]

Un estudio de 2020 concluyó que se podría instalar la mitad de CAC en plantas alimentadas con carbón que en plantas alimentadas con gas: principalmente en China e India. [100] Sin embargo, un estudio de 2022 concluyó que sería demasiado caro para la energía del carbón en China . [101]

panorama

Bill Gates ha dicho que, en su opinión, era poco probable que la CAC fuera económicamente viable para su uso a gran escala a largo plazo, y que "en la mayoría de los casos, se debería utilizar una técnica alternativa en lugar de emitir y luego pagar por capturar... Todo lo que puedas, debes resolverlo sin generar nunca dióxido de carbono”. [102] [103]

Impactos relacionados

Dado que en muchos sistemas de CAC se utilizan soluciones de aminas líquidas para capturar CO 2 , 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 agua. [104] Los sistemas CCS también reducen la eficiencia de las centrales eléctricas que los utilizan para controlar el CO 2. Para las plantas de carbón pulverizado (PC) supercrítico, los requisitos energéticos de CCS oscilan entre el 24 y el 40 %, mientras que para la gasificación combinada a base de carbón sistemas de ciclo (IGCC) es del 14 al 25%. [105] El uso de CCS para plantas de ciclo combinado de gas natural (NGCC) puede disminuir la eficiencia operativa del 11 al 22%. [105] Esto a su vez podría causar un aumento neto de contaminantes no relacionados con GEI de esas instalaciones. Sin embargo, la mayoría de estos impactos están controlados por el equipo de control de contaminación ya instalado en estas plantas para cumplir con las regulaciones de contaminación del aire. [106] La tecnología CCS también tiene impactos operativos. Estos impactos aumentan a medida que disminuye el factor de capacidad (la planta se utiliza menos, por ejemplo, sólo en momentos de mayor demanda o en emergencias ). [9] : 42 

Otros impactos ocurren fuera de las instalaciones. Como resultado de las pérdidas de eficiencia en las plantas de carbón, aumentan el uso de combustible y los problemas ambientales derivados de la extracción de carbón. Las plantas equipadas con sistemas de desulfuración de gases de combustión (FGD) para el control del dióxido de azufre requieren cantidades proporcionalmente mayores de piedra caliza , y los sistemas equipados con sistemas de reducción catalítica selectiva de los óxidos de nitrógeno producidos durante la combustión requieren cantidades proporcionalmente mayores de amoníaco . [ cita necesaria ] Limitar el uso de CAC también traería beneficios a corto plazo debido a la reducción de la contaminación del aire y el agua, las violaciones de derechos humanos y la pérdida de biodiversidad. [33]

Supervisión

El monitoreo permite detectar fugas con suficiente advertencia para minimizar la cantidad perdida y cuantificar el tamaño de la fuga. El monitoreo se puede realizar tanto a nivel de la superficie como del subsuelo. [107]

Subsuperficie

El monitoreo del subsuelo puede rastrear directa y/o indirectamente el estado del embalse. Un método directo implica perforar lo suficientemente profundo como para recolectar una muestra. Esta perforación puede resultar costosa debido a las propiedades físicas de la roca. También proporciona datos sólo en una ubicación específica.

Un método indirecto envía ondas sonoras u electromagnéticas al depósito que se refleja para su interpretación. Este enfoque proporciona datos sobre una región mucho más grande; aunque con menor precisión.

Tanto el seguimiento directo como el indirecto se pueden realizar de forma intermitente o continua. [107]

Sísmico

El monitoreo sísmico es un tipo de monitoreo indirecto. Se hace creando ondas sísmicas ya sea en la superficie usando un vibrador sísmico o dentro de un pozo usando una masa excéntrica giratoria . Estas ondas se propagan a través de capas geológicas y se reflejan, creando patrones que son registrados por sensores sísmicos colocados en la superficie o en pozos. [108] Puede identificar vías de migración de la columna de CO 2 . [109]

Ejemplos de seguimiento sísmico del secuestro geológico son el proyecto de secuestro Sleipner , la prueba de inyección de CO 2 de Frio y el proyecto CO2CRC Otway . [110] El monitoreo sísmico puede confirmar la presencia de CO 2 en una región determinada y mapear su distribución lateral, pero no es sensible a la concentración.

