Necesitamos entender mejor la captura, el almacenamiento y la utilización del carbono (CCUS). Para ello, este artículo examina 10 métodos y calcula la cantidad de CO2 que cada uno de ellos eliminará de la atmósfera en 2050, así como el coste por tonelada. En su lista, los autores, Ella Adlen y Cameron Hepburn, de la Universidad de Oxford, abarcan desde lo industrial (por ejemplo, CO2-EOR, sinfueles) hasta lo biológico (por ejemplo, silvicultura, secuestro de carbono en el suelo). Dicen que hay seis que pueden ser competitivos en costes y rentables pronto, incluso ahora: Productos químicos de CO2, materiales de construcción de hormigón, CO2- EOR, silvicultura, secuestro de carbono en el suelo, biochar. Cuatro no lo son (¡¿todavía?!): Combustibles de CO2, microalgas, bioenergía con CAC (BECCS), mejora de la meteorización. Esto es importante porque cuanto más cerca esté cada una de ellas de convertirse en un negocio rentable, antes ocurrirá. Los autores señalan que es probable que sus costes estén sobreestimados: predecir los avances tecnológicos en las próximas décadas no es nada fácil. Pero también hay grandes incertidumbres sobre la escalabilidad, la permanencia de la captura y la limpieza de la futura combinación de energía que se utilizará para alimentar ciertos métodos. Estas incertidumbres deben resolverse rápidamente, ya que no habrá una Transición exitosa sin un CCUS exitoso.
¿Podemos convertir el CO2, el gas residual responsable en gran medida del calentamiento global, en una valiosa materia prima? La pregunta surgió por primera vez en la crisis del petróleo de la década de 1970, cuando se buscaban alternativas al escaso petróleo.
La idea ha resurgido en la ola del pensamiento económico circular, desencadenado por las preocupaciones climáticas y con vistas a incentivar la captura de carbono. Pero las opiniones sobre la utilización del CO2 oscilan entre el escepticismo y el entusiasmo.
Una mala comprensión significa una mala estrategia
Surgen constantemente nuevos enfoques. Las afirmaciones de «CO2 evitado», «CO2 eliminado» o «reducción de las emisiones de CO2» son fácilmente confundibles, y las empresas y los gobiernos están empezando a invertir en varias tecnologías candidatas sin tener el panorama general a mano.
En una nueva perspectiva de Nature, nos propusimos precisar qué es la utilización del CO2, cómo podría relacionarse con las eliminaciones de CO2 y la reducción de las emisiones, y si tales tecnologías son rentables o escalables.
En el equipo, representamos a economistas, ingenieros, químicos, científicos del suelo y modeladores del clima: todo el espectro de opiniones sobre la utilización. Nuestro estudio es el más completo hasta la fecha sobre la escala y los costes relativos de las diferentes formas de utilizar el CO2.
¿Qué es la utilización del CO2?
Convencionalmente, la «utilización del CO2» es un proceso industrial que hace un producto económicamente valioso utilizando el CO2 en concentraciones superiores a las atmosféricas. El CO2 se transforma mediante reacciones químicas en materiales, productos químicos y combustibles, o se utiliza directamente en procesos como la recuperación mejorada de petróleo.
Esta definición tiene sus razones históricas, pero no es el único tipo de utilización del CO2. Desde hace mucho tiempo, también se ha pensado en cómo utilizar el carbono natural -el carbono producido por las plantas a partir del CO2 atmosférico- como materia prima para fabricar productos valiosos. Y las técnicas de utilización del CO2, como el secuestro de carbono en el suelo, gracias a su capacidad para mejorar el rendimiento de los cultivos, también pueden ser un producto económico.
En nuestro documento examinamos 10 vías específicas de utilización del CO2, mejor clasificadas por consideraciones de la facilidad con la que el carbono fluye alrededor de las esferas de la Tierra y dónde termina, como se muestra en la figura siguiente.
