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La planta de hidrógeno que planifica Mote se basará en los residuos agrícolas de las plantaciones de almendros y otros tipos de granjas.

Cambio Climático

Residuos agrícolas convertidos en hidrógeno contra el cambio climático

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Una planta de hidrógeno en California ofrecerá una importante prueba sobre una tecnología que, según los investigadores, podría ser fundamental para limpiar la atmósfera

  • por James Temple | traducido por Ana Milutinovic
  • 17 Febrero, 2022

Una start-up planea construir un nuevo tipo de instalación para producir combustible en el fértil Valle Central de California (EE. UU.) que, si funciona según lo esperado, capturaría y enterraría continuamente el dióxido de carbono.

La fábrica, desarrollada por la compañía Mote, de Los Ángeles (EE. UU.), usaría los desechos agrícolas generados en las extensas plantaciones de almendros y otros tipos de granjas del estado. Calentaría los restos de la poda de árboles y de los huesos de frutas a temperaturas superiores a 1.500 ˚F (815 ˚C), suficiente para convertir la biomasa en hidrógeno y dióxido de carbono.

Mote planea separar el dióxido de carbono y bombearlo a gran profundidad en acuíferos salinos o pozos petroleros desactivados. El hidrógeno se vendería para las crecientes flotas de autobuses y camiones libres de emisiones en todo el estado.

El proceso debería almacenar permanentemente el CO2 capturado por las plantas a medida que crecen. Y el hidrógeno sufragaría los altos costes del proceso.

Mote señala que su instalación sería la primera en convertir la biomasa en hidrógeno mientras captura las emisiones de carbono. Pero la empresa está dedicando una creciente cantidad de esfuerzos para comercializar un concepto propuesto por primera vez hace dos décadas como un medio para combatir el cambio climático, conocido como la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono, o BECCS.

Tales operaciones con el tiempo podrían eliminar los gases de efecto invernadero de la atmósfera, incluso si proporcionan sustitutos de combustibles fósiles con emisiones bajas o nulas. Pero existen serios desafíos para hacerlo de manera asequible y en formas que absorban niveles significativos de dióxido de carbono de un modo fiable.

El director del Laboratorio de Eliminación de Carbono de la Universidad de California en Berkeley, Dan Sánchez, explica que el proceso que pretende utilizar Mote, conocido como gasificación de biomasa, es técnicamente difícil y costoso. Requiere un cuidadoso pretratamiento de los residuos y limpieza de los gases resultantes. Y la recogida de los combustibles de las granjas o bosques dispersos será complicada y cara también.

Además, las perspectivas a largo plazo de la empresa se podrían ver restringidas por la falta de infraestructura para mover y almacenar los gases resultantes, así como por la demanda limitada de la variedad de hidrógeno de alto precio que planean producir.

Pero la fábrica de Mote podría ser un enfoque especialmente eficaz para BECCS, porque el combustible resultante no contiene carbono, mientras que otros tipos de fábricas producen combustibles que al final liberan una cierta cantidad de carbono.

El director ejecutivo de la compañía, Mac Kennedy, afirma que la instalación podría volverse rentable en unos pocos años aprovechando los subsidios estatales para los combustibles bajos en carbono y los créditos fiscales federales para el almacenamiento de carbono. Espera que con el tiempo construyan más plantas en California y fuera, usando a lo mejor otras fuentes de combustible, como árboles sacados de los bosques, ya sea después de incendios forestales o con la intención de prevenirlos.

Las cuestiones delicadas

BECCS es una tecnología definida en términos muy generales que podría incluir instalaciones que funcionan con astillas de madera, pasto varilla o desechos municipales, y que producen electricidad, etanol o los llamados combustibles sintéticos que pueden alimentar los coches, camiones y aviones.

El concepto va captando cada vez más atención en la investigación y en los debates sobre las políticas, ya que los modelos climáticos han descubierto que la única forma de evitar los niveles muy peligrosos de calentamiento en este siglo es absorber grandes cantidades de gases de efecto invernadero de la atmósfera.

Las plantas y los árboles lo hacen muy bien, pero, cuando mueren, se pudren o se queman, gran parte del carbono regresa al aire. Varios tipos de BECCS prometen "garantizar que el carbono se quede permanentemente fuera de la atmósfera", según asegura el director de la Iniciativa de Carbono del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (EE. UU.), Roger Aines.

fotografía de residuos agrícolas

Foto: El plan de hidrógeno gasificará los restos de la poda de árboles y otros subproductos agrícolas. Créditos: Mote

Se espera que estas operaciones puedan ser al menos neutrales en carbono, sin añadir más gases de efecto invernadero que los que eliminan. Pero algunas prometen extraer mucho más de lo que se genera y logran lo que se conoce como las emisiones negativas.

