Un sumidero de carbono es un reservorio natural que almacena compuestos químicos que contienen carbono acumulados durante un período de tiempo indefinido. El proceso mediante el cual los sumideros de carbono eliminan el dióxido de carbono ( CO
2 ) de la atmósfera se conoce como secuestro de carbono . La conciencia pública sobre la importancia de los sumideros de CO 2 ha aumentado desde la aprobación del Protocolo de Kyoto , que promueve su uso como una forma de compensación de carbono . También hay diferentes estrategias utilizadas para mejorar este proceso.
2 ) de la atmósfera se conoce como secuestro de carbono . La conciencia pública sobre la importancia de los sumideros de CO 2 ha aumentado desde la aprobación del Protocolo de Kyoto , que promueve su uso como una forma de compensación de carbono . También hay diferentes estrategias utilizadas para mejorar este proceso.
General [ editar ]
El aumento del dióxido de carbono en la atmósfera significa un aumento de la temperatura global. La cantidad de dióxido de carbono varía naturalmente. Los sumideros naturales son:
- Los árboles sirven como sumideros de carbono durante las temporadas de crecimiento.
- Absorción de dióxido de carbono por los océanos a través de procesos fisicoquímicos y biológicos.
- Fotosíntesis por plantas terrestres.
Si bien se ha discutido la creación de sumideros artificiales, ningún sistema artificial importante elimina el carbono de la atmósfera a escala material.
Las fuentes de carbono incluyen:
- Combustión de combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) por parte de los humanos para obtener energía y transporte [2]
- Tierras de cultivo (por la respiración animal); Hay propuestas para mejorar las prácticas agrícolas para revertir esto. [3]
Protocolo de Kyoto [ editar ]
Debido a que el crecimiento de la vegetación absorbe dióxido de carbono , el Protocolo de Kyoto permite a los países del Anexo I con grandes áreas de bosques en crecimiento emitir Unidades de Remoción para reconocer el secuestro de carbono. Las unidades adicionales les facilitan alcanzar sus niveles de emisión objetivo. Se estima que los bosques absorben entre 10 y 20 toneladas de dióxido de carbono por hectárea cada año, a través de la conversión fotosintética en almidón , celulosa , lignina y biomasa de madera . Si bien esto ha sido bien documentado para los bosques y plantaciones de clima templado, elLa fauna de los bosques tropicales coloca algunas limitaciones para tales estimaciones globales. [ cita requerida ]
Algunos países buscan intercambiar derechos de emisión en los mercados de emisiones de carbono, comprando los derechos de emisión de carbono no utilizados de otros países. Si se establecen límites generales a las emisiones de gases de efecto invernadero, se pretende que los mecanismos de mercado comercial y de límites máximos encuentren formas rentables de reducir las emisiones. [4] Todavía no existe un régimen de auditoría de carbono para todos estos mercados a nivel mundial, y ninguno está especificado en el Protocolo de Kyoto. Las emisiones nacionales de carbono son autodeclaradas.
En el Mecanismo de Desarrollo Limpio , solo la forestación y la reforestación son elegibles para producir reducciones certificadas de emisiones (RCE) en el primer período de compromiso del Protocolo de Kyoto (2008-2012). Las actividades de conservación de bosques o las actividades que evitan la deforestación , lo que resultaría en una reducción de emisiones a través de la conservación de las reservas de carbono existentes, no son elegibles en este momento. [5] Además, el secuestro de carbono agrícola todavía no es posible. [6]
Almacenamiento en ambientes terrestres y marinos [ editar ]
Suelos [ editar ]
Los suelos representan un medio de almacenamiento de carbono a corto y largo plazo, y contienen más carbono que toda la vegetación terrestre y la atmósfera combinada. [7] [8] [9] Los desechos de plantas y otras biomasas,incluido el carbón, se acumulan como materia orgánica en los suelos y se degradan por la meteorización químicay la degradación biológica . Los polímeros de carbono orgánico más recalcitrantes , como la celulosa , la hemicelulosa , la lignina , los compuestos alifáticos, las ceras y los terpenoides se retienen colectivamente como humus. [10] La materia orgánica tiende a acumularse en la basura y los suelos de regiones más frías, como los bosques boreales de América del Norte y la Taiga de Rusia . La hojarasca y el humus se oxidan rápidamente y se conservan poco en las condiciones climáticas subtropicales y tropicales debido a las altas temperaturas y la extensa lixiviación por la lluvia. Áreas donde se desplaza el cultivo o se corta y quema.la agricultura se practica generalmente son solo fértiles por dos o tres años antes de ser abandonados. Estas selvas tropicales son similares a los arrecifes de coral ya que son muy eficientes para conservar y hacer circular los nutrientes necesarios, lo que explica su exuberancia en un desierto de nutrientes. [ cita requerida ] Mucho carbono orgánicoretenido en muchas áreas agrícolas en todo el mundo ha sido severamente agotado debido a las prácticas agrícolas intensivas .
