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Cambio Climático

¿De verdad se puede absorber el CO2 de la atmósfera?

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Un científico de la Universidad de Columbia cree tener un plan para salvar al mundo. Ahora tienen que convencernos a los demás

  • por Eli Kintisch | traducido por Lía Moya
  • 08 Octubre, 2014

El físico Peter Eisenberger esperaba que sus colegas reaccionaran con escepticismo ante su idea. Después de todo, afirmaba haber inventado una máquina capaz de limpiar la atmósfera del exceso de dióxido de carbono y convertir el gas en combustible o almacenarlo bajo tierra. Y este científico de la Universidad de Columbia (EEUU) era consciente de que bautizar a su start-up Global Thermostat (termostato global) no era exactamente un ejercicio de humildad.

Pero el recibimiento que obtuvo en la primavera de 2009 fue aún más despectivo de lo que esperaba. Primero habló con un comité especial reunido por la Sociedad Americana de Física para analizar posibles formas de reducir el dióxido de carbono en la atmósfera mediante lo que se denomina captura de aire, lo que básicamente significa limpiarlo del cielo. Allí escucharon educadamente su presentación, pero apenas hicieron preguntas. Unas semanas más tarde habló en el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del Departamento de Energía de Estados Unidos ante un público igual de escéptico. Eisenberger explicó que la investigación hecha en su laboratorio usa productos químicos llamados aminas que ya se usan para capturar el dióxido de carbono concentrado que emiten las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles. Defendió que con esta misma tecnología basada en las aminas tiene se podría resolver la tarea mucho más difícil y más ambiciosa de capturar el gas al aire libre, donde el CO2 se encuentra en concentraciones de 400 partes por millón, una concentración hasta 300 veces menor que la de las chimeneas de las centrales eléctricas. Pero Eisenberger afirmaba tener un diseño sencillo para lograr la hazaña de forma eficaz en términos de costes gracias a su sistema para reciclar las aminas. "De eso ni siquiera se enteraron", recuerda. "Me pareció que había mucha gente riéndose de mí".

Foto: El director tecnológico y cofundador de Global Thermostat,  Peter Eisenberger, delante de la máquina para capturar aire de la empresa.

Sin embargo, al día siguiente recibió una llamada emocionada de uno de los directores del laboratorio. Los científicos del Departamento de Energía se habían dado cuenta de que el dióxido de carbono se había estado adhiriendo a temperatura ambiente a unas muestras de aminas que había por su laboratorio, un hecho que no habían sabido valorar hasta entonces. Eso significaba que el enfoque de Eisenberger para la captura de aire era al menos "factible", según explica uno de los químicos del laboratorio del Departamento de Energía, Mac Gray.

Cinco años después, la empresa de Eisenberger ha recaudado 24 millones de dólares en inversiones (unos 19 millones de euros), ha construido una planta de demostración y ha firmado acuerdos para suministrar el CO2 cosechado del cielo a al menos un cliente. El próximo reto es demostrar que la tecnología puede tener un impacto transformador sobre el mundo, algo que encajaría más acertadamente con el nombre de su empresa.

La necesidad de crear una máquina que chupe el dióxido de carbono de la atmósfera es evidente. La mayoría de las tecnologías para mitigar el CO2 sólo funcionan cuando el gas se emite en concentraciones muy altas, por ejemplo en las centrales eléctricas. Pero si se instalaran máquinas de captura de aire por todo el mundo, podrían gestionar el 52% de las emisiones de dióxido de carbono producidas por fuentes más pequeñas y distribuidas como los coches, las granjas y los hogares. Además, la captura de aire, si llega a ser práctica, podría reducir poco a poco la concentración de CO2 en la atmósfera. Viendo que las emisiones se han acelerado (ahora aumentan a un ritmo del 2% anual, el doble de rápido que en las tres últimas décadas del siglo XX), los científicos han empezado a reconocer la urgencia de lograr lo que se denomina "emisiones negativas".