En 2018, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de la ONU concluyó que limitar el calentamiento a 1,5 ˚C por encima de los niveles preindustriales podría requerir hasta 2050 la eliminación de hasta 8.000 millones de toneladas de dióxido de carbono al año a través de la tecnología BECCS. Las estimaciones de la capacidad de eliminación de carbono de la tecnología varían y mucho, desde 1.000 millones hasta 15.000 millones de toneladas al año a nivel mundial para mediados de siglo, de acuerdo con el resumen de la literatura científica realizado por Energy Futures Initiative y publicado este enero.

Los costes estimados varían bastante dependiendo de las tecnologías usadas, las fuentes de combustible y los productos resultantes. Pero el estudio de 2020, dirigido por los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (EE. UU.), concluyó que los costes del uso de la biomasa para capturar y almacenar permanentemente casi 200 millones de toneladas de dióxido de carbono oscilarían entre 62 y 137 dólares (55 y 120 euros) por tonelada en EE. UU. Eso incluye los ingresos de los productos resultantes, que el estudio asumió que supondría la venta de la electricidad generada por las centrales en cuestión.

Ese rango está muy por debajo del coste actual de la otra idea popular para eliminar el carbono del aire, la captura directa de aire, que puede superar los 600 dólares (528,5 euros) por tonelada. Pero incluso con costes tan bajos como 60 dólares (52,85 euros) por tonelada, la tecnología de BECCS no sería rentable por sí sola.

Eso significa que, por ahora, tales operaciones a menudo dependerían de los subsidios gubernamentales para ser viables. "Indudablemente, los costes adicionales de BECCS, o cualquier estrategia de descarbonización con emisiones negativas, se tendrían que compensar de alguna manera para que la industria crezca", escribió en un correo electrónico el economista de recursos naturales en Oak Ridge y uno de los autores del estudio, Matthew Langholtz.

Algunos expertos temen que, si la tecnología BECCS alcanza grandes escalas, podría ser a costa de la producción de alimentos, si las fábricas se expanden más allá de los residuos agrícolas para obtener fuentes de combustible. A la larga, eso podría incluso crear incentivos para arrasar los bosques y pastizales y en su lugar cultivar productos para la bioenergía.

Estos y otros problemas dificultan calcular adecuadamente la cantidad de carbono que se elimina y la que se libera a lo largo del proceso. La agricultura produce muchos gases muy potentes de efecto invernadero. Hasta ahora, la mayoría de las fábricas de BECCS han producido combustibles que contienen carbono, como el etanol, que liberan algo de CO2 cuando se queman. Y las operaciones que venden el dióxido de carbono resultante para uno de sus usos más comunes, la recuperación mejorada de petróleo, ayudarán a extraer combustible fósil adicional de los pozos (Mote asegura que no usaría el dióxido de carbono para este propósito).

Técnicamente, todas estas aplicaciones aún pueden eliminar más carbono del que se libera en todo el proceso. Pero garantizar que eso realmente suceda mientras el sector crece requerirá la creación de reglas comunes y fiables de contabilización, y eso ha resultado muy difícil en áreas similares, como las compensaciones de carbono forestales.

Pasar del dicho al hecho

La idea de Mote ha surgido de un esfuerzo de investigación que se había formado hace varios años, cuando los científicos del Laboratorio Lawrence Livermore intentaron resolver un enigma con el que se enfrentaba California.

Al final de su mandato en 2018, el entonces gobernador de California, Jerry Brown, firmó una orden ejecutiva que, aunque no vinculante, estableció el objetivo de ser "neutro en emisiones de carbono" en todos los sectores de la economía del estado para 2045. El enigma: ¿cómo la quinta economía más grande del mundo podría conseguir ese objetivo cuando los investigadores y las empresas aún no habían desarrollado las formas asequibles y limpias de cultivar, criar ganado, propulsar aviones y operar otras industrias?

Es una versión local del mismo problema básico que obligó a los modeladores climáticos a tener en cuenta los altos niveles de BECCS en sus proyecciones mientras calculaban las formas de evitar que el planeta supere los 1,5 ˚ C de calentamiento, dado el aumento de las emisiones, la subida de las temperaturas y el lento progreso hacia la energía limpia. Si las empresas, los estados o las naciones pueden eliminar suficientes gases de efecto invernadero de la atmósfera, teóricamente podrían equilibrar los niveles que siguen emitiendo o incluso lograr una disminución neta.

El equipo de Lawrence Livermore concluyó en su informe, publicado en enero de 2020, que la única forma de que esos cálculos funcionaran para California era eliminar más de 125 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono al año hasta 2045. Y destacaron un enfoque que podría conseguirlo de una manera especialmente escalable y asequible, utilizando un proceso antiguo y bien conocido: calentar pero no quemar la biomasa residual, a altas temperaturas y presiones y con cantidades limitadas de oxígeno, para convertirla en gases. Al agregar los sistemas de captura y almacenamiento del dióxido de carbono resultante, esta técnica prometía compensar las emisiones continuas del estado.

