Emisiones en reversa

Emisiones Netas Cero (‘Net Zero’) no son posibles sin la Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono. Aquí se explica cómo obtener la parte de «Uso» correcta.

l pasado mes de Noviembre, la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP26) de 2021 culminó con el Pacto Climático de Glasgow. Firmado por casi 200 naciones, el pacto, que reafirma el objetivo de limitar el calentamiento global y determina que los compromisos actualmente establecidos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero no serán suficientes para alcanzar los objetivos globales, dictará gran parte de la agenda mundial sobre el cambio climático para la próxima década.

En él, la atención se centrará en lograr emisiones netas cero para 2050. Hay dos rutas principales para hacerlo: no emitir más gases de efecto invernadero o eliminar lo que ya ha sido liberado por la actividad humana a la atmósfera. La segunda puede sonar descabellada, pero es la premisa de aforestación y reforestación, esfuerzos con largas historias. Y en el extremo de alta tecnología, también es el principio detrás de soluciones como la captura, utilización y almacenamiento de carbono (Carbon Capture, Utilization, and Storage, CCUS).

Un conjunto de tecnologías que captura y elimina el carbono del medio ambiente, CCUS tiene un potencial real para llevar al mundo a emisiones negativas. Se puede aplicar a fuentes continuas de dióxido de carbono, como la generación de energía y los procesos industriales, para evitar la liberación de nuevo carbono a la atmósfera. También existen tecnologías que eliminan el carbono emitido al aire hace mucho tiempo y, al hacerlo, reducen la acumulación general.

Dado que la CCUS puede ayudar a minimizar las emisiones de los sistemas de energía que ya existen, equilibra la necesidad de proteger el medio ambiente con la importancia de los sectores de alta emisión e intensivos en energía para las economías de todo el mundo.

De hecho, no podemos llegar a cero neto sin ella, como lo demuestra la investigación del Centro de Política Energética Global de la Universidad de Columbia y el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático. Un gráfico del Global CCS Institute, un grupo de expertos que promueve la captura y el almacenamiento de carbono, confirma este punto.

No debería sorprender, entonces, que el Pacto Climático de Glasgow llame a los signatarios a acelerar el desarrollo y despliegue de tecnologías como CCUS. Y dado que el objetivo del pacto es lograr el cero neto para 2050, y de una manera que no sea perjudicial para la prosperidad humana o las necesidades de los países en desarrollo, fue correcto hacerlo.

Cómo funciona

Hay tres métodos principales de captura de carbono: precombustión, postcombustión y combustión de oxígeno y combustible. Brevemente, la captura previa a la combustión se refiere a la eliminación del carbono de los combustibles fósiles antes de que se queme el combustible. En este proceso, el combustible se convierte en un gas de síntesis que consta de hidrógeno y monóxido de carbono. El hidrógeno se separa y se quema, y ​​el monóxido de carbono se convierte en dióxido de carbono, que se puede comprimir y licuar para su almacenamiento.

La captura posterior a la combustión se produce después de que se ha quemado el combustible. En este proceso, el dióxido de carbono se captura de los gases de escape y se elimina. Eso puede suceder a través de la absorción química, la separación de membranas o la adsorción por cambio de presión.

Por último, la captura por combustión de oxígeno y combustible implica quemar combustibles en oxígeno puro, de modo que los gases de escape sean principalmente dióxido de carbono y agua. Luego, el dióxido de carbono se puede purificar, comprimir y transportar.

En comparación con otros métodos, el oxicombustible proporciona la eliminación de contaminantes más fácil. Pero también requiere una gestión de seguridad estricta e implica altos costos de mantenimiento.

Además, consume más combustible que las otras opciones, disminuyendo su eficiencia neta.

La captura previa a la combustión es la más eficiente energéticamente, pero sus procesos son más complejos y difíciles de aplicar que la captura posterior a la combustión, y la inversión de capital tiende a ser mayor.

Mientras tanto, la captura posterior a la combustión ofrece altos niveles de flexibilidad operativa, menores riesgos tecnológicos y la integración de tecnologías renovables en el proceso. Aunque es menos eficiente energéticamente que la captura previa a la combustión, sus costos de capital son más bajos. Como resultado, es la tecnología CCUS más utilizada.

Ya sea precombustión, poscombustión u oxicombustible, la mayoría de las tecnologías CCUS pueden absorber entre el 85 y el 95 por ciento del dióxido de carbono producido por una planta de energía. E incluso dada la energía adicional necesaria para hacer funcionar los sistemas CCUS, lo que reduce su eficiencia, se ha informado que las tecnologías CCUS individuales reducen el dióxido de carbono emitido en más del 85 por ciento donde se implementan, con algunos proyectos en un 90 por ciento e incluso en un 100 por ciento.

