Según los agogeros del cambio climático, este se está volviendo más visible a medida que las emisiones globales de carbono continúan aumentando, lo que resulta en más tormentas catastróficas, incendios forestales e inundaciones. Para ellos es vital minimizar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), por ejemplo, invirtiendo en eficiencia energética, instalando paneles solares y reduciendo la deforestación. Al mismo tiempo, la investigación climática actual sugiere que tales esfuerzos serán insuficientes para limitar el aumento de temperatura por debajo de 1,5-2 grados Celsius (2,7-3,6 grados Fahrenheit), lo que evitaría los peores efectos del cambio climático.
Así el logro de los objetivos climáticos requeriría sistemas de eliminación de dióxido de carbono (CDR), sistemas que eliminan el carbono directamente del aire, en una escala de mil millones de toneladas para mediados de siglo. La eliminación de carbono puede tomar una variedad de formas, incluidas soluciones naturales y artificiales que aceleran las tasas actuales de eliminación de CO2.
La captura directa de aire (CAD) está ganando popularidad como una estrategia prometedora de reducción de carbono que casi con certeza se convertirá en un componente necesario de una estrategia más amplia de reducción de carbono. Para informar la ubicación y minimizar los impactos sobre los recursos, se requerirá una evaluación cuidadosa de la demanda de energía, tierra y agua del DAC.
¿Qué es la captura directa del aire y cómo funciona?
La captura directa de aire es un enfoque tecnológico para capturar dióxido de carbono (CO2) del medio ambiente que utiliza reacciones químicas. Cuando el aire pasa sobre estos compuestos, reacciona selectivamente con el CO2 y lo elimina mientras dejan pasar el resto del aire. Estos productos químicos pueden ser disolventes líquidos o sorbentes sólidos, que son los dos tipos de sistemas DAC que se utilizan actualmente.
Una vez que el dióxido de carbono ha sido capturado de la atmósfera, generalmente se libera del solvente o absorbente usando calor. Esto repone el solvente o sorbente en preparación para otro ciclo de captura.
El CO2 se puede extraer e inyectar bajo tierra para su almacenamiento a largo plazo en formaciones geológicas particulares, o se puede utilizar en una variedad de bienes y aplicaciones. El mayor beneficio climático vendrá del almacenamiento permanente.
El beneficio de carbono de usar un producto está determinado por el producto. El almacenamiento a largo plazo también se puede lograr mediante el uso de carbono recolectado en elementos como materiales de construcción o polímeros (décadas o incluso siglos). El uso del carbono para cosas como bebidas, por otro lado, liberaría rápidamente carbono a la atmósfera.
¿Qué necesita la captura directa del aire en términos de energía?
Los requisitos de temperatura de los dos sistemas primarios de captura directa de aire que se utilizan en la actualidad son considerablemente diferentes, lo que influye en los tipos de energía necesarios para su funcionamiento. Para liberar el CO2 recolectado, los sistemas de solventes líquidos requieren 900 grados C (1652 grados F), mientras que los sistemas de sorbentes sólidos requieren de 80 a 120 grados C (176 a 248 grados F). Como resultado, los sistemas de sorbentes sólidos pueden aprovechar el calor residual de baja calidad.
Según una nueva investigación, la combinación de CDA absorbente sólido con generadores de energía geotérmica o nuclear podría ser el primer paso para lograr la escala de eliminación de mil millones de toneladas requerida, ya que hacerlo podría acelerar el despliegue de captura directa de aire y capturar millones de toneladas de CO2 cada año. . Los primeros estudios también están analizando las posibilidades de vincular el DAC con fuentes de energía renovable que están siendo limitadas.
Infraestructura reutilizada de combustibles fósiles para la captura directa de aire
Si bien el calor residual puede alimentar sistemas de sorbentes sólidos hasta cierto punto, también existe la posibilidad de alimentar CDA mediante la reutilización de instalaciones de gas natural que de otro modo se retirarían anticipadamente en favor de fuentes renovables. Este método tendría que evaluarse caso por caso y solo se seguiría en circunstancias económicamente ventajosas con el apoyo de la comunidad local.