Los pastizales contribuyen a la materia orgánica del suelo , almacenada principalmente en sus extensas alfombras de raíces fibrosas. Debido en parte a las condiciones climáticas de estas regiones (p. Ej., Temperaturas más bajas y condiciones semiáridas a áridas), estos suelos pueden acumular cantidades significativas de materia orgánica. Esto puede variar según la lluvia, la duración de la temporada de invierno y la frecuencia de los incendios de hierba inducidos por rayos de forma natural . Si bien estos incendios liberan dióxido de carbono, mejoran la calidad de los pastizales en general, lo que a su vez aumenta la cantidad de carbono retenido en el material húmico. También depositan carbono directamente en el suelo en forma de carbónque no se degrada significativamente al dióxido de carbono.
Los incendios forestales liberan carbono absorbido de vuelta a la atmósfera, [11] al igual que la deforestación debido al rápido aumento de la oxidación de la materia orgánica del suelo. [12]
La materia orgánica en las turberas sufre una lenta descomposición anaeróbica debajo de la superficie. Este proceso es lo suficientemente lento como para que en muchos casos el pantano crezca rápidamente y fije más carbono de la atmósfera del que se libera. Con el tiempo, la turba se hace más profunda. Las turberas contienen aproximadamente una cuarta parte del carbono almacenado en las plantas terrestres y los suelos. [13]
Bajo ciertas condiciones, los bosques y las turberas pueden convertirse en fuentes de CO 2 , como cuando un bosque es inundado por la construcción de una represa hidroeléctrica. A menos que los bosques y turba se cosechan antes de la inundación, la vegetación en descomposición es una fuente de CO 2 y metano comparable en magnitud a la cantidad de carbono liberado por una planta de potencia de combustibles fósiles de potencia equivalente. [14]
Agricultura regenerativa [ editar ]
Las prácticas agrícolas actuales conducen a la pérdida de carbono de los suelos. Se ha sugerido que las prácticas agrícolas mejoradas podrían hacer que los suelos se conviertan en un sumidero de carbono. Las actuales prácticas mundiales de sobrepastoreo están reduciendo sustancialmente el rendimiento de muchos pastizales como sumideros de carbono. [15] El Instituto Rodale dice que la agricultura regenerativa , si se practica en los 3,6 mil millones de acres cultivables del planeta, podría secuestrar hasta el 40% de las emisiones actuales de CO 2 . [16] Afirman que el secuestro de carbono agrícola tiene el potencial de mitigar el calentamiento global. Cuando se usan prácticas regenerativas de base biológica, este beneficio dramático se puede lograr sin disminuir los rendimientos ni las ganancias de los agricultores. [17] Los suelos gestionados orgánicamente pueden convertir el dióxido de carbono de un gas de efecto invernadero en un activo productor de alimentos.
En 2006, las emisiones de dióxido de carbono de los Estados Unidos, en gran parte por la combustión de combustibles fósiles, se estimaron en casi 6.500 millones de toneladas. [18] Si se alcanzara una tasa de secuestro de 2,000 (lb / ac) / año en los 434,000,000 acres (1,760,000 km 2 ) de tierras de cultivo en los Estados Unidos, se secuestrarían cerca de 1,6 billones de toneladas de dióxido de carbono por año, mitigando a casi uno Cuarta parte de las emisiones totales de combustibles fósiles del país.
Océanos [ editar ]
Actualmente, los océanos son CO 2 fregaderos, y representan el mayor sumidero de carbono activo en la Tierra, absorbiendo más de un cuarto del dióxido de carbono que los humanos puso en el aire. [19] La bomba de solubilidad es el principal mecanismo responsable de la CO 2 absorción por los océanos.
