DACCS, nuestro futuro con ventiladores y árboles artificiales que capturan CO2
Recordando el artículo anterior, proyecto SCoPEx, se hizo mención de otro método basado en geoingeniería, las Tecnologías de Emisión Negativa (NET por sus siglas en inglés), toca hablar de las tecnologías de Captura Directa de Carbono en Aire y Almacenamiento (DACCS por sus siglas en inglés) y las empresas emergentes de dichas técnicas. Estas tecnologías fueron creadas para manejar el CO2 en la atmósfera y ralentizar el calentamiento global por dichos gases, pero ¿serán necesarias?
El Acuerdo de París de la Convención Marco de
las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (2015) establece que el mundo
debe tratar de mitigar el calentamiento global y no aumentar 2 °C la
temperatura mundial, tratando de alcanzar un máximo de 1.5 °C, para evitar
catástrofes ambientales.
Para
lograr dicho objetivo se estimaba que las emisiones de CO2 acumuladas no deben
exceder los 320 gigatoneladas (66% de probabilidad de éxito), a partir del
primero de enero de 2018 en adelante, esto equivale a tener 284 mil millones de
autos Versa de la marca Nissan que pesan 1,126 kilogramos o más de 53 mil
millones de elefantes africanos, con un peso de 6 toneladas cada uno, o tener
2.1 mil millones de ballenas azules, con un peso máximo de 150 toneladas,
números abrumadores si uno se queda pensando.
No obstante, dado que las emisiones antropogénicas de CO2 superan actualmente las 40 gigatoneladas de CO2 por año (cifra de 2019) y han ido aumentando en 1% por cada año en esta década, parecería que, sin medidas para reducir drástica y rápidamente las emisiones, podríamos romper el presupuesto de carbono de 1.5 °C. De aquí surge la necesidad de probar alternativas distintas, en este caso, Tecnologías de Emisiones Negativas [1].
¿Qué son las DACCS? Y ¿cómo funcionan?
El concepto es simple, poner en contacto aire del ambiente con productos químicos para la extracción y purificación del CO2. Los productos químicos que toman lugar se llaman sorbentes, y existen dos tipos de procesos. El primero se llama absorción, mediante el cual las moléculas de CO2 se disuelven en el sorbente (aquí se usan, usualmente, bases fuertes como NaOH o KOH), el segundo proceso se llama adsorción, donde el CO2 se adhiere a la superficie del sorbente (normalmente tiene un grupo amina), que puede ser sólido. Después se libera el CO2 y se lleva a sitios de almacenamiento geológico o para su utilización en la producción de combustibles a base de carbono y otros productos, por último, los sorbentes vuelven a usarse con pérdidas mínimas [1].
Pero estos ventiladores requieren de energía eléctrica y calor, además de todos los procesos químicos, dichas fuentes de energía deben provenir de fuentes bajas en carbono (como energía renovable y/o gas natural combinado con la captura del CO2 liberado). Se ha sugerido el uso de paneles solares para el abastecimiento de electricidad.
Empresas emergentes en estas tecnologías
David Keith, profesor de física aplicada en la Universidad de
Harvard, es cofundador de la empresa Carbon
Engineering, una empresa canadiense con sede en Columbia Británica. Otras
dos empresas emergentes son ClimeWorks,
una empresa suiza, y Global Thermostat,
con sede en Estados Unidos. Todas ellas tienen en común el uso de NET con
grandes bancos de ventiladores que hacen circular grandes volúmenes de aire
entre sorbentes y pueden capturar, en promedio, alrededor de una mega tonelada
de CO2 por año, por cada una [1,2].
Otros modelos son los propuestos por el profesor Klaus
Lackner en la Universidad Estatal de Arizona, quién diseño un “acordeón” de
polímeros que capturan del CO2, pero en vez de aspirar el aire con un
ventilador, Lackner pensó en diseñar un modelo estático donde el aire llega a
su máquina y, como un “árbol”, captura el CO2 para luego separarlo de una membrana y purificarlo [3].
¿Y qué pasa con el CO2 capturado?
Carbon Engineering planea expandir su proyecto piloto
para aumentar su producción de combustibles sintéticos, también conocido como
combustibles neutros [4], mientras que la empresa ClimeWorks producirá metano a partir del dióxido de carbono e
hidrógeno, y además venderá parte de este CO2 a la industria de refrescos [2].
Es verdad que ya sea en refrescos o en combustibles neutros, el dióxido de
carbono capturado volverá a la atmósfera, pero la ventaja es que será la misma
cantidad de CO2 que se ha capturado, no incrementando la cantidad de emisión.
Carbon Engineering también ha firmado un acuerdo con la
empresa Aerion de Nevada, que está
desarrollando un avión comercial supersónico conocido como AS2, esto para
analizar si las máquinas de aspiración de CO2 podrían servir para realizar
vuelos comerciales con el combustible sintético. Esto es beneficioso porque
abre un mercado para estas tecnologías y pueden bajar los costos de dichos
combustibles a un precio competitivo. También se da un paso en la disminución
de gases en el sector aéreo que es alrededor de 2.5% de las emisiones globales
[5].
¿Árboles artificiales?
Se había mencionado antes un diseño de NET para la captura de
carbono hecho por Lackner. Él ha trabajado por dos décadas en estas máquinas,
queremos indagar un poco más en ellas. Tres marcos de metal en forma de colchón
que pueden desplegarse como un acordeón, cada marco está hecho de varias tiras
de polímero blanco con resina (membranas) que capturan el CO2, atrapan dichos
gases mientras sopla el viento, los iones cargados negativamente (del polímero)
se unen a la molécula de gas y se convierten en bicarbonato.
