El cambio climático provocado por la eliminación del dióxido de carbono del océano Noticias

El cambio climático provocado por la eliminación del dióxido de carbono del océano Noticias

En el puerto de Los Ángeles, en California, es poco probable que dos barcazas llenas de tanques y tuberías abran una nueva frontera para combatir la crisis climática. Las nuevas empresas que los impulsan son parte de un esfuerzo creciente para aprovechar el poder del océano para eliminar el dióxido de carbono del aire.

El océano es un enorme sumidero de carbono que absorbe el 30% del dióxido de carbono que bombeamos a la atmósfera. La vida marina ya está pagando un precio terrible a pesar de los cambios resultantes en la química de los océanos. El dióxido de carbono reacciona con el agua de mar para formar ácido carbónico, que a su vez se divide en iones de bicarbonato e hidrógeno. Cuanto más dióxido de carbono se disuelve, más iones de hidrógeno cargados positivamente. Esto da como resultado una mayor acidez que puede hacer que los caparazones y esqueletos de las criaturas marinas se disuelvan.

Tanto Captura, una filial del Instituto de Tecnología de California, como Ecotech, de la Universidad de California en Los Ángeles, tienen planes audaces para abordar el cambio climático eliminando y secuestrando dióxido de carbono de los océanos del mundo. Creen que su sistema electroquímico eventualmente eliminará el dióxido de carbono por menos de 100 dólares la tonelada. El Departamento de Energía de Estados Unidos ha fijado un objetivo de 100 dólares por tonelada para eliminar gradualmente el carbono para 2032. La rapidez con la que se pueda alcanzar ese hito dependerá de qué tan rápido pueda escalar la tecnología y de los precios futuros de la energía renovable, pero Equity espera que lo logre para 2028. A modo de comparación, Climwerk, una planta de captura directa de aire de 4.000 toneladas al año que opera en Islandia, espera lograr costos de alrededor de 250 a 300 dólares por tonelada para finales de la década.

Las tecnologías de captura marina ya están atrayendo importantes inversiones. Desde el año pasado, Captura ha recaudado más de 33 millones de dólares para comercializar su tecnología. Entre los inversores se encuentra el gigante energético estatal noruego Equinor, con quien está construyendo una planta de 1.000 toneladas en la costa oeste de Noruega. La planta probará su funcionamiento completo de extremo a extremo y el dióxido de carbono capturado se inyectará para su almacenamiento permanente bajo el agua. La primera planta comercial de Captura eliminará 50.000 toneladas de dióxido de carbono al año.

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Ambas tecnologías son sistemas cerrados, por lo que la cantidad de dióxido de carbono capturado se puede medir con precisión. Esto es importante para lograr la eliminación de carbono a gran escala. Ya se está desarrollando una industria y las empresas ya están comprando adquisiciones. Boeing, por ejemplo, ha firmado un contrato de cinco años con Equatic para comprar 62.000 toneladas de dióxido de carbono y 2.100 toneladas de hidrógeno verde que se producirán mediante el proceso. Algunas estimaciones sugieren que el acuerdo vale al menos 50 millones de dólares.

Reducir el consumo de energía

En volumen, el agua de mar contiene 150 veces más dióxido de carbono que el aire, lo que hace que su eliminación del océano sea potencialmente más eficiente. Pero el agua pesa. «Cuesta más mudarse, pero no 150 veces más», afirma Steve Oldham, director ejecutivo de Captura.

Pero el coste energético del bombeo de agua de mar es considerable. Bombear cada metro cúbico de agua a una planta desalinizadora requiere aproximadamente 0,45 kWh de electricidad. Basándose en la composición del agua de mar, Equatic estima que puede eliminar 4,6 kilogramos de dióxido de carbono por cada metro cúbico de agua. Esto significaría que una planta con capacidad de 1 millón de toneladas necesitaría 97 GWh de energía renovable, sólo para bombear agua de mar. En el futuro, puede haber formas más baratas de mover el agua, como utilizar la luz o las corrientes oceánicas, pero por ahora el proceso sigue siendo costoso y consume mucha energía. Combinar una planta de captura de carbono con una planta desalinizadora reduciría la demanda de energía para ambas plantas, pero sólo en un 9 por ciento, según el estudio de laboratorio de Aquatic.