Esta necesidad evidente de este tipo de tecnología ha dado lugar a varios proyectos más que usan distintos enfoques que podrían ser prácticos. Por ejemplo, Climate Engineering, con sede en Calgary (Canadá), captura el dióxido de carbono usando una solución líquida de hidróxido de sodio, una técnca industrial ya conocida. Una empresa cofundada por uno de los pioneros de la idea y colega de Eisenberg en Columbia (EEUU), Klaus Lackner, trabajó en el problema durante varios años hasta desistir en 2012.

Un informe emitido en abril de este año por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático afirma que para evitar superar el objetivo internacional de 2º C de calentamiento global probablemente haga falta un despliegue global de estrategias de "retirada del dióxido de carbono" como la captura de aire (ver "La captura de carbono puede reducir a la mitad el precio de frenar el cambio climático"). "Las emisiones negativas son necesarias para restaurar la atmósfera dado que vamos a superar en mucho el límite seguro de CO2, si es que tal cosa existe", afirma el director del Centro para el Medioambiente de la Universidad de Harvard (EEUU), Daniel Schrag. "La pregunta que yo me hago es si se puede hacer de forma económica".

La mayoría de los expertos se muestran escépticos. Un informe de 2011 de la Sociedad Americana de Física identifica los retos físicos y económicos clave. El hecho de que el dióxido de carbono se enlaza con las aminas para formar una molécula denominada carbamato, es algo de sobra conocido por la química. Pero el dióxido de carbono sólo es una de las 2.500 moléculas que hay en el aire. Eso significa que para que una máquina de captura de aire fuese eficaz tendría que pasar ingentes cantidades de aire por delante de las aminas para conseguir que una cantidad suficiente de dióxido de carbono se adhiriese a ellas y luego regenerar las aminas para capturar más. Para eso haría falta mucha energía y por lo tanto sería muy caro, según el informe de 2011. Por ello concluye que la captura de aire "actualmente no es un enfoque económicamente viable para mitigar el cambio climático".

Los investigadores de Global Thermostat son conscientes de estas dantescas perspectivas económicas, pero aún así son optimistas. Para que la captura de aire sea rentable, explica la cofundadora de Goobal Thermostat, Graciela Chichilnisky, economista y matemática de la Universidad de Columbia, hay que aprovechar la demanda del gas de distintas industrias. Ya existe un mercado consolidado por valor de miles de millones de dólares en el que se vende dióxido de carbono para rejuvenecer los pozos de petróleo, fabricar bebidas carbonatadas y estimular el crecimiento de las plantas en los invernaderos comerciales. Históricamente el gas se vende a unos 100 dólares por tonelada (aproximadamente 79 euros). Pero Eisenberger afirma que la máquina prototipo de su empresa podría extraer una tonelada concentrada del gas por menos de eso. La idea es vender primero el dióxido de carbono a mercados nicho como el de la recuperación petrolífera para acabar creando mercados mayores, como usar catalizadores para fabricar combustibles en procesos movidos por energía solar. "Una vez que la captura del carbono del aire sea rentable, habrá quien haga que funcione porque redundará en su propio beneficio", afirma Chichilnisky.

Calentamiento

Eisenberger y Chichilnisky eran compañeros en la Universidad de Columbia en 2008 cuando se dieron cuenta de que tenían intereses complementarios: él por la energía, ella por la economía medioambiental, habiendo trabajado en 1991 para dar forma al protocolo de Kyoto, el primer tratado global sobre recorte de emisiones. Los países se comprometieron a hacer grandes recortes, explica Chichilnisky, pero la realidad económica y política no había "permitido ponerlos en práctica de ninguna de las maneras". Ambos decidieron crear un negocio que abordara el reto planteado por el dióxido de carbono.

Se centraron en la captura de aire, desarrollada en un principio por científicos nazis, quienes usaron absorbentes líquidos para retirar la acumulación de CO2 en los submarinos. En el invierno de 2008 Eisenberger se recluyó en una casa tranquila con enormes ventanales sobre el mar en Mendocino (EEUU). Allí estudió la literatura existente sobre la captura de dióxido de carbono y tomó una decisión clave. Los científicos que habían desarrollado técnicas para capturar CO2 hasta ese momento habían trabajado con el gas en concentraciones muy altas. Pero Eisenberg y Chichilnisky se centraron en otro de los factores de la ecuación: la temperatura.