La bomba biológica desempeña un papel insignificante, debido a la limitación de bombeo por la luz ambiental y los nutrientes requeridos por el fitoplancton que finalmente lo impulsa. No se cree que el carbono inorgánico totallimite la producción primaria en los océanos, por lo que su creciente disponibilidad en el océano no afecta directamente a la producción (la situación en la tierra es diferente, ya que los niveles atmosféricos mejorados de CO 2 esencialmente “fertilizan” el crecimiento de la planta terrestre para algunos límite). Sin embargo, la acidificación del océano por la invasión de antropogénicas de CO 2 puede afectar a la bomba biológica por impactar negativamente calcificante organismos tales comoCoccolithophores , foraminiferans y pteropods . El cambio climático también puede afectar la bomba biológica en el futuro al calentar y estratificar la superficie del océano, reduciendo así el suministro de nutrientes limitantes a las aguas superficiales. [20]
Un estudio de 2008 descubrió que el CO 2 podría aumentar la productividad primaria, particularmente en los pastos de anguila en los hábitats costeros y estuarinos. [21]
En enero de 2009, el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica anunciaron un estudio conjunto para determinar si el océano de la costa de California servía como fuente de carbono o como sumidero de carbono. La principal instrumentación para el estudio serán los monitores de CO 2 autocontenidos colocados en boyas en el océano. Medirán la presión parcial de CO 2 en el océano y la atmósfera justo por encima de la superficie del agua. [22]
En febrero de 2009, Science Daily informó que el Océano Índico Meridional se está volviendo menos efectivo para absorber el dióxido de carbono debido a los cambios en el clima de la región, que incluyen velocidades del viento más altas. [23]
En escalas de tiempo más largas, los océanos pueden ser tanto fuentes como sumideros: durante las edades de hielo, los niveles de CO
2 disminuyen a 80180 ppmv, y se cree que gran parte de esto se almacena en los océanos. A medida que las edades de hielo terminan, el CO
2 se libera de los océanos y los niveles de CO
2durante los interglaciales anteriores han estado alrededor de ≈280 ppmv. Este papel como sumidero de CO 2 es impulsado por dos procesos, la bomba de solubilidad y la bomba biológica . [24] El primero es principalmente una función del diferencial de CO 2 solubilidad en agua de mar y la circulación termohalina, mientras que este último es la suma de una serie de procesos biológicos que transportan carbono (en formas orgánicas e inorgánicas ) desde la zona eufótica de la superficie hasta el interior del océano. Una pequeña fracción del carbono orgánico transportado por la bomba biológica al fondo marino está enterrado en condiciones anóxicas bajo sedimentos y, en última instancia, forma combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural.
2 disminuyen a 80180 ppmv, y se cree que gran parte de esto se almacena en los océanos. A medida que las edades de hielo terminan, el CO
2 se libera de los océanos y los niveles de CO
2durante los interglaciales anteriores han estado alrededor de ≈280 ppmv. Este papel como sumidero de CO 2 es impulsado por dos procesos, la bomba de solubilidad y la bomba biológica . [24] El primero es principalmente una función del diferencial de CO 2 solubilidad en agua de mar y la circulación termohalina, mientras que este último es la suma de una serie de procesos biológicos que transportan carbono (en formas orgánicas e inorgánicas ) desde la zona eufótica de la superficie hasta el interior del océano. Una pequeña fracción del carbono orgánico transportado por la bomba biológica al fondo marino está enterrado en condiciones anóxicas bajo sedimentos y, en última instancia, forma combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural.
Al final de los glaciares con el aumento rápido del nivel del mar, los corales tienden a crecer más lentamente debido al aumento de la temperatura del océano, como se ve en la serie de Showtime "Años de vivir peligrosamente". El carbonato de calcio a partir del cual se hacen los esqueletos de coral es un poco más del 60% de dióxido de carbono. Si postulamos que los arrecifes de coral se erosionaron hasta el nivel del mar glacial, entonces los arrecifes de coral han crecido 120 m hacia arriba desde el final del reciente glaciar. [ cita requerida ]
Mejora el secuestro natural [ editar ]
Bosques [ editar ]
Los bosques pueden ser depósitos de carbono, [25] [26] y son sumideros de dióxido de carbono cuando aumentan en densidad o área. En los bosques boreales de Canadá, hasta el 80% del carbono total se almacena en los suelos como materia orgánica muerta. [27] Un estudio de 40 años sobre bosques tropicales de África, Asia y Sudamérica realizado por la Universidad de Leeds, muestra que los bosques tropicales absorben alrededor del 18% de todo el dióxido de carbono agregado por los combustibles fósiles. Los bosques tropicales verdaderamente maduros, por definición, crecen rápidamente ya que cada árbol produce al menos 10 árboles nuevos cada año. Basado en estudios de la FAO y el PNUMA.se ha estimado que los bosques asiáticos absorben aproximadamente 5 toneladas de dióxido de carbono por hectárea cada año. El efecto de enfriamiento global del secuestro de carbono por los bosques está parcialmente compensado, ya que la reforestación puede disminuir el reflejo de la luz solar ( albedo ). Los bosques de latitudes medias a altas tienen un albedo mucho menor durante las temporadas de nieve que los terrenos planos, lo que contribuye al calentamiento. Los modelos que comparan los efectos de las diferencias de albedo entre bosques y pastizales sugieren que expandir el área de tierra de los bosques en zonas templadas ofrece solo un beneficio de enfriamiento temporal. [28] [29] [30] [31]