Una vez capturadas, si no se usan en el sitio, las emisiones generalmente se transportan por tubería o barco (o, si las cantidades son pequeñas, por ferrocarril o incluso por camión) para su uso en otro lugar o en sitios de almacenamiento permanente. El transporte por tubería tiende a ser más eficiente, económico y común. El riesgo de fuga o falla es bajo, a la par con el de los oleoductos y gasoductos, que se gestionan de forma segura. Pero la viabilidad del transporte por oleoductos depende de las condiciones y ubicación de la operación, así como del tamaño y configuración de los oleoductos existentes. La viabilidad depende también de la distancia de transporte y del volumen de gas transportado. En las primeras etapas, se puede esperar que los proyectos enfrenten costos de transporte relativamente altos hasta que el rendimiento aumente a medida que crece la industria.

Lo importante es que ya existe una extensa infraestructura de tuberías en todo el mundo para respaldar a CCUS, el 85 por ciento (o 5,000 millas, (8,000 kilómetros)) de las cuales se encuentran solo en los Estados Unidos. Además de los oleoductos construidos específicamente para el carbono desde que se inauguró la primera instalación de captura y almacenamiento a gran escala a principios de la década de 1970, existe la posibilidad de que los oleoductos y gasoductos existentes puedan adaptarse para el uso de CCUS. El Global CCS Institute espera que la demanda de capacidad de transporte adicional se «desarrolle de manera incremental y geográficamente dispersa» a medida que se expanda el despliegue de CCUS, lo que significa que debería ser más fácil de satisfacer.

Úsalo o piérdelo

Por supuesto, una vez que se retira el dióxido de carbono de donde se creó, algo tiene que sucederle. Y eso significa utilización, almacenamiento o algo intermedio.

Primero, la utilización. El carbono se puede utilizar directamente, como en bebidas carbonatadas, o como materia prima para procesos químicos industriales, por ejemplo, en la creación de hormigón o la producción de combustibles sintéticos. Una empresa nueva con sede en Nueva Jersey, por ejemplo, está produciendo un cemento que tiene la capacidad de eliminar al menos 1,5 gigatoneladas de dióxido de carbono al año, al mismo tiempo que ahorra agua dulce y reduce el consumo de energía. (Para el contexto, las emisiones globales estimadas de concreto en 2019 fueron un poco más de 1,5 veces esa cantidad, a 2,3 gigatoneladas).

Y los productos industriales a gran escala no son lo único en juego. En Noviembre de 2021, el grupo de expertos canadiense SecondStreet.org publicó un resumen de políticas que documenta algunas de las formas innovadoras en que las empresas de todo el mundo están utilizando el carbono capturado para servicios y productos orientados al consumidor, como vodka y desinfectante para manos (producido por una empresa con sede en Nueva York) y jabones y crayones (fabricados en Calgary). Si bien no es necesariamente escalable en esta etapa, este tipo de ejemplos son una prueba de que el carbono capturado se puede usar en bienes de consumo comercializables.

En segundo lugar, existen aplicaciones para el dióxido de carbono entre el uso y el almacenamiento. Durante varias décadas, por ejemplo, las empresas de energía han inyectado dióxido de carbono en los campos petroleros operativos en proyectos de recuperación mejorada de petróleo (Enhanced Oil Recovery,EOR). El proceso aumenta la cantidad de petróleo que se puede extraer con un 15 a 20 por ciento adicional del petróleo original en la formación rocosa y atrapa del 90 al 95 por ciento del dióxido de carbono inyectado bajo tierra.

En 2016, EOR fue responsable de aproximadamente el 5 por ciento de la producción total de petróleo crudo de EE. UU. Hay dudas sobre si el dióxido de carbono aplicado de esta manera, a la producción de combustible que emite más carbono, reduce las emisiones totales. Sin embargo, dado que la mayor parte del dióxido de carbono inyectado permanece atrapado, al menos reduce la intensidad de carbono del petróleo producido, con una reducción neta proyectada del 63 por ciento en las emisiones por cada barril producido. Los estudios también han demostrado que cada barril de petróleo producido de esta manera desplaza otras fuentes de producción con intensidades de dióxido de carbono más altas, lo que reduce aún más las emisiones.

