Un nuevo método para eliminar el gas de efecto invernadero del océano podría ser mucho más eficaz que los sistemas existentes para extraerlo del aire.
A medida que el dióxido de carbono sigue acumulándose en la atmósfera terrestre, equipos de investigación de todo el mundo llevan años buscando formas de eliminar el gas del aire con eficacia. Mientras tanto, el principal “sumidero” de dióxido de carbono de la atmósfera es el océano, que absorbe entre el 30% y el 40% de todo el gas producido por las actividades humanas.
Recientemente, la posibilidad de extraer dióxido de carbono directamente del agua del océano ha surgido como otra posibilidad prometedora para mitigar las emisiones de CO2, que algún día podría incluso conducir a unas emisiones netas negativas globales. Pero, al igual que los sistemas de captura de aire, la idea aún no ha dado lugar a ningún uso generalizado, aunque hay algunas empresas que intentan introducirse en este campo.
Ahora, un equipo de investigadores del MIT afirma haber dado con la clave de un mecanismo de eliminación realmente eficaz y barato. Los resultados se han publicado recientemente en la revista Energy and Environmental Science, en un artículo de los profesores del MIT T. Alan Hatton y Kripa Varanasi, la postdoctoranda Seoni Kim y los estudiantes de posgrado Michael Nitzsche, Simon Rufer y Jack Lake.
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Los métodos existentes para eliminar el dióxido de carbono del agua de mar aplican un voltaje a través de una pila de membranas para acidificar una corriente de alimentación mediante la división del agua. De este modo, los bicarbonatos del agua se convierten en moléculas de CO2 que pueden eliminarse al vacío.
Hatton, catedrático Ralph Landau de Ingeniería Química, señala que las membranas son caras y que se necesitan productos químicos para impulsar las reacciones generales de los electrodos en ambos extremos de la pila, lo que aumenta el gasto y la complejidad de los procesos. “Queríamos evitar la necesidad de introducir productos químicos en las semiceldas anódica y catódica y evitar en lo posible el uso de membranas”, afirma.
Figura 1. Inicialmente, el sistema puede utilizar infraestructuras existentes o previstas que ya procesen agua de mar, como plantas desalinizadoras, pero el sistema es escalable. Esta representación muestra cómo el nuevo método podría utilizarse también en buques y plataformas marinas. Crédito: Cortesía de los investigadores.
El equipo ideó un proceso reversible consistente en celdas electroquímicas sin membranas. Se utilizan electrodos reactivos para liberar protones en el agua de mar con la que se alimentan las células, lo que impulsa la liberación del dióxido de carbono disuelto en el agua.
El proceso es cíclico: Primero se acidifica el agua para convertir los bicarbonatos inorgánicos disueltos en dióxido de carbono molecular, que se recoge como gas al vacío. A continuación, el agua se alimenta a un segundo conjunto de células con un voltaje invertido, para recuperar los protones y volver a convertir el agua ácida en alcalina antes de liberarla de nuevo al mar. Periódicamente, los papeles de las dos células se invierten una vez que un juego de electrodos se ha quedado sin protones (durante la acidificación) y el otro se ha regenerado durante la alcalinización.
Esta extracción de dióxido de carbono y reinyección de agua alcalina podría empezar a invertir lentamente, al menos a nivel local, la acidificación de los océanos provocada por la acumulación de dióxido de carbono, que a su vez ha amenazado los arrecifes de coral y el marisco, afirma Varanasi, profesor de ingeniería mecánica. La reinyección de agua alcalina podría hacerse a través de tomas dispersas o lejos de la costa para evitar un pico local de alcalinidad que podría alterar los ecosistemas, dicen.
“No vamos a poder tratar las emisiones de todo el planeta”, afirma Varanasi. “Pero la reinyección podría hacerse en algunos casos en lugares como piscifactorías, que tienden a acidificar el agua, por lo que ésta podría ser una forma de ayudar a contrarrestar ese efecto”.
Una vez extraído el dióxido de carbono del agua, sigue siendo necesario eliminarlo, como ocurre con otros procesos de eliminación de carbono. Por ejemplo, se puede enterrar en formaciones geológicas profundas bajo el lecho marino, o se puede convertir químicamente en un compuesto como el etanol, que se puede utilizar como combustible para el transporte, o en otros productos químicos especializados.
“Se puede considerar la posibilidad de utilizar el CO2 capturado como materia prima para la producción de productos químicos o materiales, pero no se podrá utilizar todo como materia prima”, afirma Hatton.
Agregó: “Te quedarás sin mercados para todos los productos que produzcas, así que, pase lo que pase, una cantidad significativa del CO2 capturado tendrá que enterrarse bajo tierra”.
Al menos al principio, la idea sería acoplar estos sistemas a infraestructuras existentes o previstas que ya procesen agua de mar, como plantas desalinizadoras. “Este sistema es escalable, de modo que podríamos integrarlo potencialmente en procesos existentes que ya estén procesando agua oceánica o en contacto con ella”, afirma Varanasi. En este caso, la eliminación del dióxido de carbono podría ser un simple añadido a los procesos existentes, que ya devuelven grandes cantidades de agua al mar, y no requeriría consumibles como aditivos químicos o membranas.
“Con las plantas desalinizadoras, ya se bombea toda el agua, así que ¿por qué no instalarla allí?”. dice Varanasi. “Un montón de costes de capital asociados a la forma de mover el agua, y los permisos, todo eso ya podría estar solucionado”.
Podría ayudar a mitigar las emisiones de transporte marítimo
El sistema también podría aplicarse en buques que procesaran el agua mientras viajan, para ayudar a mitigar la importante contribución del tráfico marítimo a las emisiones globales. Ya existen mandatos internacionales para reducir las emisiones del transporte marítimo, y “esto podría ayudar a las navieras a compensar parte de sus emisiones y convertir los barcos en depuradores oceánicos”, afirma Varanasi.
El sistema también podría implantarse en lugares como plataformas de perforación en alta mar o granjas de acuicultura. Con el tiempo, podría dar lugar a un despliegue de plantas autónomas de eliminación de carbono distribuidas por todo el mundo.
El proceso podría ser más eficaz que los sistemas de captura de aire, afirma Hatton, porque la concentración de dióxido de carbono en el agua de mar es más de 100 veces superior a la del aire. En los sistemas de captura directa del aire primero es necesario capturar y concentrar el gas antes de recuperarlo. “Sin embargo, los océanos son grandes sumideros de carbono, por lo que la fase de captura ya está prácticamente hecha”, explica.
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“No hay paso de captura, sólo de liberación”. Eso significa que los volúmenes de material que hay que manipular son mucho menores, lo que puede simplificar todo el proceso y reducir los requisitos de huella.
La investigación continúa, y uno de los objetivos es encontrar una alternativa al paso actual que requiere un vacío para extraer del agua el dióxido de carbono separado. Otra necesidad es identificar estrategias operativas para evitar la precipitación de minerales que puedan ensuciar los electrodos de la célula de alcalinización, un problema inherente que reduce la eficiencia global en todos los enfoques descritos. Hatton señala que se ha avanzado mucho en estas cuestiones, pero que aún es pronto para informar sobre ellas. El equipo espera que el sistema pueda estar listo para un proyecto de demostración práctica en unos dos años.
“El problema del dióxido de carbono es el que define nuestra vida, nuestra existencia”, afirma Varanasi. “Así que está claro que necesitamos toda la ayuda posible”.
Noticia tomada de: Scitechdaily / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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