En los Estados Unidos en 2004 (el año más reciente para el que se dispone de estadísticas de EPA [32] ), los bosques secuestraron el 10,6% (637 megatoneladas ) [33] del dióxido de carbono liberado en los Estados Unidos por la combustión de combustibles fósiles (carbón , petróleo y gas natural; 5,657 megatoneladas [34] ). Los árboles urbanos secuestraron otro 1,5% (88 megatoneladas). [33] Para reducir aún más las emisiones de dióxido de carbono de los Estados Unidos en un 7%, según lo estipulado por el Protocolo de Kyoto , se requeriría la plantación de "un área del tamaño de Texas [8% del área de Brasil] cada 30 años". [35] Compensación de carbonolos programas están plantando millones de árboles de crecimiento rápido por año para reforestar tierras tropicales, por tan solo $ 0.10 por árbol; durante su vida útil típica de 40 años, un millón de estos árboles repararán de 1 a 2 megatoneladas de dióxido de carbono. [ cita requerida ] En Canadá, la reducción de la extracción de madera tendría muy poco impacto en las emisiones de dióxido de carbono debido a la combinación de la recolección y el carbono almacenado en los productos de madera fabricados junto con el rebrote de los bosques cosechados. Además, la cantidad de carbono que se desprende de la cosecha es pequeña en comparación con la cantidad de carbono que se pierde cada año debido a incendios forestales y otras perturbaciones naturales. [27]
El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático llegó a la conclusión de que "una estrategia de manejo forestal sostenible dirigida a mantener o aumentar las reservas de carbono forestal, mientras produce un rendimiento anual sostenido de fibra de madera o energía del bosque, generará el mayor beneficio de mitigación sostenido". [36] Las prácticas de manejo sostenible hacen que los bosques crezcan a un ritmo mayor durante un período de tiempo potencialmente más largo, lo que brinda beneficios netos de secuestro además de los de los bosques no gestionados. [37]
La esperanza de vida de los bosques varía en todo el mundo, influenciada por las especies de árboles, las condiciones del sitio y los patrones de perturbación natural. En algunos bosques, el carbono puede almacenarse durante siglos, mientras que en otros bosques, el carbono se libera con una posición frecuente que reemplaza los incendios. Los bosques que se recolectan antes de los eventos de reemplazo de rodales permiten la retención de carbono en productos forestales manufacturados, como la madera. [38] Sin embargo, solo una parte del carbono extraído de los bosques talados termina como bienes y edificios duraderos. El resto termina como subproductos del aserradero, como pulpa, papel y paletas, que a menudo terminan con la incineración (que produce la liberación de carbono a la atmósfera) al final de su ciclo de vida. Por ejemplo, de los 1.692 megatoneladas de carbono extraído de los bosques en Oregon y Washington (EE. UU.) Desde 1900 hasta 1992, solo el 23% se encuentra en almacenamiento a largo plazo en productos forestales. [39]
Océanos [ editar ]
Una forma de aumentar la eficiencia de secuestro de carbono de los océanos es agregar partículas de hierro de tamaño micrométrico en forma de hematita (óxido de hierro) o melanterita (sulfato de hierro) a ciertas regiones del océano. Esto tiene el efecto de estimular el crecimiento del plancton . El hierro es un nutriente importante para el fitoplancton , que suele estar disponible a través de afloramientos a lo largo de las plataformas continentales , los flujos provenientes de ríos y arroyos, así como la deposición de polvo suspendido en la atmósfera . Las fuentes naturales de hierro oceánico han disminuido en las últimas décadas, contribuyendo a una disminución general de la productividad del océano (NASA, 2003). [ cita requerida ] Sin embargo, en presencia de nutrientes de hierro, las poblaciones de plancton crecen o florecen rápidamente, expandiendo la base de la productividad de la biomasa en toda la región y eliminando cantidades significativas de CO 2 de la atmósfera a través de la fotosíntesis . Una prueba realizada en 2002 en el Océano Austral alrededor de la Antártida sugiere que entre 10.000 y 100.000 átomos de carbono se hunden por cada átomo de hierro que se agrega al agua. [ cita requerida ] Un trabajo más reciente en Alemania (2005) [ cita requerida ] sugiere que cualquier carbono de biomasa en los océanos, ya sea exportado a profundidad o reciclado en la zona eufótica, representa el almacenamiento de carbono a largo plazo. Esto significa que la aplicación de nutrientes de hierro en partes selectas de los océanos, a escalas apropiadas, podría tener el efecto combinado de restaurar la productividad del océano y al mismo tiempo mitigar los efectos de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera causadas por el hombre. [ cita requerida ]
Debido a que el efecto de las floraciones periódicas de fitoplancton a pequeña escala en los ecosistemas oceánicos no está claro, más estudios podrían ser útiles. El fitoplancton tiene un efecto complejo en la formación de nubes a través de la liberación de sustancias como el sulfuro de dimetilo (DMS) que se convierten en aerosoles de sulfato en la atmósfera, proporcionando núcleos de condensación de nubes o CCN. [40] Pero el efecto de la proliferación de plancton a pequeña escala en la producción general de DMS es desconocido.