Para alimentar CDA, una sección de la red de gas natural se convertiría en plantas combinadas de calor y energía con captura y almacenamiento de carbono (CCS, que recoge las emisiones de dióxido de carbono de la quema de combustible). Cuando se combina con CCS, esta infraestructura, que de otro modo quedaría varada, podría suministrar energía a la red en momentos de alta demanda. Cuando se produce un exceso de energía renovable durante las horas no pico, esa energía renovable podría usarse para alimentar la CDA. Con este método, la CDA no competiría directamente con la descarbonización de la red y podría aprovechar el exceso de energía renovable.
Estas plantas de gas natural llegarían al final de su vida útil después de mediados de siglo, y la experiencia en implementación obtenida de su uso ayudaría a reducir el costo de la CDA. Las fuentes de energía de la CDA podrían luego ser reevaluadas, con preferencia por opciones no fósiles. Esto daría como resultado un enfoque sistémico que aprovecha los activos de gas natural varados, aumenta las energías renovables y promueve la expansión del DAC durante las próximas tres décadas.
¿Qué efecto tiene la captura directa de aire en tierra?
Una de las ventajas más importantes de la captura directa de aire es su flexibilidad en términos de ubicación. Debido a que el DAC no requiere tierras arables, puede tener un impacto menor en la producción de alimentos y otros usos de la tierra. Las plantas de CDA pueden ubicarse cerca de sitios de almacenamiento geológico para reducir los costos de transporte de almacenamiento, o cerca de fuentes de calor residual infrautilizadas para disminuir los impactos del sistema de energía.
El área de tierra requerida para el despliegue de CDA a gran escala depende del tipo de sistema CDA y del recurso energético utilizado para alimentarlo, similar a las necesidades energéticas. Debido a las ventajas de costos específicas de la construcción de plantas de solventes líquidos, cada planta es más grande en escala que las plantas de sorbentes sólidos; integran múltiples unidades de proceso que se benefician de las economías de escala, mientras que los enfoques basados en absorbentes sólidos se benefician del uso repetitivo de una geometría de un solo contactor. Como resultado, las plantas absorbentes sólidas se han reducido de tamaño y atrapan menos carbono cada año.
La CDA requiere menos tierra por tonelada de CO2 eliminado que algunos otros métodos populares de eliminación de carbono como la reforestación. Una planta CDA necesitaría de 0,4 a 24,71 km2 para la planta y el recurso energético para recolectar 1 millón de toneladas de CO2, mientras que capturar la misma cantidad de CO2 de los bosques requeriría un estimado de 862 km2.
Dependiendo del sistema y la fuente de energía, y asumiendo una escala lineal, la captura de mil millones de toneladas de CO2 requeriría un área que va desde 400 km2 a 24,700 km2, o casi el tamaño del estado de Vermont. En comparación con la reforestación, que cubre un área de más del doble del tamaño de California (aproximadamente 860.000 km2), la evidencia más reciente sugiere que el planeta puede requerir muchas veces esta cantidad para evitar los peores efectos del cambio climático.
La restauración de árboles y la captura directa de aire son componentes necesarios de una cartera de eliminación de carbono para la eliminación de carbono a gran escala.
¿Cuál es el consumo de agua de la captura directa de aire?
La cantidad de agua utilizada por los sistemas de captura directa de aire varía según el tipo de sistema, así como la temperatura y la humedad ambiente. En áreas cálidas y secas, ambos sistemas dependen del agua. Sin embargo, ambos pueden crear agua en ambientes fríos y húmedos.
Para ubicaciones de ubicación realistas en los Estados Unidos, recolectar una tonelada de CO2 con un sistema DAC de solvente líquido puede requerir entre 1 y 7 toneladas de agua, que es comparable a las cantidades de agua necesarias para crear una tonelada de cemento o acero. La evaporación es la principal fuente de pérdida de agua, por lo que la humedad relativa y la temperatura de la ubicación de la planta son los principales determinantes de la pérdida de agua, con pérdidas más altas en entornos cálidos y secos.
