El secuestro de carbono es el proceso de almacenar carbono en un depósito de carbono . [2] : 2248 El secuestro de carbono es un proceso que ocurre naturalmente pero también puede mejorarse o lograrse con tecnología, por ejemplo dentro de proyectos de captura y almacenamiento de carbono . Hay dos tipos principales de secuestro de carbono: geológico y biológico (también llamado biosecuestro ). [3]
Dióxido de carbono ( CO
2) se captura naturalmente de la atmósfera mediante procesos biológicos, químicos y físicos. [4] Estos cambios pueden acelerarse mediante cambios en el uso de la tierra y las prácticas agrícolas, como la conversión de tierras de cultivo en tierras para plantas no cultivadas de rápido crecimiento. [5] Se han ideado procesos artificiales para producir efectos similares, [4] incluida la captura y el secuestro artificial a gran escala de CO producido industrialmente.
2utilizando acuíferos salinos subterráneos o campos petrolíferos envejecidos . Otras tecnologías que funcionan con el secuestro de carbono incluyen la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono , biocarbón , meteorización mejorada y captura y secuestro directo de carbono en el aire (DACCS).
Los bosques, los lechos de algas marinas 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 secuestro a largo plazo. Por ejemplo, los fenómenos naturales, como los incendios forestales o las enfermedades, las presiones económicas y las prioridades políticas cambiantes pueden provocar que el carbono secuestrado se libere de nuevo a la atmósfera. [6] El dióxido de carbono que ha sido eliminado de la atmósfera también puede almacenarse en la corteza terrestre inyectándolo en el subsuelo , o en forma de sales de carbonatos insolubles ( secuestro de minerales ). Estos métodos se consideran no volátiles porque eliminan carbono de la atmósfera y lo secuestran de forma indefinida y presumiblemente durante un período considerable (de miles a millones de años).
Para mejorar los procesos de secuestro de carbono en los océanos se han propuesto las siguientes tecnologías, pero hasta ahora ninguna ha logrado una aplicación a gran escala: cultivo de algas marinas , fertilización de los océanos , afloramiento artificial , almacenamiento de basalto, mineralización y sedimentos de aguas profundas, adición de bases para neutralizar ácidos. Se ha abandonado la idea de la inyección directa de dióxido de carbono en las profundidades del mar . [7]
El término secuestro de carbono se utiliza de diferentes maneras en la literatura y los medios. El Sexto Informe de Evaluación del IPCC lo define como "El proceso de almacenar carbono en un depósito de carbono". [2] : 2248 Posteriormente, una piscina se define como "un depósito en el sistema terrestre donde elementos, como el carbono y el nitrógeno, residen en diversas formas químicas durante un período de tiempo". [2] : 2244
El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) define el secuestro de carbono de la siguiente manera: "El secuestro de carbono es el proceso de capturar y almacenar dióxido de carbono atmosférico". [3] Por lo tanto, la diferencia entre secuestro de carbono y captura y almacenamiento de carbono (CAC) a veces se confunde en los medios. Sin embargo, el IPCC define la CAC como "un proceso en el que una corriente relativamente pura de dióxido de carbono (CO 2 ) procedente de fuentes industriales se separa, se trata y se transporta a un lugar de almacenamiento a largo plazo". [8] : 2221
Por tanto, la CCS es una aplicación tecnológica que utiliza técnicas artificiales de secuestro de carbono. [ cita necesaria ]
El término secuestro se basa en el latín sequestrare , que significa dejar de lado o entregar. Se deriva de secuestrador, depositario o fiduciario, aquel en cuyas manos se puso una cosa en disputa hasta que se resolvió la disputa. En inglés "sequestered" significa recluido o retirado. [9]
En derecho, el secuestro es el acto de retirar, separar o embargar cualquier cosa de la posesión de su propietario mediante un proceso legal en beneficio de los acreedores o del estado. [9]
El secuestro de carbono es parte del ciclo natural del carbono mediante el cual se intercambia carbono entre la biosfera , la pedosfera , la geosfera , la hidrosfera y la atmósfera de la Tierra . [ cita necesaria ]
El dióxido de carbono se captura naturalmente de la atmósfera mediante procesos biológicos, químicos o físicos y se almacena en depósitos a largo plazo.
El secuestro de carbono, cuando actúa como sumidero de carbono , ayuda a mitigar el cambio climático y así reducir sus efectos nocivos . Ayuda a frenar la acumulación atmosférica y marina de gases de efecto invernadero , que se liberan mediante la quema de combustibles fósiles y la producción ganadera industrial. [10]
El secuestro de carbono, cuando se aplica para la mitigación del cambio climático, puede basarse en la mejora del secuestro de carbono natural o mediante la aplicación de procesos artificiales de secuestro de carbono. [ cita necesaria ]
Dentro de los enfoques de captura y almacenamiento de carbono, el secuestro de carbono se refiere al componente de "almacenamiento". Aquí se aplican tecnologías de almacenamiento artificial de carbono, como 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 . [11]
Para que el carbono pueda ser secuestrado artificialmente (es decir, sin utilizar los procesos naturales del ciclo del carbono), primero debe capturarse, o debe retrasarse significativamente o evitarse que se vuelva a liberar a la atmósfera (mediante combustión, descomposición, etc.) un material existente rico en carbono, incorporándolo a un uso duradero (como en la construcción). A partir de entonces, puede almacenarse pasivamente o seguir utilizándose productivamente a lo largo del tiempo de diversas formas. Por ejemplo, tras su cosecha, la madera (como material rico en carbono) puede incorporarse a la construcción o a una variedad de otros productos duraderos, secuestrando así su carbono durante años o incluso siglos. [12]
La captura costera de carbono es una tecnología próxima que busca eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera mediante el uso de arena que elimina el carbono, lo que aumenta la alcalinidad del agua de mar. [13] Esto mejora la capacidad del agua de mar para absorber CO2. Específicamente, un aumento de la alcalinidad da como resultado la conversión de ácido carbónico en bicarbonato y la consiguiente y posterior absorción de CO2 de la atmósfera para su almacenamiento en agua de mar. Este proceso tiene como objetivo acelerar la erosión química natural del mineral olivino mediante la distribución de cantidades significativas de roca molida que contiene olivino a lo largo de las costas, donde puede disolverse en agua de mar, mejorando así la tasa de absorción de CO2 por el océano. [ cita necesaria ]
El secuestro biológico de carbono (también llamado biosecuestro ) es la captura y almacenamiento del dióxido de carbono, gas de efecto invernadero atmosférico, mediante procesos biológicos continuos o mejorados. Esta forma de secuestro de carbono se produce a través de mayores tasas de fotosíntesis a través de prácticas de uso de la tierra como la reforestación y la gestión forestal sostenible . [14] [15] Los cambios en el uso de la tierra que mejoran la captura natural de carbono tienen el potencial de capturar y almacenar grandes cantidades de dióxido de carbono cada año. Estos incluyen la conservación, gestión y restauración de ecosistemas como bosques, turberas, humedales y pastizales, además de métodos de secuestro de carbono en la agricultura. [dieciséis]