Otros nutrientes como los nitratos, fosfatos y sílice, así como el hierro, pueden causar la fertilización del océano. Ha habido cierta especulación de que el uso de pulsos de fertilización (alrededor de 20 días de duración) puede ser más efectivo para llevar el carbono al fondo del océano que la fertilización sostenida. [41]
Sin embargo, existe cierta controversia sobre la siembra de hierro en los océanos, debido a la posibilidad de un aumento en el crecimiento del fitoplancton tóxico (por ejemplo, " marea roja "), la disminución de la calidad del agua debido al crecimiento excesivo y el aumento de la anoxia en áreas que dañan otras especies marinas como el zooplancton. Peces, corales, etc. [42] [43]
Suelos [ editar ]
Desde la década de 1850, una gran proporción de los pastizales del mundo se han cultivado y convertido en tierras de cultivo, lo que permite la rápida oxidación de grandes cantidades de carbono orgánico del suelo. Sin embargo, en los Estados Unidos en 2004 (el año más reciente para el que se dispone de estadísticas de EPA), los suelos agrícolas, incluidas las tierras de pastoreo, secuestraron el 0,8% (46 megatoneladas) [33] tanto carbono como se liberó en los Estados Unidos por la combustión de combustibles fósiles (5,988 megatone). [34]La cantidad anual de este secuestro ha ido aumentando gradualmente desde 1998. [33]
Los métodos que mejoran significativamente el secuestro de carbono en el suelo incluyen la agricultura sin labranza , la cobertura de residuos, el cultivo de cobertura y la rotación de cultivos , todos los cuales se utilizan más ampliamente en la agricultura orgánica que en la agricultura convencional. [44] [45] Debido a que solo el 5% de las tierras agrícolas de los EE. UU. Actualmente utilizan la labranza sin labranza y la recolección de residuos, existe un gran potencial de secuestro de carbono. [46] La conversión a pastizales, particularmente con un buen manejo del pastoreo, puede secuestrar aún más carbono en el suelo.
Terra preta , un suelo antropogénico con alto contenido de carbono, también se está investigando como un mecanismo de secuestro. Al pirolizar la biomasa, aproximadamente la mitad de su carbono puede reducirse 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 ). [47] [48]
Sabana [ editar ]
Las quemaduras controladas en las sabanas del norte de Australia pueden resultar en un sumidero total de carbono. Un ejemplo práctico es el Acuerdo de Manejo de Incendios de West Arnhem, que comenzó a brindar "manejo estratégico de incendios a través de 28,000 km² de Western Arnhem Land". El inicio deliberado de quemaduras controladas al principio de la estación seca da como resultado un mosaico de países quemados y sin quemar que reducen el área de quema en comparación con los incendios más fuertes y tardíos de la estación seca. En la estación seca temprana, hay niveles más altos de humedad, temperaturas más frías y un viento más ligero que en la estación seca; Los incendios tienden a apagarse de la noche a la mañana. Las quemaduras tempranas controladas también producen una menor proporción de la biomasa del pasto y del árbol que se quema. [49] Reducciones de emisiones de 256,000 toneladas de CO 2.Se han realizado a partir de 2007. [50]
El secuestro artificial [ editar ]
Para que el carbono sea secuestrado artificialmente (es decir, sin utilizar los procesos naturales del ciclo del carbono) primero debe capturarse, o debe retrasarse significativamente o evitar que se vuelva a liberar a la atmósfera (por combustión, descomposición, etc.) desde un material rico en carbono existente, al incorporarse en un uso duradero (como en la construcción). A partir de entonces, se puede almacenar de forma pasiva o se puede utilizar productivamente a lo largo del tiempo de varias maneras.
Por ejemplo, al cosechar, la madera (como un material rico en carbono) puede quemarse inmediatamente o servir de combustible, devolver su carbono a la atmósfera, o puede incorporarse en la construcción o en una gama de otros productos duraderos, por lo tanto, Su carbono durante años o incluso siglos.
