La captura directa de aire ( DAC ) es el uso de procesos químicos o físicos para extraer dióxido de carbono directamente del aire ambiente. [1] 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 . [2] Después de la captura, DAC genera una corriente concentrada de CO 2 para su secuestro o utilización . La eliminación de dióxido de carbono se logra cuando el aire ambiente entra en contacto con medios químicos, generalmente un solvente alcalino acuoso [3] o sorbentes . [4] 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.
Cuando se combina con el almacenamiento de CO 2 a largo plazo , el DAC se conoce como captura y almacenamiento directo de carbono en el aire ( DACCS o DACS [5] ). DACCS puede actuar como un mecanismo de eliminación de dióxido de carbono (o una tecnología de carbono negativo), aunque a partir de 2023 [actualizar]aún no se ha integrado en el comercio de emisiones porque, a más de 1000 dólares estadounidenses, [6] el costo por tonelada de dióxido de carbono es muchas veces mayor. el precio del carbono en esos mercados. [7] Para que el proceso de extremo a extremo siga siendo negativo en carbono, las máquinas DAC deben funcionar con fuentes de energía renovables , ya que el proceso puede consumir bastante energía. Las innovaciones futuras pueden reducir la intensidad energética de este proceso.
DAC fue sugerido en 1999 y todavía está en desarrollo. [8] [9] Varias plantas comerciales están previstas o en funcionamiento en Europa y Estados Unidos. La implementación de DAC a gran escala puede acelerarse cuando se conecta con aplicaciones económicas o incentivos políticos.
A diferencia de la captura y almacenamiento de carbono (CAC), que captura las emisiones de una fuente puntual, como una fábrica, la DAC reduce la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera en su conjunto. Por tanto, el DAC se puede utilizar para capturar emisiones que se originaron en fuentes no estacionarias como los aviones. [2]
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La mayoría de las técnicas comerciales requieren ventiladores grandes para empujar el aire ambiente a través de un filtro. Más recientemente, la empresa irlandesa Carbon Collect Limited [11] ha desarrollado MechanicalTree™, que simplemente se coloca en el viento para capturar CO 2 . La compañía afirma que esta "captura pasiva" de CO 2 reduce significativamente el costo de energía de la captura directa de aire y que su geometría se presta para escalar para la captura de gigatones de CO 2 .
La mayoría de las técnicas comerciales utilizan un disolvente líquido (normalmente a base de amina o cáustico ) para absorber CO 2 de un gas. [12] Por ejemplo, un disolvente cáustico común: el hidróxido de sodio reacciona con el CO 2 y precipita un carbonato de sodio estable . Este carbonato se calienta para producir una corriente de CO2 gaseoso de gran pureza . [13] [14] El hidróxido de sodio se puede reciclar a partir del carbonato de sodio en un proceso de caustificación . [15] Alternativamente, el CO 2 se une al sorbente sólido en el proceso de quimisorción . [12] Mediante calor y vacío, el CO 2 se desorbe del sólido. [14] [16]
Entre los procesos químicos específicos que se están explorando se destacan tres: caustificación con hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, carbonatación , [17] y sorbentes híbridos orgánico-inorgánicos consistentes en aminas soportadas en adsorbentes porosos . [8]
La idea de utilizar muchos pequeños depuradores DAC dispersos , análogos a las plantas vivas, para crear una reducción ambientalmente significativa de los niveles de CO 2 , le ha valido a la tecnología el nombre de árboles artificiales en los medios populares. [18] [19] [20]
En un proceso cíclico diseñado en 2012 por el profesor Klaus Lackner , director del Centro de Emisiones Negativas de Carbono (CNCE), el CO 2 diluido se puede separar eficientemente utilizando una resina polimérica de intercambio aniónico llamada Marathon MSA, que absorbe el CO 2 del aire cuando está seco. y lo libera cuando se expone a la humedad. Gran parte de la energía del proceso es aportada por el calor latente de cambio de fase del agua. [21] La tecnología requiere más investigación para determinar su rentabilidad. [22] [23] [24]
Otras sustancias que se pueden utilizar son las estructuras organometálicas (MOF). [25]
La separación de CO 2 por membranas se realiza mediante membranas semipermeables. Este método requiere poca agua y ocupa menos espacio. [12] Normalmente se utilizan membranas poliméricas, ya sean vítreas o gomosas, para la captura directa de aire. Las membranas vítreas suelen exhibir una alta selectividad con respecto al dióxido de carbono; sin embargo, también tienen permeabilidades bajas. La captura de dióxido de carbono por membrana aún está en desarrollo y necesita más investigación antes de que pueda implementarse a mayor escala. [26]