Existen métodos y prácticas para mejorar el secuestro de carbono en el suelo en ambos sectores de la agricultura y la silvicultura . [17]
Los árboles absorben dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera mediante el proceso de fotosíntesis . A lo largo de este proceso bioquímico, la clorofila de las hojas del árbol aprovecha la luz solar para convertir el CO2 y el agua en glucosa y oxígeno. [18] Si bien la glucosa sirve como fuente de energía para el árbol, el oxígeno se libera a la atmósfera como subproducto. Los árboles almacenan carbono en forma de biomasa, que abarca raíces, tallos, ramas y hojas. A lo largo de su vida, los árboles continúan secuestrando carbono, actuando como unidades de almacenamiento a largo plazo de CO 2 atmosférico . [19] La gestión forestal sostenible, la forestación, la reforestación y la proforestación son, por tanto, contribuciones importantes a la mitigación del cambio climático. La forestación es el establecimiento de un bosque en una zona donde anteriormente no había cobertura arbórea. La proforestación es la práctica de hacer crecer un bosque existente intacto hasta alcanzar su máximo potencial ecológico. [20] Una consideración importante en tales esfuerzos es que el potencial de sumideros de carbono de los bosques se saturará [21] y los bosques pueden pasar de sumideros a fuentes de carbono. [22] [23] El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) concluyó que una combinación de medidas destinadas a aumentar las reservas de carbono forestal y la extracción sostenible de madera generará el mayor beneficio de secuestro de carbono. [24]
En términos de retención de carbono en tierras forestales, es mejor evitar la deforestación que eliminar árboles y posteriormente reforestar, ya que la deforestación produce efectos irreversibles, por ejemplo, pérdida de biodiversidad y degradación del suelo . [25] Además, los efectos de la forestación o la reforestación serán mayores en el futuro en comparación con los de mantener intactos los bosques existentes. [26] Se necesita mucho más tiempo (varias décadas) para que las áreas reforestadas vuelvan a los mismos niveles de secuestro de carbono que se encuentran en los bosques tropicales maduros. [27]
Hay cuatro formas principales en que la reforestación y la reducción de la deforestación pueden aumentar el secuestro de carbono. En primer lugar, aumentando el volumen de bosque existente. En segundo lugar, aumentando la densidad de carbono de los bosques existentes a escala de rodal y paisaje. [28] En tercer lugar, ampliando el uso de productos forestales que reemplacen de manera sostenible las emisiones de combustibles fósiles. Cuarto, reduciendo las emisiones de carbono causadas por la deforestación y la degradación. [29]
La plantación de árboles en cultivos marginales y pastos ayuda a incorporar carbono del CO atmosférico
2en biomasa . [30] [31] Para que este proceso de secuestro de carbono tenga éxito, el carbono no debe regresar a la atmósfera a partir de la quema de biomasa o la pudrición cuando los árboles mueren. [32] A tal fin, las tierras asignadas a los árboles no deben destinarse a otros usos y podría ser necesaria una gestión de la frecuencia de las perturbaciones para evitar fenómenos extremos. Alternativamente, la madera procedente de ellos debe ser secuestrada, por ejemplo, mediante biocarbón , bioenergía con almacenamiento de carbono ( BECS ), vertederos o almacenarse para su uso en la construcción.
La reforestación con árboles de larga vida (>100 años) secuestrará carbono durante períodos sustanciales y se liberará gradualmente, minimizando el impacto climático del carbono durante el siglo XXI. La Tierra ofrece suficiente espacio para plantar 1,2 billones de árboles adicionales. [33] Plantarlos y protegerlos compensaría unos 10 años de emisiones de CO 2 y secuestraría 205 mil millones de toneladas de carbono. [34] Este enfoque cuenta con el apoyo de la Campaña del Billón de Árboles . Restaurar todos los bosques degradados en todo el mundo capturaría alrededor de 205 mil millones de toneladas de carbono en total, lo que representa aproximadamente dos tercios de todas las emisiones de carbono. [35] [36]
Durante un período de 30 años hasta 2050, si todas las nuevas construcciones a nivel mundial utilizaran un 90% de productos de madera, en gran medida mediante la adopción de madera en masa en construcciones de poca altura , esto podría secuestrar 700 millones de toneladas netas de carbono por año, [37] [38] anulando así aproximadamente el 2% de las emisiones anuales de carbono a partir de 2019. [39] Esto se suma a la eliminación de las emisiones de carbono de los materiales de construcción desplazados, como el acero o el hormigón, cuya producción requiere una gran cantidad de carbono.
La silvicultura urbana aumenta la cantidad de carbono absorbido en las ciudades al agregar nuevos sitios para árboles y el secuestro de carbono ocurre durante la vida del árbol. [40] Generalmente se practica y se mantiene en escalas más pequeñas, como en las ciudades. Los resultados de la silvicultura urbana pueden tener resultados diferentes dependiendo del tipo de vegetación que se esté utilizando, por lo que puede funcionar como sumidero pero también puede funcionar como fuente de emisiones. [41] En las zonas cálidas del mundo, los árboles tienen un importante efecto refrescante a través de la sombra y la transpiración. Esto puede ahorrar en la necesidad de aire acondicionado, lo que a su vez puede reducir las emisiones de GEI. [41]
La restauración de humedales implica restaurar las funciones biológicas, geológicas y químicas naturales de un humedal mediante su restablecimiento o rehabilitación. [43] También se ha propuesto como una posible estrategia de mitigación del cambio climático. [44] El suelo de los humedales, particularmente en los humedales costeros como manglares, pastos marinos y marismas, [44] es un importante reservorio de carbono; Entre el 20% y el 30% del carbono del suelo mundial se encuentra en humedales, mientras que sólo entre el 5% y el 8% de la tierra del mundo está compuesta de humedales. [45] Los estudios han demostrado que los humedales restaurados pueden convertirse en sumideros productivos de CO 2 [46] [47] [48] y se han implementado muchos proyectos de restauración en los EE. UU. y en todo el mundo. [49] [50] Además de los beneficios climáticos, la restauración y conservación de los humedales pueden ayudar a preservar la biodiversidad, mejorar la calidad del agua y ayudar a controlar las inundaciones. [51]
Las plantas que forman los humedales absorben dióxido de carbono (CO 2 ) de la atmósfera y lo convierten en materia orgánica. La naturaleza anegado del suelo ralentiza la descomposición de la materia orgánica, lo que lleva a la acumulación de turba rica en carbono, que actúa como un sumidero de carbono a largo plazo . [52] Además, las condiciones anaeróbicas en suelos anegados dificultan la descomposición completa de la materia orgánica, promoviendo la conversión de carbono en formas más estables. [53]
Al igual que con los bosques, para que el proceso de secuestro tenga éxito, el humedal debe permanecer intacto. Si se altera de alguna manera, el carbono almacenado en las plantas y los sedimentos se liberará de nuevo a la atmósfera y el ecosistema ya no funcionará como sumidero de carbono. [54] Además, algunos humedales pueden liberar gases de efecto invernadero distintos del CO 2 , como el metano [55] y el óxido nitroso [56] , lo que podría contrarrestar los posibles beneficios climáticos. Las cantidades de carbono secuestradas a través del carbono azul por los humedales también pueden ser difíciles de medir. [51]