De hecho, un edificio muy cuidadosamente diseñado y duradero, eficiente en el consumo de energía y de captura de energía tiene el potencial de secuestrar (en sus materiales de construcción ricos en carbono), tanto o más carbono del que fue liberado por la adquisición e incorporación de todos sus materiales. y luego será liberado por las "importaciones de energía" de la función de construcción durante la existencia de la estructura (potencialmente de varios siglos). Dicha estructura podría denominarse "carbono neutral" o incluso "carbono negativo". Se estima que la construcción y operación de edificios (uso de electricidad, calefacción, etc.) contribuyen con casi la mitad de las adiciones anuales de carbono a la atmósfera causadas por el hombre. [51]
Las plantas de purificación de gas natural a menudo ya tienen que eliminar el dióxido de carbono, ya sea para evitar que los petroleros obstruyan el hielo seco o para evitar concentraciones de dióxido de carbono que excedan el 3% máximo permitido en la red de distribución de gas natural. [52]
Más allá de esto, una de las aplicaciones iniciales más probables de la captura de carbono es la captura de dióxido de carbono de los gases de combustión en las centrales eléctricas (en el caso del carbón, esta mitigación de la contaminación del carbón a veces se conoce como "carbón limpio"). Una nueva central eléctrica de carbón de 1000 MW típica produce alrededor de 6 millones de toneladas de dióxido de carbono al año. Agregar captura de carbono a las plantas existentes puede aumentar significativamente los costos de producción de energía; Aparte de los costos de lavado, una planta de carbón de 1000 MW requerirá el almacenamiento de aproximadamente 50 millones de barriles (7,900,000 m 3 ) de dióxido de carbono al año. Sin embargo, el lavado es relativamente asequible cuando se agrega a nuevas plantas basadas en la gasificación del carbón.tecnología, donde se estima que aumentará los costos de energía para los hogares en los Estados Unidos que utilizan solo fuentes de electricidad de carbón de 10 centavos por kW · h a 12 centavos. [53]
La captura de carbono [ editar ]
Actualmente, la captura de dióxido de carbono se realiza a gran escala mediante la absorción de dióxido de carbono en varios disolventes basados en aminas . Otras técnicas están siendo investigados actualmente, tales como la adsorción de oscilación de presión , adsorción por cambio de temperatura , membranas de separación de gas , criogenia y captura de combustión .
En las centrales eléctricas de carbón, las principales alternativas a la adaptación de los absorbentes basados en aminas a las centrales eléctricas existentes son dos nuevas tecnologías: el ciclo combinado de gasificación de carbón y la combustión de combustible oxigenado . La gasificación primero produce un " gas de síntesis ", principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono , que se quema, con dióxido de carbono filtrado de los gases de combustión. La combustión de oxicombustible quema el carbón en oxígeno en lugar de aire , produciendo solo dióxido de carbono y vapor de agua, que son relativamente fáciles de separar. Algunos de los productos de combustión deben devolverse a la cámara de combustión, ya sea antes o después de la separación, de lo contrario, las temperaturas serían demasiado altas para la turbina.
Otra opción a largo plazo es la captura de carbono directamente desde el aire utilizando hidróxidos . El aire sería literalmente depurado de su contenido de CO 2 . Esta idea ofrece una alternativa a los combustibles no basados en carbono para el sector del transporte.
Los ejemplos de secuestro de carbono en las plantas de carbón incluyen la conversión del carbono de las chimeneas en bicarbonato de sodio, [54] [55] y la captura de carbono a base de algas, evitando el almacenamiento al convertir las algas en combustible o alimento. [56]
Océanos [ editar ]
Otra forma propuesta de secuestro de carbono en el océano es la inyección directa. En este método, el dióxido de carbono se bombea directamente en el agua en profundidad, y se espera para formar "lagos" de CO líquido 2en la parte inferior. Los experimentos realizados en aguas moderadas a profundas (350–3600 m) indican que el CO 2 líquido reacciona para formar hidratos de clatrato de CO 2 sólidos , que se disuelven gradualmente en las aguas circundantes. [ cita requerida ]
Este método, también, tiene consecuencias ambientales potencialmente peligrosas. El dióxido de carbono reacciona con el agua para formar ácido carbónico , H 2 CO 3 ; sin embargo, la mayoría (hasta un 99%) permanece como CO 2 molecular disuelto . Sin duda, el equilibrio sería bastante diferente en las condiciones de alta presión en las profundidades del océano. Además, si los metanógenos bacterianos de las profundidades marinas que reducen el dióxido de carbono se encontraran con los sumideros de dióxido de carbono, los niveles de gas metano pueden aumentar, lo que lleva a la generación de un gas de efecto invernadero aún peor. [57] Los efectos ambientales resultantes sobre las formas de vida bentónicas de batipelágicos., Abyssopelagic y hadopelagic zonas son desconocidos. A pesar de que la vida parece ser bastante escasa en las cuencas oceánicas profundas, los efectos energéticos y químicos en estas cuencas profundas podrían tener implicaciones de gran alcance. Se necesita mucho más trabajo aquí para definir el alcance de los problemas potenciales.