Almacenamiento de CO2: Abiertas, cerradas y en ciclo
Se muestran las vías de utilización «abiertas» (flechas moradas) que almacenan CO2 en sistemas naturales con fugas, como los bosques, que pueden pasar de sumidero a fuente muy rápidamente. Las vías «cerradas» (rojo), como los materiales de construcción, ofrecen un almacenamiento casi permanente de CO2. Por último, la utilización «cíclica» (amarilla), como los combustibles basados en el CO2, que mueve el carbono en escalas de tiempo cortas.
Las reservas y los flujos netos (flechas grandes de color azul claro) de CO2 en el mundo humano y natural, incluyendo 10 vías numeradas de utilización y eliminación potenciales. Éstas están marcadas con flechas de colores que indican si el carbono está almacenado en sistemas abiertos (flechas púrpuras) que pueden ser fuentes o sumideros de CO2, sistemas cerrados (rojos) para el almacenamiento casi permanente o vías cíclicas (amarillas) que sólo desplazan temporalmente el carbono. Fuente: Hepburn et al. (2019).
Mitigación del clima + beneficio económico
Todas las diez vías de utilización del CO2 en nuestra figura ofrecen algún tipo de motivación económica, junto con algún grado de potencial de mitigación del clima.
La utilización del CO2 puede ayudar de dos maneras principales: la eliminación y el almacenamiento a largo plazo del CO2 atmosférico; y la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera. Potencialmente, la utilización del CO2 para fabricar productos valiosos también podría compensar algunos de los costes de la mitigación del cambio climático.
Nuestras estimaciones muestran que, en el extremo superior, podrían utilizarse más de 10.000 millones de toneladas de CO2 (GtCO2) al año -en comparación con las emisiones mundiales de 40GtCO2- por menos de 100 dólares por tonelada.
La mayor parte de esa utilización está asociada al almacenamiento a medio o largo plazo en vías abiertas y cerradas. Sin embargo, hay varios problemas y desafíos que hay que superar antes de que se pueda lograr una utilización tan grande.
La utilización del CO2 no garantiza la mitigación
Además, incluso si la utilización del CO2 tuviera éxito, eso no significa necesariamente que sea beneficiosa para el clima. Si se hace sin la debida consideración, la utilización de CO2 -al igual que otros enfoques que eliminan y/o almacenan CO2- podría no contribuir a la mitigación en absoluto.
Los posibles problemas incluyen no sólo las emisiones directas de CO2, sino también otras emisiones de gases de efecto invernadero; el cambio directo e indirecto del uso de la tierra; las emisiones de otras partes del proceso; las fugas (cuando las emisiones aumentan posteriormente en otras partes del sistema más amplio); y el desplazamiento impermanente (cuando las emisiones sólo se retrasan en lugar de evitarse definitivamente).
Debido a estas cuestiones, que la aplicación de una tecnología de utilización de CO2 sea beneficiosa para el clima dependerá de una serie de factores. Los más importantes son:
- Fuente de energía: Las tecnologías de utilización del CO2 pueden ser intensivas en energía. Esta energía tiene que ser renovable: bien directamente del sol, bien a través de tecnologías renovables.
- Contexto de descarbonización más amplio: Algunas de estas tecnologías sólo tienen sentido como estrategias de mitigación en determinados momentos del proceso de descarbonización global. Por ejemplo, el uso de la recuperación mejorada de petróleo para secuestrar CO2 podría utilizarse a corto plazo antes de que se descarbonicen los sistemas de energía y transporte.
- Escala: Para marcar una diferencia apreciable en los flujos globales de CO2, las vías deben tener el potencial de escalar rápidamente. La ventana para la acción climática es pequeña y construir una industria de utilización de CO2 completamente nueva en el tiempo necesario es un desafío no trivial.
- Permanencia: Las tecnologías más impactantes serán las que eliminen permanentemente el CO2 atmosférico o desplacen permanentemente las emisiones de CO2.