Los humedales se crean cuando el agua se desborda en suelos con mucha vegetación, lo que hace que las plantas se adapten a un ecosistema inundado. [57] Los humedales pueden aparecer en tres regiones diferentes. [58] Los humedales marinos se encuentran en zonas costeras poco profundas, los humedales de marea también son costeros pero se encuentran más tierra adentro, y los humedales sin marea se encuentran tierra adentro y no tienen efectos de las mareas. El suelo de los humedales es un importante sumidero de carbono ; El 14,5% del carbono del suelo mundial se encuentra en humedales, mientras que sólo el 5,5% de la tierra del mundo está compuesto de humedales. [59] Los humedales no solo son un gran sumidero de carbono, sino que también tienen muchos otros beneficios, como recolectar agua de inundaciones, filtrar contaminantes del aire y del agua y crear un hogar para numerosas aves, peces, insectos y plantas. [58]
El cambio climático podría alterar el almacenamiento de carbono del suelo, transformándolo de un sumidero a una fuente. [60] Con el aumento de las temperaturas se produce un aumento de los gases de efecto invernadero de los humedales, especialmente de los lugares con permafrost . Cuando este permafrost se derrite, aumenta el oxígeno y el agua disponibles en el suelo. [60] Debido a esto, las bacterias en el suelo crearían grandes cantidades de dióxido de carbono y metano que se liberarían a la atmósfera. [60]
Aún no se conoce del todo el vínculo entre el cambio climático y los humedales. [60] Tampoco está claro cómo los humedales restaurados gestionan el carbono sin dejar de ser una fuente contribuyente de metano. Sin embargo, preservar estas áreas ayudaría a prevenir una mayor liberación de carbono a la atmósfera. [61]
Las turberas contienen aproximadamente el 30% del carbono de nuestro ecosistema. [61] Cuando se drenan para tierras agrícolas y urbanización, debido a que las turberas son tan vastas, grandes cantidades de carbono se descomponen y emiten CO 2 a la atmósfera. [61] La pérdida de una turbera podría producir potencialmente más carbono que 175 a 500 años de emisiones de metano . [60]
Las turberas actúan como sumideros de carbono porque acumulan biomasa parcialmente descompuesta que, de otro modo, continuaría descomponiéndose por completo. Existe una variación en la medida en que las turberas actúan como sumidero o fuente de carbono que puede vincularse a los diferentes climas en diferentes áreas del mundo y diferentes épocas del año. [62] Al crear nuevas turberas o mejorar las existentes, aumentaría la cantidad de carbono secuestrado por las turberas. [63]
En comparación con la vegetación natural, los suelos de las tierras de cultivo tienen una disminución del carbono orgánico del suelo (COS). Cuando el suelo se convierte de tierra natural o seminatural, como bosques, praderas, estepas y sabanas, el contenido de COS en el suelo se reduce entre un 30% y un 40%. [64] Esta pérdida se debe a la eliminación de material vegetal que contiene carbono, en términos de cosechas. Cuando cambia el uso de la tierra , el carbono en el suelo aumentará o disminuirá, y este cambio continuará hasta que el suelo alcance un nuevo equilibrio. Las desviaciones de este equilibrio también pueden verse afectadas por la variación del clima. [65] La disminución del contenido de COS se puede contrarrestar aumentando la entrada de carbono. Esto se puede hacer con varias estrategias, por ejemplo, dejar los residuos de la cosecha en el campo, utilizar estiércol como fertilizante o incluir cultivos perennes en la rotación. Los cultivos perennes tienen una mayor fracción de biomasa subterránea, lo que aumenta el contenido de COS. [64] Los cultivos perennes reducen la necesidad de labranza y, por lo tanto, ayudan a mitigar la erosión del suelo y pueden ayudar a aumentar la materia orgánica del suelo. A nivel mundial, se estima que los suelos contienen >8.580 gigatoneladas de carbono orgánico, aproximadamente diez veces la cantidad de la atmósfera y mucho más que la vegetación. [66] Los investigadores han descubierto que el aumento de las temperaturas puede provocar aumentos poblacionales de microbios del suelo, convirtiendo el carbono almacenado en dióxido de carbono. En experimentos de laboratorio al calentar el suelo, los suelos ricos en hongos liberaron menos dióxido de carbono que otros suelos. [67]
La modificación de las prácticas agrícolas es un método reconocido de secuestro de carbono, ya que el suelo puede actuar como un sumidero de carbono eficaz que compensa anualmente hasta el 20% de las emisiones de dióxido de carbono de 2010. [68] (Ver Agricultura sin labranza ). La restauración de la agricultura orgánica y de las lombrices de tierra podría compensar por completo el exceso anual de CO 2 de 4 Gt por año y reducir el exceso atmosférico residual. [69] (Ver Compost ).
Los métodos de reducción de emisiones de carbono en la agricultura se pueden agrupar en dos categorías: reducir y/o desplazar emisiones y mejorar la eliminación de carbono de la atmósfera. Algunas de estas reducciones implican aumentar la eficiencia de las operaciones agrícolas (por ejemplo, equipos más eficientes en combustible), mientras que otras implican interrupciones en el ciclo natural del carbono. Además, algunas técnicas efectivas (como la eliminación de la quema de rastrojos [70] ) pueden impactar negativamente otras preocupaciones ambientales (mayor uso de herbicidas para controlar las malezas que no se destruyen con la quema).
Dado que la aplicación de la protección forestal puede no abordar suficientemente los factores detrás de la deforestación –la mayor de las cuales es la producción de carne en el caso de la selva amazónica [71] –, también puede necesitar políticas. Estos podrían efectivamente prohibir y/o desalentar progresivamente el comercio asociado a la deforestación a través de, por ejemplo, requisitos de información sobre productos, monitoreo satelital como Global Forest Watch , aranceles ecológicos relacionados y certificaciones de productos. [72] [73] [74]
La restauración de praderas es un esfuerzo de conservación para restaurar las tierras de las praderas que fueron destruidas debido al desarrollo industrial, agrícola , comercial o residencial. [75] El objetivo principal es devolver las áreas y ecosistemas a su estado anterior a su agotamiento. [76] La masa de COS que se puede almacenar en estas parcelas restauradas suele ser mayor que la del cultivo anterior, lo que actúa como un sumidero de carbono más eficaz. [77] [78]
Los céspedes urbanos pueden almacenar cantidades importantes de carbono. La cantidad almacenada aumenta con el tiempo desde la perturbación más reciente (por ejemplo, construcción de una casa). [79]
El cultivo de carbono es el nombre de una variedad de métodos agrícolas destinados a secuestrar carbono atmosférico en el suelo y en las raíces, la madera y las hojas de los cultivos. El objetivo del cultivo de carbono es aumentar la velocidad a la que el carbono se secuestra en el suelo y el material vegetal con el objetivo de crear una pérdida neta de carbono de la atmósfera. [80] Aumentar el contenido de materia orgánica del suelo puede ayudar al crecimiento de las plantas, aumentar el contenido total de carbono, mejorar la capacidad de retención de agua del suelo [81] y reducir el uso de fertilizantes. [82] El cultivo de carbono es un componente de la agricultura climáticamente inteligente .