Este mecanismo parece una vela, y después de cierto tiempo se
contrae y se guarda, entra a un contenedor y se moja, con el agua el CO2 se
libera y es arrastrado por la corriente, de aquí el agua convierte a las
moléculas de bicarbonato en iones de
carbonato, al drenar el agua los compuestos son inestables y vuelven a ser
CO2 en el aire disponible en el interior del contenedor, mientras la máquina
vuelve a desplegarse y captar más gases. Así es el funcionamiento grosso modo de la máquina de Lackner. Él
había pensado en dejar de lado grandes fuentes de energía y que su máquina se
quedará en un punto para que el aire llegará, sólo usaría electricidad para la
contracción y la extensión de la misma, además del bombeo de agua.
El sueño de Lackner es ver un bosque, donde sus máquinas
trabajen en conjunto con los árboles.
Sin embargo, los inconvenientes con esta máquina son varios:
funciona sólo cuando sopla el viento, sólo puede estar en zonas de clima seco,
porque la lluvia desprende el CO2 de las membranas, y la concentración del gas
capturado es inferior al 5% en comparación con el 98% que puede capturar Carbon Engineering o Climeworks. Hasta el momento sigue siendo
más barato plantar un árbol [3].
¿Y estás tecnologías son rentables?, ¿podrán ayudar a combatir el cambio climático?
S. Chatterjee & K. W. Huang se muestran escépticos ante dichos proyectos: “Las tecnologías DACCS son, desafortunadamente, una distracción energética y financieramente costosa en la mitigación efectiva de los cambios climáticos”. En su estudio [6] calculan los gastos que conllevaría el utilizar estas tecnologías para capturar 30 gigatoneladas por año, esto basado en otro estudio de Realmonte y colaboradores [7]. Si se usará el proceso de absorción se requeriría alrededor de 5.1 a 8.7 gigatoneladas al año de NaOH y se necesitaría un suministro de energía de 2.15 a 3.67 terawatts por año, alrededor del 12 al 20% del suministro de total de energía mundial (TGES por sus siglas en inglés). Un terawatt o teravatio se traduce a 1 billón de vatios. La potencia total utilizada por los seres humanos en todo el mundo se mide en teravatios. Para ser más claros, un rayo alcanza energías de 1 gigavatio hasta 1 teravatio. Con esta energía puedes alimentar de un millón hasta mil millones de hogares, pero en una millonésima de segundo.
Ahora si se piensa en el método de adsorción o adherencia, el
precio aumenta aún más, esto por el uso del sorbente amoniaco, que se necesitarían
de 16.3 a 27.8 gigatoneladas y una energía de 20.4 a 35.1 teravatios para la
producción del amoniaco, esto requiere una energía de 110 a 191% del TGES.
Se necesita de más análisis tecno-económicos sobre dichas tecnologías, para visualizar con mayor claridad las ventajas y desventajas que acarrean, ¿qué trae una producción a gran escala?, ¿se podrá dar uso a millones de toneladas de dióxido de carbono? Podríamos tener algunas plantas más de prueba, pero no estaríamos seguros de poder darle uso a millones de toneladas de CO2 sin buscar alternativas como enterrarlo en almacenes subterráneos, al no tener mercados que le den uso o, en el peor de los casos, saturarlo y al final no librarnos de dichos gases de efecto invernadero, sólo prolongar la llegada de esos 2 grados. Hay que tener más debates sobre estas técnicas, pensar en las generaciones que cargaran con estos “árboles” mecánicos y su modo de manejar el exceso de gases. “Se necesitarán expertos de todos los sectores desde todos los ángulos”, como nos dice S. Chatterjee.
Referencias
[1] Gambhir, A., &
Tavoni, M. (2019). Direct air carbon capture and sequestration: how it works and how it
could contribute to climate-change mitigation. One Earth, 1(4),
405-409.
[2]
TR10: Trampas para el dióxido de carbono. (2021).
Revisado 8 febrero de 2021, de https://www.technologyreview.es/s/10993/tr10-trampas-para-el-dioxido-de-carbono
[3]
Cómo paliar el cambio climático con 'acordeones' que aspiran CO2. (2021). Revisado
8 febrero 2021, de https://www.technologyreview.es/s/10983/como-paliar-el-cambio-climatico-con-acordeones-que-aspiran-co2
[4]
Canadá empieza a capturar carbono del aire para crear combustible neutro. (2021).
Revisado 8 febrero 2021, de https://www.technologyreview.es/s/5254/canada-empieza-capturar-carbono-del-aire-para-crear-combustible-neutro
[5]
Canadá empieza a capturar carbono del aire para crear combustible neutro. (2021).
Revisado 8 febrero 2021, de https://www.technologyreview.es/s/5254/canada-empieza-capturar-carbono-del-aire-para-crear-combustible-neutro
[6] Chatterjee, S., &
Huang, K. W. (2020). Unrealistic energy and materials requirement for direct
air capture in deep mitigation pathways. Nature Communications, 11(1),
1-3.
[7] Realmonte, G.,
Drouet, L., Gambhir, A., Glynn, J., Hawkes, A., Köberle, A. C., & Tavoni,
M. (2019). An inter-model assessment of the role of direct air capture in deep
mitigation pathways. Nature
communications, 10(1),
1-12.
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