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Eliminación de dióxido de carbono

Plantar árboles es una forma natural de eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, aunque el efecto puede ser solo temporal en algunos casos. [1] [2]

La eliminación de dióxido de carbono ( CDR ) es un proceso en el que el dióxido de carbono (CO 2 ) se elimina de la atmósfera mediante actividades humanas deliberadas y se almacena de forma duradera en depósitos geológicos, terrestres u oceánicos, o en productos. [3] : 2221  Este proceso también se conoce como eliminación de carbono , eliminación de gases de efecto invernadero o emisiones negativas . La CDR se integra cada vez más a menudo en la política climática , como un elemento de las estrategias de mitigación del cambio climático . [4] [5] Lograr emisiones netas cero requerirá, ante todo, recortes profundos y sostenidos de las emisiones y, luego, además, el uso de la CDR ("La CDR es lo que convierte la red en emisiones netas cero" [6] ). En el futuro, la CDR puede ser capaz de contrarrestar las emisiones que son técnicamente difíciles de eliminar, como algunas emisiones agrícolas e industriales. [7] : 114 

La CDR incluye métodos que se implementan en la tierra o en sistemas acuáticos. Los métodos terrestres incluyen la forestación , la reforestación , las prácticas agrícolas que secuestran carbono en los suelos ( cultivo de carbono ), la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) y la captura directa de aire combinada con almacenamiento. [7] [8] También hay métodos de CDR que utilizan océanos y otros cuerpos de agua. Estos se denominan fertilización oceánica , mejora de la alcalinidad oceánica , [9] restauración de humedales y enfoques de carbono azul . [7] Se debe realizar un análisis detallado para evaluar cuántas emisiones negativas logra un proceso en particular. Este análisis incluye el análisis del ciclo de vida y el "monitoreo, informe y verificación" ( MRV ) de todo el proceso. [10] La captura y almacenamiento de carbono (CCS) no se consideran CDR porque la CCS no reduce la cantidad de dióxido de carbono que ya está en la atmósfera .

Se estima que a partir de 2023, la CDR eliminará alrededor de 2 gigatoneladas de CO2 por año. [11] Esto equivale a aproximadamente el 4% de los gases de efecto invernadero emitidos por año por las actividades humanas. [12] : 8  Existe potencial para eliminar y secuestrar hasta 10 gigatoneladas de dióxido de carbono por año utilizando aquellos métodos de CDR que se pueden implementar de manera segura y económica ahora. [12] Sin embargo, cuantificar la cantidad exacta de dióxido de carbono eliminado de la atmósfera por CDR es difícil.

Definición

El IPCC define la eliminación de dióxido de carbono (CDR) como: "Actividades antropogénicas que eliminan CO2 de la atmósfera y lo almacenan de forma duradera en depósitos geológicos, terrestres u oceánicos, o en productos. Incluye la mejora antropogénica existente y potencial de los sumideros biológicos o geoquímicos y la captura y almacenamiento directos en el aire, pero excluye la absorción natural de CO2 no causada directamente por actividades humanas". [3] : 2221 

Los sinónimos de CDR incluyen eliminación de gases de efecto invernadero (GGR), [13] tecnología de emisiones negativas, [12] y eliminación de carbono . [14] Se han propuesto tecnologías para eliminar gases de efecto invernadero distintos del CO 2 , como el metano, de la atmósfera, [15] pero actualmente solo el dióxido de carbono es factible de eliminar a escala. [13] Por lo tanto, en la mayoría de los contextos, la eliminación de gases de efecto invernadero significa la eliminación de dióxido de carbono .