Los métodos de reducción de emisiones de carbono en la agricultura se pueden agrupar en dos categorías: reducir y desplazar emisiones y mejorar el secuestro de carbono. Las reducciones incluyen aumentar la eficiencia de las operaciones agrícolas (por ejemplo, equipos más eficientes en combustible) e interrumpir el ciclo natural del carbono .Aunque un bosque de bambú almacena menos carbono total que un bosque maduro de árboles, una plantación de bambú secuestra carbono a un ritmo mucho más rápido que un bosque maduro o una plantación de árboles. Por lo tanto, el cultivo de madera de bambú puede tener un importante potencial de secuestro de carbono. [83]
Tras la absorción de dióxido de carbono (CO 2 ) de la atmósfera, las plantas depositan materia orgánica en el suelo. [84] Esta materia orgánica, derivada del material vegetal en descomposición y de los sistemas de raíces, es rica en compuestos de carbono. Los microorganismos del suelo descomponen esta materia orgánica y, en el proceso, parte del carbono se estabiliza aún más en el suelo como humus , un proceso conocido como humificación . [85]
A nivel mundial, se estima que el suelo contiene alrededor de 2.500 gigatoneladas de carbono. Esto es más del triple del carbono que se encuentra en la atmósfera y 4 veces del que se encuentra en las plantas y animales vivos. [86] Alrededor del 70% del carbono orgánico global del suelo en áreas sin permafrost se encuentra en el suelo más profundo dentro del metro superior y está estabilizado por asociaciones mineral-orgánicas. [87]
Todos los cultivos absorben CO
2durante el crecimiento y liberarlo después de la cosecha. El objetivo de la eliminación de carbono agrícola es utilizar el cultivo y su relación con el ciclo del carbono para secuestrar carbono de forma permanente dentro del suelo. Esto se hace seleccionando métodos agrícolas que devuelvan biomasa al suelo y mejoren las condiciones en las que el carbono dentro de las plantas se reducirá a su naturaleza elemental y se almacenará en un estado estable. Los métodos para lograr esto incluyen:
Las prácticas de secuestro agrícola pueden tener efectos positivos en la calidad del suelo , el aire y el agua, ser beneficiosas para la vida silvestre y ampliar la producción de alimentos . En tierras de cultivo degradadas , un aumento de una tonelada de carbono en el suelo puede aumentar el rendimiento de los cultivos entre 20 y 40 kilogramos por hectárea de trigo , entre 10 y 20 kg/ha para el maíz y entre 0,5 y 1 kg/ha para el caupí . [92]
Los efectos del secuestro del suelo se pueden revertir. Si se altera el suelo o se utilizan prácticas de labranza intensivas, el suelo se convierte en una fuente neta de gases de efecto invernadero. Normalmente, después de varias décadas de secuestro, el suelo se satura y deja de absorber carbono. Esto implica que existe un límite global a la cantidad de carbono que el suelo puede contener. [93]
Muchos factores afectan los costos del secuestro de carbono, incluida la calidad del suelo , los costos de transacción y diversas externalidades como fugas y daños ambientales imprevistos. Porque la reducción del CO atmosférico
2es una preocupación a largo plazo, los agricultores pueden mostrarse reacios a adoptar técnicas agrícolas más costosas cuando no hay un cultivo, un suelo o un beneficio económico claro. Gobiernos como Australia y Nueva Zelanda están considerando permitir que los agricultores vendan créditos de carbono una vez que documenten que han aumentado suficientemente el contenido de carbono del suelo. [88] [94] [95] [ 96] [97] [98]
El biocarbón es carbón vegetal creado por pirólisis de residuos de biomasa . El material resultante se añade a un vertedero o se utiliza como mejorador del suelo para crear terra preta . [99] [100] La adición de carbono orgánico pirogénico (biocarbón) es una estrategia novedosa para aumentar las reservas de C del suelo a largo plazo y mitigar el calentamiento global compensando el C atmosférico (hasta 9,5 gigatoneladas de C al año). [101] En el suelo, el carbono del biocarbón no está disponible para la oxidación a CO
2y su consiguiente liberación atmosférica. Sin embargo, han surgido preocupaciones acerca de que el biocarbón pueda acelerar la liberación del carbono ya presente en el suelo. [102]
La terra preta , un suelo antropogénico con alto contenido de carbono, también se está investigando como mecanismo de secuestro. Al pirolizar la biomasa, aproximadamente la mitad de su carbono se puede reducir a carbón vegetal , que puede persistir en el suelo durante siglos y constituye una enmienda útil para el suelo, especialmente en suelos tropicales ( biochar o agrichar ). [103] [104]
Un problema con las ideas de secuestro biológico es que no son un verdadero secuestro comparable. El carbono de los combustibles fósiles estuvo secuestrado durante millones de años y habría permanecido así de no ser por la minería humana. Las propuestas de secuestro biológico (cultivo de árboles, fertilización con hierro en los océanos , agricultura orgánica, etc.) sólo añaden el carbono fósil ahora problemático en la atmósfera al Ciclo Rápido del Carbono , donde estará sujeto a exposición atmosférica en escalas de tiempo geológicamente muy cortas.
Enterrar biomasa (como árboles) directamente imita los procesos naturales que crearon los combustibles fósiles . [105] Se estima que el potencial mundial de secuestro de carbono mediante el entierro de madera es de 10 ± 5 GtC/año y las tasas más altas en los bosques tropicales (4,2 GtC/año), seguidos de los bosques templados (3,7 GtC/año) y boreales (2,1 GtC/año). /año). [12] En 2008, Ning Zeng de la Universidad de Maryland estimó que 65 GtC yacen en el suelo de los bosques del mundo como material leñoso grueso que podría ser enterrado y los costos para el secuestro de carbono del entierro de la madera son de 50 USD/tC, lo que es mucho menor que captura de carbono procedente, por ejemplo, de las emisiones de las centrales eléctricas. [12] La fijación de CO 2 en la biomasa leñosa es un proceso natural que se lleva a cabo mediante la fotosíntesis . Se trata de una solución basada en la naturaleza y los métodos sugeridos incluyen el uso de "bóvedas de madera" para almacenar el carbono que contiene la madera en condiciones libres de oxígeno. [106]
En 2022, una organización certificadora publicó metodologías para el entierro de biomasa. [107] Otras propuestas de almacenamiento de biomasa han incluido el entierro de biomasa en las profundidades del agua, incluso en el fondo del Mar Negro . [108]
El secuestro geológico se refiere al almacenamiento de CO 2 bajo tierra en yacimientos agotados de petróleo y gas, formaciones salinas o lechos de carbón profundos no aptos para la minería. [ cita necesaria ]
Una vez que se captura el CO 2 de una fuente puntual, como una fábrica de cemento, [109] se puede comprimir a ≈100 bar en un fluido supercrítico . De esta forma , el CO 2 podría transportarse mediante tuberías hasta el lugar de almacenamiento. Luego, el CO 2 podría inyectarse a gran profundidad, normalmente alrededor de 1 km, donde permanecería estable durante cientos o millones de años. [7] En estas condiciones de almacenamiento, la densidad del CO 2 supercrítico es de 600 a 800 kg/m 3 . [110]
Los parámetros importantes para determinar un buen sitio para el almacenamiento de carbono son: porosidad de la roca, permeabilidad de la roca, ausencia de fallas y geometría de las capas de roca. Lo ideal es que el medio en el que se almacene el CO2 tenga una alta porosidad y permeabilidad, como por ejemplo arenisca o piedra caliza . La arenisca puede tener una permeabilidad que oscila entre 1 y 10 −5 Darcy , con una porosidad de hasta ≈30%. La roca porosa debe estar cubierta por una capa de baja permeabilidad que actúa como sello o roca de cobertura para el CO 2 . El esquisto es un ejemplo de muy buena roca de recubrimiento, con una permeabilidad de 10 −5 a 10 −9 Darcy. Una vez inyectada, la columna de CO 2 se elevará mediante fuerzas de flotación, ya que es menos densa que su entorno. Una vez que encuentre una capa de roca, se extenderá lateralmente hasta encontrar un espacio. Si hay planos de falla cerca de la zona de inyección, existe la posibilidad de que el CO 2 migre a lo largo de la falla hacia la superficie, filtrándose a la atmósfera, lo que sería potencialmente peligroso para la vida en el área circundante. Otro riesgo relacionado con el secuestro de carbono es la sismicidad inducida. Si la inyección de CO 2 crea presiones subterráneas demasiado altas, la formación se fracturará, provocando potencialmente un terremoto. [111]
El atrapamiento estructural se considera el principal mecanismo de almacenamiento; las rocas impermeables o de baja permeabilidad, como la lutita, la anhidrita, la halita o los carbonatos compactos, actúan como una barrera para la migración flotante ascendente de CO2, lo que resulta en la retención de CO2 dentro de una formación de almacenamiento. [112] Mientras está atrapado en una formación rocosa, el CO 2 puede estar en la fase de fluido supercrítico o disolverse en agua subterránea o salmuera. También puede reaccionar con minerales en la formación geológica para convertirse en carbonatos.