Era la mejor opción para eliminar los gases de efecto invernadero "desde una perspectiva ambiental y económica", según el autor del artículo, Joshuah Stolaroff. Unos meses más tarde, en marzo de 2020, Stolaroff y Kennedy cofundaron Mote para construir una infraestructura de tamaño completo para llevarlo a cabo.

Stolaroff indica: "Este es mi intento de pasar del dicho al hecho".

La primera fábrica

La primera fábrica de Mote, que podría entrar en funcionamiento en 2024, eliminaría 150.000 toneladas de dióxido de carbono al año y produciría 7.000 toneladas de hidrógeno.

Mote está en conversaciones para asociarse con CarbonCure Technologies, que introduce el CO2 capturado en el hormigón. Pero el acuerdo crucial, que aún no está cerrado y que determinará la ubicación definitiva de la fábrica, es con el propietario de un sitio donde la fábrica podría inyectar el gas de efecto invernadero bajo tierra.

El condado de Kern, en California, podría ser un banco de pruebas ideal para un proyecto de este tipo, dada su proximidad tanto a las granjas como a los pozos de petróleo y gas. Además, el estado tiene numerosas políticas climáticas y de contaminación que podrían respaldar ese esfuerzo, incluidos importantes subsidios para combustibles bajos en carbono, financiación para la infraestructura de hidrógeno y reglas más estrictas sobre la quema de residuos agrícolas.

fotografía de residuos agrícolas

Créditos: Mote

El programa estándar de combustible bajo en carbono de California, que establece límites decrecientes en la intensidad de carbono de los combustibles vendidos en el estado a lo largo del tiempo, otorga créditos a las empresas que venden combustibles más limpios. Y, en la práctica, crea un mercado para ellos. Los productores e importadores de combustibles deben cumplir con los objetivos del estado produciendo combustibles bajos en carbono, comprándolos o adquiriendo créditos de otras empresas que hayan generado dichos combustibles o cumplido el objetivo. Esos créditos, que representan una tonelada de dióxido de carbono cada uno, recientemente alcanzaban alrededor de 175 dólares (155 euros).

Mote también debería poder aprovechar el crédito fiscal federal que para 2026 proporcionará hasta 50 dólares (44 euros) por cada tonelada de dióxido de carbono inyectado en las formaciones geológicas.

La empresa espera que la industria de camiones pesados, que deberá cambiar a combustibles bajos en carbono según las normas de California, sirva como un primer mercado para el hidrógeno. Pero el hidrógeno también se puede utilizar para generar electricidad o como materia prima en la producción de acero y en otros procesos industriales.

Los fundadores de Mote argumentan que el enfoque particular de su start-up deliberadamente evita o minimiza algunos de los problemas conocidos con BECCS.

Al aprovechar los subproductos agrícolas y forestales, evitaría competir con la producción de alimentos o crear presión para convertir los bosques o pastizales en granjas. Gasificando la biomasa, en vez de quemarla como lo hacen algunas formas de BECCS, esperan minimizar la contaminación del aire, especialmente en comparación con la cantidad que resultaría si los agricultores quemaran sus residuos.

Finalmente, señalan que el proceso debería dar como resultado una importante eliminación neta de carbono. No solo inyectarían principalmente el CO2 capturado bajo tierra, sino que planean utilizar vehículos libres de emisiones para recoger la biomasa, mientras que el hidrógeno que produzcan será combustible libre de carbono.

Cuando se le preguntó si sería demasiado costosa y compleja la recogida continua de los residuos agrícolas y de los árboles, Kennedy respondió en un correo electrónico que esa era una "perspectiva muy común fuera del Valle Central". Pero enfatizó que ya existían operaciones logísticas y de camiones a gran escala altamente eficientes, que todos los días transportaban grandes cantidades de mercancía por la región.

"Demasiado esponjosa"

A pesar de todas las promesas de la tecnología BECCS, su arranque ha sido lento. El informe de Energy Futures Initiative solo enumera 16 proyectos a nivel mundial hasta la fecha, casi todos en la fase piloto o de demostración. La mayoría son operaciones ya existentes, como fábricas de etanol y centrales eléctricas de biomasa, que han añadido sistemas de captura de carbono.

La única a gran escala es la fábrica de etanol de Archer-Daniels-Midland en Decatur, Illinois (EE. UU.). Esta planta captura hasta un millón de toneladas de carbono al año y lo almacena dentro de una capa de roca arenosa subterránea. Pero, el informe señala que aún emite más CO2 del que elimina. La empresa sigue perfeccionando la tecnología de captura de carbono.