El término geoingeniería (o ingeniería climática ) se utiliza a veces en la literatura científica tanto para CDR como para SRM ( gestión de la radiación solar ), si las técnicas se utilizan a escala global. [16] : 6–11  Los términos geoingeniería o ingeniería climática ya no se utilizan en los informes del IPCC. [3]

Categorías

Los métodos CDR se pueden colocar en diferentes categorías que se basan en diferentes criterios: [7] : 114 

Conceptos que utilizan terminología similar

La CDR puede confundirse con la captura y almacenamiento de carbono (CCS), un proceso en el que el dióxido de carbono se recoge de fuentes puntuales como las centrales eléctricas a gas , cuyas chimeneas emiten CO 2 en una corriente concentrada. Luego, el CO 2 se comprime y se secuestra o utiliza. [17] Cuando se utiliza para secuestrar el carbono de una central eléctrica a gas, la CCS reduce las emisiones derivadas del uso continuo de la fuente puntual, pero no reduce la cantidad de dióxido de carbono que ya está en la atmósfera .

Papel en la mitigación del cambio climático

El uso de CDR reduce la tasa general a la que los humanos están agregando dióxido de carbono a la atmósfera. [7] : 114  La temperatura de la superficie de la Tierra se estabilizará solo después de que las emisiones globales se hayan reducido a cero neto , [18] lo que requerirá esfuerzos agresivos para reducir las emisiones y el despliegue de CDR. [7] : 114  No es factible llevar las emisiones netas a cero sin CDR ya que ciertos tipos de emisiones son técnicamente difíciles de eliminar. [19] : 1261  Las emisiones que son difíciles de eliminar incluyen las emisiones de óxido nitroso de la agricultura, [7] : 114  las emisiones de la aviación, [12] : 3  y algunas emisiones industriales. [7] : 114  En las estrategias de mitigación del cambio climático , el uso de CDR contrarresta esas emisiones. [7] : 114 

Una vez que se hayan alcanzado emisiones netas cero , la reducción de la temperatura podría utilizarse para reducir las concentraciones atmosféricas de CO2 , lo que podría revertir parcialmente el calentamiento que ya se ha producido para esa fecha. [19] Todas las vías de emisión que limitan el calentamiento global a 1,5 °C o 2 °C para el año 2100 suponen el uso de la reducción de la temperatura en combinación con reducciones de emisiones. [20] [21]

Crítica y riesgos

Los críticos señalan que la reducción de emisiones no debe considerarse un sustituto de los recortes necesarios en las emisiones de gases de efecto invernadero. El oceanógrafo David Ho lo formuló así en 2023: “Debemos dejar de hablar de implementar la reducción de emisiones como una solución hoy, cuando las emisiones siguen siendo altas, como si de alguna manera reemplazara los recortes radicales e inmediatos de las emisiones”. [6]

En 2018, la dependencia de la implementación a gran escala de la CDR se consideró un "riesgo importante" para alcanzar el objetivo de menos de 1,5 °C de calentamiento, dadas las incertidumbres sobre la rapidez con la que la CDR puede implementarse a gran escala. [22] Las estrategias para mitigar el cambio climático que dependen menos de la CDR y más del uso sostenible de la energía conllevan menos de este riesgo. [22] [23]

La posibilidad de un despliegue futuro a gran escala de CDR se ha descrito como un riesgo moral , ya que podría conducir a una reducción de los esfuerzos a corto plazo para mitigar el cambio climático. [21] : 124  [12] Sin embargo, el informe NASEM de 2019 concluye: "Cualquier argumento para retrasar los esfuerzos de mitigación porque las NET proporcionarán un respaldo tergiversa drásticamente sus capacidades actuales y el ritmo probable del progreso de la investigación". [12]

La eliminación de dióxido de carbono (CDR, por sus siglas en inglés) tiene como objetivo complementar los esfuerzos en sectores difíciles de reducir, en lugar de reemplazar la mitigación. Limitar el cambio climático a 1,5 °C y lograr emisiones netas cero implicaría una eliminación sustancial de dióxido de carbono (CDR, por sus siglas en inglés) de la atmósfera para mediados de siglo, pero no está claro cuánta CDR se necesitará a nivel de país a lo largo del tiempo. Las asignaciones equitativas de CDR, en muchos casos, exceden las capacidades implícitas de tierra y almacenamiento de carbono. Muchos países no tienen suficiente tierra para contribuir con una parte equitativa de la CDR global o tienen una capacidad de almacenamiento geológico insuficiente. [24]