Con estimaciones que muestran una creciente demanda mundial de petróleo hasta 2040, impulsada en gran medida por las economías en desarrollo, el mundo no debe ignorar el potencial comprobado del EOR . En los Estados Unidos, el Servicio de Investigación del Congreso proyecta que la mayoría de los proyectos CCUS en el futuro cercano seguirán siendo EOR, para compensar los costos de captura de carbono y generar ingresos. Estados Unidos ya usa alrededor de 32 millones de toneladas de dióxido de carbono por año para este propósito y representa casi el 90 por ciento de la producción mundial de petróleo EOR.

Desafortunadamente, en el contexto de la mitigación del cambio climático, existe una desconexión entre las regiones con un potencial significativo para EOR y las regiones con mayor necesidad anticipada, debido a su crecimiento demográfico y dependencia continua de los combustibles fósiles. El Medio Oriente, el norte de África y los Estados Unidos tienen un alto potencial EOR, principalmente debido a la presencia de yacimientos de petróleo agotados que tienen las características necesarias para almacenar dióxido de carbono. Sin embargo, son países como China e India los que probablemente tendrían la mayor necesidad, dada su creciente demanda de combustibles fósiles.

Además, los precios bajos del petróleo y los precios relativamente altos del dióxido de carbono hacen que la EOR sea económicamente menos viable. En los Estados Unidos, a precios del petróleo de aproximadamente $100 por barril, el dióxido de carbono debe estar disponible a $45 o menos por tonelada. Por lo tanto, los esfuerzos para aumentar el precio del dióxido de carbono funcionarán en contra de la EOR a gran escala.

Lo que todo esto significa es que, aunque cada vez hay más opciones para usar el carbono directamente o usarlo y almacenarlo a través de EOR, las emisiones seguirán reteniéndose de forma permanente.

Almacenamiento de Carbono

Además del tipo de almacenamiento que se produce a través de la EOR, el carbono capturado se puede secuestrar en formaciones geológicas llenas de agua salada muy por debajo de la superficie, tanto en tierra como fuera de ella. Según Howard Herzog, ingeniero de investigación sénior en la Iniciativa Energética del MIT y autor del libro Carbon Capture, los sitios apropiados cumplen con cuatro criterios principales: alta porosidad con buena permeabilidad (es decir, roca con amplios espacios de aire a través de los cuales el líquido puede moverse fácilmente); más profundo de 800 metros; una capa de roca impermeable que sella el sitio; y una capa de roca gruesa y continua en grandes áreas. Una multitud de estos sitios de almacenamiento han sido identificados en todo el mundo. Según un informe especial del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático, cuando se selecciona y gestiona adecuadamente, es muy probable que la cantidad de dióxido de carbono retenido supere el 99 % en 100 años y es probable que supere el 99 % en 1000 años.

Geológicamente, el almacenamiento de dióxido de carbono es el reflejo de la extracción de petróleo y gas, y es posible gracias a medio siglo de experiencia en la industria petrolera. Hay cuatro mecanismos principales que trabajan juntos para mantener el carbono secuestrado. En el atrapamiento estructural, el dióxido de carbono líquido inyectado migra hacia arriba a través de rocas porosas hasta que la roca de cubierta lo detiene y evita que escape. En la captura residual, el dióxido de carbono se mueve a través de la roca porosa, que actúa como una esponja, desplazando el fluido existente. El atrapamiento por solubilidad ocurre cuando el dióxido de carbono inyectado se disuelve en agua salada (salmuera) ya presente en la roca, produciendo un ácido carbónico débil que es más denso que los fluidos circundantes y se hunde hasta el fondo de la formación con el tiempo, atrapándolo de forma segura. Finalmente, el atrapamiento de minerales resulta de la reacción del ácido carbónico con la roca circundante, que une el dióxido de carbono a la roca y forma minerales de carbonato sólidos. Esto atrapa y almacena permanentemente esa porción del material inyectado.

En EOR, por ejemplo, aunque una pequeña cantidad de dióxido de carbono regresa a la superficie con el petróleo, más del 90 al 95 por ciento del dióxido de carbono inyectado se secuestra permanentemente. Incluso hace una década, los científicos proyectaron que aproximadamente 136 millones de toneladas métricas podrían almacenarse solo en los campos EOR de EE. UU. Si realmente se captura y almacena para 2025, eso representaría más del 10 por ciento de la cantidad requerida para ser eliminada de la atmósfera para cumplir con los objetivos climáticos del Acuerdo de París.

Y esta cantidad de almacenamiento, 136 millones de toneladas métricas, es una subestimación. Primero, se refiere solo al carbono que podría ser almacenado por EOR. En segundo lugar, las formaciones salinas profundas están muy extendidas y tienen una mayor capacidad de almacenamiento que los yacimientos de petróleo y gas. Las estimaciones sugieren que las formaciones salinas profundas conocidas en los Estados Unidos tienen el potencial de almacenar más de 12,000 billones de toneladas de dióxido de carbono, lo que supera con creces la cantidad requerida para cumplir con los objetivos climáticos actuales. Sin embargo, estas formaciones tienden a ser menos comprendidas que los campos de petróleo y gas y, por lo tanto, tienen mayores riesgos asociados.

