Capturar carbono del océano podría ser nuestro futuro
Investigadores del MIT han desarrollado un nuevo proceso electroquímico en dos etapas para eliminar el dióxido de carbono del agua de mar.
Los científicos intentan extraer carbono del océano para combatir el cambio climático. En lugar de extraer de la atmósfera el dióxido de carbono que calienta el planeta, algunos científicos intentan capturarlo de los océanos.
El nuevo método reduce los costes energéticos y las costosas membranas utilizadas para recoger CO2 hasta el punto de que los buques mercantes que funcionan con gasóleo podrían recoger suficiente CO2 para compensar sus emisiones.
Durante el último siglo, los seres humanos hemos causado muchos daños a los sistemas climáticos de este precioso planeta. De hecho, seguimos dañándolo a un ritmo récord, con algunos de los niveles de emisiones de carbono más altos jamás vistos. Por ello, si queremos evitar una catástrofe climática, no sólo tenemos que reducir nuestras emisiones lo antes posible, sino también reparar el daño que ya hemos causado.
La idea de extraer gases de efecto invernadero del agua suena extraña, pero los océanos son el mayor almacén de carbono del planeta. Y capturar dióxido de carbono directamente del aire tiene algunos problemas bastante serios. En primer lugar, es caro y consume mucha energía.
Por esta razón, la captura de carbono será una parte vital de nuestros esfuerzos por salvar el planeta. Sólo hay un problema: ¡es demasiado cara! Ahora mismo, cuesta unos 1.000 euros eliminar permanentemente una tonelada de dióxido de carbono de la atmósfera, lo que significa que compensar completamente nuestras emisiones costaría 35 billones de euros anuales, algo sencillamente imposible.
Por suerte, todo esto podría cambiar pronto gracias al MIT y su nueva y asombrosa tecnología de captura de carbono basada en el océano.
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, ha presentado hoy una tecnología revolucionaria para capturar dióxido de carbono del océano. Afirman que el dispositivo es más eficaz que el método de captura de dióxido de carbono atmosférico propuesto por la empresa suiza Clime works hace varios años.
En el contexto de la necesidad mundial de limitar el aumento de la temperatura global a 1,5℃ de aquí a 2050 para evitar una catástrofe climática, tenemos curiosidad por saber cuál es el rendimiento del dispositivo de captura de dióxido de carbono del agua oceánica del MIT y de los dispositivos existentes de captura de dióxido de carbono en el aire, cuáles fueron las emisiones mundiales de dióxido de carbono el año pasado y la capacidad de captura de estos dispositivos, qué empresas prestan actualmente servicio a estos dispositivos y cuál es el coste de la captura de dióxido de carbono por tonelada.
Hemos consultado las últimas noticias de MIT News, New Atlas y Business Insider para conocer la tecnología y los negocios que rodean al cada vez más importante tema del dióxido de carbono.
Empecemos por explicar por qué la captura de carbono es tan cara
La mayoría de estos sistemas funcionan mediante un filtro o una unidad de recogida que puede saturarse con dióxido de carbono atmosférico, separando así el dióxido de carbono del aire ambiente. Una vez saturados, estos dispositivos tienen que calentarse a temperaturas de vértigo para liberar el dióxido de carbono, que puede ser capturado por un vacío, lo que permite volver a utilizar la unidad.
A continuación, el dióxido de carbono capturado puede transformarse en carbonatos que se almacenan de forma segura. Sin embargo, todo este calentamiento intensivo consume mucha energía y los materiales (incluidos los filtros) son bastante caros, lo que hace que el coste por tonelada capturada sea desorbitado.
Y nuestras emisiones de carbono no se quedan en el aire. El dióxido de carbono puede disolverse en el agua y convertirse en ácido carbónico.
Así, entre el 30% y el 50% de las emisiones de la humanidad acaban en el océano, que cada día es más ácido.
El efecto de la acidificación en los océanos es el resultado provocado por las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera procedentes de las actividades humanas. El dióxido de carbono atmosférico es absorbido por los océanos, desencadenando una reacción química y como resultado genera un descenso del pH del agua de mar.
Esta elevada concentración y la singular química del ácido carbónico han permitido al MIT desarrollar una tecnología de captura de carbono oceánica hiper eficiente.
Hasta ahora se había intentado eliminar el dióxido de carbono del agua de mar, pero estos métodos requerían costosas membranas y un suministro constante de productos químicos para mantener las reacciones.
