sacar el CO2 del aire y usarlo podría ser un negocio de un billón de dólares

Esta es la primera parte de una serie de cuatro partes sobre captura y utilización de carbono (CCU), la creciente industria dedicada al uso de dióxido de carbono capturado de la atmósfera para combatir el cambio climático. La segunda parte trata de la recuperación mejorada del petróleo como uso del CO2, y la tercera parte trata de otros usos industriales del CO2. El cuarto post considera cómo los responsables políticos deben abordar las tecnologías de CCU. Este artículo fue publicado originalmente en septiembre.,

Los científicos generalmente estiman que para mantener el aumento en la temperatura promedio global a 1.5 grados Celsius sobre la línea de base preindustrial – un nivel «seguro» de calentamiento — la humanidad debe estabilizar la concentración atmosférica de dióxido de carbono en alrededor de 350 partes por millón.

Este año, alcanzamos alrededor de 410 ppm. Ya hay demasiado CO2 en la atmósfera. En este punto, para garantizar realmente un clima seguro para las generaciones futuras, no solo tenemos que reducir las emisiones; tenemos que sacar algo de CO2 de la atmósfera.,

dado que las emisiones globales de carbono siguen aumentando y hay cientos de gigatoneladas en el camino desde la infraestructura de combustibles fósiles existente, casi todos los modelos utilizados por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) que nos muestran que alcanzar un clima Seguro implica enterrar gigatoneladas de CO2, las llamadas «emisiones negativas».»

Hay muchas formas de emisiones negativas, pero lo más probable es que la única manera de eliminar suficiente CO2 sea sacarlo directamente del aire y enterrarlo bajo tierra en acuíferos salinos, un proceso conocido como captura y secuestro de carbono (CCS)., Con la CAC, el CO2 se trata como un producto de desecho que debe eliminarse adecuadamente, al igual que tratamos las aguas residuales y tantos otros riesgos de contaminación.

¿cuánto CO2 tendrá que ser enterrado? Obviamente, es imposible saberlo de antemano; los modelos del IPCC varían en la velocidad con la que muestran la caída de las emisiones. Cuanto más rápido y antes disminuyan las emisiones, menos CAC será necesaria. Cuanto más lento y más tarde caigan, más se necesitará.,

un artículo de 2017 en Nature Climate Change estima que la «carga de mitigación» total, es decir, la cantidad total de emisiones que deben evitarse entre ahora y 2050 para mantenerse por debajo de los 2 grados, es de 800 gigatoneladas. (Aunque el IPCC dice que 1.5 grados es el objetivo verdaderamente seguro, muchos científicos creen que es inalcanzable; 2 grados sigue siendo un objetivo extremadamente ambicioso.) El documento estima que incluso si las reducciones de emisiones son exitosas, entre 120 y 160 gigatoneladas tendrán que ser secuestradas durante ese período.,

otra forma de decirlo es que, incluso dadas las suposiciones optimistas sobre la descarbonización, probablemente terminaremos emitiendo mucho más que nuestro presupuesto de carbono, por lo que tendremos que enterrar entre 100 y 200 gigatoneladas de CO2 para volver dentro de él. Y, por supuesto, tendremos que enterrar cientos de gigatones más en los años posteriores a 2050.

para dar una idea de escala, eso significa que para 2030 la humanidad necesita comprimir, transportar y enterrar una cantidad de CO2, por volumen, que es de dos a cuatro veces la cantidad de fluidos que la industria mundial del petróleo y el gas trata hoy. Para construir una industria de esa escala, para esa fecha, necesitamos comenzar hoy, con investigación y despliegue a gran escala. El precio de la captura de CO2 del aire debe reducirse rápidamente.

pero hay un problema: enterrar CO2 no tiene beneficios económicos a corto plazo., En ausencia de un precio bastante rígido del carbono, destinado a poner un valor a sus beneficios a largo plazo, CCS no se queda atrás. No hay incentivo para que las empresas lo hagan y, por lo tanto, no hay incentivo para mejorar en la captura de carbono.

la solución fácil a este dilema sería un precio global del carbono, pero eso no parece estar sucediendo. Entonces, ¿cómo, en ausencia de un precio del carbono, puede la industria de captura de carbono ponerse en marcha?

Aquí hay una idea: por un tiempo al menos, en lugar de enterrar el carbono, las empresas que lo capturan podrían venderlo.,

la utilización de CO2 podría proporcionar un impulso para la captura de carbono

El dióxido de carbono es una mercancía con cierto valor. Se utiliza, tanto directamente como como materia prima, por una serie de industrias y lo ha sido durante más de un siglo.

La mayoría del CO2 utilizado por las industrias hoy en día es un subproducto de los procesos de combustibles fósiles, a menudo de gas natural o plantas alimentadas con carbón que producen amoníaco; es decir, proviene de debajo de la superficie de la Tierra. Al igual que la quema de combustibles fósiles, transfiere CO2 de la geosfera a la atmósfera.,

pero si el CO2 se retirara del aire se volviera más abundante y más barato, podría comenzar a competir con el CO2 terrestre. En teoría, cualquier industria que utilice carbono del subsuelo — para combustible, bebidas, directamente en procesos industriales, como materia prima para crear otros productos, o lo que sea-podría cambiar a CO2 capturado por aire.