Los ingenieros ya han usado aminas para limpiar el CO2 de los gases de combustión de las centrales, cuya temperatura es de unos 70 ºC cuando se emiten. Para poder separar el CO2 de las aminas después, para "regenerar" las aminas, hacen falta reacciones a unos 120 ºC. En comparación, Eisenberger calculó que su sistema operaría a aproximadamente 85 ºC, para lo que haría falta menos energía total. Usaría vapor, que es relativamente barato, para dos objetivos. El vapor calentaría la superficie, levantando el CO2 de las aminas para recogerlo al mismo tiempo que lo levantase de la superficie.

¿Las ventajas? Al necesitar menos infraestructura para gestionar el calor que la necesaria en el caso del uso de aminas en las chimeneas de las centrales eléctricas, el diseño de un limpiador de aire podría ser más sencillo y por lo tanto más barato. Usando los datos de su prototipo, el equipo de Eisenberger calcula que el método podría costar entre 15 y 50 dólares por tonelada de dióxido de carbono capturada del aire (entre 12 y 40 euros aproximadamente), en función de cuánto duren las superficies con aminas.  

Si Global Thermostat logra acercarse siquiera a los precios que dice, hay toda una serie de mercados nicho dispuestos a comprar. La start-up se ha asociado con una empresa de Nevada (EEUU) llamada Algae Systems para hacer biocombustibles con dióxido de carbono y algas. Mientras, la demanda de CO2 para inyectar en los pozos petrolíferos aumenta para emplear en una técnica que se conoce como recuperación petrolífera potenciada. Hay estudios que calculan que para aplicar la técnica podrían hacer falta hasta 3.000 millones de toneladas de dióxido de carbono anuales para 2021, multiplicando casi por diez el mercado de 2011.

Eso sigue representando una gota de agua en el océano que supone todo el CO2 que habría que retirar para reducir o siquiera estabilizar la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. Pero Eisenberger sostiene que no existen alternativas reales a la captura de aire. Si sólo se capturan las emisiones de las centrales eléctricas de carbón, explica, aumentaríamos la dependencia de la sociedad del carbón, que genera muchísimo CO2.

Aspiraciones

En una cálida tarde de diciembre en Silicon Valley Eisenberger y yo atravesamos el centro de investigación de hormigón de SRI International. Es aquí, en estos edificios bajos, donde los ingenieros desarrollaron por primera vez ARPAnet, el software Siri de Apple, e innumerables avances tecnológicos más. A unos 500 metros de la entrada aparece una torre de 10 metros de ventiladores, acero y tubos plateados. Es la planta de demostración de Global Thermostat. Es limpia e imponente. Eisenberger observa la tranquilidad que rodea a la torre, incluyendo un árbol alto. "Está haciendo exactamente lo mismo que el árbol", afirma Eisenberger.  Pero a continuación se corrige. "La verdad es que lo está haciendo mucho mejor".

Al doctorado en física en la Universidad de Harvard que Eisenberger consiguió en 1967 le siguieron estancias en Bell Labs y las universidades Princeton y Stanford (todas en EEUU). En la década de 1980 trabajó en Exxon dirigiendo los proyectos de energía solar, y luego sirvió como director de Lamont-Doherty, el labortorio de geociencia de la Universidad de Columbia. Ahí imparte desde hace muchos años un seminario titulado "El sistema Tierra/Humano". Fue en ese seminario, en 2007, con Lackner como profesor invitado, cuando Eisenberger escuchó hablar por primera vez de la captura de aire. Después de un año de preparativos él y Chichilnisky acudieron al multimillonario Edgar Bronfman Jr. "A veces cuando escuchas algo que parece demasiado bueno para ser verdad, es que lo es", fue la reacción de Bronfman, según su hijo, que estaba presente en la reunión. Pero el magnate rogó a su padre: "Si tienen razón, es una de las mayores oportunidades que existen". La familia invirtió 18 millones de dólares (unos 14 millones de euros).