Las 10 vías y sus perspectivas…
A continuación, comparamos la escala y el coste potenciales de las diferentes vías de utilización del CO2. En general, la utilización del CO2 tiene el potencial de operar a gran escala y a bajo coste, lo que significa que podría ser un gran negocio en el futuro.
Las evaluaciones de escala para 2050 provienen de un proceso de estimaciones estructuradas, consultas a expertos y grandes revisiones de alcance. Nuestras estimaciones de costes son costes de equilibrio -lo que significa que tienen en cuenta los ingresos- y se presentan como los rangos intercuartiles de los estudios tecnoeconómicos recogidos en las revisiones de alcance. Esto significa que los costes son retrospectivos y probablemente subestimen la capacidad de las vías para lograr economías de escala. Los costes negativos significan que el proceso es rentable según las hipótesis actuales.
Productos químicos de CO2
La reducción del CO2 a sus componentes constitutivos mediante catalizadores y el uso de reacciones químicas para fabricar productos, como metanol, urea (para utilizarla como fertilizante) o polímeros (para utilizarlos como productos duraderos en edificios o automóviles), podría utilizar entre 0,3 y 0,6 GtCO.3 a 0,6GtCO2 al año en 2050, con un coste de entre -80 y 300 dólares por tonelada de CO2.
Combustibles de CO2
La combinación de hidrógeno con CO2 para producir combustibles de hidrocarburos, como el metanol, los sincombustibles y el gas de síntesis, podría dar respuesta a un mercado enorme -por ejemplo, en las infraestructuras de transporte existentes-, pero los costes actuales son elevados. En conjunto, los combustibles de CO2 podrían utilizar de 1 a 4,2GtCO2 al año en 2050, pero los costes son de hasta 670 dólares por tonelada de CO2.
Microalgas
La utilización de microalgas para fijar el CO2 con una alta eficiencia y el posterior procesamiento de la biomasa para fabricar productos, como combustibles y productos químicos de alto valor, ha sido el centro de los esfuerzos de investigación durante muchos años. Con una economía de producción compleja, los costes se sitúan entre 230 y 920 dólares por tonelada de CO2, y las tasas de utilización en 2050 podrían ser de 0,2 a 0,9GtCO2 al año.
Materiales de construcción de hormigón
El CO2 puede utilizarse para «curar» el cemento, o en la fabricación de áridos. Al hacerlo, se almacena una parte del CO2 a largo plazo y podría desplazar al cemento convencional, que genera muchas emisiones. Con la aceleración de la urbanización mundial, pero con un entorno normativo difícil, estimamos un potencial de utilización y almacenamiento de 0,1 a 1,4GtCO2 en 2050, con unos costes actuales de entre -30 y 70 dólares por tonelada de CO2.
Recuperación de petróleo mejorada con CO2 (EOR)
La inyección de CO2 en los pozos petrolíferos puede aumentar la producción de petróleo. Normalmente, los operadores maximizan el petróleo y el CO2 recuperado del pozo, pero, críticamente, es posible operar la EOR de manera que se inyecte y almacene más CO2 del que se produce al consumir el producto petrolero final. Estimamos que en 2050 podrían utilizarse y almacenarse de este modo entre 0,1 y 1,8GtCO2 al año, con unos costes que oscilan entre -60 y -40 dólares por tonelada de CO2.
Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS)
En la bioenergía con captura de carbono, el operador captura el CO2 cultivando árboles, produce electricidad mediante la bioenergía y secuestra las emisiones resultantes. Con una aproximación a los ingresos por electricidad, estimamos unos costes de utilización de entre 60 y 160 dólares por tonelada de CO2. En 2050 podrían utilizarse y almacenarse de este modo entre 0,5 y 5 GtCO2 al año. Esta cifra es inferior a algunas estimaciones de BECCS publicadas anteriormente y representa un nivel de despliegue que tiene en cuenta otros objetivos de sostenibilidad.