El uso de CO2 del aire para productos y servicios se conoce como captura y utilización de carbono (CCU). Según algunas estimaciones, es un mercado potencialmente de 1 billón de dólares para 2030. Y podría tener dos amplios beneficios.,

en Primer lugar, podría reducir las emisiones de CO2, en parte por el secuestro de carbono de forma permanente en productos duraderos y en parte por la sustitución de emisiones de carbono de los procesos, evitando así las emisiones que de otro modo habrían ocurrido.

para ser claros, la CCU nunca reducirá suficiente CO2 para evitar la necesidad de CCS (es decir, enterrar carbono). Ni siquiera cerca. El tonelaje de CO2 que emite la humanidad simplemente empequeñece el tonelaje de productos a base de carbono que consume.

pero CCU podría ser una herramienta útil en el cinturón de herramientas de descarbonización., Como dijo un artículo reciente: «cada átomo de C que podemos reciclar es un átomo de carbono fósil que queda en el subsuelo para las próximas generaciones y que no llegará a la atmósfera hoy.»Según una estimación optimista, la UCC podría reducir hasta un 10 por ciento del total de las emisiones mundiales para 2030.

en segundo lugar, la demanda de CO2 impulsada por la UCC podría proporcionar una atracción temprana del mercado, lo que ayudaría a ampliar la tecnología de captura de carbono y a reducir sus costos, de modo que esté lista cuando los responsables de la formulación de políticas finalmente apoyen la CAC en serio. Podría servir como una» rampa de acceso » a CCS.,

una guía para el complejo y confuso mundo de la utilización del carbono

Esta es una zona caliente y de rápido desarrollo en el mundo del clima y la energía. Hay todo tipo de investigación en marcha sobre los nuevos usos del CO2, todo tipo de proyectos piloto en marcha, todo tipo de startups apareciendo, y todo tipo de información confusa y bombo flotando alrededor. Así que vamos a ver si podemos resolverlo.

así es como irá esta serie de posts., En este post, daremos un breve vistazo a las dos principales fuentes de captura de carbono industrial y las formas básicas en que el CO2 es utilizado actualmente por la industria, solo para orientarse.

en el segundo post, discutiremos el tema molesto de la recuperación mejorada de petróleo (EOR), que es, con mucho, el mayor uso industrial actual de CO2.

en el tercer post, vamos a echar un vistazo más de cerca a los principales mercados no EOR para CO2, como materiales de construcción y combustibles, y su potencial total, tanto en términos económicos como de carbono.,

y en el post final, contemplaremos el camino a seguir para la CCU, qué tipos de políticas de apoyo requiere y, dando un paso atrás, la forma correcta de verlo en el contexto general de la lucha climática.

Esto va a ser divertido! Nunca volverás a ver el CO2 de la misma manera.

variedades de captura de carbono

primero, aclaremos lo que quiero decir cuando hablo de defender una industria de captura de carbono industrial.,

una amplia variedad de procesos» naturales » absorben y secuestran carbono, en la tierra (bosques y suelo), en las costas (humedales y manglares) y en el océano. La capacidad de absorción de carbono de esos procesos se puede mejorar con una gestión humana inteligente, por ejemplo, el programa de carbono terrestre del Servicio Geológico de los Estados Unidos, y pueden desempeñar un papel importante en la lucha climática.

pero en estos posts, vamos a discutir la captura de carbono industrial, máquinas construidas para absorber CO2 del aire a través de reacciones químicas., No vamos a entrar en las diversas químicas y tecnologías involucradas (hay muchas, y son complicadas), pero vale la pena tener en cuenta una distinción.

el CO2 puede extraerse de los gases de combustión-flujos de residuos producidos por la generación de energía u otros procesos industriales-o puede extraerse del aire ambiente a través de un proceso conocido como captura directa de aire (DAC). Cada uno tiene sus ventajas y desventajas.

la gran ventaja de extraer de los gases de combustión es que el CO2 está concentrado, aproximadamente una molécula de cada 10, mientras que en el aire ambiente, es una molécula de cada 2.500. Con las leyes de la química siendo lo que son, siempre va a requerir menos energía para extraer un material de una fuente ya concentrada. Sobre la base del precio de las materias primas, es probable que el CO2 de los gases de combustión sea siempre más barato que el CO2 producido por el CAD.

Pero DAC tiene ventajas propias. Primero, es geográficamente agnóstico., No necesita estar unido a nada o construido en ningún lugar en particular. El CO2 se concentra igualmente en el aire en todo el mundo, por lo que el DAC se puede construir en cualquier parte del mundo, dondequiera que se necesite el CO2, eliminando los costos de transporte. Es más pequeño, más modular y más adaptable.

en segundo lugar, a diferencia de cualquier otra forma de captura de carbono, terrestre o industrial, el DAC está limitado solo por los costos. Puede escalar hasta cualquier tamaño, dependiendo solo de nuestra voluntad de gastar dinero en él., Es por eso que muchos en el campo creen que DAC es la tecnología de emisiones negativas más prometedora a largo plazo.