Trazador

Los trazadores químicos orgánicos, que no utilizan componentes radiactivos ni cadmio, se pueden utilizar durante la fase de inyección en un proyecto CCS donde se inyecta CO 2 en un yacimiento de petróleo o gas existente, ya sea para EOR, soporte de presión o almacenamiento. Los trazadores y las metodologías son compatibles con el CO 2 y, al mismo tiempo, únicos y distinguibles del propio CO 2 o de otras moléculas presentes en el subsuelo. Usando una metodología de laboratorio con una detectabilidad extrema para el trazador, las muestras regulares en los pozos productores detectarán si el CO 2 inyectado ha migrado desde el punto de inyección al pozo productor. Por lo tanto, una pequeña cantidad de trazador es suficiente para monitorear patrones de flujo subterráneo a gran escala. Por esta razón, la metodología de seguimiento es muy adecuada para monitorear el estado y posibles movimientos de CO 2 en proyectos de CAC. Por lo tanto, los trazadores pueden ser una ayuda en proyectos de CCS al actuar como garantía de que el CO 2 está contenido en el subsuelo de la ubicación deseada. En el pasado, esta tecnología se ha utilizado para monitorear y estudiar movimientos en proyectos de CAC en Argelia, [111] los Países Bajos [112] y Noruega (Snøhvit).

Superficie

La covarianza de remolinos es una técnica de seguimiento de la superficie que mide el flujo de CO 2 desde la superficie del suelo. Se trata de medir las concentraciones de CO 2 y la velocidad vertical del viento mediante un anemómetro . [113] Esto proporciona una medida del flujo vertical de CO 2 . Las torres de covarianza de remolinos podrían detectar fugas, después de tener en cuenta el ciclo natural del carbono, como la fotosíntesis y la respiración de las plantas. Un ejemplo de técnicas de covarianza de remolinos es la prueba de liberación superficial. [114] Otro enfoque similar es utilizar cámaras de acumulación para el monitoreo puntual. Estas cámaras están selladas al suelo con una corriente de flujo de entrada y salida conectada a un analizador de gas. [107] También miden el flujo vertical. Monitorear un sitio grande requeriría una red de cámaras.

InSAR

El monitoreo InSAR implica que un satélite envía señales a la superficie de la Tierra, donde se reflejan de regreso al receptor del satélite. De este modo, el satélite puede medir la distancia hasta ese punto. [115] La inyección de CO 2 en subcapas profundas de sitios geológicos crea altas presiones. Estas capas afectan a las capas superiores e inferiores y cambian el paisaje de la superficie. En zonas donde se almacena CO 2 , la superficie del suelo a menudo se eleva debido a las altas presiones. Estos cambios corresponden a un cambio mensurable en la distancia desde el satélite. [115]

sociedad y Cultura

Aceptación social

Protesta contra la captura y almacenamiento de carbono en 2021 (una acción iniciada por la Red de Acción de Emergencia Climática de Otway (OCEAN) en la Asamblea General Anual y el Simposio CO2CRC (Conferencia sobre captura y almacenamiento de carbono) en Torquay)
Protesta contra la captura y almacenamiento de carbono en el mismo evento que el anterior.

Múltiples estudios indican que la percepción de riesgos y beneficios son los componentes más esenciales de la aceptación social. [116]

La percepción de riesgo se relaciona principalmente con las preocupaciones sobre cuestiones de seguridad en términos de peligros de sus operaciones y la posibilidad de fugas de CO 2 que pueden poner en peligro a las comunidades, los productos básicos y el medio ambiente en las cercanías de la infraestructura. [117] Otros riesgos percibidos se relacionan con el turismo y el valor de las propiedades. [116] Las percepciones públicas de la CAC aparecen entre otras tecnologías controvertidas para abordar el cambio climático, como la energía nuclear, la eólica y la geoingeniería [118]

Las personas que ya se ven afectadas por el cambio climático, como la sequía, [119] tienden a apoyar más la CAC. A nivel local, las comunidades son sensibles a los factores económicos, incluida la creación de empleo, el turismo o las inversiones relacionadas. [116]

La experiencia es otra característica relevante. Varios estudios de campo concluyeron que es probable que las personas que ya están involucradas o acostumbradas a la industria acepten la tecnología. De la misma manera, las comunidades que se han visto afectadas negativamente por cualquier actividad industrial también apoyan menos la CAC. [116]

Pocos miembros del público conocen la CAC. Esto puede permitir conceptos erróneos que conduzcan a una menor aprobación. No hay pruebas sólidas que vinculen el conocimiento de la CAC y la aceptación pública. Sin embargo, un estudio encontró que comunicar información sobre el monitoreo tiende a tener un impacto negativo en las actitudes. [120] Por el contrario, la aprobación parece reforzarse cuando se compara la CAC con los fenómenos naturales. [116]

Debido a la falta de conocimiento, las personas dependen de organizaciones en las que confían. [ cita necesaria ] En general, las organizaciones no gubernamentales y los investigadores experimentan una mayor confianza que las partes interesadas y los gobiernos. Las opiniones entre las ONG son encontradas. [121] [122] Además, el vínculo entre confianza y aceptación es, en el mejor de los casos, indirecto. En cambio, la confianza influye en la percepción de riesgos y beneficios. [116]