En la actualidad, ningún país del planeta está dispuesto a gravar a los emisores de carbono aunque redujeran sus emisiones a la mitad, según la empresa de estudios de mercado Statista. Uruguay, el que más impuestos cobra, cobra 137 dólares por tonelada. Capturar dióxido de carbono directamente del aire no sería viable a menos que los costes bajaran considerablemente.
Por ello, eran tan caros como los sistemas actuales o tenían problemas con el impacto ambiental de su cadena de suministro. En cambio, el sistema del MIT utiliza la química de los ácidos y los álcalis.
En primer lugar, tenemos que entender cómo funciona el ácido carbónico en el océano
Verás, no sólo se desplaza por el océano. En su lugar, disuelve rocas y conchas, neutralizando el ácido y convirtiéndolo en bicarbonatos solubles. Esto es lo que ha aprovechado el MIT.
Su máquina consta de dos cámaras. El agua de mar entra en la primera, y unos electrodos reactivos interactúan con el agua de mar, haciendo que se liberen protones en ella, lo que acidifica el agua.
Esta agua ácida reacciona entonces con los carbonatos disueltos en ella, liberando dióxido de carbono – es la misma reacción que hace que el bicarbonato y el vinagre liberen dióxido de carbono.
El dióxido de carbono se almacena en un recipiente al vacío. A continuación, el agua de mar pasa a una segunda cámara, donde se utiliza un voltaje inverso para capturar los protones y neutralizar el agua ácida, de modo que pueda liberarse de nuevo al medio ambiente.
Este proceso puede continuar repetidamente, casi indefinidamente, ya que no se necesitan productos químicos ni mucho mantenimiento para mantener esta máquina en funcionamiento.
Como esta máquina sólo necesita alimentar pequeños voltajes a través de tanques de agua y un vacío, es increíblemente eficiente desde el punto de vista energético.
Los investigadores del MIT la midieron en 0,77 MWh por tonelada capturada, y creen que podrán hacerlo mucho mejor en el futuro. A modo de comparación, otros sistemas de captura directa de aire (DAC) consumen tres veces más energía, 2,3 MWh por tonelada.
Resulta que hay otra opción. Es el agua de mar. ¿Por qué?
A medida que aumenta la concentración de carbono en la atmósfera, el dióxido de carbono empieza a disolverse en el agua de mar.
Los océanos absorben actualmente entre el 30% y el 40% de las emisiones de dióxido de carbono que la humanidad produce cada año, y están en constante y libre intercambio con el aire.
Al succionar carbono del océano, se extrae más carbono del aire, reequilibrando la concentración de dióxido de carbono en el aire. Una de las ventajas de capturar el dióxido de carbono en el agua de mar es que su concentración es más de 100 veces superior a la del aire.
Antes, la captura sostenible de carbono requería membranas caras y un suministro constante de productos químicos y energía.
Equipos de investigación anteriores han conseguido liberar y capturar dióxido de carbono del agua de mar, pero existen inconvenientes. Sus métodos requerían membranas caras y un suministro constante de productos químicos para mantener la reacción de captura de carbono en el agua de mar.
El equipo del MIT, en cambio, afirma haber probado con éxito un sistema que requiere mucha menos energía que los métodos de captura de carbono en el aire sin utilizar ninguno de los métodos anteriores.
En el nuevo sistema desarrollado por el MIT, el agua de mar pasa por dos cámaras.
- La primera es un electrodo activo. Su objetivo es liberar protones en el agua de mar. Esto acidifica el agua, convirtiendo el bicarbonato inorgánico disuelto en gas carbónico, que se convierte en burbujas y se captura mediante vacío.
- A continuación, el agua se introduce en una segunda célula con un voltaje inverso para que vuelvan a entrar los protones y convertir de nuevo el agua ácida en alcalina, que se libera en el mar.
Periódicamente, cuando se agotan los protones de los electrodos activos, se invierte la polaridad del voltaje y continúa la misma reacción con el agua fluyendo en sentido contrario.
El nuevo estudio, publicado en Energy & Environmental Science, requiere un aporte energético de 122 kilojulios por mol (122 kJ/mol), lo que, en términos energéticos convencionales, equivale a 0,77 megavatios hora (mWh) de uso energético por tonelada, según el equipo del MIT. (En una reacción química, se generan 572 kilojulios de calor cuando dos moles de gas hidrógeno reaccionan con un mol de gas oxígeno para formar dos moles de agua líquida).