Por ejemplo, la sola presencia de un campo de petróleo indica la existencia de un caprock efectivo (de lo contrario, el petróleo ya se habría escapado). Pero una formación salina profunda requerirá pruebas y modelos para determinar lo mismo. Además, para un campo petrolero maduro, la profundidad y la porosidad de la formación a menudo se conocen y, en general, ya existe una infraestructura que se puede utilizar para inyectar carbono nuevamente en un sitio. Para las formaciones salinas, nada de eso existe todavía, lo que aumenta el costo. Por lo tanto, si bien las formaciones salinas profundas tienen mayores capacidades, a menudo son las mismas formaciones de las que se extrae el petróleo y el gas las que resultan más económicas para el almacenamiento.

Llegar a Cero Neto

Es difícil negar los beneficios de CCUS. Sin embargo, la implementación rezaga el potencial.

Sin duda, ha habido mucho progreso. Desde 2017, ha habido un crecimiento en las instalaciones en desarrollo temprano o avanzado para la captura y almacenamiento de carbono, muchas de las cuales se encuentran en los Estados Unidos. Con un tiempo de espera largo, lleva un tiempo que estas instalaciones estén operativas y luego se reflejen en los datos; pero de Enero de 2020 a Agosto de 2021, se anunciaron cerca de 50 nuevos proyectos estadounidenses, que duplicarán la capacidad de los proyectos comerciales de captura y almacenamiento de carbono en operación o desarrollo.

Sin embargo, incluso esos no serán suficientes. Los objetivos de cero neto exigen la captura y almacenamiento anual de 1150 millones de toneladas de dióxido de carbono por año para 2030, y se espera que las instalaciones actualmente en construcción, desarrollo y operación representen alrededor del 13 por ciento de esto. De estos, el 22 por ciento son EOR.

Aumentar no será fácil. Están en juego una gran cantidad de marcos regulatorios y de políticas que se entrecruzan (locales, nacionales e internacionales). Cada caso será diferente, pero es útil una evaluación amplia de incentivos y regulaciones como un estudio de 2019 en la revista Resources. Como escriben los autores del estudio, no es solo la economía lo que determina el despliegue de CCUS. También hay factores organizacionales, tecnológicos, ecológicos, sociales y político-legales.

En el nivel más amplio, la geografía importa. Algunos lugares simplemente tienen más almacenamiento que otros. Luego está el desarrollo económico ya que los proyectos de CCUS son costosos y complejos. Hay más demanda y más experiencia disponible donde los jugadores tradicionales de energía son más fuertes. Las relaciones comerciales también juegan un papel. Las tecnologías CCUS se pueden levantar más rápido cuando hay un intercambio abierto de conocimientos y componentes tecnológicos.

Más allá de eso está la política. En algunos casos, hay más apetito político por soluciones cuando las emisiones son más altas. Hasta ahora, la mayor parte del despliegue se ha producido en países con altas emisiones. El interés del público en general en tales proyectos ayuda, al igual que el miedo a las altas tasas de desempleo relacionadas con la transición de los combustibles fósiles, ya que la tecnología CCUS puede crear empleos en campos donde los trabajadores están perdiendo los suyos. El interés público concentrado en otras soluciones ambientales o verdes puede obstaculizar CCUS, al igual que la percepción pública de que CCUS es un caballo de Troya para el uso continuo de combustibles fósiles.

Todo esto informa el entorno regulatorio de cualquier proyecto dado. Donde la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero es el objetivo principal, CCUS es atractivo. Donde el monitoreo o la presentación de informes (como en un sistema de permisos) o las medidas coercitivas y de remediación (como los impuestos al carbono) son el foco de la política ambiental, el despliegue de dichos sistemas es mucho más difícil. Por ejemplo, la falta de un proceso de permisos de almacenamiento de dióxido de carbono ha sido un desafío regulatorio crítico en todo el mundo.