Los expertos también destacan los límites sociales y ecológicos para la eliminación del dióxido de carbono, como la superficie terrestre necesaria. Por ejemplo, los requisitos de tierra combinados de los planes de eliminación según las contribuciones determinadas a nivel nacional en 2023 ascendieron a 1.200 millones de hectáreas, lo que equivale al tamaño combinado de las tierras de cultivo mundiales. [25]

Permanencia

Los bosques, los bancos de algas y otras formas de vida vegetal absorben dióxido de carbono del aire a medida que crecen y lo unen para formar biomasa. Sin embargo, estos depósitos biológicos se consideran sumideros de carbono volátiles , ya que no se puede garantizar su captura a largo plazo. Por ejemplo, los fenómenos naturales, como los incendios forestales o las enfermedades, las presiones económicas y los cambios en las prioridades políticas pueden hacer que el carbono capturado se libere de nuevo a la atmósfera. [26]

La biomasa, como la de los árboles, se puede almacenar directamente en el subsuelo de la Tierra. [27] Además, el dióxido de carbono que se ha extraído de la atmósfera se puede almacenar en la corteza terrestre inyectándolo en el subsuelo o en forma de sales de carbonato insolubles . Esto se debe a que están extrayendo carbono de la atmósfera y secuestrándolo indefinidamente y presumiblemente durante un período considerable (de miles a millones de años).

Escala actual y potencial

Se estima que, a partir de 2023, la CDR eliminará alrededor de 2 gigatoneladas de CO2 por año, casi en su totalidad mediante métodos de baja tecnología como la reforestación y la creación de nuevos bosques. [11] Esto equivale al 4 % de los gases de efecto invernadero emitidos por año por las actividades humanas. [12] : 8  Un informe de estudio de consenso de 2019 de NASEM evaluó el potencial de todas las formas de CDR distintas de la fertilización oceánica que podrían implementarse de manera segura y económica utilizando las tecnologías actuales, y estimó que podrían eliminar hasta 10 gigatoneladas de CO2 por año si se implementaran por completo en todo el mundo. [12] En 2018, todas las vías de mitigación analizadas que evitarían más de 1,5 °C de calentamiento incluían medidas de CDR. [22]

Algunas vías de mitigación proponen alcanzar mayores tasas de CDR mediante el despliegue masivo de una tecnología, sin embargo, estas vías suponen que cientos de millones de hectáreas de tierras de cultivo se convierten en cultivos para biocombustibles . [12] Investigaciones futuras en las áreas de captura directa de aire , secuestro geológico de dióxido de carbono y mineralización de carbono podrían producir avances tecnológicos que hagan económicamente viables mayores tasas de CDR. [12]

Métodos

Listado de descripción general según el nivel de preparación tecnológica

A continuación se presenta una lista de métodos de CDR conocidos ordenados según su nivel de preparación tecnológica (TRL). Los que se encuentran en la parte superior tienen un TRL alto de 8 a 9 (siendo 9 el valor máximo posible, lo que significa que la tecnología está probada), los que se encuentran en la parte inferior tienen un TRL bajo de 1 a 2, lo que significa que la tecnología no está probada o solo está validada a escala de laboratorio. [7] : 115 

  1. Forestación / reforestación
  2. Secuestro de carbono en el suelo en tierras de cultivo y pastizales
  3. Restauración de turberas y humedales costeros
  4. Agroforestería , gestión forestal mejorada
  5. Eliminación de carbono del biocarbón (BCR)
  6. Captura y almacenamiento directo de carbono en el aire (DACCS)
  7. Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS)
  8. Intemperización mejorada (mejora de la alcalinidad)
  9. Gestión del carbono azul en humedales costeros (restauración de ecosistemas costeros con vegetación; un método de CDR biológico basado en el océano que abarca manglares , marismas y praderas marinas )
  10. Fertilización de los océanos , aumento de la alcalinidad de los océanos que amplifica el ciclo del carbono oceánico