Los investigadores del MIT confían en poder mejorar aún más la eficiencia, y señalan que «aunque el consumo energético de base de 122 kilojulios por mol de dióxido de carbono (122 kJ/mol-CO₂) es un mínimo histórico, aún puede reducirse significativamente hasta el límite termodinámico de 32 kJ/mol-CO₂».
¿Coste por tonelada de CO2 capturada?
El sistema también puede integrarse en plantas desalinizadoras que ya procesan el agua del mar a partir del agua oceánica. (Foto: MIT)
El equipo del MIT calcula que el coste optimizado de capturar una tonelada de dióxido de carbono ronda los 56 dólares. Por supuesto, no es justo compararlo directamente con el coste de captura por tonelada de un sistema de captura directa en el aire, para lo que habría que añadir el coste de instalar una unidad de captura de CO2 en agua de mar en un barco y los costes de funcionamiento.
Los investigadores del MIT señalan que su estudio de coste por tonelada de captura de carbono no incluye los «costes auxiliares ajenos al sistema electroquímico», entre los que se encuentran el aspirado y filtrado del carbono recogido del agua de mar, y que debería realizarse un análisis de precios aparte.
Sin embargo, algunos de estos costes podrían mitigarse integrando los dispositivos de captura de carbono en otras instalaciones, como las plantas desalinizadoras que ya procesan grandes volúmenes de agua de mar.
Otro beneficio… ayudar a proteger la vida marina, incluidos los arrecifes de coral y los mariscos.
Cada vez hay más consenso entre los científicos
Cada vez hay más consenso entre los científicos del clima en que, para evitar los peores efectos del calentamiento global, la humanidad tiene que encontrar una forma de secuestrar dióxido de carbono, y la mayoría de los esfuerzos hasta la fecha se han centrado en eliminar CO2 de la atmósfera.
Pero dos iniciativas en curso, una de ellas del Instituto Tecnológico de Massachusetts, se han centrado en los océanos en lugar de en el aire. Y si tiene éxito, los científicos afirman que el proceso podría reducir significativamente el coste de la captura de carbono para luchar contra el calentamiento global.
¿Por qué? En los océanos, la fase de captura ya está prácticamente hecha. Esto se debe a que los océanos son el principal sumidero de carbono de la Tierra, ya que absorben entre el 30% y el 40% del gas de efecto invernadero de la atmósfera.
Además, la densidad del gas de efecto invernadero en los océanos es más de 100 veces mayor que en el aire. Lo que significa que los volúmenes de material que hay que manipular en la captura oceánica son mucho menores que en las operaciones de captura aérea, lo que simplifica aún más todo el proceso.
El informe del MIT describe un proceso «electroquímico» en dos pasos que extrae el CO2 del agua de mar. El primer paso utiliza electricidad para acidificar temporalmente el agua, lo que favorece la eliminación del CO2. Un segundo paso elimina la acidez y recoge el CO2.
Kripa Varanasi, catedrático de Ingeniería Mecánica y coautor del informe del MIT, declaró en una entrevista que el método del MIT reduce los costes energéticos y las costosas membranas utilizadas para recoger el CO2 hasta el punto de que los buques mercantes que funcionan con gasóleo podrían recoger suficiente CO2 para compensar sus emisiones.
Otros buques «podrían convertirse en los depuradores de los océanos», afirma, un paso que también podría resultar atractivo para las pequeñas naciones cuyos ingresos dependen del turismo, la acuicultura y las industrias pesqueras que, de otro modo, podrían verse gravemente perjudicadas por el calentamiento de las aguas provocado por el cambio climático.
Dado que la energía es uno de los costes más elevados de una planta de captura de carbono, esto representa un importante paso adelante.
El MIT es una de las dos empresas estadounidenses que lideran la exploración del proceso de eliminación de CO2 del océano. A principios de este mes, Captura Corp. -empresa surgida del Instituto Tecnológico de California- publicó un comunicado de prensa en el que anunciaba la puesta en marcha de su primera planta piloto cerca de Newport Beach (California), diseñada para extraer CO2 del océano Pacífico.
Quién sabe, quizá en el futuro el océano esté repleto de plantas flotantes de captura de carbono alimentadas por energía solar, trabajando diligentemente para expiar nuestros pecados climáticos. Aún queda mucho trabajo por hacer antes de que esta visión se haga realidad, pero al menos ahora es una posibilidad, y estamos un paso más cerca de salvar este delicado planeta que llamamos hogar.