Dos de los métodos de secuestro geológico son:
La inyección de CO2 en acuíferos salinos es un método clave de secuestro geológico. Los acuíferos salinos son capas subterráneas de sedimentos porosos llenos de agua salobre (salina), normalmente ubicados debajo de depósitos de agua dulce. El proceso consiste en capturar CO2 de fuentes industriales, licuarlo y luego inyectarlo en estas formaciones geológicas profundas. El CO2 se inyecta en estado supercrítico, lo que significa que tiene propiedades tanto de líquido como de gas. Esto le permite desplazar la salmuera más densa del acuífero. Una vez. Esto crea un entorno multifase y multicomponente dentro del acuífero. Esto le permite desplazar la salmuera más densa del acuífero. Una vez en el acuífero, el CO2 es secuestrado hidrodinámicamente y reaccionando con otras sales disueltas para formar carbonatos. Esto crea un entorno multifase y multicomponente dentro del acuífero. El proceso es económicamente viable y también puede mejorar la recuperación de petróleo cuando se utiliza en yacimientos de petróleo. [113] Sin embargo, el uso de la inyección de CO2 para mejorar la recuperación de petróleo ha sido cuestionado por su sabiduría para lograr el objetivo de secuestro de carbono.
La inyección de CO2 en pozos de petróleo y vetas de carbón es un método importante de secuestro geológico. En los pozos petroleros, se inyecta CO2 para desplazar el petróleo, mejorando la recuperación de los yacimientos de petróleo y gas en declive, un proceso conocido como recuperación mejorada de petróleo (EOR). Esta estrategia se emplea en lugares como Texas, EE. UU. y pozos petroleros marinos en Noruega. Sin embargo, esto no se considera secuestro cuando el CO2 inyectado se extrae de pozos subterráneos. En las vetas de carbón, el CO2 se inyecta donde es absorbido por el carbón, desplazando al metano (CH4). El proceso mejora la recuperación de metano de lechos de carbón (CBM), ya que el CO2 inyectado se absorbe en el carbón el doble que el CH4. [113]
Se estima que la capacidad de almacenamiento mundial en yacimientos de petróleo y gas es de 675 a 900 Gt de CO 2 , y en vetas de carbón no explotables, de 15 a 200 Gt de CO 2 . Las formaciones salinas profundas tienen la mayor capacidad, que se estima entre 1.000 y 10.000 Gt de CO 2 . [110] En los EE.UU., se estima que hay al menos 2.600 Gt y como máximo 22.000 Gt de capacidad total de almacenamiento de CO 2 . [114]
Hay una serie de proyectos de captura y secuestro de carbono a gran escala que han demostrado la viabilidad y seguridad de este método de almacenamiento de carbono, que están resumidos por el Global CCS Institute. [115] La técnica de monitoreo dominante son las imágenes sísmicas, donde se generan vibraciones que se propagan a través del subsuelo. Se pueden obtener imágenes de la estructura geológica a partir de las ondas refractadas/reflejadas. [111]
En septiembre de 2020, el Departamento de Energía de EE. UU. otorgó 72 millones de dólares en fondos federales para apoyar el desarrollo y avance de tecnologías de captura de carbono. [116]
CO
2se ha utilizado ampliamente en operaciones mejoradas de recuperación de petróleo crudo en los Estados Unidos a partir de 1972. [10] Hay más de 10,000 pozos que inyectan CO
2sólo en el estado de Texas . El gas proviene en parte de fuentes antropogénicas, pero proviene principalmente de grandes formaciones geológicas naturales de CO.
2. Se transporta a los campos productores de petróleo a través de una gran red de más de 5.000 kilómetros (3.100 millas) de CO .
2tuberías. El uso de CO
2También se han propuesto métodos de recuperación mejorada de petróleo (EOR) en yacimientos de petróleo pesado en la Cuenca Sedimentaria del Oeste de Canadá (WCSB). [117] Sin embargo, el costo del transporte sigue siendo un obstáculo importante. Un extenso CO
2El sistema de tuberías aún no existe en la WCSB. Minería de arenas bituminosas de Athabasca que produce CO
2está a cientos de kilómetros al norte del subsuelo Yacimientos de petróleo crudo pesado que más podrían beneficiarse del CO
2inyección. [ cita necesaria ]
El secuestro de minerales tiene como objetivo atrapar carbono en forma de sales de carbonato sólidas . Este proceso ocurre lentamente en la naturaleza y es responsable de la deposición y acumulación de piedra caliza a lo largo del tiempo geológico. El ácido carbónico en el agua subterránea reacciona lentamente con silicatos complejos para disolver calcio , magnesio , álcalis y sílice y dejar un residuo de minerales arcillosos . El calcio y el magnesio disueltos reaccionan con el bicarbonato para precipitar carbonatos de calcio y magnesio, un proceso que los organismos utilizan para formar conchas. Cuando los organismos mueren, sus caparazones se depositan como sedimento y eventualmente se convierten en piedra caliza. Las calizas se han acumulado a lo largo de miles de millones de años de tiempo geológico y contienen gran parte del carbono de la Tierra. Las investigaciones en curso tienen como objetivo acelerar reacciones similares con carbonatos alcalinos. [118]
Se están investigando varios depósitos de serpentinita como sumideros de almacenamiento de CO 2 potencialmente a gran escala , como los encontrados en Nueva Gales del Sur (Australia), donde está en marcha el primer proyecto de planta piloto de carbonatación mineral. [119] La reutilización beneficiosa del carbonato de magnesio de este proceso podría proporcionar materia prima para nuevos productos desarrollados para el entorno construido y la agricultura sin devolver el carbono a la atmósfera y, por lo tanto, actuar como un sumidero de carbono. [120]
Una reacción propuesta es la de la roca rica en olivino dunita , o su equivalente hidratada, serpentinita , con dióxido de carbono para formar el mineral carbonato magnesita , más sílice y óxido de hierro ( magnetita ). [ cita necesaria ]
El secuestro de serpentinita se ve favorecido debido a la naturaleza estable y no tóxica del carbonato de magnesio. Las reacciones ideales involucran los componentes finales de magnesio del olivino (reacción 1) o la serpentina (reacción 2), esta última derivada del olivino anterior por hidratación y silicificación (reacción 3). La presencia de hierro en el olivino o la serpentina reduce la eficiencia del secuestro, ya que los componentes de hierro de estos minerales se descomponen en óxido de hierro y sílice (reacción 4).