Dentro del mosaico de factores que determinan el despliegue de CCUS, resulta que a Estados Unidos le va relativamente bien y, según el Global CCS Institute, 36 de los 71 proyectos agregados en los primeros nueve meses de 2021 estaban en Estados Unidos. Eso se debe a que Estados Unidos tiene un conjunto de regulaciones desarrolladas, estables y claras que promueven el despliegue junto con financiamiento, incentivos y participación del sector privado bien establecidos. Canadá también es líder en esta área y, en los últimos años, ha implementado algunos de los proyectos de captura de carbono más grandes y avanzados del mundo. A medida que los países de todo el mundo buscan formas de cumplir con los objetivos de emisiones, los sectores ya bien desarrollados de Estados Unidos y Canadá les darán una ventaja.

Sabemos que debemos hacer algo para limitar las emisiones de gases de efecto invernadero; esto se ha establecido una y otra vez. Las tecnologías de captura, utilización y almacenamiento de carbono presentan una oportunidad de hacerlo para mitigar estratégicamente el cambio climático y ayudar al mundo a llegar a compromisos de cero neto sin descarrilar el crecimiento futuro. Pero para llegar allí, los formuladores de políticas de todo el mundo deben recordar que el objetivo de cero neto se aplica a las emisiones globales, lo que significará encontrar opciones de CCUS apropiadas para una miríada de condiciones. Los países con la capacidad y el potencial para tales tecnologías deben, en la medida de lo posible, hacer lo que ha hecho Estados Unidos y crear el caso comercial para la inversión, de modo que la adopción comience ayer.

Fuente: The Breakthrough Institute.

Artículo original: ‘Emissions In Reverse‘. Krystle Wittevrongel. Marzo 29, 2022.

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Existe una variedad de estrategias de remoción de CO2 (Carbon Dioxide Removal, CDR), todas en diferentes etapas de desarrollo y que varían en costo, beneficios y riesgos. Los enfoques de CDR que emplean árboles, plantas y suelo para absorber carbono se han utilizado a gran escala durante décadas; otras estrategias que dependen más de la tecnología se encuentran principalmente en las etapas piloto o de demostración. Cada estrategia tiene pros y contras. La publicación a continuación lo expone:

• Can Removing Carbon From the Atmosphere Save Us From Climate Catastrophe? Renee Cho. State of the Planet blog, Columbia Climate School. Nov. 27, 2018.

¿Cuál es la tecnología de captura de carbono de vanguardia actual? ¿Realmente funciona para ayudar a abordar la reducción de la huella de carbono de manera significativa?

“Para decirlo brevemente: Sí, funciona”, dijo Julio Friedmann, investigador principal del Centro de Política Energética Global de la Universidad de Columbia. Señaló que las instalaciones industriales que eliminan el dióxido de carbono de sus gases de combustión han reducido sus emisiones de CO2 durante el ciclo de vida entre un 55 y un 90 por ciento. La tecnología también reduce contaminantes como óxidos de azufre, óxido de nitrógeno y partículas. Y la mejor parte es que cuesta solo $ 40 por tonelada de CO2.

Según la Agencia Internacional de Energía, cada año se capturan a nivel mundial más de 30 millones de toneladas de CO2 de las instalaciones de captura, utilización y almacenamiento de carbono a gran escala. Más del 70 por ciento de esto se realiza en América del Norte. Sin embargo, las instalaciones industriales están capturando menos del uno por ciento del CO2 que se requiere para cumplir con los objetivos del acuerdo de París para 2040, dice un informe de 2018 compilado por el  Global CCS Institute.

La buena noticia es que, a lo largo de los años, la tecnología ha evolucionado hasta un nivel en el que no existen barreras técnicas para almacenar eficazmente CO2 de forma permanente a gran escala. Si se usa más ampliamente, los expertos afirman que podría contribuir en gran medida a cumplir los ambiciosos objetivos climáticos que se establecieron en el Acuerdo de París. Continúa leyendo el artículo:

• You Asked: Does Carbon Capture Technology Actually Work? Anuradha Varanasi. . State of the Planet blog, Columbia Climate School. September 27, 2019.

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• Direct Air Capture. International Energy Agency (IEA).

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• ‘The world’s biggest plant to capture CO2 from the air just opened in Iceland‘. Michael Birnbaum. The Washington Post, September 8, 2021.

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• Direct CO2 capture machines could use ‘a quarter of global energy’ in 2100. Simon Evans. Carbon Brief. Julio 22, 2019.

Curiosidades

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«En muchos casos, las promesas de cero neto son una mejora. Pero en otros la disposición ‘neta’ es una caja negra que puede ocultar todo tipo de problemas», dijo Duncan McLaren. Él es Profesor del Centro de Medio Ambiente de la Universidad de Lancaster. Sigue leyendo el artículo:

• ¿Objetivos climáticos de ‘emisiones netas cero’? Lea la letra pequeña. Carlos Costa. LIADA, Sección Planeta Azul. Diciembre 9, 2020.