(NB: hay empresas como Global Thermostat con tecnologías que afirman pueden capturar carbono de cualquier fuente.)

como veremos, varias opciones para CCU pueden ser más adecuadas para una forma de captura u otra.

el uso del CO2 y su potencial

con todo ese trasfondo, echemos un vistazo a las formas en que se utiliza actualmente el CO2.,

Aquí hay un gráfico de la Royal Society del Reino Unido que establece las opciones básicas:

comenzando por la parte inferior: el CO2 se puede usar directamente, en invernaderos, para carbonatar bebidas o para mejorar la recuperación de petróleo (el mayor uso actual), o se puede transformar, a través de una amplia variedad de procesos químicos, en materiales o materias primas. Una de las conversiones químicas con mayor potencial, arriba en la parte superior, es combinar CO2 con hidrógeno para hacer combustibles de hidrocarburos sintéticos.,

Este gráfico de la iniciativa global de CO2 de la Universidad de Michigan se vuelve un poco más detallado sobre los productos resultantes:

algunos de estos procesos y productos están más avanzados en el desarrollo del mercado que otros; algunos tienen un mayor potencial de mitigación de carbono que otros; algunos tienen un mayor potencial de mercado total que otros. (Veremos todo eso más de cerca en el tercer post.)

Una distinción a tener en cuenta por ahora tiene que ver con el tiempo que cada una de estas opciones secuestra CO2.

Para la mayoría de ellos, es un tiempo relativamente corto., Por ejemplo, si el CO2 capturado se utiliza para fabricar combustibles sintéticos, los combustibles se queman, momento en el que el CO2 se libera de nuevo a la atmósfera. Es reciclaje de carbono (o upcycling), no secuestro de carbono.

La recuperación mejorada de petróleo se puede hacer en conjunto con el secuestro geológico permanente de carbono, pero rara vez lo es hoy en día. (Veremos eso más de cerca en el segundo post.)

de las otras categorías de UCC, solo los materiales de construcción (y posiblemente nuevos materiales como la fibra de carbono) pueden reclamar el secuestro de CO2 de forma semipermanente., Cuando se inyecta CO2 en el hormigón, el hormigón se utiliza en un edificio que podría durar hasta un siglo; luego, si el edificio se cae, el hormigón se puede romper y reutilizar. El CO2 se mantiene, unido químicamente.

This distinction matters in contemplating the total mitigation potential of CCU. Solo una pequeña porción de ella puede pretender ser carbono-negativa; su potencial de secuestro es limitado. En su mayor parte, su beneficio provendrá de reemplazar los procesos intensivos en carbono por otros neutros en carbono, evitando las emisiones de carbono., (E incluso ese potencial puede ser limitado; más sobre eso en el cuarto post.)

todo esto significa, de nuevo, que CCU nunca sustituirá a CCS. En el mejor de los casos, ayudará a sentar las bases de la CAC.

en su hoja de ruta histórica de 2016 para las industrias de CCU, la Iniciativa Global de CO2 fue extremadamente optimista sobre el potencial de mitigación de CCU, argumentando que podría ayudar sustancialmente a alcanzar los objetivos climáticos de París.,

vale la pena señalar que estas proyecciones optimistas no son universalmente compartidas; la estimación del potencial de mitigación de la hoja de ruta se encuentra en el extremo superior de los estudios recientes. Una evaluación del IPCC de 2005 concluyó sombríamente que «la escala del uso del CO2 capturado en los procesos industriales es demasiado pequeña, los tiempos de almacenamiento demasiado cortos y el balance energético demasiado desfavorable para los usos industriales del CO2 para convertirse en un medio significativo de mitigar el cambio climático.»

aún así, mucho ha cambiado desde 2005. La energía renovable se ha abaratado y la conversión de CO2 ha mejorado., Al menos, CCU es una de las muchas potencialmente carbono mitigar las tecnologías que merece mucha más atención y apoyo que se está recibiendo actualmente de los responsables políticos.

La política no fomenta exactamente el pensamiento a largo plazo, pero 2050 no está tan lejos, y 2030 está aún más cerca. Mantener la temperatura «muy por debajo» de 2 grados, el objetivo de la ONU, no solo significa alcanzar emisiones netas cero para 2050, como ahora apoyan la mayoría de los candidatos demócratas a la presidencia. También significa desarrollar la capacidad para enterrar cientos de gigatoneladas de carbono., En la medida en que CCU puede ayudar a que eso funcione – una pregunta abierta, por ahora-vale la pena seguir adelante.

en la segunda parte, vamos a echar un vistazo más de cerca a la recuperación mejorada de petróleo, el uso actual dominante de CO2. Por un lado, utiliza infraestructura que podría reutilizarse fácilmente para el secuestro de carbono en áreas que tienden a ser adecuadas para el secuestro de carbono. Por otro lado, empodera a las compañías petroleras. Nos ocuparemos de ese dilema.,