Las estructuras zeolíticas de imidazolato (ZIF) son estructuras organometálicas similares a las zeolitas . Debido a su porosidad, estabilidad química y resistencia térmica, se está examinando la capacidad de los ZIF para capturar dióxido de carbono. [121] Los ZIF podrían utilizarse para mantener las emisiones industriales de dióxido de carbono fuera de la atmósfera . [122]
El CO 2 reacciona exotérmicamente con óxidos metálicos, produciendo carbonatos estables (por ejemplo, calcita , magnesita ). Este proceso (CO 2 a piedra) ocurre naturalmente durante períodos de años y es responsable de gran parte de la piedra caliza superficial . La olivina es uno de esos óxidos metálicos. [123] [ fuente autoeditada? ] Las rocas ricas en óxidos metálicos que reaccionan con el CO 2 , como el MgO y el CaO contenidos en los basaltos , han demostrado ser un medio viable para lograr el almacenamiento de minerales de dióxido de carbono. [124] [125] En principio, la velocidad de reacción puede acelerarse con un catalizador [126] o aumentando las temperaturas [ dudoso ] y/o presiones, o mediante un pretratamiento mineral, aunque este método puede requerir energía adicional. El IPCC estima que una central eléctrica equipada con CAC que utilice almacenamiento de minerales necesitaría entre un 60% y un 180% más de energía que una que no lo tenga. [127] Teóricamente, hasta el 22% de la masa mineral de la corteza terrestre es capaz de formar carbonatos . [ cita necesaria ] La formación de carbonatos se considera el mecanismo de captura de CO 2 más seguro . [128]
Los relaves mineros ultramáficos son una fuente fácilmente disponible de óxidos metálicos de grano fino que podrían servir para este propósito. [129] La aceleración del secuestro pasivo de CO 2 a través de la carbonatación mineral se puede lograr mediante procesos microbianos que mejoran la disolución mineral y la precipitación de carbonatos. [130] [131] [132]
Carbono, en forma de CO
2Puede eliminarse de la atmósfera mediante procesos químicos y almacenarse en formas minerales carbonatadas estables . Este proceso ( CO
2-a-piedra) se conoce como "secuestro de carbono por carbonatación mineral " o secuestro de minerales. El proceso implica hacer reaccionar dióxido de carbono con óxidos metálicos abundantemente disponibles, ya sea óxido de magnesio (MgO) u óxido de calcio (CaO), para formar carbonatos estables. Estas reacciones son exotérmicas y ocurren naturalmente (por ejemplo, la erosión de la roca durante períodos geológicos ). [133] [134]
El calcio y el magnesio se encuentran en la naturaleza normalmente como silicatos de calcio y magnesio (como forsterita y serpentinita ) y no como óxidos binarios. Para forsterita y serpentina las reacciones son:
Estas reacciones son ligeramente más favorables a bajas temperaturas. [133] Este proceso ocurre naturalmente en períodos de tiempo geológicos y es responsable de gran parte de la piedra caliza de la superficie de la Tierra . Sin embargo, la velocidad de reacción se puede acelerar reaccionando a temperaturas y/o presiones más altas, aunque este método requiere algo de energía adicional. Alternativamente, el mineral podría molerse para aumentar su superficie y exponerse al agua y a la abrasión constante para eliminar la sílice inerte, como se podría lograr de forma natural arrojando olivino en las olas de alta energía de las playas. [135] Los experimentos sugieren que el proceso de erosión es razonablemente rápido (un año) dadas las rocas basálticas porosas. [136] [137]
El rendimiento de la reacción, es decir, la cantidad de CO2 mineralizado por unidad de masa del material objetivo, rara vez se logra según la estequiometría y, como tal, se tendrán que usar temperatura y presión más altas e incluso reactivos químicos para lograr un mejor rendimiento en un tiempo corto. Como los productos mineralizados ocupan más volumen que las rocas originalmente excavadas, se deben considerar los impactos ambientales asociados con el vertido de más material del que se excavó en primer lugar. [138]
CO
2Reacciona naturalmente con la roca peridotita en exposiciones superficiales de ofiolitas , especialmente en Omán . Se ha sugerido que este proceso se puede potenciar para llevar a cabo la mineralización natural del CO.
2. [139] [140]
Cuando CO
2se disuelve en agua y se inyecta en rocas basálticas calientes bajo tierra, se ha demostrado que el CO
2Reacciona con el basalto para formar minerales carbonatados sólidos. [141] En octubre de 2017 se puso en marcha una planta de prueba en Islandia, que extrae hasta 50 toneladas de CO 2 al año de la atmósfera y lo almacena bajo tierra en roca basáltica. [142]
Investigadores de la Columbia Británica desarrollaron un proceso de bajo coste para la producción de magnesita , también conocida como carbonato de magnesio , que puede secuestrar CO 2 del aire o en puntos de contaminación del aire, por ejemplo, en una central eléctrica. Los cristales se producen de forma natural, pero la acumulación suele ser muy lenta. [143]
El hormigón es un destino prometedor para el dióxido de carbono capturado. Varias ventajas que ofrece el hormigón incluyen, entre otras: una fuente abundante de calcio debido a su importante producción en todo el mundo; una condición termodinámicamente estable para que el dióxido de carbono se almacene como carbonatos de calcio; y su capacidad a largo plazo para almacenar dióxido de carbono como material ampliamente utilizado en infraestructura . [144] [145] Los residuos de hormigón demolido o el hormigón reciclado también podrían utilizarse además del hormigón recién producido. [146] Los estudios de HeidelbergCement muestran que el secuestro de carbono puede convertir el hormigón demolido y reciclado en un material cementante suplementario, que puede actuar como aglutinante secundario junto con el cemento Portland, en la producción de hormigón nuevo. [147] [148]
Sin embargo, la energía necesaria para estas reacciones a escalas climáticas significativas es sustancial y quizás prohibitiva o ecológicamente inviable. El secuestro de carbono en forma de productos industriales ha sido cuestionado porque sólo una civilización más expansiva podría hacer uso del volumen de tales productos, contrariando el objetivo final de la sostenibilidad ecológica a largo plazo. Aún más problemático si se hace con la actual combinación global de energía primaria que permanece por encima del 80% de combustibles fósiles basados en carbono.
El océano secuestra carbono de forma natural mediante diferentes procesos. [ cita necesaria ] La bomba de solubilidad mueve el dióxido de carbono de la atmósfera a la superficie del océano donde reacciona con las moléculas de agua para formar ácido carbónico. La solubilidad del dióxido de carbono aumenta al disminuir la temperatura del agua. La circulación termohalina mueve el dióxido de carbono disuelto a aguas más frías, donde es más soluble, aumentando las concentraciones de carbono en el interior del océano. La bomba biológica mueve el dióxido de carbono disuelto desde la superficie del océano hacia el interior del océano mediante la conversión de carbono inorgánico en carbono orgánico mediante la fotosíntesis. La materia orgánica que sobrevive a la respiración y la remineralización puede transportarse a través de partículas que se hunden y la migración de organismos a las profundidades del océano. [ cita necesaria ]
Las bajas temperaturas, la alta presión y los niveles reducidos de oxígeno en las profundidades del mar ralentizan los procesos de descomposición , impidiendo la rápida liberación de carbono a la atmósfera y actuando como un depósito de almacenamiento a largo plazo. [149]
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Las algas marinas crecen en zonas costeras y poco profundas y capturan cantidades significativas de carbono que pueden transportarse a las profundidades del océano mediante mecanismos oceánicos; Las algas marinas que llegan a las profundidades del océano secuestran carbono e impiden que se intercambie con la atmósfera durante milenios. [151] Se ha sugerido cultivar algas marinas en alta mar con el propósito de hundirlas en las profundidades del mar para secuestrar carbono. [152] Además, las algas marinas crecen muy rápido y, en teoría, pueden recolectarse y procesarse para generar biometano , mediante digestión anaeróbica para generar electricidad, mediante cogeneración/CHP o como reemplazo del gas natural . Un estudio sugirió que si las granjas de algas cubrieran el 9% del océano, podrían producir suficiente biometano para satisfacer la demanda equivalente de energía de combustibles fósiles de la Tierra, eliminar 53 gigatoneladas de CO 2 por año de la atmósfera y producir de manera sostenible 200 kg por año de pescado, por año. persona, para 10 mil millones de personas. [153] Las especies ideales para dicho cultivo y conversión incluyen Laminaria digitata , Fucus serratus y Saccharina latissima . [154]
Se están investigando tanto macroalgas como microalgas como posibles medios de secuestro de carbono. [155] [156] El fitoplancton marino realiza la mitad de la fijación fotosintética global de CO 2 (producción primaria global neta de ~50 Pg C por año) y la mitad de la producción de oxígeno a pesar de representar solo ~1% de la biomasa vegetal global. [157]
Debido a que las algas carecen de la compleja lignina asociada con las plantas terrestres , el carbono de las algas se libera a la atmósfera más rápidamente que el carbono capturado en la tierra. [155] [158] Las algas se han propuesto como una reserva de almacenamiento de carbono a corto plazo que puede usarse como materia prima para la producción de diversos combustibles biogénicos . [159]
El cultivo de algas a gran escala (llamado "forestación oceánica") podría secuestrar enormes cantidades de carbono. [160] Las algas silvestres secuestrarán una gran cantidad de carbono a través de partículas disueltas de materia orgánica que se transportan a los fondos marinos profundos, donde quedarán enterradas y permanecerán durante largos períodos de tiempo. [161] Actualmente el cultivo de algas se lleva a cabo para proporcionar alimentos, medicinas y biocombustibles. [161] Con respecto al cultivo de carbono, el crecimiento potencial de algas para el cultivo de carbono haría que las algas cosechadas se transportaran a las profundidades del océano para su entierro a largo plazo. [161] El cultivo de algas marinas ha atraído atención dado el limitado espacio terrestre disponible para las prácticas de cultivo de carbono. [161] Actualmente, el cultivo de algas se produce principalmente en las zonas costeras del Pacífico asiático, donde ha sido un mercado en rápido crecimiento. [161] El Informe especial del IPCC sobre el océano y la criosfera en un clima cambiante recomienda "mayor atención a la investigación" sobre el cultivo de algas marinas como táctica de mitigación. [162]
Sin embargo, el cultivo de algas marinas, y el cultivo de carbono en general, sólo mantiene el carbono dentro del ciclo rápido del carbono, en íntimo contacto con el océano y la atmósfera, y una vez en equilibrio con la ecología, no se puede esperar que contenga carbono adicional.