Los métodos de CDR con el mayor potencial para contribuir a los esfuerzos de mitigación del cambio climático según las vías de mitigación ilustrativas son los métodos de CDR biológicos terrestres (principalmente forestación/reforestación (A/R)) y/o bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS). Algunas de las vías también incluyen la captura y almacenamiento directos de aire (DACCS). [7] : 114 

Forestación, reforestación y gestión forestal

Los árboles utilizan la fotosíntesis para absorber dióxido de carbono y almacenar el carbono en la madera y el suelo. [14] La forestación es el establecimiento de un bosque en un área donde anteriormente no había bosque. [19] : 1794  La reforestación es el restablecimiento de un bosque que ha sido previamente talado. [19] : 1812  Los bosques son vitales para la sociedad humana, los animales y las especies vegetales. Esto se debe a que los árboles mantienen limpio el aire, regulan el clima local y proporcionan un hábitat para numerosas especies. [28]

A medida que los árboles crecen, absorben CO2 de la atmósfera y lo almacenan en biomasa viva, materia orgánica muerta y suelos . La forestación y la reforestación, a las que a veces se denomina colectivamente "forestación", facilitan este proceso de eliminación de carbono mediante el establecimiento o restablecimiento de áreas forestales. Los bosques tardan aproximadamente 10 años en alcanzar la tasa máxima de secuestro. [29] : 26–28 

Dependiendo de la especie, los árboles alcanzarán la madurez después de unos 20 a 100 años, después de los cuales almacenan carbono pero no lo eliminan activamente de la atmósfera. [29] : 26–28  El carbono se puede almacenar en los bosques indefinidamente, pero el almacenamiento también puede ser mucho más efímero ya que los árboles son vulnerables a ser cortados, quemados o muertos por enfermedades o sequías. [29] : 26–28  Una vez maduros, los productos forestales se pueden cosechar y la biomasa se puede almacenar en productos de madera de larga duración, o se puede utilizar para bioenergía o biocarbón . La consiguiente regeneración forestal permite entonces la eliminación continua de CO 2. [29] : 26–28 

Los riesgos para la implantación de nuevos bosques incluyen la disponibilidad de tierras, la competencia con otros usos de la tierra y el tiempo comparativamente largo desde la plantación hasta la madurez. [29] : 26–28 

Prácticas agrícolas (cultivo de carbono)

La agricultura de carbono es un conjunto de métodos agrícolas que tienen como objetivo almacenar carbono en el suelo , las raíces de los cultivos, la madera y las hojas. El objetivo general de la agricultura de carbono es crear una pérdida neta de carbono de la atmósfera. [30] Esto se logra aumentando la tasa a la que el carbono se secuestra en el suelo y el material vegetal. Una opción es aumentar el contenido de materia orgánica del suelo . Esto también puede ayudar al crecimiento de las plantas, mejorar la capacidad de retención de agua del suelo [31] y reducir el uso de fertilizantes . [32] La gestión forestal sostenible es otra herramienta que se utiliza en la agricultura de carbono. [33]

Los métodos agrícolas para el cultivo de carbono incluyen ajustar la forma en que se realiza la labranza y el pastoreo del ganado, usar mantillo orgánico o compost , trabajar con biocarbón y terra preta y cambiar los tipos de cultivos. Los métodos utilizados en la silvicultura incluyen, por ejemplo, la reforestación y el cultivo de bambú . El cultivo de carbono no está exento de desafíos o desventajas. Esto se debe a que algunos de sus métodos pueden afectar los servicios ecosistémicos . Por ejemplo, el cultivo de carbono podría causar un aumento de la tala de tierras, los monocultivos y la pérdida de biodiversidad . [34]

Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS)

Ejemplo de BECCS: Diagrama de una planta de energía bioenergética con captura y almacenamiento de carbono . [35]
La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) es el proceso de extraer bioenergía de la biomasa y capturar y almacenar el dióxido de carbono (CO 2 ) que se produce.