Los defensores del CAD argumentan que es un componente esencial de la mitigación del cambio climático . [1] [16] [24] Los investigadores postulan que el CAD podría ayudar a contribuir a los objetivos del Acuerdo de París (es decir, limitar el aumento de la temperatura media mundial muy por debajo de 2 °C por encima de los niveles preindustriales). Sin embargo, otros afirman que depender de esta tecnología es arriesgado y podría posponer la reducción de emisiones bajo la idea de que será posible solucionar el problema más adelante, [9] [27] y sugieren que reducir las emisiones puede ser una mejor solución. [13] [28]
El DAC que depende de la absorción a base de aminas exige un aporte significativo de agua. Se estimó que para capturar 3,3 gigatoneladas de CO 2 al año se necesitarían 300 km 3 de agua, o el 4% del agua utilizada para riego . Por otro lado, para utilizar hidróxido de sodio se necesita mucha menos agua, pero la sustancia en sí es muy cáustica y peligrosa. [9]
La DAC también requiere un aporte de energía mucho mayor en comparación con la captura tradicional de fuentes puntuales, como los gases de combustión , debido a la baja concentración de CO 2 . [13] [27] La energía mínima teórica necesaria para extraer CO 2 del aire ambiente es de aproximadamente 250 kWh por tonelada de CO 2 , mientras que la captura de centrales eléctricas de gas natural y carbón requiere, respectivamente, aproximadamente 100 y 65 kWh por tonelada de CO. 2 . [13] [1] Debido a esta demanda implícita de energía, algunos han propuesto utilizar " pequeñas centrales nucleares " conectadas a instalaciones DAC. [9]
Cuando el DAC se combina con un sistema de captura y almacenamiento de carbono (CAC) , puede producir una planta con emisiones negativas, pero requeriría una fuente de electricidad libre de carbono . El uso de cualquier electricidad generada a partir de combustibles fósiles terminaría liberando a la atmósfera más CO 2 del que capturaría. [27] Además, el uso del DAC para mejorar la recuperación de petróleo cancelaría cualquier supuesto beneficio de mitigación climática. [9] [14]
Las aplicaciones prácticas de DAC incluyen:
Estas aplicaciones requieren diferentes concentraciones de producto CO 2 formado a partir del gas capturado. Las formas de secuestro de carbono, como el almacenamiento geológico, requieren productos de CO 2 puro (concentración > 99 %), mientras que otras aplicaciones como la agricultura pueden funcionar con productos más diluidos (~ 5 %). Dado que el aire que se procesa a través de DAC contiene originalmente 0,04 % de CO 2 (o 400 ppm), la creación de un producto puro requiere más energía que un producto diluido y, por lo tanto, suele ser más costoso. [21] [30]
DAC no es una alternativa a la captura y almacenamiento de carbono (CAC) tradicional en fuentes puntuales, sino que es una tecnología complementaria que podría utilizarse para gestionar las emisiones de carbono de fuentes distribuidas, las emisiones fugitivas de la red CAC y las fugas de formaciones geológicas. [1] [28] [13] Debido a que el DAC se puede implementar lejos de la fuente de contaminación, el combustible sintético producido con este método puede utilizar la infraestructura de transporte de combustible ya existente. [29]
Uno de los mayores obstáculos para implementar DAC es el costo de separar el CO 2 y el aire. [30] [31] A partir de 2023, [actualizar]se estima que el costo total del sistema superará los 1.000 dólares por tonelada de CO 2. [6] La implementación a gran escala del DAC puede acelerarse mediante incentivos políticos. [32]
Carbon Engineering es una empresa comercial de DAC fundada en 2009 y respaldada, entre otros, por Bill Gates y Murray Edwards . [29] [28] A partir de 2018 [actualizar], gestiona una planta piloto en Columbia Británica, Canadá, que ha estado en uso desde 2015 [16] y es capaz de extraer alrededor de una tonelada de CO 2 al día. [9] [28] Un estudio económico de su planta piloto realizado entre 2015 y 2018 estimó el costo entre 94 y 232 dólares por tonelada de CO 2 atmosférico eliminado. [16] [3]
En asociación con la empresa energética de California Greyrock, Carbon Engineering convierte una parte de su CO 2 concentrado en combustible sintético , que incluye gasolina, diésel y combustible para aviones. [16] [28]
La empresa utiliza una solución de hidróxido de potasio . Reacciona con el CO 2 para formar carbonato de potasio , que elimina una cierta cantidad de CO 2 del aire. [29]
La primera planta DAC a escala industrial de Climeworks, que comenzó a funcionar en mayo de 2017 en Hinwil , en el cantón de Zurich, Suiza, puede capturar 900 toneladas de CO 2 al año. Para reducir sus necesidades energéticas, la planta utiliza el calor de una planta de incineración de residuos local . El CO 2 se utiliza para aumentar la producción de hortalizas en un invernadero cercano. [33]