La fertilización oceánica o la nutrición de los océanos es un tipo de tecnología para la eliminación de dióxido de carbono del océano basada en la introducción intencionada de nutrientes vegetales en la parte superior del océano para aumentar la producción de alimentos marinos y eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. [163] [164] La fertilización con nutrientes oceánicos, por ejemplo la fertilización con hierro , podría estimular la fotosíntesis en el fitoplancton . El fitoplancton convertiría el dióxido de carbono disuelto del océano en carbohidratos , algunos de los cuales se hundirían en las profundidades del océano antes de oxidarse. Más de una docena de experimentos en mar abierto confirmaron que agregar hierro al océano aumenta la fotosíntesis en el fitoplancton hasta 30 veces. [165]
Este es uno de los enfoques de eliminación de dióxido de carbono (CDR) mejor investigados; sin embargo, este enfoque solo secuestraría carbono en una escala de tiempo de 10 a 100 años, dependiendo de los tiempos de mezcla de los océanos. Si bien la acidez de la superficie del océano puede disminuir como resultado de la fertilización con nutrientes, cuando la materia orgánica que se hunde se remineraliza, la acidez del océano profundo aumentará. Un informe de 2021 sobre CDR indica que existe una confianza media-alta en que la técnica podría ser eficiente y escalable a bajo costo, con riesgos ambientales medios. [166] Uno de los riesgos clave de la fertilización con nutrientes es el robo de nutrientes, un proceso mediante el cual el exceso de nutrientes utilizados en un lugar para mejorar la productividad primaria, como en un contexto de fertilización, luego no está disponible para la productividad normal aguas abajo. Esto podría provocar impactos en el ecosistema muy lejos del sitio original de fertilización. [166]
Se han propuesto varias técnicas, incluida la fertilización con el micronutriente hierro (llamada fertilización con hierro ) o con nitrógeno y fósforo (ambos macronutrientes). Pero una investigación realizada a principios de la década de 2020 sugirió que solo podía secuestrar permanentemente una pequeña cantidad de carbono. [167]El afloramiento o descenso artificial es un enfoque que cambiaría las capas de mezcla del océano. Fomentar la mezcla de varias capas oceánicas puede mover nutrientes y gases disueltos, ofreciendo vías para la geoingeniería . [168] La mezcla se puede lograr colocando grandes tuberías verticales en los océanos para bombear agua rica en nutrientes a la superficie, provocando la proliferación de algas , que almacenan carbono cuando crecen y exportan carbono cuando mueren. [168] [169] [170] Esto produce resultados algo similares a la fertilización con hierro. Un efecto secundario es un aumento a corto plazo de CO
2, lo que limita su atractivo. [171]
Las capas de mezcla implican transportar el agua del océano profundo, más densa y fría, a la capa de mezcla superficial . A medida que la temperatura del océano disminuye con la profundidad, más dióxido de carbono y otros compuestos pueden disolverse en las capas más profundas. [172] Esto puede inducirse invirtiendo el ciclo del carbono oceánico mediante el uso de grandes tuberías verticales que sirven como bombas oceánicas, [173] o un conjunto mezclador. [174] Cuando el agua del océano profundo, rica en nutrientes, se mueve hacia la superficie, se produce la proliferación de algas , lo que resulta en una disminución del dióxido de carbono debido a la ingesta de carbono del fitoplancton y otros organismos fotosintéticos eucariotas . La transferencia de calor entre las capas también hará que el agua de mar de la capa mezclada se hunda y absorba más dióxido de carbono. Este método no ha ganado mucha popularidad ya que la proliferación de algas daña los ecosistemas marinos al bloquear la luz solar y liberar toxinas dañinas en el océano. [175] El aumento repentino de dióxido de carbono en el nivel de la superficie también disminuirá temporalmente el pH del agua de mar, perjudicando el crecimiento de los arrecifes de coral . La producción de ácido carbónico mediante la disolución de dióxido de carbono en el agua de mar dificulta la calcificación biogénica marina y provoca importantes alteraciones en la cadena alimentaria oceánica . [176]
El secuestro de dióxido de carbono en basalto implica la inyección de CO
2en formaciones de aguas profundas. El co
2Primero se mezcla con agua de mar y luego reacciona con el basalto, ambos elementos ricos en alcalinos. Esta reacción da como resultado la liberación de iones Ca 2+ y Mg 2+ formando minerales carbonato estables. [177]
El basalto submarino ofrece una buena alternativa a otras formas de almacenamiento de carbono oceánico porque tiene una serie de medidas de captura para garantizar una protección adicional contra las fugas. Estas medidas incluyen "formación geoquímica, de sedimentos, gravitacional y de hidratos ". Porque CO
2El hidrato es más denso que el CO.