El almacenamiento de carbono en o debajo de los océanos puede no ser compatible con la Convención para la Prevención de la Contaminación Marina por el vertido de desechos y otras materias . [58]
Un método adicional de secuestro a largo plazo basado en el océano es recolectar residuos de cultivos como tallos de maíz o exceso de heno en grandes pacas de biomasa y depositarlo en las áreas de abanico aluvial de la cuenca del océano profundo . Dejar caer estos residuos en abanicos aluviales causaría que los residuos se entierren rápidamente en el lecho del lecho marino, secuestrando la biomasa durante largos períodos de tiempo. Los abanicos aluviales existen en todos los océanos y mares del mundo donde los deltas de los ríos caen del borde de la plataforma continental , como el abanico aluvial de Mississippi en el golfo de México y el abanico aluvial del Nilo en el mar Mediterráneo. Un inconveniente, sin embargo, sería un aumento en el crecimiento de bacterias aeróbicas debido a la introducción de biomasa, lo que lleva a una mayor competencia por los recursos de oxígeno en las profundidades marinas, similar a la zona mínima de oxígeno . [ cita requerida ]
El secuestro geológico [ editar ]
El método de geo-secuestro o almacenamiento geológico consiste en inyectar dióxido de carbono directamente en formaciones geológicas subterráneas. La disminución de los yacimientos de petróleo , solución salina acuíferos , y no explotables vetas de carbón se han sugerido como lugares de almacenamiento. Las cavernas y minas antiguas que se usan comúnmente para almacenar gas natural no se consideran, debido a la falta de seguridad de almacenamiento.
El CO 2 se ha inyectado en campos petroleros en declive durante más de 40 años, para aumentar la recuperación de petróleo. Esta opción es atractiva porque los costos de almacenamiento se compensan con la venta de petróleo adicional que se recupera. Por lo general, es posible una recuperación adicional del 10-15% del aceite original en su lugar. Otros beneficios son la infraestructura existente y la información geofísica y geológica sobre el campo petrolero que está disponible en la exploración petrolera. Otro beneficio de inyectar CO 2 en los campos petroleros es que el CO 2 es soluble en aceite. Disolviendo CO 2en aceite baja la viscosidad del aceite y reduce su tensión interfacial que aumenta la movilidad de los aceites. Todos los campos petroleros tienen una barrera geológica que impide la migración hacia arriba del petróleo. Como la mayor parte del petróleo y el gas han estado en funcionamiento durante millones a decenas de millones de años, los depósitos de petróleo y gas agotados pueden contener dióxido de carbono durante milenios. Los posibles problemas identificados son las muchas oportunidades de "fuga" que ofrecen los pozos petroleros antiguos, la necesidad de altas presiones de inyección y la acidificación que pueden dañar la barrera geológica. Otras desventajas de los viejos campos petroleros son su limitada distribución geográfica y profundidad, que requieren altas presiones de inyección para el secuestro. Por debajo de una profundidad de aproximadamente 1000 m, el dióxido de carbono se inyecta como un fluido supercrítico, un material con la densidad de un líquido, pero la viscosidad y la difusividad de un gas.2 , porque el CO 2 se absorbe hacia la superficie del carbón, lo que garantiza un almacenamiento seguro a largo plazo. En el proceso, libera metano que se había adsorbido previamente a la superficie del carbón y que se puede recuperar. Nuevamente, la venta del metano puede utilizarse para compensar el costo del almacenamiento de CO 2 . Por supuesto, la liberación o la combustión de metano compensarían, al menos parcialmente, el resultado de secuestro obtenido, excepto cuando se permite que el gas escape a la atmósfera en cantidades significativas: el metano tiene un mayor potencial de calentamiento globalque el CO 2 .
Los acuíferos salinos contienen salmueras altamente mineralizadas y hasta ahora no se han considerado beneficiosos para los humanos, excepto en algunos casos en los que se han utilizado para el almacenamiento de desechos químicos. Sus ventajas incluyen un gran volumen de almacenamiento potencial y un hecho relativamente común que reduce la distancia sobre la cual debe transportarse el CO 2 . La principal desventaja de los acuíferos salinos es que se sabe relativamente poco sobre ellos en comparación con los campos petroleros. Otra desventaja de los acuíferos salinos es que a medida que aumenta la salinidad del agua, disminuye el CO 2.Se puede disolver en solución acuosa. Para mantener el costo de almacenamiento aceptable, la exploración geofísica puede ser limitada, lo que resulta en una mayor incertidumbre sobre la estructura de un acuífero determinado. A diferencia del almacenamiento en campos petroleros o yacimientos de carbón, ningún producto secundario compensará el costo de almacenamiento. La fuga de CO 2 a la atmósfera puede ser un problema en el almacenamiento de acuíferos con solución salina. Sin embargo, las investigaciones actuales muestran que varios mecanismos de captura inmovilizan el CO 2 bajo tierra, lo que reduce el riesgo de fugas. [ cita requerida ]
Un importante proyecto de investigación que examina el secuestro geológico del dióxido de carbono se está llevando a cabo en un campo petrolero en Weyburn, en el sureste de Saskatchewan . En el Mar del Norte , la plataforma de gas natural de Noruega Equinor Sleipner elimina el dióxido de carbono del gas natural con disolventes de amina y elimina este dióxido de carbono por secuestro geológico. Sleipner reduce las emisiones de dióxido de carbono en aproximadamente un millón de toneladas al año. El costo del secuestro geológico es menor en relación con los costos generales de funcionamiento. A partir de abril de 2005, BP está considerando un ensayo de secuestro a gran escala de dióxido de carbono eliminado de las emisiones de la central eléctrica en elCampo petrolero Miller ya que sus reservas se agotan.