Eliminación de carbono del biocarbón (BCR)

El biocarbón se crea mediante la pirólisis de la biomasa y se está investigando como un método de secuestro de carbono . El biocarbón es un carbón vegetal que se utiliza con fines agrícolas y que también ayuda en el secuestro de carbono , la captura o retención de carbono. Se crea mediante un proceso llamado pirólisis, que es básicamente el acto de calentar biomasa a alta temperatura en un entorno con bajos niveles de oxígeno. Lo que queda es un material conocido como carbón, similar al carbón vegetal pero que se elabora mediante un proceso sostenible, de ahí el uso de biomasa. [36] La biomasa es materia orgánica producida por organismos vivos u organismos recientemente vivos, más comúnmente plantas o material de origen vegetal. [37] Un estudio realizado por el Centro de Investigación de Biocarbón del Reino Unido ha indicado que, en un nivel conservador, el biocarbón puede almacenar 1 gigatonelada de carbono por año. Con un mayor esfuerzo en la comercialización y aceptación del biocarbón, el beneficio de la eliminación de carbono del biocarbón podría ser el almacenamiento de 5 a 9 gigatoneladas por año en los suelos. [38] [ Se necesita una mejor fuente ] Sin embargo, en este momento, el biocarbón está restringido por la capacidad de almacenamiento de carbono terrestre, cuando el sistema alcanza el estado de equilibrio, y requiere regulación debido a amenazas de fugas. [39]

Captura directa de aire con secuestro de carbono (DACCS)

La Agencia Internacional de Energía informó sobre el crecimiento de la capacidad operativa global de captura directa de aire . [40]
La captura directa de aire (DAC) es el uso de procesos químicos o físicos para extraer dióxido de carbono directamente del aire ambiente. [41] Si el CO2 extraído se secuestra luego en un almacenamiento seguro a largo plazo (llamado captura y secuestro directo de carbono en el aire (DACCS), el proceso general logrará la eliminación de dióxido de carbono y será una "tecnología de emisiones negativas" (NET).

Eliminación de dióxido de carbono marino (mCDR)

CO
2secuestro en el océano

Existen varios métodos para secuestrar el carbono del océano, en los que el carbonato disuelto en forma de ácido carbónico está en equilibrio con el dióxido de carbono atmosférico. [9] Estos incluyen la fertilización oceánica , la introducción intencionada de nutrientes vegetales en la capa superior del océano. [42] [43] Si bien es uno de los enfoques de eliminación de dióxido de carbono mejor investigados, la fertilización oceánica solo secuestraría carbono en una escala de tiempo de 10 a 100 años. Si bien la acidez de la superficie del océano puede disminuir como resultado de la fertilización con nutrientes, la materia orgánica que se hunde se remineralizará, lo que aumentará la acidez del océano profundo. Un informe de 2021 sobre CDR indica que existe una confianza media-alta de que la técnica podría ser eficiente y escalable a bajo costo, con riesgos ambientales medios. [44] Se estima que la fertilización oceánica puede secuestrar de 0,1 a 1 gigatoneladas de dióxido de carbono por año a un costo de USD $ 8 a $ 80 por tonelada. [9]

La mejora de la alcalinidad de los océanos implica moler, dispersar y disolver minerales como olivino, piedra caliza, silicatos o hidróxido de calcio para precipitar el carbonato secuestrado como depósitos en el fondo del océano. [45] El potencial de eliminación de la mejora de la alcalinidad es incierto y se estima entre 0,1 y 1 gigatoneladas de dióxido de carbono por año a un costo de USD $100 a $150 por tonelada. [9]

Las técnicas electroquímicas como la electrodiálisis pueden eliminar el carbonato del agua de mar utilizando electricidad. Si bien se estima que estas técnicas utilizadas de forma aislada pueden eliminar de 0,1 a 1 gigatoneladas de dióxido de carbono por año a un costo de USD $150 a $2500 por tonelada, [9] estos métodos son mucho menos costosos cuando se realizan junto con el procesamiento del agua de mar, como la desalinización , donde se eliminan simultáneamente la sal y el carbonato. [46] Las estimaciones preliminares sugieren que el costo de dicha eliminación de carbono puede pagarse en gran parte, si no en su totalidad, con la venta del agua desalinizada producida como subproducto. [47]