La empresa afirmó que capturar una tonelada de CO 2 del aire cuesta alrededor de 600 dólares. [34] [12] [ necesita cotización para verificar ]
Climeworks se asoció con Reykjavik Energy en Carbfix , un proyecto lanzado en 2007. En 2017, se inició el proyecto CarbFix2 [35] y recibió financiación del programa de investigación Horizonte 2020 de la Unión Europea . El proyecto de la planta piloto CarbFix2 se desarrolla junto con una planta de energía geotérmica en Hellisheidi, Islandia . En este enfoque, el CO 2 se inyecta a 700 metros bajo tierra y se mineraliza en un lecho de roca basáltica formando minerales carbonatados. La planta DAC utiliza calor residual de baja calidad de la planta, eliminando efectivamente más CO 2 del que ambas producen. [9] [36]
El 8 de mayo de 2024, Climeworks activó el planeta DAC más grande del mundo llamado Mammoth en Islandia. Según Climeworks, podrá extraer 36.000 toneladas de carbono de la atmósfera al año a plena capacidad, lo que equivale a retirar de las carreteras alrededor de 7.800 automóviles propulsados por gasolina durante un año. [37]
Global Thermostat es una empresa privada fundada en 2010, ubicada en Manhattan , Nueva York, con una planta en Huntsville, Alabama . [29] Global Thermostat utiliza sorbentes a base de aminas unidos a esponjas de carbono para eliminar el CO 2 de la atmósfera. La empresa tiene proyectos que oscilan entre 40 y 50.000 toneladas al año. [38] [ se necesita verificación ] [ se necesita fuente de terceros ]
La empresa afirma que elimina el CO 2 por 120 dólares la tonelada en sus instalaciones de Huntsville. [29] [ dudoso – discutir ]
Global Thermostat ha cerrado acuerdos con Coca-Cola (que pretende utilizar DAC para obtener CO 2 para sus bebidas carbonatadas) y ExxonMobil , que pretende iniciar un negocio de DAC como combustible utilizando la tecnología de Global Thermostat. [29]
Soletair Power es una startup fundada en 2016, ubicada en Lappeenranta , Finlandia, que opera en los campos de Direct Air Capture y Power-to-X . La startup cuenta con el respaldo principalmente del grupo tecnológico finlandés Wärtsilä . Según Soletair Power, su tecnología es la primera en combinar la captura directa de aire con los sistemas HVAC de los edificios. La tecnología captura CO 2 del aire que pasa a través de las unidades de ventilación existentes en el interior de un edificio para eliminar el CO 2 atmosférico y al mismo tiempo reducir las emisiones netas del edificio. El CO 2 capturado se mineraliza en hormigón, se almacena o se utiliza para crear productos sintéticos como alimentos, textiles o combustibles renovables . En 2020, Wärtsilä, junto con Soletair Power y Q Power, crearon su primera unidad de demostración de Power-to-X [39] para la Expo de Dubái 2020 , que puede producir metano sintético a partir del CO 2 capturado de los edificios.
Es una empresa de nueva creación con sede en Santa Cruz que se lanzó desde Y Combinator en 2019 para eliminar el CO 2 del aire y convertirlo en gasolina y combustible para aviones con cero emisiones netas de carbono. [40] [41] La empresa utiliza una tecnología DAC, que adsorbe CO 2 del aire directamente en electrolitos de proceso, donde se convierte en alcoholes mediante electrocatálisis . Luego, los alcoholes se separan de los electrolitos mediante membranas de nanotubos de carbono y se convierten en gasolina y combustibles para aviones. Dado que el proceso utiliza únicamente electricidad procedente de fuentes renovables , los combustibles son neutros en carbono cuando se utilizan y no emiten CO 2 neto a la atmósfera.
La primera instalación de captura directa de aire de Heirloom se inauguró en Tracy , California, en noviembre de 2023. La instalación puede eliminar hasta 1000 toneladas estadounidenses de CO 2 al año, que luego se mezcla con concreto utilizando tecnologías de CarbonCure. Heirloom también tiene un contrato con Microsoft por el que esta última comprará 315.000 toneladas métricas de eliminación de CO 2 . [42]
Dentro del ámbito de la investigación, el desarrollo por parte del equipo de ETH Zurich de una solución fotoácida para la captura directa de aire marca una innovación significativa. Esta tecnología, aún en proceso de perfeccionamiento, destaca por sus mínimos requerimientos energéticos y su novedoso proceso químico que permite la captura y liberación eficiente de CO2. El potencial de escalabilidad de este método y sus beneficios ambientales lo alinean con los esfuerzos continuos de otras empresas enumeradas en esta sección, contribuyendo a la búsqueda global de soluciones efectivas y sostenibles de captura de carbono. [51]