En octubre de 2007, la Oficina de Geología Económica en la Universidad de Texas en Austin recibió a 10 años, $ 38 millones de subcontrato para llevar a cabo el primer proyecto muy vigilada a largo plazo en los Estados Unidos a estudiar la viabilidad de la inyección de un gran volumen de CO 2 para almacenamiento subterráneo. [59] El proyecto es un programa de investigación de la Asociación Regional del Sudeste para la Captación de Carbono (SECARB) , financiado por el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) . La asociación SECARB demostrará la tasa de inyección de CO 2 y la capacidad de almacenamiento en Tuscaloosa-WoodbineSistema geológico que se extiende desde Texas hasta Florida. A partir del otoño de 2007, el proyecto inyectará CO 2 a una tasa de un millón de toneladas [ vagas ] por año, durante un máximo de 1,5 años, en salmuera hasta 10,000 pies (3,000 m) por debajo de la superficie terrestre cerca del campo petrolífero de Cranfield, aproximadamente 15 millas (24 km) al este de Natchez, Mississippi . El equipo experimental medirá la capacidad del subsuelo para aceptar y retener CO 2 .
Secuestro de minerales [ editar ]
El secuestro de minerales tiene como objetivo atrapar el carbono en forma de sales sólidas de carbonato . 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 silicatoscomplejos para disolver el calcio , el magnesio , los álcalis y la sílice y dejar un residuo de minerales de arcilla . El calcio y el magnesio disueltos reaccionan con el bicarbonato.para precipitar carbonatos de calcio y magnesio, un proceso que los organismos utilizan para hacer conchas. Cuando los organismos mueren, sus conchas se depositan como sedimento y eventualmente se convierten en piedra caliza. Las calizas se han acumulado durante miles de millones de años de tiempo geológico y contienen gran parte del carbono de la Tierra. La investigación en curso tiene como objetivo acelerar reacciones similares que involucran carbonatos alcalinos. [60]
Se están investigando varios depósitos de serpentinita como sumideros de almacenamiento de CO 2potencialmente a gran escala , como los que se encuentran en Nueva Gales del Sur, Australia, donde se está llevando a cabo el primer proyecto de la planta piloto de carbonatación mineral. [61] 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 actuar como un sumidero de carbono.
Una de las reacciones propuestas es la de la dunita de roca rica en olivino , o su serpentinita equivalente hidratada con dióxido de carbono para formar el mineral carbonato de magnesita , más sílice y óxido de hierro ( magnetita ).
Se favorece el secuestro de serpentinita debido a la naturaleza no tóxica y estable del carbonato de magnesio. Las reacciones ideales involucran a los componentes de magnesio de olivino (reacción 1) o serpentina (reacción 2), los últimos derivados de olivino anterior por hidratación y silicificación (reacción 3). La presencia de hierro en el olivino o 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 reacciones de serpentinita [ editar ]
- Mg-olivinoMg 2 SiO 4 +dióxido de carbono2CO 2 →magnesita2MgCO 3 +síliceSiO 2 +aguaH 2 O( Reacción 1 )
- SerpentinaMg 3 [Si 2 O 5 (OH) 4 ] +dióxido de carbono3CO 2 →magnesita3MgCO 3 +sílice2SiO 2 +agua2H 2 O( Reacción 2 )
- Mg-olivino3Mg 2 SiO 4 +sílice2SiO 2 +agua4H 2 O →serpentina2Mg 3 [Si 2 O 5 (OH) 4 ]( Reacción 3 )
- Fe-olivina3Fe 2 SiO 4 +agua2H 2 O →magnetita2Fe 3 O 4 +sílice3SiO 2 +hidrógeno2H 2( Reacción 4 )
Marcos imidazolatos zeolíticos [ editar ]
Los marcos de imidazolato zeolíticos son un sumidero de dióxido de carbono de estructura metal-orgánica que podría usarse para mantener las emisiones industriales de dióxido de carbono fuera de la atmósfera . [62]
Las tendencias en el rendimiento del fregadero [ editar ]
Un estudio en 2009 encontró que la fracción de emisiones de combustibles fósiles absorbidas por los océanos puede haber disminuido hasta en un 10% desde 2000, lo que indica que el secuestro oceánico puede ser sublineal. [19] Otro estudio de 2009 encontró que la fracción de CO
2 absorbida por los ecosistemas terrestres y los océanos no ha cambiado desde 1850, lo que indica una capacidad no disminuida.
2 absorbida por los ecosistemas terrestres y los océanos no ha cambiado desde 1850, lo que indica una capacidad no disminuida.
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