¿Es seguro almacenar millones de toneladas de CO₂ bajo tierra?
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Iman Rahimzadeh Kivi recibe fondos del Ministerio de Ciencia e Innovación (Ref. PCI2021-122077-2B).
Víctor Vilarrasa Riaño recibe fondos del Consejo de Investigación Europeo (ERC por sus siglas en inglés) (Ref. 801809) y del Ministerio de Ciencia e Innovación (Ref. PCI2021-122077-2B y Ref. CEX2021-001198).
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Nos encontramos en un estado de emergencia climática provocado por las actividades humanas. La emisión a la atmósfera de grandes cantidades de dióxido de carbono (CO₂) procedentes de la quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) han producido un calentamiento de la superficie de la Tierra de unos 1,2 ℃ de media por encima del nivel preindustrial.
Los impactos del calentamiento global ya se han manifestado en fenómenos meteorológicos extremos más intensos y frecuentes.
Ante este panorama, las tecnologías de eliminación del carbono desempeñarán un papel indispensable en el camino a la descarbonización. La capacidad instalada actual de captura de CO₂ es de unas 40 megatoneladas (1 millón de toneladas) al año. Pero aún estamos peligrosamente lejos de cumplir los objetivos climáticos. La capacidad de captura y almacenamiento de CO₂ debe multiplicarse aproximadamente por 100 de aquí a 2050.
Aunque las realidades económicas y políticas son determinantes, el temor a las fugas de CO₂ a la superficie ha provocado retrasos en la implementación generalizada de esta tecnología. Un miedo que, según nuestros estudios, no tiene por qué hacerse realidad.
Una descarbonización incompleta
En el Acuerdo de París sobre el cambio climático de 2015 los países se comprometieron a mantener el aumento de la temperatura global “muy por debajo” de 2 ℃, y preferiblemente a 1,5 ℃ en el siglo actual. Por encima de estos niveles, es probable que el mundo se enfrente a una catástrofe climática de forma irreversible, según la evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) de las Naciones Unidas.
Los objetivos climáticos mundiales sólo podrán alcanzarse si se llega a las emisiones netas nulas de CO₂ a mediados de siglo y se mantiene la extracción neta de carbono con posterioridad. Aunque todavía no se han conseguido reducciones significativas de las emisiones de CO₂, las tecnologías de eliminación del carbono desempeñarán un papel indispensable en el camino hacia la neutralidad del carbono.
Conseguir emisiones netas nulas es un reto muy complejo para el que hay que combinar múltiples soluciones. Las emisiones de CO₂ asociadas al consumo de energía podrían eliminarse en las próximas décadas gracias a las energías renovables.
Sin embargo, entre 6 y 10 gigatoneladas (mil millones de toneladas) de CO₂ seguirían emitiéndose a la atmósfera cada año asociadas a la industria de difícil descarbonización, como la producción de cemento, acero y fertilizantes, que seguirían emitiendo CO₂ debido a las reacciones químicas que tienen lugar en su proceso de producción.
Además, algunos sectores del transporte, como el aéreo y el marítimo, serán difíciles de electrificar.
Tecnologías para atrapar el CO₂
Una solución clave para descarbonizar el sector industrial es la captura y almacenamiento de carbono (CCS, por sus siglas en inglés).
El CO₂ puede capturarse de grandes fuentes industriales antes de que se emita a la atmósfera y devolverlo a su origen: a pocos kilómetros de profundidad en el subsuelo.
Para compensar las emisiones difusas que no pueden captarse eficazmente, como las del transporte, el CO₂ puede captarse de la atmósfera, como ya hacen las plantas de forma natural.
Así, capturando y almacenando el CO₂ producido al quemar biomasa para generar electricidad, se puede lograr la eliminación neta de carbono en lo que se conoce como bioenergía con captura y almacenamiento de carbono.
La mayoría de las soluciones planteadas para mitigar el cambio climático requieren el almacenamiento de varios cientos de gigatoneladas de CO₂ durante este siglo. La cantidad requerida aumenta si se retrasa la implementación a gran escala de estas tecnologías.
La CCS no nos exime de realizar todos los esfuerzos posibles para reducir las emisiones de CO₂ a la atmósfera por otros medios, ya que la capacidad de almacenamiento no es ilimitada.
¿Cómo funcionan los almacenes subterráneos?
El CO₂ capturado se transporta principalmente por tuberías hasta los lugares de almacenamiento adecuados, donde se inyecta en capas de roca porosa y permeable (denominadas formación almacén). Para el almacenamiento de CO₂ a escala de gigatoneladas, serán necesarias redes densas de pozos de inyección espaciados varios kilómetros entre sí.
El CO₂ es menos denso que el agua salina que llena los poros de las rocas en profundidad, por lo que flota.
Para evitar que se produzcan fugas de CO₂ a acuíferos de agua potable o de vuelta a la atmósfera, la formación almacén debe estar situada debajo de una roca muy poco permeable, conocida como roca sello, que actúa como barrera e impide el ascenso del CO₂. De esta forma, este queda atrapado de forma permanente bajo tierra.
Sin posibilidad de fugas
En un estudio publicado recientemente en Geophysical Research Letters, investigamos qué ocurriría con el CO₂ inyectado en un escenario de gigatoneladas al año durante una escala temporal sin precedentes de un millón de años.
Nuestros resultados demuestran que un sistema geológico multicapa en el que se alternan capas de rocas permeables y rocas sello ofrece confianza en la retención permanente del CO₂ en el subsuelo. Si las rocas sello están fracturadas, lo que representa el caso más desfavorable, el CO₂ puede escapar de la formación almacén, pero la configuración multibarrera permitiría atrapar todo el gas unos cientos de metros por encima del yacimiento.
Los beneficios de la captura y almacenamiento de CO₂ para mantener un clima habitable superan indudablemente los riesgos de fuga, que resultan insignificantes si se toman las medidas adecuadas de selección, caracterización, supervisión y gestión de los proyectos de almacenamiento. La CCS podría cambiar las reglas del juego sólo si se acelera su implementación.
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