La CAC es adoptada por la cosmovisión de la ecología superficial, [123] que promueve la búsqueda de soluciones a los efectos del cambio climático en lugar de abordar las causas. Esto implica el uso de tecnología avanzada y la aceptación de CCS es común entre los tecnooptimistas . La CCS es una solución "al final del proceso" [116] que reduce el CO 2 atmosférico , en lugar de minimizar el uso de combustibles fósiles. [116] [123]

El 21 de enero de 2021, Elon Musk anunció que donaría 100 millones de dólares para un premio a la mejor tecnología de captura de carbono. [124]

Debate político

La CAC ha sido discutida por los actores políticos al menos desde el inicio de las negociaciones de la CMNUCC [125] a principios de la década de 1990, y sigue siendo un tema muy divisivo. [ cita necesaria ]

Algunos grupos ambientalistas expresaron su preocupación por las fugas dado el largo tiempo de almacenamiento requerido, comparando la CAC con el almacenamiento de desechos radiactivos de las centrales nucleares . [126]

Otras controversias surgieron del uso de la CAC por parte de los responsables políticos como herramienta para luchar contra el cambio climático. [ cita necesaria ] En el Sexto Informe de Evaluación del IPCC en 2022, la mayoría de las vías para mantener el aumento de la temperatura global por debajo de 2 ° C incluyen el uso de tecnologías de emisiones negativas (NET). [127]

Algunos activistas y políticos medioambientales han criticado la CCS como una falsa solución a la crisis climática. Citan el papel de la industria de los combustibles fósiles en los orígenes de la tecnología y en el cabildeo a favor de una legislación centrada en la CCS y argumentan que permitiría a la industria "lavarse de verde " financiando y participando en cosas como campañas de plantación de árboles sin reducir significativamente sus emisiones de carbono. emisiones. [128] [22]

Programas gubernamentales

En los EE. UU., se han emitido una serie de leyes y normas para respaldar o exigir el uso de tecnologías CCS. La Ley de Infraestructura, Inversión y Empleos de 2021 asigna más de $3 mil millones para una variedad de proyectos de demostración de CCS. Se proporciona una cantidad similar para los centros regionales de CAC que se centran en la captura, el transporte y el almacenamiento o uso más amplios del CO 2 capturado . Cientos de millones más se dedican anualmente a garantías de préstamos que respaldan la infraestructura de transporte de CO 2 . [24] La Ley de Reducción de la Inflación de 2022 (IRA) actualiza la ley de crédito fiscal para fomentar el uso de la captura y el almacenamiento de carbono. Los incentivos fiscales establecidos por la ley son de 85 dólares por tonelada para la captura y almacenamiento de CO 2 en formaciones geológicas salinas procedentes de plantas industriales y de energía. Los incentivos para la captura y utilización de CO 2 de estas plantas son de 60 dólares por tonelada. Los umbrales para la cantidad total de CO 2 que debe capturarse también son más bajos, por lo que más instalaciones podrán hacer uso de los créditos. [25]

En mayo de 2023, la EPA emitió una regla proponiendo que se requiera CAC para lograr una reducción de emisiones del 90% para las plantas de energía alimentadas con carbón que continuarán operando después de 2040. Para las plantas de energía de gas natural, la regla requeriría la captura del 90 por ciento de CO2 usando CCS para 2035, o co-combustión de 30% de hidrógeno con bajas emisiones de GEI a partir de 2032 y co-combustión de 96% de hidrógeno con bajas emisiones de GEI a partir de 2038. En esa norma, la EPA identificó la CCS como una tecnología viable para controlar las emisiones de CO2. [26] Se estimó que los costos del uso de la tecnología CAC eran, en promedio, 14 dólares por tonelada de CO2 reducido para las plantas de carbón. El impacto en el coste de la generación de electricidad a partir de plantas de carbón se estimó en 12 dólares/MWh. La EPA considera que estos costos son razonables para el control de la contaminación del aire. [129]

Otros países también están desarrollando programas para apoyar las tecnologías CAC. Canadá ha establecido un crédito fiscal de 2.600 millones de dólares canadienses para proyectos de CAC y Saskatchewan amplió 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. En Europa, Dinamarca ha anunciado recientemente subvenciones por valor de 5.000 millones de euros para la CAC. El Consejo de Estado chino ha emitido más de 10 políticas y directrices nacionales que promueven la CAC, incluido el Esquema del 14.° Plan Quinquenal (2021-2025) para el Desarrollo Económico y Social Nacional y la Visión 2035 de China. [27] En el Reino Unido, la hoja de ruta CCUS describe los compromisos conjuntos del gobierno y la industria para el despliegue de CCUS y establece un enfoque para crear cuatro clústeres industriales CCUS bajos en carbono, capturando entre 20 y 30 MtCO 2 por año para 2030. [28]