Mejora de la meteorización
La trituración de rocas, como el basalto, y su esparcimiento en la tierra puede dar lugar a la formación acelerada de carbonato estable a partir del CO2 atmosférico. Es probable que al hacer esto en tierras agrícolas se obtenga un mayor rendimiento. Sin embargo, la naturaleza de esta vía, que se encuentra en una fase muy temprana, significa que no hemos realizado estimaciones para 2050.
Silvicultura
La madera de los bosques, tanto nuevos como existentes, es un producto económicamente valioso que podría almacenar CO2 en los edificios y, al hacerlo, desplazar el uso del cemento. Calculamos que en 2050 podrían utilizarse hasta 1,5GtCO2 de esta manera, con un coste de entre -40 y 10 dólares por tonelada de CO2.
Secuestro de carbono en el suelo
Las técnicas de gestión de la tierra para el secuestro de carbono en el suelo no sólo pueden almacenar CO2 en el suelo, sino también mejorar el rendimiento agrícola. Estimamos que el CO2 utilizado en forma de esa mayor producción podría ser de hasta 0,9 a 1,9GtCO2 al año en 2050, con un coste de -90 a -20 dólares por tonelada de CO2.
Biochar
El biochar es biomasa «pirolizada»: material vegetal que ha sido quemado a altas temperaturas bajo bajos niveles de oxígeno. La aplicación de biocarbón a los suelos agrícolas tiene el potencial de aumentar el rendimiento de los cultivos en un 10%, pero es muy difícil hacer un producto consistente o predecir las reacciones del suelo. Estimamos que entre 0,2 y 1GtCO2 podría ser utilizado por el biocarbón en 2050, con unos costes de alrededor de -65 dólares por tonelada de CO2.
Capacidad, costes comparados
La figura resumida que aparece a continuación muestra una estimación de cuánto CO2 podría ser utilizado por cada vía (el ancho de cada columna) y los costes de equilibrio asociados (altura de las columnas).
El escenario bajo (gráfico de la izquierda) y el alto (derecha) reflejan el abanico de resultados en función de los niveles de inversión, adopción y mejoras tecnológicas para 2050. El sombreado se refiere a la preparación tecnológica, que va de baja o variable (tonos pálidos) a alta (tonos más oscuros). Los asteriscos se refieren a la duración del almacenamiento de CO2, que va desde días o meses (asterisco simple) hasta siglos o más (asterisco triple).
Potencial de utilización del CO2 estimado (GtCO2 en 2050) y coste de equilibrio (2015$/tonelada) de diferentes subcaminos en los escenarios bajo (izquierda) y alto (derecha). Las vías convencionales en gris son enfoques de utilización industrial; las vías no convencionales en verde son enfoques de utilización biológica. TRL se refiere a los niveles de preparación tecnológica, que oscilan entre 1 y 9. SCS es el secuestro de carbono en el suelo; EOR es la recuperación mejorada de petróleo; BECCS es la bioenergía con captura de carbono; y DME es el dimetiléter (un tipo de combustible de CO2). Estos potenciales de coste y escala podrían cambiar sustancialmente con los avances en R&D. Fuente: Hepburn et al. (2019).
La figura anterior muestra que la utilización del CO2 podría generar flujos significativos de CO2 en 2050 – y que se puede esperar que algunas vías sean rentables por sí mismas. Creemos que esto podría ser una oportunidad para aprovechar esos flujos con el fin de mitigar el cambio climático.
Sin embargo, los gráficos también destacan la gran incertidumbre sobre la escala de ese potencial y los costes probables de aprovecharlo. Para que la utilización del CO2 se despliegue con éxito en la lucha contra el cambio climático, estas incertidumbres deben resolverse junto a los desafíos potenciales -y no triviales-, de los cuales la intensidad energética y la permanencia del almacenamiento de carbono son sólo dos.
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La Dra. Ella Adlen es directora de investigación y programas en la Oxford Martin School de la Universidad de Oxford
El Prof. Cameron Hepburn es director de la Smith School of Enterprise and Environment de la Universidad de Oxford
Este artículo se publica bajo una licencia CC de Carbon Brief
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