2en agua de mar, el riesgo de fuga es mínimo. Inyectar el CO
2a profundidades superiores a 2.700 metros (8.900 pies) garantiza que el CO
2Tiene una densidad mayor que el agua de mar, lo que hace que se hunda. [178]
Un posible sitio de inyección es la placa de Juan de Fuca . Los investigadores del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty descubrieron que esta placa situada en la costa occidental de Estados Unidos tiene una posible capacidad de almacenamiento de 208 gigatoneladas. Esto podría cubrir todas las emisiones de carbono actuales de Estados Unidos durante más de 100 años. [178]
Este proceso se está sometiendo a pruebas como parte del proyecto CarbFix , lo que da como resultado que el 95% de las 250 toneladas de CO 2 inyectadas se solidifiquen en calcita en dos años, utilizando 25 toneladas de agua por tonelada de CO 2 . [137] [179]
De manera similar a los procesos de mineralización que tienen lugar dentro de las rocas, la mineralización también puede ocurrir bajo el mar. La velocidad de disolución del dióxido de carbono de la atmósfera a las regiones oceánicas está determinada por el período de circulación del océano y la capacidad amortiguadora del agua superficial que subduce . [180] Los investigadores han demostrado que el almacenamiento marino de dióxido de carbono a varios kilómetros de profundidad podría ser viable durante hasta 500 años, pero depende del lugar de inyección y de las condiciones. Varios estudios han demostrado que, aunque puede fijar eficazmente el dióxido de carbono, con el tiempo puede liberarse a la atmósfera. Sin embargo, esto es poco probable hasta dentro de al menos algunos siglos más. La neutralización de CaCO 3 , o el equilibrio de la concentración de CaCO 3 en el fondo marino, la tierra y el océano, se puede medir en una escala de tiempo de miles de años. Más específicamente, el tiempo previsto es de 1.700 años para el océano y aproximadamente de 5.000 a 6.000 años para la tierra. [181] [182] Además, el tiempo de disolución del CaCO 3 se puede mejorar inyectando cerca o aguas abajo del sitio de almacenamiento. [183]
Además de la mineralización de carbono , otra propuesta es la inyección de sedimentos en aguas profundas . Inyecta dióxido de carbono líquido al menos a 3.000 m por debajo de la superficie directamente en los sedimentos oceánicos para generar hidrato de dióxido de carbono. Se definen dos regiones para la exploración: 1) la zona de flotabilidad negativa (NBZ), que es la región entre el dióxido de carbono líquido más denso que el agua circundante y donde el dióxido de carbono líquido tiene flotabilidad neutra, y 2) la zona de formación de hidratos (HFZ), que Normalmente tiene bajas temperaturas y altas presiones. Varios modelos de investigación han demostrado que la profundidad óptima de inyección requiere considerar la permeabilidad intrínseca y cualquier cambio en la permeabilidad del dióxido de carbono líquido para un almacenamiento óptimo. La formación de hidratos disminuye la permeabilidad del dióxido de carbono líquido y la inyección por debajo de la HFZ se ve más favorecida energéticamente que dentro de la HFZ. Si la NBZ es una columna de agua mayor que la HFZ, la inyección debe ocurrir debajo de la HFZ y directamente a la NBZ. [184] En este caso, el dióxido de carbono líquido se hundirá hasta la NBZ y se almacenará debajo de la capa de flotabilidad e hidratos. Puede ocurrir una fuga de dióxido de carbono si hay disolución en el fluido de los poros o mediante difusión molecular . Sin embargo, esto ocurre durante miles de años. [183] [185] [186]
El dióxido de carbono forma ácido carbónico cuando se disuelve en agua, por lo que la acidificación de los océanos es una consecuencia importante de los niveles elevados de dióxido de carbono y limita la velocidad a la que puede ser absorbido en el océano (la bomba de solubilidad ). Se ha sugerido una variedad de bases diferentes que podrían neutralizar el ácido y así aumentar el CO.
2absorción. [187] [188] [189] [190] [191] Por ejemplo, agregar piedra caliza triturada a los océanos mejora la absorción de dióxido de carbono. [192] Otro enfoque es agregar hidróxido de sodio a los océanos, que se produce por electrólisis de agua salada o salmuera, mientras se elimina el ácido clorhídrico residual por reacción con una roca de silicato volcánico como la enstatita , aumentando efectivamente la tasa de erosión natural de estas rocas. para restaurar el pH del océano. [193] [194] [195]
El secuestro y almacenamiento de carbono en un solo paso es una tecnología de mineralización a base de agua salina que extrae dióxido de carbono del agua de mar y lo almacena en forma de minerales sólidos. [196]
Alguna vez se sugirió que el CO 2 podría almacenarse en los océanos mediante inyección directa en las profundidades del océano y almacenarlo allí durante algunos siglos. En su momento, esta propuesta se llamó "almacenamiento en el océano", pero más precisamente se la conocía como " inyección directa de dióxido de carbono en aguas profundas ". 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 [197] : 279 , los altos costos y las preocupaciones sobre su estabilidad o permanencia. [7] El "Informe especial del IPCC sobre captura y almacenamiento de dióxido de carbono" de 2005 sí incluía esta tecnología como una opción. [197] : 279 Sin embargo, 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. [198] 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". [199] : 12–37
El costo del secuestro (sin incluir la captura y el transporte) varía, pero es inferior a 10 dólares EE.UU. por tonelada en algunos casos en los que se dispone de almacenamiento en tierra. [200] Por ejemplo, el coste de Carbfix es de unos 25 dólares EE.UU. por tonelada de CO 2 . [201] Un informe de 2020 estimó el secuestro en los bosques (incluida la captura) entre 35 dólares EE.UU. para pequeñas cantidades y 280 dólares EE.UU. por tonelada, equivalente al 10% del total necesario para mantener un calentamiento de 1,5 C. [202] Pero existe el riesgo de que los incendios forestales liberen carbono. [203]
Los investigadores han planteado la preocupación de que el uso de compensaciones de carbono, como el mantenimiento de bosques, la reforestación o la captura de carbono, así como los certificados de energía renovable [204] permitan a las empresas contaminantes seguir como de costumbre para seguir liberando gases de efecto invernadero [205]. [206] y por ser soluciones tecnológicas no probadas y de confianza inapropiada . [207] Esto también incluye el informe del IPCC de 2022 sobre el cambio climático criticado por contener "muchas quimeras", basándose en grandes tecnologías de emisiones negativas. [208] Una revisión de los estudios del Stanford Solutions Project concluyó que depender de la captura y almacenamiento/utilización de carbono (CCS/U) es una distracción peligrosa, ya que (en la mayoría de los casos y a gran escala) es costosa, aumenta la contaminación del aire y minería, ineficiente y poco probable que se pueda implementar a la escala requerida en el tiempo. [209]
Si bien el secuestro de carbono es una herramienta importante para mitigar el cambio climático, es importante considerar estos posibles inconvenientes y trabajar para abordarlos a fin de garantizar que se utilice de manera efectiva y responsable.
• El secuestro de carbono es un método costoso y su implementación en las centrales eléctricas requiere un 40% más de carbón. Además, se espera que el coste de la energía para el secuestro aumente entre 1 y 5 céntimos por kilovatio hora [210].
• Puede ser fatal si el gas inyectado se escapa debido a fallas estructurales en la formación geológica. Esto se debe a que el dióxido de carbono es más denso que el aire y se deposita cerca del suelo. [211]
• El proceso de capturar y licuar las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas requiere una cantidad significativa de energía eléctrica. Ya el 20% de la energía generada por estas centrales se consume durante su funcionamiento. [210]
• La concentración de dióxido de carbono emitido por las centrales eléctricas es demasiado baja para licuarse eficientemente. [212]
• Los árboles plantados para absorber y almacenar carbono de la atmósfera requieren un tiempo de maduración adecuado. Además, siempre existe el riesgo de que se libere gas dióxido de carbono durante la descomposición después de su muerte. [213]
• Puede que no haya suficientes reservorios geológicos disponibles o accesibles para el secuestro de carbono. [214]
• Dado que el secuestro de carbono permite el uso de combustibles fósiles, tiene el potencial de desviar fondos gubernamentales de tecnologías más limpias y respetuosas con el medio ambiente. [215]
Desde mediados y finales de la década de 2010, muchas políticas climáticas y ambientales de Estados Unidos han buscado aprovechar el potencial de mitigación del cambio climático que ofrece el secuestro de carbono. Muchas de estas políticas implican la conservación de ecosistemas sumideros de carbono, como bosques y humedales, o el fomento de prácticas agrícolas y de uso de la tierra diseñadas para aumentar el secuestro de carbono, como el cultivo de carbono o la agrosilvicultura , a menudo a través de incentivos financieros para agricultores y propietarios de tierras. [ cita necesaria ]
La Orden Ejecutiva para abordar la crisis climática en el país y en el extranjero, firmada por el presidente Joe Biden el 27 de enero de 2021, incluye varias menciones al secuestro de carbono mediante la conservación y restauración de ecosistemas sumideros de carbono, como humedales y bosques. Estos incluyen enfatizar la importancia de los agricultores, propietarios de tierras y comunidades costeras en el secuestro de carbono, ordenar al Departamento del Tesoro que promueva la conservación de los sumideros de carbono a través de mecanismos basados en el mercado y ordenar al Departamento del Interior que colabore con otras agencias para crear un Cuerpo Civil Climático. aumentar el secuestro de carbono en la agricultura, entre otras cosas. [216]
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