Status quo de las emisiones de carbono

Los opositores afirmaron que la CCS podría legitimar el uso continuado de combustibles fósiles , además de obviar los compromisos de reducción de emisiones. [ cita necesaria ]

Algunos ejemplos, como el de Noruega, muestran que la CAC y otras tecnologías de eliminación de carbono ganaron terreno porque permitieron al país perseguir sus intereses relacionados con la industria petrolera. Noruega fue pionera en la mitigación de emisiones y estableció un impuesto al CO 2 en 1991. [130]

ONG ambientales

Las ONG ambientalistas no están de acuerdo en general sobre la CAC como una herramienta potencial de mitigación del cambio climático. El principal desacuerdo entre las ONG es si la CAC reducirá las emisiones de CO 2 o simplemente perpetuará el uso de combustibles fósiles. [131] [ se necesita una mejor fuente ]

Por ejemplo, Greenpeace está firmemente en contra de la CAC. Según la organización, el uso de esta tecnología mantendrá al mundo dependiente de los combustibles fósiles. [132] [ se necesita una mejor fuente ]

Por otro lado, BECCS se utiliza en algunos escenarios del IPCC para ayudar a cumplir los objetivos de mitigación. [133] Adoptando el argumento del IPCC de que las emisiones de CO 2 deben reducirse para 2050 para evitar consecuencias dramáticas, la Fundación Bellona justificó la CAC como una acción de mitigación. [132] Afirmaron que los combustibles fósiles son inevitables a corto plazo y, en consecuencia, la CAC es la forma más rápida de reducir las emisiones de CO 2 . [117]

Proyectos de ejemplo

Según el Global CCS Institute, en 2020 había alrededor de 40 millones de toneladas de CO 2 por año de capacidad de CAC en funcionamiento y 50 millones de toneladas por año en desarrollo. [134] Por el contrario, el mundo emite alrededor de 38 mil millones de toneladas de CO 2 cada año, [135] por lo que la CCS capturó aproximadamente una milésima parte de las emisiones de CO 2 de 2020 . Se espera que el hierro y el acero dominen la CAC industrial en Europa, [20] aunque existen formas alternativas de descarbonizar el acero. [136]

Uno de los fracasos más conocidos es el programa FutureGen , asociaciones entre el gobierno federal de EE. UU. y empresas productoras de energía de carbón que pretendían demostrar el "carbón limpio", pero que nunca lograron producir electricidad libre de carbono a partir del carbón. [137] [138]

Conceptos relacionados

Captura y utilización de carbono (CCU)

La captura y utilización de carbono (CCU) es el proceso de capturar dióxido de carbono ( CO 2 ) de procesos industriales y transportarlo a través de tuberías hasta donde se pretende utilizarlo en procesos industriales. [139]

Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS)

La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) es el proceso de extraer bioenergía de la biomasa y capturar y almacenar el carbono, eliminándolo así de la atmósfera . [140] En teoría, BECCS puede ser una " tecnología de emisiones negativas " (NET), [141] aunque su implementación a la escala considerada por muchos gobiernos e industrias puede "plantear también importantes desafíos de viabilidad económica, tecnológica y social; amenazar la seguridad alimentaria y derechos humanos; y el riesgo de traspasar múltiples fronteras planetarias, con consecuencias potencialmente irreversibles". [142] El carbono de la biomasa proviene del dióxido de carbono (CO 2 ), gas de efecto invernadero , que la biomasa extrae de la atmósfera cuando crece. La energía ("bioenergía") se extrae en formas útiles (electricidad, calor, biocombustibles , etc.) a medida que la biomasa se utiliza mediante combustión, fermentación, pirólisis u otros métodos de conversión.

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. [143] Si el CO 2 extraído luego se secuestra 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 (CAC), que captura CO 2 de fuentes puntuales , como una fábrica de cemento o una planta de bioenergía . Después de la captura, DAC genera una corriente concentrada de CO 2 para el secuestro o utilización o producción de combustible neutro en carbono . La eliminación de dióxido de carbono se logra cuando el aire ambiente entra en contacto con medios químicos, típicamente un solvente alcalino acuoso [144] o sorbentes . [145] Estos medios químicos son posteriormente despojados 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, al mismo tiempo que se regeneran los medios químicos para su reutilización.

Ver también

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