La start-up Charm Industrial de San Francisco (EE. UU.) ha adoptado un enfoque diferente. Está convirtiendo los residuos agrícolas en un líquido rico en carbono que introduce bajo tierra hacia las cavidades salinas u otros tipos de sitios geológicos regulados. La empresa gana dinero vendiendo créditos de carbono a empresas que buscan compensar sus emisiones actuales o históricas de forma permanente. Sus primeros clientes han sido Microsoft, Stripe y Shopify.

En realidad, Charm también empezó intentando gasificar la biomasa para producir hidrógeno. Pero la compañía pronto descubrió que los costes asociados al transporte eran demasiado altoscomo informó Grist anteriormente, y como reiteró el director ejecutivo esta semana.

El CEO, Peter Reinhardt, escribió en Twitter explicando por qué la empresa cambió de dirección: "La biomasa es demasiado esponjosa. Tanto que íbamos a morir".

En marzo del año pasado, Chevron, Schlumberger New Energy, Microsoft y Clean Energy Systems anunciaron una asociación para modernizar una central eléctrica en Mendota, California, con la que generar electricidad a partir de residuos agrícolas y capturar las emisiones resultantes, que se inyectarían en las formaciones geológicas subterráneas cercanas.

En su comunicado de prensa, las empresas aseguraron que la instalación eliminaría alrededor de 300.000 toneladas de dióxido de carbono al año.

También existen otros esfuerzos para crear infraestructura con la que apoyar los futuros proyectos de BECCS. Summit Carbon Solutions de Iowa (EE. UU.) ha propuesto un proyecto de 4.500 millones de dólares (3.960 millones de euros) para instalar miles de kilómetros de tuberías para transportar el dióxido de carbono que se podría capturar en docenas de fábricas de etanol en cinco estados hasta un sitio de almacenamiento cerca de Bismarck, Dakota del Norte (EE. UU.). La construcción permitirá que las fábricas produzcan combustible cero neto para 2030 y venderlo en mercados que han adoptado estándares de combustibles bajos en carbono, explica la compañía.

Sin embargo, esta propuesta ya ha generado preocupaciones entre los propietarios de terrenos y algunos grupos ambientalistas. Los críticos argumentan que las fábricas industriales de BECCS y la infraestructura de apoyo conllevarán riesgos de fugas y de contaminación, y temen que las áreas pobres asumirán la mayor parte, como ya ha pasado antes.

El año pasado, Carbon 180 estableció un conjunto de principios que deberían guiar los desarrollos de BECCS e informar sobre la política federal, incluidas las salvaguardas para los trabajadores agrícolas, los métodos fiables de contabilidad de carbono y las protecciones sólidas para la comunidad.

Los desarrolladores de proyectos deben "empezar a involucrar a la comunidad desde el principio y tener en cuenta su punto de vista y evaluar cómo eso afectaría su calidad de vida, sus oportunidades económicas o su entorno", resalta la autora y analista principal de políticas del Centro de Política Bipartidista (Bipartisan Policy Center), Meron Tesfaye.

Escalar

En efecto, Mote está construyendo una costosa fábrica de hidrógeno, que no podría competir por sí sola contra la versión más barata y sucia de gas natural. La parte económica podría funcionar en California, gracias a las políticas climáticas del estado, pero es probable que este y otros proyectos de BECCS tengan problemas para expandirse en otros lugares.

La extensión de las fábricas con la tecnología BECCS y cuánto ayudarán realmente a eliminar el dióxido de carbono probablemente dependerá de qué tipo de políticas y regulaciones se establezcan y lo cuidadosas que sean las empresas (o se vean obligadas a ser) con respecto a la contabilidad del carbono.

Otros proyectos de EE. UU. también podrían aprovechar el crédito fiscal federal, pero en muchos casos no será suficiente por sí solo para garantizar la recaudación de fondos y las ganancias, destaca Tesfaye. Y solo un puñado de áreas ha adoptado los estándares de combustibles bajos en carbono como los de California, como por ejemplo Oregón (EE. UU.) y Columbia Británica (Canadá). Otros estados los han propuesto o lo han considerado, como Washington, Nueva York y Colorado (todos en EE. UU.).

Escalar dentro de California también implicará otros desafíos. Requerirá construir más fábricas y desplegar o desarrollar camiones, tuberías y sitios de almacenamiento para los combustibles y para el dióxido de carbono. En otras palabras, serán necesarios muchos permisos y desarrollo en un estado donde es notoriamente difícil aprobar y construir proyectos.

"Si todo va bien, estaremos produciendo moléculas para 2024, pero hemos planeado retrasos inevitables en los permisos", admitió Kennedy. Aun así, los fundadores de Mote argumentan que hay muchos residuos biológicos disponibles para alimentar sus fábricas en el futuro previsible. Y confían en que la economía funcionará y solo irá mejorando con el tiempo a medida que las regulaciones climáticas se endurezcan, suponiendo que así sea.

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