¿Puede realmente funcionar succionar CO2 de la atmósfera?

El físico Peter Eisenberger esperaba que sus colegas reaccionaran a su idea con escepticismo. Después de todo, afirmaba haber inventado una máquina que podía limpiar la atmósfera de su exceso de dióxido de carbono, convirtiendo el gas en combustible o almacenándolo bajo tierra. Y el científico de la Universidad de Columbia era consciente de que nombrar a su startup Global Thermostat de dos años no había sido exactamente un ejercicio de humildad.

Pero la recepción en la primavera de 2009 había sido aún más desdeñosa de lo que esperaba. Primero, habló con un comité especial convocado por la Sociedad Estadounidense de Física para revisar posibles formas de reducir el dióxido de carbono en la atmósfera a través de la llamada captura de aire, lo que significa, esencialmente, eliminarlo del cielo. Escucharon cortésmente su presentación pero apenas hicieron preguntas. Unas semanas más tarde, habló en el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del Departamento de Energía de EE. UU. en Virginia Occidental ante una audiencia igualmente escéptica. Eisenberger explicó que la investigación de su laboratorio involucra sustancias químicas llamadas aminas que ya se utilizan para capturar el dióxido de carbono concentrado emitido por las centrales eléctricas de combustibles fósiles. Esta misma tecnología basada en aminas, dijo, también mostró potencial para la tarea mucho más difícil y ambiciosa de capturar el gas del aire libre, donde el dióxido de carbono se encuentra en concentraciones de 400 partes por millón. Eso es hasta 300 veces más difuso que en las chimeneas de las centrales eléctricas. Pero Eisenberger argumentó que tenía un diseño simple para lograr la hazaña de una manera rentable, en parte debido a la forma en que reciclaría las aminas. Eso ni siquiera se registró, recuerda. Sentí que mucha gente me estaba meando.

El CTO y cofundador Peter Eisenberger frente a la máquina de captura de aire de Global Thermostat.

Sin embargo, al día siguiente, un gerente del laboratorio lo llamó emocionado. Los científicos del DOE se dieron cuenta de que las muestras de amina que se encontraban en el laboratorio se habían estado uniendo con el dióxido de carbono a temperatura ambiente, un hecho que no habían apreciado mucho hasta entonces. Significaba que el enfoque de Eisenberger para la captura de aire era al menos factible, dice uno de los químicos del laboratorio del DOE, Mac Gray.

Cinco años después, la empresa de Eisenberger ha recaudado 24 millones de dólares en inversiones, ha construido una planta de demostración en funcionamiento y ha llegado a acuerdos para suministrar al menos a un cliente dióxido de carbono extraído del cielo. Pero el próximo desafío es demostrar que la tecnología podría tener un impacto transformador en el mundo, acorde con el nombre de su empresa.

La necesidad de una máquina de succión de carbón es fácil de ver. La mayoría de las tecnologías para mitigar el dióxido de carbono solo funcionan cuando el gas se emite en grandes concentraciones, como en las centrales eléctricas. Pero las máquinas de captura de aire, instaladas en cualquier parte del mundo, podrían lidiar con el 52 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono que son causadas por fuentes distribuidas más pequeñas como automóviles, granjas y hogares. En segundo lugar, la captura de aire, si alguna vez se vuelve práctica, podría reducir gradualmente la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. A medida que las emisiones se han acelerado (ahora aumentan un 2 por ciento por año, el doble de rápido que en las últimas tres décadas del siglo XX), los científicos han comenzado a reconocer la urgencia de lograr las llamadas emisiones negativas.

La necesidad obvia de la tecnología ha atraído a varios otros esfuerzos para encontrar varios enfoques que puedan ser prácticos. Por ejemplo, Climate Engineering, con sede en Calgary, captura carbono usando una solución líquida de hidróxido de sodio, una técnica industrial bien establecida. Una empresa cofundada por uno de los primeros pioneros de la idea, el colega de Eisenberg en Columbia, Klaus Lackner, trabajó en el problema durante varios años antes de darse por vencida en 2012.