Tanto Captura como Aquatic dependen de procesos electroquímicos para eliminar el dióxido de carbono. Y ahí es donde se reduce la mayor parte de sus costos de energía.

El sistema de Equatic captura dióxido de carbono en forma de minerales carbonatados y produce hidrógeno puro mediante la electrólisis del agua de mar. Cuando se trata de formación de carbonatos, Gaurav Sant, director del Instituto para la Gestión del Carbono de UCLA y cofundador de Equatic, dice que «simplemente estamos imitando lo que hacen los océanos».

La electrólisis consume entre el 80 y el 90 % de los requisitos energéticos totales de Equatic. «Incluso si se mueven grandes volúmenes de agua, la electrólisis consume mucha energía. Es básicamente el elefante en la habitación», añade.

Desde el sistema de laboratorio inicial, han reducido el requisito energético total del proceso en más de un 10 % capturando aproximadamente 2 MWh/tonelada de dióxido de carbono. Es posible que sea necesario eliminar unas 10 gigatoneladas de emisiones para mantenerse dentro de los límites del Acuerdo de París, lo que significa que se necesitarían 20.000 TWh de electricidad renovable para 2050 sólo para eliminarse a través de esta ruta. Estados Unidos producirá 974 TWh de electricidad renovable en 2022.

Igualdad

En el otro lado de la ecuación, el proceso de equilibrio también produce hidrógeno. La generación independiente mediante los electrolizadores actuales requiere entre 42 y 65 kWh/kg de hidrógeno y suministros de agua dulce. Sin embargo, se necesitará energía para comprimir y transportar el hidrógeno producido hasta que pueda utilizarse en una pila de combustible para alimentar el sistema.

Los electrodos Equatic están diseñados en forma de lámina para un contacto máximo con el agua superficial y están hechos de aleaciones comunes y pequeñas cantidades de metales del grupo del platino. Normalmente, la electrólisis del agua de mar daría lugar a la producción de cloro, pero ahora los investigadores pueden suprimir su formación. «Se trata de un avance realmente importante», afirma Saint. «Hemos invertido mucho tiempo y esfuerzo en la ingeniería y el diseño de electrodos para que el proceso equivalente sea lo más eficiente energéticamente posible, pero también para abrir el camino hacia la electrólisis directa del agua de mar para la producción de hidrógeno».

Química del carbonato

Para capturar dióxido de carbono, el sistema aprovecha la abundancia de iones de magnesio y calcio en el agua de mar. Se unen al dióxido de carbono en el cátodo para formar carbonato de calcio y carbonato de magnesio hidratado en el cátodo, atrapando así el dióxido de carbono que estaba presente en el agua de mar. Pueden «raspar» continuamente la malla del electrodo. Luego, el aire se burbujea a través de la corriente de agua de mar alcalina resultante, empobrecida en dióxido de carbono, para eliminar más dióxido de carbono de la atmósfera.

En el ánodo, la corriente de agua de mar acidificada debe recuperar su alcalinidad antes de poder regresar al océano. A menudo se puede complementar con minerales como las aceitunas. El clima costero deposita minerales en el océano, lo que ayuda a restaurar la alcalinidad, pero hoy en día los océanos absorben dióxido de carbono a un ritmo más rápido que ese proceso natural. Otras empresas están intentando añadir minerales alcalinos, pero la reducción resultante de dióxido de carbono está llena de incertidumbre.

Simplemente devolver los carbonatos minerales al océano evita cualquier costo de compresión y transporte del secuestro de carbono. Aunque Equatic puede estar «simplemente» acelerando un proceso natural, nadie sabe cuánto se puede acelerar sin impacto negativo en el ecosistema. Se estima que las profundidades del océano ya almacenan 37.000 Gt de carbono. «Nuestra posición es realizar evaluaciones de impacto ambiental realmente detalladas, para poder estudiar lo que está sucediendo con gran detalle y obtener más información a medida que avanzamos», dice Sant.