El uso de agua se reducirá colocando los sistemas de CDA en lugares más fríos y húmedos y, en algunas situaciones, los sistemas pueden incluso generar agua.
Dependiendo del proceso de regeneración del sorbente, el uso de agua de los sistemas CDA de sorbente sólido que se están desarrollando y produciendo en la actualidad varía enormemente. Un sistema que regenera el sorbente con condensación de vapor puede provocar pérdidas de agua al medio ambiente. Se prevé que este enfoque utilice 1,6 toneladas de agua por cada tonelada de CO2 extraída en una planta típica. Otros sistemas utilizan calentamiento indirecto para reponer el sorbente, lo que resulta en pocas pérdidas de agua.
Estas tecnologías de calentamiento indirecto, como los sistemas de sorbentes sólidos de Climeworks, en realidad producen más agua de la que consumen. Producen 0,8-2 toneladas de agua por cada tonelada de CO2 capturado, según estimaciones.
¿Cuál es el precio de la captura directa de aire?
La captura directa de aire es más cara por tonelada de CO2 capturada que otras medidas de mitigación y soluciones climáticas naturales, a pesar de los beneficios y la flexibilidad. Los costos de DAC ahora oscilan entre $ 250 y $ 600, según la tecnología elegida, la fuente de energía baja en carbono utilizada y el volumen de implementación. Para poner las cosas en perspectiva, la mayoría de los proyectos de reforestación cuestan menos de $ 50 por tonelada. Durante los próximos 5 a 10 años, los costos de CAD podrían bajar a aproximadamente $ 150- $ 200 por tonelada, dependiendo de la tasa de implementación, que puede acelerarse mediante políticas de apoyo y desarrollo del mercado.
Básicamente, el CDA es costoso porque, a pesar del aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, todavía está relativamente diluido y requiere mucha energía para separarse. El DAC también es costoso porque no hay muchas empresas o proyectos en la actualidad; pero, a medida que se desarrollen más proyectos, se obtendrá más aprendizaje, lo que potencialmente reducirá los costos.
Otra razón es que los mercados de CO2 están restringidos y los ingresos son insuficientes para cubrir los gastos de captura. La recuperación mejorada de petróleo (EOR), por ejemplo, es el mercado más grande de CO2 en la actualidad. EOR incluye la inyección de CO2 en los campos petroleros para recuperar más petróleo mientras atrapa el CO2 inyectado en las profundidades del subsuelo. Las empresas de CAD están incentivadas a acoplarse a EOR porque son el mayor mercado de CO2.
Los ingresos EOR, por otro lado, son inconsistentes ya que se basan en las fluctuaciones del precio del petróleo. Además, la utilización de CO2 recolectado para fabricar combustibles fósiles, que emiten CO2 adicional a la atmósfera cuando se queman, no siempre resulta en una reducción de carbono y puede considerarse que prolonga la dependencia de los combustibles fósiles. Otros mercados de CO2, como su uso en agregados sintéticos para hormigón, están comenzando a surgir y podrían ser una aplicación alternativa atractiva para el CO2.
Una parte importante de una cartera de soluciones climáticas es la captura directa de aire.
Los modelos climáticos indican cada vez más que para mediados de siglo, la eliminación de dióxido de carbono casi con certeza necesitaría un esfuerzo de miles de millones de toneladas. Para lograr este tamaño, se utilizará una variedad de técnicas que ahorrarán dinero y minimizarán la posibilidad de que otros enfoques no eliminen suficientes desechos. Aunque la captura directa de aire es uno de los métodos de eliminación de carbono más versátiles y escalables, su adopción se ve obstaculizada actualmente por la falta de posibilidades comerciales e iniciativas legislativas de apoyo.
Invertir en DAC ahora puede reducir los costos futuros, lo cual es importante a medida que la eliminación de dióxido de carbono se vuelve más vital. Para garantizar que la implementación del DAC sea eficaz, sostenible y útil para los esfuerzos generales de eliminación de carbono, se requiere una consideración cuidadosa de las necesidades de tierra, energía y agua.