Definitivamente se necesitan emisiones negativas para restaurar la atmósfera dado que vamos a superar con creces cualquier límite seguro de CO2, si es que existe. La pregunta en mi mente es, ¿se puede hacer de una manera económica?

Un informe publicado en abril por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático dice que evitar el objetivo acordado internacionalmente de 2 °C de calentamiento global probablemente requerirá el despliegue global de estrategias de eliminación de dióxido de carbono, como la captura de aire. (Consulte El costo de limitar el cambio climático podría duplicarse sin la tecnología de captura de carbono). Definitivamente se necesitan emisiones negativas para restaurar la atmósfera dado que vamos a superar con creces cualquier límite seguro para el CO2, si es que existe, dice Daniel Schrag, director del Centro para el Medio Ambiente de la Universidad de Harvard. La pregunta en mi mente es, ¿se puede hacer de una manera económica?

La mayoría de los expertos son escépticos. (Consulte Lo que la captura de carbono no puede hacer). Un informe de 2011 de la Sociedad Estadounidense de Física identificó desafíos físicos y económicos clave. El hecho de que el dióxido de carbono se una a las aminas, formando una molécula llamada carbamato, es una química bien conocida. Pero el dióxido de carbono aún representa solo una de cada 2500 moléculas en el aire. Eso significa que una máquina de captura de aire efectiva necesitaría empujar grandes cantidades de aire a través de las aminas para obtener suficiente dióxido de carbono para adherirse a ellas y luego regenerar las aminas para capturar más. Eso requeriría mucha energía y, por lo tanto, sería muy costoso, según el informe de 2011. Es por eso que concluyó que la captura de aire no es actualmente un enfoque económicamente viable para mitigar el cambio climático.

La gente de Global Thermostat comprende esta economía desalentadora, pero sigue siendo desafiantemente optimista. La forma de hacer que la captura de aire sea rentable, dice la cofundadora de Global Thermostat, Graciela Chichilnisky, economista y matemática de la Universidad de Columbia, es aprovechar la demanda del gas por parte de varias industrias. Ya existe un mercado bien establecido de miles de millones de dólares para el dióxido de carbono, que se utiliza para rejuvenecer los pozos de petróleo, fabricar bebidas carbonatadas y estimular el crecimiento de las plantas en invernaderos comerciales. Históricamente, el gas se vende a alrededor de $100 por tonelada. Pero Eisenberger dice que la máquina prototipo de su compañía podría extraer una tonelada concentrada de gas por mucho menos que eso. La idea es vender primero dióxido de carbono a nichos de mercado, como la recuperación de pozos de petróleo, para eventualmente crear otros más grandes, como el uso de catalizadores para producir combustibles en procesos impulsados ​​por energía solar. Una vez que la captura de carbono del aire sea rentable, las personas que actúan en su propio interés lo harán posible, dice Chichilnisky.

Calentando

Eisenberger y Chichilnisky eran colegas en Columbia en 2008 cuando se dieron cuenta de que tenían intereses complementarios: él en energía y ella en economía ambiental, incluido el trabajo para ayudar a dar forma al Protocolo de Kioto de 1991, el primer tratado global sobre reducción de emisiones. Las naciones prometieron grandes recortes, dice Chichilnisky, pero las realidades económicas y políticas no proporcionaron la forma de implementarlos. La pareja decidió crear un negocio para enfrentar el desafío del carbono.

Se centraron en la captura de aire, que fue desarrollada por primera vez por científicos nazis que utilizaron adsorbentes líquidos para eliminar las acumulaciones de CO2 en los submarinos. En el invierno de 2008, Eisenberger se recluyó en una casa tranquila con grandes ventanales con vista al océano en el condado de Mendocino, California. Allí estudió la literatura existente sobre la captura de carbono y tomó una decisión clave. Los científicos que desarrollan técnicas para capturar CO2 han buscado hasta ahora trabajar en altas concentraciones del gas. Pero Eisenberger y Chichilnisky se centraron en otro término de esas ecuaciones: la temperatura.