Costos y economía

El costo de la CDR difiere sustancialmente dependiendo de la madurez de la tecnología empleada, así como de la economía de los mercados voluntarios de eliminación de carbono y la producción física; por ejemplo, la pirólisis de la biomasa produce biocarbón que tiene varias aplicaciones comerciales, incluida la regeneración del suelo y el tratamiento de aguas residuales. [48] En 2021, el DAC costó entre 250 y 600 dólares por tonelada, en comparación con los 100 dólares del biocarbón y menos de 50 dólares de las soluciones basadas en la naturaleza, como la reforestación y la forestación. [49] [50] El hecho de que el biocarbón tenga un precio más alto en el mercado de eliminación de carbono que las soluciones basadas en la naturaleza refleja el hecho de que es un sumidero más duradero en el que el carbono se secuestra durante cientos o incluso miles de años, mientras que las soluciones basadas en la naturaleza representan una forma más volátil de almacenamiento, con riesgos relacionados con incendios forestales, plagas, presiones económicas y prioridades políticas cambiantes. [51] Los Principios de Oxford para la compensación de carbono alineada con el objetivo de cero emisiones netas establecen que, para ser compatibles con el Acuerdo de París: "... las organizaciones deben comprometerse a aumentar gradualmente el porcentaje de compensaciones de eliminación de carbono que adquieren con el objetivo de obtener exclusivamente eliminaciones de carbono para mediados de siglo". [51] Estas iniciativas, junto con el desarrollo de nuevos estándares industriales para la eliminación de carbono diseñada, como el Estándar Puro, ayudarán a respaldar el crecimiento del mercado de eliminación de carbono. [52]

Aunque el CDR no está cubierto por la asignación de la UE a partir de 2021, la Comisión Europea se está preparando para la certificación de eliminación de carbono y está considerando contratos de carbono por diferencia . [53] [54] El CDR también podría agregarse en el futuro al Sistema de Comercio de Emisiones del Reino Unido . [55] A fines de 2021, los precios del carbono para ambos esquemas de límite y comercio que actualmente se basan en reducciones de carbono, en lugar de remociones de carbono, se mantuvieron por debajo de los $ 100. [56] [57] Después de la difusión de los objetivos de cero neto, el CDR juega un papel más importante en las economías emergentes clave (por ejemplo, Brasil, China e India) [58]

A principios de 2023, la financiación no ha alcanzado las sumas necesarias para que los métodos de CDR de alta tecnología contribuyan significativamente a la mitigación del cambio climático. Aunque los fondos disponibles han aumentado sustancialmente recientemente. La mayor parte de este aumento ha provenido de iniciativas voluntarias del sector privado. [59] Como una alianza del sector privado liderada por Stripe con miembros destacados como Meta , Google y Shopify , que en abril de 2022 reveló un fondo de casi mil millones de dólares para recompensar a las empresas capaces de capturar y almacenar carbono de forma permanente. Según Nan Ransohoff, empleada senior de Stripe, el fondo era "aproximadamente 30 veces el mercado de eliminación de carbono que existía en 2021. Pero todavía está 1.000 veces por debajo del mercado que necesitamos para 2050". [60] El predominio de la financiación del sector privado ha suscitado inquietudes, ya que históricamente los mercados voluntarios han demostrado ser "órdenes de magnitud" [59] más pequeños que los generados por la política gubernamental. Sin embargo, a partir de 2023, varios gobiernos han aumentado su apoyo a la CDR; entre ellos, Suecia, Suiza y Estados Unidos. La actividad reciente del gobierno de EE. UU. incluye el Aviso de intención de junio de 2022 para financiar el programa CDR de $3.5 mil millones de la Ley de Infraestructura Bipartidista y la promulgación de la Ley de Reducción de la Inflación de 2022 , que contiene el impuesto 45Q para mejorar el mercado de CDR. [59] [61]

Eliminación de otros gases de efecto invernadero

Aunque algunos investigadores han sugerido métodos para eliminar el metano , otros dicen que el óxido nitroso sería un mejor tema de investigación debido a su mayor vida útil en la atmósfera. [62]

Véase también

Referencias

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