Alternativamente, los minerales carbonatados podrían usarse en la construcción o para apuntalar las costas afectadas por el aumento del nivel del mar, aunque se requeriría energía para transportarlos desde la planta.

Reducir el secuestro de carbono

En el proceso Captura, el agua de mar filtrada se mueve constantemente a través de la planta. En particular, para reducir el consumo de energía, sólo el 0,5% del agua de mar utilizada pasa por la etapa de electrodiálisis. Primero se ablanda (para eliminar los iones de magnesio y calcio) y luego pasa a través de una pila de membranas electrolíticas. Los materiales aún están en secreto, pero Oldham dice que contienen elementos de tierras raras.

Las moléculas de agua se dividen en iones hidroxilo e hidrógeno. La corriente ácida se mezcla nuevamente con la corriente principal de agua de mar que pasa a través de la planta, donde cae de pH 8,1 a aproximadamente 4. El cambio de acidez provoca la formación de iones de bicarbonato para liberar dióxido de carbono, que se elimina del agua mediante gas. -Contador de membrana líquida y bomba de vacío. Las pruebas sugieren una tasa de captura de aproximadamente el 95%. Para mejorar aún más la eficiencia del proceso, Captura está trabajando con la industria para desarrollar una membrana que no elimine el oxígeno del agua.

Luego se agrega al agua la segunda corriente (alcalina) del proceso de electrodiálisis para neutralizar la acidez y devolver el pH a 8,1. Debido a que el dióxido de carbono se elimina del agua de la planta, debe eliminarse de la atmósfera más abajo, siempre que permanezca al nivel del mar. Aún no se ha determinado con certeza cuánta agua superficial se absorberá.

El proceso de incautación

Sin embargo, el paso de electrodiálisis consume mucha energía: absorbe aproximadamente el 70% del requerimiento total de energía del proceso. Captura no ha publicado cifras, pero para reducir la demanda de energía y recortar costos, planea seguir construyendo la unidad de electrodiálisis para que pueda funcionar con energía renovable fuera de las horas pico. El uso de electricidad fuera de las horas pico durante seis horas al día puede producir suficiente ácido y base para mantener el proceso durante 24 horas. Otra ventaja es que debería cuadruplicar la vida útil de la membrana. Las membranas disponibles comercialmente hoy en día tienen una vida útil de más de 10.000 horas.

«Estamos muy cerca del límite termodinámico en la eficiencia de la electrodiálisis», afirma Oldham, pero «seguiremos trabajando en el tamaño físico de la membrana: cuanto más grande, mejor, pero hay que mantener la eficiencia». Se incurrirá en costos de energía adicionales para comprimir y transportar el dióxido de carbono para su almacenamiento. Un análisis biológico sitúa la energía para capturar dióxido de carbono en 111 kWh/tonelada y la energía para inyectarlo en el pozo en 7 kWh/tonelada.

Un análisis reciente sugiere que combinar estos procesos con la desalinización reduciría las emisiones de dióxido de carbono en menos de 10 millones de toneladas al año. Sin embargo, existen plantas de este tipo en zonas como Oriente Medio, con la capacidad de aprovechar la energía solar para alimentarlas.

La coubicación para Captura es una «estrategia de adquisición de mercado». Después de eso, tienen que medir la tecnología de forma independiente. Espera que su nueva asociación con Equinor le permita aprovechar la experiencia de la empresa petroquímica estatal en la construcción de estructuras como plataformas marinas.

Si bien la industria se concentra en ampliar y demostrar que sus sistemas benefician la salud de los océanos, el costo sigue siendo un problema. ‘No hay duda de por qué esto es necesario. No hay duda de que esto tiene que suceder», dice el santo. ‘La pregunta es, ¿cómo vamos a pagarlo? ¿Y quién pagará por ello?

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