Los ingenieros han utilizado previamente aminas para eliminar el CO2 de los gases de combustión, cuyas temperaturas rondan los 70 °C cuando salen de las centrales eléctricas. Posteriormente, eliminar el CO2 de las aminas (regenerar las aminas) generalmente requiere reacciones a 120 °C. Por el contrario, Eisenberger calculó que su sistema funcionaría a aproximadamente 85 °C, lo que requeriría menos energía total. Usaría vapor relativamente barato para dos propósitos. El vapor calentaría la superficie, expulsando el CO2 de las aminas que se van a recolectar, al mismo tiempo que expulsa el CO2 de la superficie.

Incluso si la captura de aire resultara rentable algún día, si debería ampliarse es otra cuestión.

¿El resultado? Con menos infraestructura de gestión del calor que la que se necesita con las aminas en las chimeneas de las centrales eléctricas, el diseño de un depurador podría ser más sencillo y, por tanto, más económico. Usando datos de su prototipo, el equipo de Eisenberger calcula que el enfoque podría costar entre $15 y $50 por tonelada de dióxido de carbono capturado del aire, dependiendo de cuánto tiempo duren las superficies de amina.

Si Global Thermostat puede alcanzar los precios que está promocionando, una serie de nichos de mercado llamarán la atención. La startup se ha asociado con una empresa con sede en Carson City, Nevada, llamada Algae Systems, para fabricar biocombustibles utilizando dióxido de carbono y algas. Mientras tanto, aumenta la demanda de dióxido de carbono para inyectar en pozos de petróleo agotados, una técnica conocida como recuperación mejorada de petróleo. Un estudio estima que la aplicación podría requerir hasta 3 mil millones de toneladas de dióxido de carbono anualmente para 2021, casi diez veces más que el mercado de 2011.

Eso todavía representa una gota en el océano en términos de las cantidades necesarias para reducir o incluso estabilizar la concentración de CO2 en la atmósfera. Pero Eisenberger dice que realmente no hay alternativas a la captura de aire. El simple hecho de capturar las emisiones de carbono de las centrales eléctricas de carbón, dice, solo extiende la dependencia de la sociedad del carbón intensivo en carbono.

chupalo

Es una cálida tarde de diciembre en Silicon Valley cuando Eisenberger y yo atravesamos el centro de investigación de hormigón de SRI International. Es en estos edificios bajos donde los ingenieros demostraron por primera vez ARPAnet, el software Siri de Apple y muchos otros avances tecnológicos. Aproximadamente a un cuarto de milla de la entrada, se ve una torre de ventiladores, tubos de acero y plata de 40 pies de altura. Esta es la planta de demostración de Global Thermostat. Es imponente y limpio. Eisenberger contempla la tranquila escena alrededor de la torre, que incluye un árbol alto. Está haciendo exactamente lo que hace el árbol, dice Eisenberger. Pero luego se corrige a sí mismo. Bueno, en realidad, lo está haciendo mucho mejor.

Después de que Eisenberger obtuvo un doctorado en física en 1967 en Harvard, siguieron períodos en Bell Labs, Princeton y Stanford. En Exxon en la década de 1980 dirigió el trabajo sobre energía solar, luego se desempeñó como director de Lamont-Doherty, el laboratorio de geociencias en Columbia. Allí ha impartido un seminario de larga data llamado El sistema Tierra/Humano. Fue en ese seminario, en 2007, con Lackner como conferenciante invitado, que Eisenberger escuchó por primera vez sobre la captura de aire. Después de más o menos un año de preparación, él y Chichilnisky se acercaron al multimillonario Edgar Bronfman Jr. A veces, cuando escuchas algo que debe ser demasiado bueno para ser verdad, es porque lo es, fue la reacción de Bronfman, según su hijo, que estaba presente. en la reunión. Pero el vástago imploró a su padre: si tienen razón, esta es una de las mayores oportunidades que existen. La familia invirtió $18 millones.