Esa generosidad ha permitido a la empresa construir su planta de demostración a pesar de que apenas exista apoyo gubernamental para la captura de aire. (Global Thermostat escogió hacerla en SRI debido a la experiencia previa de estos con la tecnología de captura de carbono). La torre rectangular usa ventiladores para aspirar aire sobre superficies de tres metros de lado que se conocen como contactores. Cada uno de estos contactores está compuesto por 640 cubos cerámicos en los que está incrustado el absorbente en forma de aminas. La torre sube un contactor y baja otro. Eso permite que los cubos de uno recojan CO2 del ambiente mientras que al otro se le quita el gas mediante la aplicación de vapor a 85 ºC. Por el momento el gas simplemente se ventila, pero dependiendo del cliente se podría inyectar en el suelo, enviar por gasoducto o transferirlo a una planta química para uso industrial.

Uno de los principales retos a los que se enfrenta la empresa es la rugosidad de las superficies absorbentes de aminas. Tienden a descomponerse rápidamente al oxidarse, y tener que sustituir los absorbentes con mucha frecuencia podría hacer que el proceso fuera mucho menos eficaz en términos de coste que lo que proyecta Eisenberger.

Falsas esperanzas

Ninguna de las miles de centrales eléctricas de carbón que hay en el mundo está equipada para capturar su contaminación a plena escala. Y si la captura no resulta económica en las plantas eléctricas, donde hay una fuente concentrada de CO2, la perspectiva de capturarlo del aire parece bastante negra para muchos expertos. "Hay muy poca posibilidad de que puedas capturar el CO2 del ambiente de forma más barata que en una central de carbón, donde el gas de la combustión tiene una concentración 300 veces mayor", afirma el director del Instituto para el Medioambiente de la Universidad de Princeton y codirector de la iniciativa para la mitigación del dióxido de carbono de la universidad. 

Al escepticismo respecto a la factibilidad de la captura de aire se añade que hay otras formas más baratas de crear las denominadas emisiones negativas. Una forma más práctica de hacerlo, según Schrag, sería conseguir los combustibles de la biomasa, ya que esta retira el CO2 del aire mientras crece. Cuando ese pienso se fermenta en un reactor para crear etanol, produce un flujo de dióxido de carbono puro que se puede capturar y almacenar bajo tierra. Es una técnica demostrada que ya se ha probado en un puñado de sitios en todo el mundo.

Incluso si la captura de aire llegara a ser rentable, que se deba escalar o no es otra cuestión. Digamos que se construye una central solar junto a una central de carbón existente. ¿Debería usarse la energía que produce la nueva central solar para absorber el carbón de la atmósfera o para cerrar la central de carbón sustituyendo su producción? Lo segundo tiene mucho más sentido, según Socolow. A él y a otros les preocupa algo más sobre la captura de aire: que las afirmaciones de que es factible den lugar a 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 CO2 y que no nos centremos en reducir el uso de combustibles fósiles", afirma.

Eisenberger y Chichilnisky se muestran firmes respecto a la importancia de absorber el CO2 de la atmósfera y no limitarse a capturarlo de las centrales de carbón. En 2010 desarrollaron una versión de su tecnología que mezcla aire con el gas de combustión de una central de carbón o de gas. Este método proporciona una fuente de vapor al tiempo que captura tanto el dióxido de carbono de la atmósfera como las nuevas emisiones. Y podría reducir los costes al proporcionar una concentración mayor de CO2 para que lo capture la máquina. "Es un sistema bastante impresionante, un triunfo", afirma Socolow, quien cree que los avances científicos que se hagan en el campo de la captura de aire se acabarán usando principalmente en las centrales de carbón y de gas.

Una aplicación de este tipo podría tener un papel clave en la limpieza de las emisiones de gases de efecto invernadero. Pero Eisenberger ha dado a conocer objetivos aún más elevados. Una patente suya y de Chichilnisky de 2008 describe la tecnología de captura de aire, entre otras cosas, como "un termostato global para controlar la temperatura media de la atmósfera terrestre".

Eli Kintisch es corresponsal de la revista 'Science'.

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