Esa generosidad ha permitido a la compañía construir su demostración a pesar de que básicamente no hay apoyo federal para la investigación de captura de aire. (Global Thermostat eligió a SRI como su sitio debido a la experiencia previa de la instalación con la tecnología de captura de carbono). La torre rectangular usa ventiladores para aspirar aire sobre superficies alternas de 10 pies de ancho conocidas como contactores. Cada uno está compuesto por 640 cubos de cerámica incrustados con el sorbente de amina. La torre sube un contactor a medida que baja otro. Eso permite que los cubos de uno recolecten CO2 del aire ambiente mientras que el otro es despojado del gas mediante la aplicación del vapor, a 85 °C. Por ahora ese gas simplemente se ventila, pero dependiendo del cliente podría inyectarse en el suelo, enviarse por tubería o transferirse a una planta química para uso industrial.

Un desafío clave que enfrenta la empresa es la robustez de las superficies absorbentes de amina. Tienden a descomponerse rápidamente cuando se oxidan, y el reemplazo frecuente de los adsorbentes podría hacer que el proceso sea mucho menos rentable que los proyectos de Eisenberger.

Falsa esperanza

Ninguna de las miles de plantas de carbón del mundo ha sido equipada para capturar a gran escala su contaminación de carbono. Y si no es económico para su uso en centrales eléctricas, con su fuente concentrada de dióxido de carbono, las perspectivas de capturarlo del aire parecen escasas para muchos expertos. Realmente hay pocas posibilidades de que pueda capturar CO2 del aire ambiental de manera más económica que de una planta de carbón, donde el gas de combustión está 300 veces más concentrado, dice Robert Socolow, director del Instituto Ambiental de Princeton y codirector de la iniciativa de mitigación de carbono de la universidad. .

Al escepticismo sobre la viabilidad de la captura de aire se suma el hecho de que existen otras formas más económicas de crear las llamadas emisiones negativas. Una forma más práctica de hacerlo, dice Schrag, implicaría derivar combustibles de la biomasa, que elimina el CO2 de la atmósfera a medida que crece. A medida que esa materia prima se fermenta en un reactor para crear etanol, produce una corriente de dióxido de carbono puro que puede capturarse y almacenarse bajo tierra. Es una técnica comprobada y ha sido probada en un puñado de sitios en todo el mundo.

Incluso si la captura de aire resultara algún día rentable, ya sea deberían ampliarse es otra cuestión. Digamos que una planta de energía solar se construye fuera de una planta de carbón existente. ¿Debería usarse la energía que produce la nueva planta solar para absorber el carbono de la atmósfera o permitir que la planta de carbón se apague reemplazando su producción de energía? Esto último tiene mucho más sentido, dice Socolow. Él y otros tienen otra preocupación sobre la captura de aire: que las afirmaciones sobre su viabilidad puedan generar complacencia. No quiero que le demos a la gente la falsa esperanza de que la captura de aire puede resolver el problema de las emisiones de carbono sin un fuerte enfoque en [reducir el uso de] combustibles fósiles, dice.

Eisenberger y Chichilnisky insisten en la importancia de succionar el CO2 de la atmósfera en lugar de centrarse por completo en capturarlo de las plantas de carbón. En 2010, la pareja desarrolló una versión de su tecnología que mezcla aire con gases de combustión de una central eléctrica alimentada con carbón o gas. Ese enfoque proporciona una fuente de vapor mientras captura tanto el carbono atmosférico como las nuevas emisiones. También podría reducir los costos al proporcionar una mayor concentración de CO2 para que la máquina lo capture. Es un sistema muy impresionante, un triunfo, dice Socolow, quien cree que los avances científicos logrados en la captura de aire eventualmente se usarán principalmente en plantas de energía de carbón y gas.

Tal aplicación podría desempeñar un papel fundamental en la limpieza de las emisiones de gases de efecto invernadero. Pero Eisenberger ha revelado objetivos aún más elevados. Una patente otorgada a él y a Chichilnisky en 2008 describía la tecnología de captura de aire como, entre otras cosas, un termostato global para controlar la temperatura promedio de la atmósfera de un planeta.

Eli Kintisch es corresponsal de Ciencias revista.

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